Ecuaciones químicas
Las reacciones químicas ocurren a nuestro alrededor cuando:
encendemos un fósforo, encendemos un auto, comemos la cena, o paseamos al
perro. Una Reacciones Químicas es el proceso por el cual las substancias se
enlazan (o rompen el enlace) y, al hacerlo sueltan o consumen energía. Una
ecuación química es la taquigrafía que los científicos usan para describir la
reacción química. Como ejemplo, tomemos la reacción del hidrógeno con el
oxígeno para formar agua. Si tuviésemos un contenedor de gas de hidrógeno y lo
quemásemos con la presencia del oxígeno, los dos gases reaccionarían juntos,
soltando energía, para formar agua. Para escribir la ecuación química de esta reacción,
pondríamos la substancias que reaccionan (los reactantes) del lado izquierdo de
la ecuación con una flecha apuntando a las substancias que se forman al lado
derecho de la ecuación (los productos). Dada esta información, uno podría
adivinar que la ecuación para esta reacción se escribe:
H + O arrow H2O
El signo de suma de lado izquierdo de la ecuación significa
que el hidrógeno y el oxígeno están reaccionando. Desafortunadamente, hay dos
problemas con esta ecuación química. Primero, ya que los átomos prefieren tener
envolturas de valencia llenas, átomos H u O sólos son raros. En la naturaleza,
ambos el hidrógeno y el oxígeno se encuentran como moléculas diatómicas, H2 y
O2, respectivamente (al formar moléculas diatómicas los átomos comparten electrones
y completan sus envolturas de valencia). Por consiguiente, el gas de hidrógeno
consiste de moléculas H2 el gas de oxígeno consiste de O2. Al corregir nuestra
ecuación tenemos:
H2 + O2arrow H2O
Pero todavía tenemos un problema. Tal como está escrita,
esta ecuación nos dice que una molécula de hidrógeno (con 2 átomos H) reacciona
con una molécula de oxígeno (2 átomos O) para formar una molécula de agua (con
2 átomos H y 1 átomo O). ¡En otras palabras, parece que hemos perdido 1 átomo O
en el camino!
Ecuaciones químicas de equilibrio
Para escribir una ecuación química correctamente, el número
de átomos del lado izquierdo de la ecuación química tiene que estar
precisamente balanceada con los átomos de la derecha de la ecuación. ¿Cómo
puede ocurrir esto? En realidad, el átomo O que 'perdimos' reacciona con la
segunda molécula de hidrógeno para formar una segunda molécula de agua. Durante
la reacción los enlaces H-H y O-O se rompen y los enlaces H-O se forman en las
moléculas de agua, tal como se puede ver en la simulación siguiente:
Por consiguiente, la ecuación balanceada se escribe así:
2H2 + O2 arrow 2H2O
Al escribir ecuaciones químicas, el número delante del
símbolo molecular (llamado coeficiente) indica el número de moléculas que
participan en la reacción. Si ningún coeficiente aparece delante de la
molécula, esto significa uno.
Para escribir una ecuación química de manera correcta, hay
que balancear todos los átomos del lado izquierdo de la reacción con los átomos
en el lado derecho. Miremos otro ejemplo. Si usted usa una cocina de gas para
cocinar su cena, es probable que su cocina queme gas natural, que es
principalmente metano. El metano (CH4) es una molécula que contiene cuatro
átomos de hidrógeno enlazados a un átomo de carbono. Cuando usted enciende la
cocina, está suministrando la energía de activación para empezar la reacción
del metano con el oxígeno en le aire. Durante esta reacción, los enlaces
químicos se rompen y se vuelven a formar y los productos que se producen son el
dióxido de carbno y el vapor de agua (y, por supuesto la luz y el calor que se
ve en la llama). La ecuación química desbalanceada se escribe:
CH4(metano) + O2(oxígeno) arrow CO2(dióxido de carbono) +
H2O(agua)
Mire la reacción átomo a átomo. Al lado izquierdo de la
ecuación encontramos un átomo de carbón y uno en la derecha.
C H4 + O2 arrow C O2 + H2 O
^ 1 carbón ^ 1
carbón
Después vamos hacia el hidrógeno. Hay cuatro átomos de
hidrógeno en el lado izquierdo de la ecuación, pero sólo dos en la derecha.
C H4 + O2 arrow C O2 + H2 O
^ 4
hydrógeno ^ 2 hydrógeno
Por consiguiente, debemos balancear el átomo H añadiendo el
coeficiente 2 delante de la molécula de agua (solamente se puede cambiar
coeficientes en una ecuación química, no subscriptos). Al sumar este
coeficiente tenemos:
C H4 + O2 arrow C O2 + 2H2 O
^ 4
hidrógeno ^ 4 hidrógeno
Lo que esta ecuación quiere decir ahora es que se producen
dos moléculas de agua por cada molécula de metano consumido. Pasando al átomo
de oxígeno, encontramos 2 en la parte izquierda de la ecuación, pero un total
de 4 en el lado derecho (2 de la molécula CO2 y 1 de cada 2 moléculas de agua
H2O).
C H4 + O2 arrow C O2 + 2H2 O
^ 2 oxígeno ^ 4 oxígeno ^
Para balancear la ecuación química, debemos sumar el
coeficiente 2 delante de la molécula de oxígeno del lado izquierdo de la
ecuación, para demostrar que 2 moléculas de oxígeno se consumen por cada
molécula de metano que se quema.
C H4 + 2O2 arrow C O2 + 2H2 O
^ 4 oxígeno ^ 4 oxígeno ^
Punto De Comprensión
There is the same number of _____ on both sides of a
balanced equation.
atoms
molecules
La ley de Daltón de las proporciones definidas
La ley de Daltón de las proporciones definidas se aplica a
todas las reacciones químicas. Esencialmente, esta ley postula que una reacción
química siempre prosigue de acuerdo a la relación definida por la ecuación
química balanceada. Por consiguiente, se puede interpretar la anterior ecuación
del metano como "1 parte de metano reacciona con 2 partes de oxígeno para
producir una parte de dióxido de carbono y 2 partes de agua." Esta
relación siempre permanece igual; por ejemplo, si empezamos con dos partes de
metano, entonces consumiremos cuatro partes de O2 y generaremos dos partes de
CO2 y cuatro partes de H2O. Si empezamos con un exceso de cualquiera de los
reactantes (por ejemplo, 5 partes de oxígeno cuando sólo una parte de metano
está disponible) los reactantes excedentes no se consumirán:
C H4 + 5O2 arrow C O2 + 2H2 O + 3O2
Los reactantes excedentes no se consumirán.
En el ejemplo de arriba, 3O2 tiene que ser añadido al lado
derecho de la ecuación para balancearla y demostrar que el oxígeno excedente no
se consumirá durante la reacción. En este ejemplo, el metano se denomina el
reactante limitativo.
Mientras hemos discutido las ecuaciones balanceadas en
términos de números de átomos y de moléculas, recuerde que nunca hablamos de
átomos solos (o moléculas) cuando usamos ecuaciones químicas. Esto es debido a
que los átomos solos (y las moléculas) son tan pequeñas que son difíciles de
aislar. Las ecuaciones químicas se discuten en relación con el número de El
Mol: Su Historia y El Uso de los reactantes y de los productos usados o
producidos. Ya que el mol se refiere al número de átomos (o moléculas)
establecido, el término puede ser simplemente substituido por ecuaciones
químicas. Por consiguiente, la ecuación balanceada de metano de arriba también
puede ser interpretada como "1 mole de metano reacciona con 2 moles de
oxígeno para producir un mol de dióxido de carbono y 2 moles de agua'.
La Conservación de la Materia
La ley de la conservación de la materia establece que la
materia ni se pierde ni se gana en las reacciones químicas tradicionales,
simplemente cambia de forma. Por consiguiente, si tenemos un cierto número de
átomos de un elemento en el lado izquierdo de una ecuación, tenemos que tener
el mismo número en el lado derecho. Esto implica que la masa también se
conserva durante la reacción química. Tome la reacción del agua por ejemplo::
2H2 + O2 arrow 2H2O
hydrogen-small
hydrogen-small
hydrogen-small hydrogen-small + oxygen-small oxygen-small arrow water molecule-small water molecule-small
2 * 2.02g + 32.00g = 2 * 18.02g
La masa total de los reactantes, 36.04g, es exactamente
igual al la masa total de los productos, 36.04g (si está confundido sobre estos
pesos moleculares, debe revisar la El Mol: Su Historia y El Uso). Esto se
aplica para todas las ecuaciones químicas balanceadas.
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