1. Tema 1
• La reacción química: competencia entre la
posibilidad de qué la reacción se produzca y el
tiempo que tarda en producirse.
• Termodinámica frente a cinética.
• ¿Cómo se mide la espontaneidad?
• ¿Cómo se mide la velocidad?
2. La reacción química
• Es crucial empezar por definir algunos conceptos
previos:
– Transformación química o reacción química. Se escribe
mediante una ecuación química: Izquierda Reactivos y
Derecha Productos, una flecha indica el sentido de la reacción
y se lee “… para dar”, y el signo “+” se lee “… reacciona con”.
– La ecuación química debe estar balanceada, para que se
cumplan las leyes de la Química. Sobre las ecuaciones
balanceadas es posible aplicar la estequiometría. Conceptos
como Reactivo Limitante, Rendimiento, Pureza, etc.
– Las reacciones químicas se suelen agrupar en diferentes tipos,
con objeto de sistematizar la reactividad.
3. Tipos de reacciones químicas
• Dado que en ninguna transformación química se crean
o se destruyen átomos, una ecuación química debe
tener números iguales de cada elemento a cada lado de
la flecha.
– 2H2 + O2 2H2O
• Intentamos ahora ver patrones de reactividad química:
esto es, dados los reactivos, intentar predecir los
productos que se pueden formar.
• Podemos identificar los reactivos y productos por
medio de sus propiedades. No obstante, es posible saber
lo que sucede en una reacción si hemos visto en acción a
una similar con anterioridad.
4. Tipos de reacciones químicas
• Para esto nos ayudaría mucho la Tabla
Periódica.
– Es más fácil reconocer un patrón general de
reactividad para una clase de sustancias que
aprendernos de memoria un gran número de
reacciones sin encontrar una relación entre ellas.
– Por ejemplo, los metales alcalinos reaccionan con
agua, presentando el mismo patrón:
• 2M(s) + 2H2O(l) H2(g) + 2M(OH)(ac)
• Reacción violenta con liberación de hidrógeno.
7. Reacción de combinación
2 2
2 2 3
2 2
4 2 3
( ) ( ) ( )
( ) 3 ( ) 2 ( )
( ) ( ) ( ) ( )
( ) 6 ( ) 4 ( )
A B C
C s O g CO g
N g H g NH g
CaO s H O l Ca OH s
P s Cl g PCl l
8. Reacción de combinación
2 2 6
2 3
2 ( ) 3 ( ) ( )
2 ( ) 3 ( ) 2 ( )
A B C
Al s Br l Al Br s
Fe s Cl g FeCl s
9. Reacción de descomposición
3 2
3 2
3 2
2 ( ) 2 ( ) 3 ( )
2 ( ) 2 ( ) 3 ( )
( ) ( ) ( )
C A B
KClO s KCl s O g
NaN s Na s N g
CaCO s CaO s CO g
Reacción de
generación del gas
Reactivos Productos
Reacción inicial
disparada por
sensor
NaN3
Na
N2 (g)
Segunda reacción
Na
KNO3
K2O
Na2O
N2 (g)
Reacción Final
K2O
Na2O
SiO2
alkaline silicate
(glass)
Tabla 1
Esta Tabla resume las especies involucradas en las reacciones
químicas que se producen para generar el gas que rellena el
airbag.
10. Reacción de desplazamiento
4 4
4 2
2 3 2 3
( ) ( ) ( ) ( )
2 ( ) ( ) 2 ( ) ( )
( ) 2 ( ) 2 ( ) ( )
M NA N MA
Zn s CuSO ac Cu s ZnSO ac
Mg s TiCl ac MgCl ac Ti s
Fe O s Al s Fe s Al O s
La mecha de la reacción termita es
una cinta de magnesio impregnada
en peróxido de bario, el calor
desprendido al acercar el fuego es el
iniciador de la reacción termita.
11. Reacción de metátesis
3 3
2 4 2 4
2
( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( )
MB NA NB MA
AgNO ac NaCl ac NaNO ac AgCl s
BaCl ac CuSO ac CuCl ac BaSO s
HCl ac NaOH ac NaCl ac H O l
12. Reacción de Tautomerización
1 2
Isómero Isómero
HN
N
H
O
O
N
N
H
O
O
H
Timina forma ceto (lactama) Timina forma enólica (lactima)
13. Reacciones y análisis químico
• Los análisis cuantitativos dependen de dos
ideas fundamentales:
– Una sustancia presente en una cantidad
desconocida, se hace reaccionar con una cantidad
conocida de otra sustancia. Aplicando la
estequiometría, se determina la cantidad
desconocida.
– Un material de composición desconocida puede
transformarse en una o más sustancias de
composición conocida. Se identifican estas
sustancias, se determina la cantidad y estas
cantidades se relacionan con la cantidad de
sustancia original desconocida.
14. Reacciones y análisis químico
• Un ejemplo del primer caso es el análisis de una
muestra de vinagre que contiene una cantidad
desconocida de ácido acético, el ingrediente que
produce mayoritariamente la acidez en el vinagre.
• Un ejemplo del segundo caso sería el de la
determinación de sacarina en un edulcorante artificial.
La sacarina contiene azufre, la hacemos reaccionar con
una sustancia que transforme el azufre en sulfato.
Posteriormente, el sulfato lo convertimos en insoluble
con ayuda del cloruro de bario y lo pesamos.
15. Reacciones y análisis químico
• Caso de la sacarina.
N
S O
O
O
Na
+ Reactivo S en Sulfato SO4
2-
(ac) + otros productos
Na2SO4(ac) + BaCl2(ac) BaSO4(s) + 2 NaCl(ac)
1 mol de sacarina sódica 1 mol de S 1 mol de sulfato 1 mol de BaSO4
+
17. Reacciones y análisis químico
• Determinación de la fórmula de un
compuesto mediante el análisis de la
combustión. Aplicación de la
estequiometría.
18. Reacciones en Disolución Acuosa
• Se distinguen el disolvente, y el soluto.
• El soluto, si tiene características iónicas o muy
polares, se disuelve dando cationes y aniones
(iones).
• Si el soluto no es iónico o muy poco polar no
produce iones.
• Los iones no están solos sino que se encuentran
rodeados por moléculas de agua, esferas de
solvatación (hidratación). Y estos iones se mueven
bajo la acción de un campo eléctrico, por lo que
conducen claramente la electricidad.
19. Reacciones en Disolución Acuosa
• Se define como electrolito a la sustancia
susceptible de disolverse en agua.
• Los electrolitos pueden ser:
– Fuertes, conducen mucho la electricidad, el electrolito
fuerte se disuelve completamente en agua, NaCl,
CuCl2, etc.
– Débiles, conducen poco la electricidad, el electrolito
débil no se disuelve completamente en agua
(parcialmente), ácido acético, ácido láctico, fórmico,
fosfórico, etc.
– No electrolitos no conducen la electricidad se disuelven
porque son polares, pero no lo suficiente como para que
el agua los “rompa” en iones. Caso del alcohol etílico.
21. Reacciones en Disolución Acuosa
• Reacciones de precipitación.
• Ácidos y Bases.
• Reacciones con formación de un gas.
• Reacciones favorecedoras de los productos
o de los reactivos.
– Resumen de las fuerzas que impulsan una
reacción.
• Reacciones Redox.
22. Reacciones en Disolución Acuosa
• Para medir la estequiometría de las reacciones en
disolución, usamos las concentraciones.
• La aplicación analítica de las reacciones en
disolución acuosa son las valoraciones.
• Las reacciones de precipitación, ácido-base y la de
transferencia de electrones procesos REDOX, las
veremos con detalle más adelante. Ahora sólo nos
preocuparemos de adelantar:
23. Reacciones en Disolución Acuosa
• Que los procesos de precipitación implican la formación de
una fase sólida a partir de una disolución (mezcla
homogénea). Debido a que se forma una sal (sólido) que es
poco soluble en el agua.
• Que los procesos ácido-base son reacciones que
transcurren con la transferencia de iones hidrógeno entre
las sustancias que actúan como ácido y las que actúan
como base.
• Que todos estos procesos tienen en común que los iones de
los reactivos cambian de acompañante, es como si en un
baile se hubiese ordenado “cambiad de pareja”.
3 3
A B C D A D C B
HCl NaOH HOH NaCl
AgNO NaCl AgCl NaNO
24. Reacciones en Disolución Acuosa
• Que los procesos que transcurren con
liberación de un gas (formación de una
nueva fase) generalmente implican a los
carbonatos metálicos como reactivos en su
reacción con ácidos.
• Que el producto que acaba transformándose
en gas es el dióxido de carbono y que
procede de la descomposición del ácido
carbónico a dicho dióxido y agua.
3 3 3 2 2 3
2 3 2 2
( ) 2 ( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )
CuCO s HNO ac Cu NO ac H CO ac
H CO ac CO g H O l
25. Reacciones en Disolución Acuosa
• La fuerza impulsora de una reacción de precipitación,
ácido-base o con formación de gas, en cada caso, la
formación de un producto que elimina iones de la
disolución: un sólido, agua y gas.
• Éstas y todas las reacciones que suceden tal y como están
escritas (de izqda. a dcha.) se dice que están favorecidas en
los productos.
• El opuesto es una reacción favorecida en reactivos, tal es el
caso de la descomposición de las moléculas de hidrógeno
en sus átomos o la disolución de la sal común en agua que
no produce la base y el ácido fuertes que la originó.
• Además de estas tres fuerzas impulsoras que hacen que
una reacción en disolución se produzca, existe una cuarta
que es la transferencia de electrones, esto es, los procesos
de oxidación-reducción.
26. Reacciones en Disolución Acuosa
• Destacar que aunque estas fuerza impulsoras son
fácilmente reconocibles, en una reacción pueden
darse simultáneamente la presencia de más de una
de esas fuerzas.
• Reacciones REDOX:
– Oxidante = “el que oxida” “Se reduce”
– Reductor = “el que reduce” ”Se oxida”
– Oxidación ganancia de oxígeno = pérdida de electrones,
aumento “en positivo” del número de oxidación.
– Reducción pérdida de oxígeno, ganancia de hidrógeno
= ganancia de electrones, aumento “en negativo”
(disminución) del número de oxidación.
2 2 4 4 2
( ) ( ) ( ) ( ) 2 ( )
Ba OH ac H SO ac BaSO s H O l
27. Competencia entre posibilidad y
tiempo.
• Las reacciones favorecidas en productos se dan de
izquierda a derecha, lo que nos planteamos es poder
predecir si una reacción química es favorecida en
productos o en reactivos.
• Para estudiar la posibilidad de que una reacción se
produzca tal y como está escrita, tenemos que recurrir a la
termoquímica.
• Todas las reacciones que se producen en disolución acuosa
y que retiran iones de la misma, junto con las reacciones de
combustión, están favorecidas en productos.
• Todas tienen en común que cuando se producen liberan
energía en forma de calor, esto es, son exotérmicas. ¿Se
puede decir entonces qué las reacciones favorecidas en
productos son todas aquellas que son exotérmicas? Pues
no, existen reacciones favorecidas en productos que
transcurren mediante la absorción de energía.
28. Competencia entre posibilidad de y
tiempo.
• Para poder predecir esto, junto con la
energía (entalpía, calor liberado o absorbido
a presión constante) debemos considerar la
variación de entropía (relacionado con el
grado de orden-desorden) que se produce en
una reacción. La tendencia general es que
los procesos favorecidos en productos
tienden a aumentar la entropía del sistema.
• Gibbs, reúne estas dos condiciones en una
expresión matemática denominada energía
libre: G H T S
29. Termoquímica frente a Cinética.
• Antes de continuar debe quedar claro que aunque
la reacción sea posible, puede que no sea
realizable.
• Una reacción posible está favorecida en productos,
pero para que sea realizable debe verificarse la
transformación desde los reactivos a los productos
en un lapso de tiempo razonable.
• La medida de la realizabilidad de las reacciones
químicas nos la garantiza el estudio de la Cinética
de la reacción.
• Así que las reacciones químicas pueden presentar
una reactividad posible termodinámicamente e
imposible desde el punto de vista cinético.
30. ¿Cómo se mide la espontaneidad?
• Midiendo ΔG, la medida requiere medir ΔH (la
entalpía de la reacción) y ΔS (la variación de
entropía de la reacción).
• Se sabe que, en general, las reacciones
exotérmicas están favorecidas en productos, esto
es, ΔH < 0.
• Se sabe que las reacciones con ΔS > 0 también.
• Aplicando estas simples reglas empíricas a la
ecuación de Gibbs, se deduce que una reacción
está favorecida en productos (espontánea) si y sólo
si: ΔG < 0.
31. ¿Cómo se mide la velocidad?
• La velocidad de una reacción química se
mide, determinando experimentalmente la
concentración de un reactivo o producto a
medida que la reacción transcurre.
• De esta manera se obtiene una tabla de
valores concentración vs tiempo.
• A partir de ahí es posible evaluar la
velocidad, mediante:
n
dC
v kC
dt
32. Ejercicios
• Investigación: Obtener la ecuación de la energía
libre de Gibbs.
• Proponer ejercicios de estequiometría de
reacciones en general como en disolución.
– Aplicaciones analíticas.
• Proponer ejercicios de identificación del tipo de
reacciones.
• Identificar la posible reactividad de las reacciones
