Plan nacional de Formaci贸n Docente Modulo I - 2015 Fundamentos de Qu铆mica
UNIDAD V Reacciones Químicas y estequiometría
Objetivos Capacitar al especialista en el análisis, lectura y tipos de
reacciones químicas, mediante la escritura de las ecuaciones químicas, factores de conversión, estequiometría, reactivo limitante y porcentaje de rendimiento, para el estudio y comprensión de procesos químicos cualitativos y cuantitativos.
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El Mol En el sistema SI el MOL es la cantidad de una sustancia que contiene tantas entidades elementales (átomos, moléculas, u otras partículas) como átomos hay en exactamente 12 g (o 0.012 kg) del isótopo carbono-12.
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Número de Avogadro El número real de átomos en 12 g de carbono-12 se determina experimentalmente. Este número se llama Número de Avogadro (NA), en honor al científico italiano Amedeo Avogadro. En actualidad valor aceptado es:
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Número de Avogadro Generalmente, redondeamos el NA a 6.022X 1023. Por lo tanto, al igual que una docena naranjas contiene 12 naranjas, 1 mol de átomos de hidrógeno contiene 6.022X1023 átomos de H.
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Diferencias entre Masa y Peso
¿Qué es masa? Es la cantidad de materia de un objeto. Es una medida extensiva pues depende de la cantidad.
¿Qué es peso? Es la fuerza de atracción que ejerce la gravedad sobre la masa de un cuerpo, por lo que es una cantidad vectorial. Varía con la posición del objeto.
Masa atómica, masa fórmula, peso molecular y masa molar
Los químicos se interesan principalmente en la masa, que puede determinarse con facilidad con una balanza; por extraño que parezca, el proceso de medir la masa se llama pesada. Masa atómica Es la masa de un átomo, en unidades de masa atómica (uma). 1 mol de átomos 12C es = 6.022 x 1023 átomos = 12.00 g
1 átomo 12C = 12.00 uma 1 mol de átomos 12C = 12.00 g 12C Para cualquier elemento 8
masa atómica (uma) = masa molar (gramos)
Masa atómica, masa fórmula, peso molecular y masa molar
Masa Fórmula Es la suma de las masas atómicas de la fórmula de una sustancia, en compuestos que no contienen unidades moleculares discretas (en uma). Na
1x 22.99 uma +
Cl NaCl
1x35.45 uma 58.44 uma
Para cualquier compuesto iónico
masa de la fórmula (uma) = masa molar (gramos)
NaCl 9
1 fórmula unitaria NaCl = 58.44 uma 1 mol NaCl = 58.44 g NaCl
Masa atómica, masa fórmula, peso molecular y masa molar
Masa molecular (o peso molecular) es la suma de masas atómicas (en uma) de los elementos de una molécula.
SO2
S
1x32.07 uma +
O SO2
2 x 16.00 uma 64.07 uma
Para cualquier molécula masa molecular (uma) = masa molar (gramos)
1 molécula SO2 = 1 mol SO2 =
64.07 uma 64.07 g SO2
Masa atómica, masa fórmula, peso molecular y masa molar
Ejercicios: Calcular Masa atómica, masa fórmula y masa molar según corresponda. H2SO4, CH3COOH, MgCl2 , Benceno, C6H12O6.
Cambio Físico y Cambio Químico La materia cambia continuamente, los cambios que ocurren en la materia son físicos y químicos. Las propiedades físicas de un objeto como: Tamaño, color, forma, o estado físico pueden cambiar al ocurrir un cambio físico, sin embargo no se forman substancias nuevas como cuando ocurren cambios Químicos.
Los cambios físicos: Son aquellos en los que no cambia la naturaleza de las sustancias que intervienen. Se consideran cambios físicos si después del cambio que experimente la materia, esta sigue siendo la misma. Por ejemplo, después de un cambio de estado el agua se congela transformándose en hielo o se evapora transformándose en vapor de agua, pero el agua líquida, el hielo y el vapor están constituidos por la misma materia.
Cambio Físico Ejemplos de cambios físicos: Cambios de estado, solido, líquido y gaseoso. Dilatación o aumento de volumen. El movimiento o cambio de posición que ocupa un cuerpo en el espacio. La fragmentación, que es la división de un cuerpo en trozos más pequeños que conservan su misma naturaleza. La mezcla de varias sustancias sin que ninguna de ellas pierda o cambie sus propiedades.
Cambio FĂsico
Cambio Químico En un cambio químico se forman una o más sustancias nuevas. Estas sustancias nuevas son diferentes de las originales, se caracterizan por que tienen nuevas propiedades físicas y químicas, en ambos casos se forma un nuevo material. Ejemplos de cambios químicos:
Combustión
Corrosión
Cambio Químico Se observa un cambio químico cuando: Hay un cambio de color Se pueden producir gases en forma de efervescencia o burbujas. Puede ocurrir una explosión o incendio. Hay formación de precipitados.
Cambios de sabor Se puede emitir luz Se pueden observar cambios de temperatura
Las reacciones químicas y la ecuación química Reacción química esto es un proceso en el que una sustancia (o sustancias) cambian para formar una o más sustancias nuevas.
Una ecuación química es: La descripción abreviada de una reacción química. Por convención, en una ecuación química los reactivos se escriben a la izquierda y los productos a la derecha de la flecha:
Las reacciones químicas y la ecuación química Para proporcionar información adicional, con frecuencia se utilizan otros símbolos, los más comunes se muestran en la siguiente tabla:
Las reacciones químicas y la ecuación química Cómo “leer” ecuaciones químicas 2 Mg + O2
2 MgO
2 átomos de Mg + 1 molécula de O2 forman 2 fórmulas unitarias de MgO 2 moles de Mg + 1 mol O2 forman 2 moles de MgO 48.6 gramos de Mg + 32.0 gramos de O2 forman 80.6 g MgO
NO DEBE LEERSE : 2 gramos Mg + 1 gramo O2 forman 2 g MgO 3.7
Tipos de reacciones químicas Si sabemos lo que ocurre en una reacción química determinada, seremos capaces de predecir lo que ocurre en otras parecidas. Por eso es conveniente conocer los tipos más frecuentes de reacciones químicas. Reacción Química de Combinación Reacción Química de Descomposición Reacción Química de Sustitución
Reacción Química de Desplazamiento Reacción Química de Doble desplazamiento Reacción Química de Combustión
Reacciones de Combinaciรณn Una reacciรณn de combinaciรณn es una reacciรณn en la que dos o mรกs sustancias (que pueden ser elementos o compuestos) se combinan para formar un solo producto
Ejemplos de reacciones de Combinación
A+BC
S(s) + O2(g) SO2(g) 2Na(s) + Cl2(g) 2NaCl(S) 2C(s) + O2(g)limitado 2CO(g) C(s) + O2(g)exceso CO2(g) CaO(s) + H2O(l) Ca(OH)2(ac)
Reacciones de Descomposición Las reacciones de descomposición son las opuestas a las reacciones de combinación concretamente, una reacción de descomposición es la ruptura de un compuesto en dos o más componentes distintos.
Ejemplos de reacciones de Descomposición
AB+ C
2KClO3(s) 2KCl(s) + 3O2(g) 2H2O2(l) 2H2O(l) + O2(g) 2NaHCO3(s) Na2CO3(s) + CO2(s) + H2O(g) 2H2O(l) 2H2(g) + O2(g)
Reacciones de Sustitución Es el tipo de reacción que se presenta cuando un elemento químico más activo o más reactivo desplaza a otro elemento menos reactivo que se encuentra formando parte de un compuesto; el elemento que ha sido desplazado queda en forma libre.
A + BC AC + B
Ejemplos de reacciones de Sustitución Fe(s) + CuSO4(ac) FeSO4(ac) + Cu(s) 2Zn(s) + 2HCl(ac) 2ZnCl(ac) + H2(g)
Cl2(g) + 2NaBr(ac) 2NaCl(ac) + Br2(g) Cu(s) + 2AgNO3(ac) Cu(NO3)2(ac) + 2Ag(s) 2KBr(ac) + Cl2(g) 2KCl(l) + Br2(g)
Ejemplos de reacciones de Sustituci贸n
Reacciones de Sustituci贸n
Reacciones de Desplazamiento En una reacción de desplazamiento, un ion (o un átomo) presente en un compuesto se remplaza por un ión o un átomo de otro elemento.
A + BC AC + B La mayoría de las reacciones de desplazamiento se pueden clasificar en tres subcategorías: desplazamiento de hidrógeno, desplazamiento de un metal, o desplazamiento de un halógeno.
Reacciones de Desplazamiento Desplazamiento de Hidrógeno. Todos los metales alcalinos y algunos metales alcalinotérreos (Ca, Sr, Ba) que son los más reactivos de los elementos metálicos, desplazarán al hidrógeno del agua fría. También muchos metales, incluidos los que no reaccionan con agua, son capaces de desplazar el hidrógeno presente en los ácidos. Por ejemplo: 2Na(s) + 2H2O(l) 2NaOH(ac) + H2(g) Ca(s) + 2H2O(l) Ca(OH)2(s) + H2(g) Zn(s) + HCl(ac) ZnCl2(ac) + H2(g) Mg(s) + 2HCl(ac) 2MgCl2(ac) + H2(g)
Reacciones de Desplazamiento Desplazamiento de metales. Un metal en un compuesto puede ser desplazado por otro metal en estado libre.
Por ejemplo:
Zn(s) + CuSO4(ac) ďƒ ZnSO4(ac) + Cu(s) Cu(s) + 2AgNO3(ac) ďƒ Cu(NO3)2(ac) + 2Ag(s)
Reacciones de Desplazamiento Una forma sencilla de predecir si en realidad va a tener lugar una reacción de desplazamiento de un metal o de hidrógeno, consiste en hacer referencia a una serie de actividad (algunas veces denominada serie electroquímica). Básicamente, una serie de actividad consiste en un resumen adecuado de los resultados de muchas posibles reacciones de desplazamiento semejantes a las ya descritas. De acuerdo con esta serie, cualquier metal que se sitúe por encima del hidrógeno lo desplazará del agua o de un ácido, pero los metales situados por debajo del hidrógeno no reaccionarán ni con agua ni con ácidos. De hecho, cualquier especie de la serie reaccionará con cualquier otra especie (presente en un compuesto) que se encuentre por debajo de ella.
Reacciones de Desplazamiento
Reaccionan con vapor de agua para producir hidrógeno H2
Reaccionan con los ácidos para producir hidrógeno H2
No reaccionan ni con agua ni con ácidos para producir hidrógeno H2
Aumento de la fuerza reductora
Reaccionan con agua fría para generar hidrógeno H2
Reacciones de Desplazamiento Desplazamiento de Halógenos. Otra serie de actividad es la que resume el comportamiento de los halógenos en las reacciones de desplazamiento de halógenos.
F2>Cl2>Br2>I2 Por ejemplo:
Cl2(g) + 2KBr(ac) 2KCl(ac) + Br2(l) Cl2(g) + 2NaI(ac) 2NaCl(ac) + I2(s)
Reacciones de Doble Desplazamiento En una reacci贸n de doble desplazamiento, dos compuestos cambian parejas entre s铆, para producir compuestos distintos.
Ejemplos de reacciones de Doble Desplazamiento
AB + CD AD + CB AgNO3(ac) + NaCl(ac) AgCl(s) + NaNO3(ac) 2NaOH(ac) + H2SO3(ac) Na2SO3(ac) + 2H2O
AgNO3(ac) + HCl(ac) AgCl(s) + HNO3(ac)
Reacciones químicas: Combustión Una reacción de combustión es una reacción en la que una sustancia reacciona con oxígeno, normalmente produciendo calor y luz, dando lugar a la formación de una llama.
Combustible + O2(g) dióxido de carbono + agua + energía
Reacciones químicas: Combustión En este caso el oxigeno se denomina comburente. El comburente es cualquier sustancia que se puede combinar con un combustible para producir una combustión.
Combustible + O2(g) dióxido de carbono + agua + energía Ejemplos: Combustión del propano
C3H8(g) + 5 O2(g) 3CO2(g) + 4H2O(g) + Energía Combustión del octano C8H18(g) + 12 1/2 O2(g) 8CO2(g) + 9 H2O(g) + Energía