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LA REACCIÓN
QUÍMICA
Departamento de
Física y Química
3º ESO
1. Las reacciones químicas
Cambio físico: transformación en la que no varía la naturaleza
de la materia.
Antes y después del cambio la materia se representa por la
misma fórmula química.
Ejemplos: cambios de estado, mezcla y separación de sustancias,
formación de un coloide…
Cambio químico: transformación en la que varía la naturaleza
de la materia.
Antes del cambio, la materia se representa por una fórmula
química, y después, por otra fórmula diferente.
Ejemplos: combustiones, electrolisis…
Reacción química: se trata de un cambio químico, que viene
acompañado de:
Un gran desprendimiento de luz
Formación de gases
Formación de un sólido
Desprendimiento de calor
Formación de un humo coloreado
Disolución de un sólido
1. Las reacciones químicas
Reacción química: proceso por el cual unas sustancias
(reactivos) se transforman en otras diferentes (productos)
Teoría de las colisiones: Las reacciones químicas se
producen cuando las moléculas de los reactivos chocan entre sí y se
rompen. Los átomos que se liberan se reorganizan, formando
nuevas moléculas.
Solo cuando las moléculas poseen una orientación adecuada y
una velocidad suficiente el choque es eficaz, y se podrán romper
las moléculas de los reactivos para formar los productos.
La velocidad de las partículas es un factor muy importante para
determinar si una reacción se produce o no.
Se puede aumentar la velocidad de una reacción:
o Elevando la temperatura
o Aumentando el grado de división de la materia
o Elevando la presión
o Aumentando la concentración de los reactivos
1. Las reacciones químicas
En una reacción química:
Se conserva: los átomos que intervienen y la masa
Cambia: la fórmula química de las sustancias, y en muchos
casos, el número de moléculas
Ley de conservación de la masa o ley de Lavoisier:
En una reacción química la materia no se crea ni se destruye, solo
se transforma la masa permanece constante
m (reactivos) = m (productos)
Ejemplos:
a)
b)
c)
N2 + 3 H2 2 NH3
56 g x 68 g
140 g 30 g x
x 80 g 124 g
reactivos productos m (reactivos) = m (productos)
a) 56 + x = 68
x = 68 – 56 = 12 g
b) 140 + 30 = x
x = 170 g
c) x + 80 = 124
x = 124 – 80 = 44 g
2. La ecuación química
Ecuación química: representación simbólica de una reacción
química.
2 Al (s) + 6 HCl (aq) 2 AlCl3 (aq) + 3 H2 (g)
coeficientes estequiométricos
estado de la sustancia [s: sólido; l: líquido; g: gas; aq: disolución acuosa)]
Coeficiente estequiométrico: número que indica la proporción
en moléculas, o átomos, en la que interviene una sustancia en la
reacción.
Masa molecular: masa de una molécula. Se obtiene sumando la
masa (en u) de todos los átomos que la forman.
Masa molar: masa de una molécula expresada en gramos.
En la reacción:
2 · 27 (mAl) + 6 · 36,5 (mHCl) = 2 · 133,5 (mAlCl3) + 3 · 2 (mH2
)
54 + 219 = 267 + 6 273 g = 273 g m (reactivos) = m (productos)
reactivos productos
2. La ecuación química
Ajuste de las ecuaciones químicas:
En una reacción química, para cada elemento debe haber el mismo
número de átomos en los reactivos que en los productos.
Pasos a seguir para ajustar una ecuación química:
1. Escribe las fórmulas de los reactivos y de los productos y
colócalas según la norma: Reactivos Productos
2. Observa el primer elemento y cuenta los átomos del mismo que
hay en los reactivos. Luego cuenta los átomos de este elemento
que hay en los productos. Si no coinciden, hay que ajustarlo.
3. Repite el proceso con el segundo elemento. Es posible que al
ajustar este elemento debas reajustar el anterior. Elige coeficientes que
permitan que el ajuste del segundo elemento mantenga ajustado el
primero.
4. Repite el proceso hasta que estén ajustados todos los elementos
5. Comprueba que con estos coeficientes están ajustados todos los
elementos
2. La ecuación química
Ajuste de las ecuaciones químicas:
Ejemplo:
1. HCl + Al AlCl3 + H2
2. 2 HCl + Al AlCl3 + H2
3. 2 HCl + Al 2/3 AlCl3 + H2
4. 2 HCl + 2/3 Al 2/3 AlCl3 + H2
5. Para evitar que los coeficientes estequiométricos sean fracciones
se multiplica toda la ecuación por el denominador común, en este
caso por 3, dando:
6 HCl + 2 Al 2 AlCl3 + 3 H2
o Comprobación de que los elementos están ajustados:
Reactivos: 6 H; 6 Cl; 2 Al
Productos: 2 Al; (2·3) = 6 Cl; (3·2) = 6 H
reactivos productos
3. Cálculos en las reacciones químicas
Cálculos estequiométricos: conjunto de operaciones que
permiten calcular qué cantidad de cada sustancia interviene en una
reacción química.
Cálculos estequiométricos en masa:
Pasos a seguir:
1. Escribe la ecuación química de la reacción y ajústala
2. Calcula la masa molar de cada sustancia
3. Teniendo en cuenta los coeficientes estequiométricos, calcula la
proporción en que se combina cada una de las sustancias
4. Para cada cálculo, construye un factor de conversión que
relacione la masa de la sustancia conocida que se combina con la
masa de la sustancia que buscas
5. Siempre se debe cumplir la ley de conservación de la materia:
m (reactivos) = m (productos)
3. Cálculos en las reacciones químicas
Cálculos estequiométricos en masa:
Ejemplo:
a) ¿Cuántos gramos de O2 hacen falta para reaccionar con 8 g de Mg?
1. 2 Mg + O2 2 MgO
2. Cálculo de la masa molar de cada sustancia:
M (Mg) = 24,3 g M (MgO) = 24,3 + 16 = 40,3 g
M (O) = 16 g M (O2) = 16·2 = 32 g
3. Teniendo en cuenta la reacción química:
48,6 g (2 · 24,3) de Mg reaccionan con 32 g de O2 para dar 80,6 g
(2 · 40,3) de MgO
4. Factor de conversión que relaciona la masa del O2 y la del Mg:
48,6 g de Mg ↔ 32 g de O2 8 g Mg · = 5,3 g O2
b) ¿Cuántos gramos de MgO se obtendrán?
48,6 g de Mg ↔ 80,6 g de MgO 8 g Mg · = 13,3 g MgO
3. Cálculos en las reacciones químicas
Cálculos estequiométricos entre gases.
Relación en volumen:
Avogadro dedujo que cuando en una reacción química intervienen
varios gases que se encuentran en las mismas condiciones de
presión y temperatura, la proporción en la que se combinan
sus moléculas es la misma que la proporción en volumen.
Volumen molar: volumen que ocupa la masa molar de cualquier
gas a 1 atm de presión y 0 ºC de temperatura, y tiene un valor de
22,4 L.
Presta atención:
o Condiciones normales: 0 ºC, 1 atm = 1,01325·105 Pa
o Condiciones estándar: 0 ºC, 105 Pa
3. Cálculos en las reacciones químicas
Cálculos estequiométricos entre gases:
Ejemplo:
En la reacción de formación de agua, calcula el volumen de H2, medido a
2 atm y 50 ºC, que reacciona con 5 L de O2, también a 2 atm y 50 ºC.
Escribe la reacción química ajustada, y los datos que conoces:
2 H2 (g) + O2 (g) 2 H2O (l)
Todos los gases de la reacción están en las mismas condiciones de presión
y temperatura la proporción en la que se combinan sus moléculas es la
misma que la proporción en volumen:
= 5 L O2 · = 10 L H2
H2 O2 H2O
P = 2 atm P = 2 atm
T = 50 ºC T = 50 ºC
V = ¿? V = 5 L
4. La química y el medio ambiente
La lluvia ácida:
La lluvia proviene de la condensación del agua que hay en la
atmósfera a consecuencia de un descenso de la temperatura.
Puesto que el agua en su estado natural es neutra, la lluvia debería
ser neutra.
Cuando se produce una combustión, se vierten a la atmósfera
grandes cantidades de gases (CO2, NO y SO2). En las zonas altas
de la atmósfera los óxidos de nitrógeno y de azufre se combinan
con más O2, transformándose en compuestos que al mezclarse con
H2O se convierten en HNO3 (ácido nítrico), H2SO4 (ácido sulfúrico)
y H2CO3 (ácido carbónico).
Cuando la atmósfera tiene gran cantidad de óxidos de carbono,
nitrógeno y azufre, y llueve, la lluvia que cae es ácida (pH < 5,6) y
causa graves daños como la destrucción de la vegetación, la
corrosión de la piedra y los metales…
4. La química y el medio ambiente
El efecto invernadero:
A la Tierra llega la radiación del Sol, que le aporta luz y calor.
Parte de esa radiación es absorbida, pero otra es reflejada desde la
superficie, que la devuelve a la atmósfera. Pero los gases que hay
en la atmósfera reflejan parte de esta radiación nuevamente hacia
la Tierra, dando lugar al efecto invernadero natural.
Cuando la atmósfera tiene una gran cantidad de gases de efecto
invernadero (CO2, vapor de agua y CH4), aumenta la radiación que
se refleja hacia la Tierra, provocando un incremento del efecto
invernadero, que hace que aumente la temperatura de su superficie
El aumento de la temperatura de la Tierra puede provocar graves
daños, como el deshielo de los casquetes polares y el aumento del
nivel del mar.
Las actividades que provocan un gran aumento de CO2 en la
atmósfera son los incendios y la quema de combustibles fósiles,
como la que se produce en automóviles, calefacciones o fábricas.
En 1997 muchos países firmaron el Protocolo de Kioto, por el cual
se comprometieron a controlar sus emisiones de gases contaminantes.
4. La química y el medio ambiente
La destrucción de la capa de ozono:
El planeta Tierra está rodeado por una zona de gases llamada
atmósfera. Entre 15-40 km de altura sobre la superficie de la Tierra
se extiende una capa llamada estratosfera que contiene gas
ozono (O3). El ozono tiene la propiedad de absorber la parte de
radiación solar ultravioleta que es dañina para los seres vivos.
La disminución del espesor de la capa de ozono es lo que se
conoce como agujero de la capa de ozono, y está relacionado con
la emisión a la atmósfera de clorofluorocarbonos (CFC), gases que
forman parte de muchos espráis y sistemas de refrigeración, que no
se descomponen hasta llegar a la estratosfera, y destruyen el O3.
Existen acuerdos internacionales que prohíben la utilización de
CFC, ya que si sigue disminuyendo el espesor de la capa de ozono
aumentarán las radiaciones ultravioletas nocivas que llegan a la
Tierra, lo que puede facilitar la aparición de cáncer de piel y otros
problemas en las personas y demás seres vivos. Pero los CFC son
muy estables en la atmósfera, por lo que su efecto no desaparece
de inmediato, aunque dejen de emitirse.
4. La química y el medio ambiente
Contaminación y purificación del aire:
El aire es una mezcla de fases formada por N2 (78%), O2 (21%) y
una pequeña cantidad (1%) de otros gases (CO2, vapor de agua,
Ar, He…)
Algunas actividades provocan un cambio en la composición del
aire, unas veces son debidas a la evolución de la propia naturaleza
(emisiones volcánicas), pero otras lo son por las actividades
humanas. Así, las combustiones que se producen en los vehículos
a motor (coches, aviones, barcos…), en las calefacciones o en
muchas industrias hacen que lleguen a la atmósfera gases que
provocan efectos no deseados como la lluvia ácida, el efecto
invernadero o la disminución de la capa de ozono.
Para evitarlo se instalan filtros que capturan estos gases y los
hacen reaccionar con otras sustancias, con lo que se evita que
lleguen a la atmósfera.
Por ejemplo: los catalizadores de los coches hacen que los óxidos de
nitrógeno se descompongan en N2 y otros gases, que al salir a la
atmósfera ya no contaminan.
4. La química y el medio ambiente
Contaminación y purificación del agua:
El agua interviene en muchas actividades humanas, agrícolas e
industriales, cada una de las cuales hace que le lleguen sustancias
que pueden cambiar sus propiedades de manera importante.
En ocasiones el agua arrastra componentes sólidos como en las
explotaciones mineras o en la limpieza de granjas. A veces se le
añaden sustancias que se disuelven y cambian su acidez, como los
detergentes, o otras sustancias que cambian su capacidad para
mantener la vida (insecticidas, abonos, aceites u otros productos
industriales). Por último, también se vierten aguas a temperaturas
altas (aguas de refrigeración) que hacen que disminuya la cantidad
de oxígeno disuelto.
Para evitar los problemas de todos estos vertidos, las aguas que
resultan de estos usos no se vierten directamente a los ríos, lagos o
al mar, sino que se someten a un proceso de depuración y
potabilización que depende de la contaminación que arrastren.
4. La química y el medio ambiente
Contaminación y purificación del agua:
Ejemplos de tratamientos de purificación del agua:
1. Se deposita el agua en balsas para que su temperatura se
iguale a la del ambiente.
2. En las balsas o depósitos, los sólidos se van al fondo, y los
aceites, a la superficie. Así se puede separar el agua de otras
sustancias.
3. Se añaden al agua sustancias que corrijan su acidez o capturen
sustancias disueltas. Los floculantes hacen que las sustancias
disueltas se conviertan en sólidos que acaban en el fondo de la
balsa.
4. Si se desea utilizar el agua para el consumo humano, hay que
someterla a un proceso final de potabilización, que consiste en
eliminar cualquier microorganismo que contenga, para ello se suele
añadir una cierta cantidad de cloro.
5. Los medicamentos y las drogas
Medicamentos: sustancias que se administran a las personas o
a otros seres vivos para prevenir, aliviar o curar enfermedades. La
mayoría tienen efectos secundarios.
Medicamentos más frecuentes:
Antibióticos (penicilina, amoxicilina…): Actúan contra las bacterias.
Analgésicos y antipiréticos (aspirina, paracetamol, ibuprofeno…):
Se utilizan para combatir el dolor y reducir la fiebre respectivamente.
Antiinflamatorios: Combaten la inflamación de cualquier tejido u
órgano.
Desinfectantes (tintura de yodo, alcohol, agua oxigenada…):
Destruyen los microorganismos que pueden penetrar a través de la piel.
Vacunas: Previenen las enfermedades, haciendo que desarrollemos
defensas contra los agentes que las provocan.
Algunos medicamentos se obtienen directamente de la naturaleza,
pero la mayoría se sintetizan en el laboratorio.
5. Los medicamentos y las drogas
Drogas: toda sustancia que, introducida en el organismo por
cualquier procedimiento, altera de algún modo el sistema nervioso
central y crea dependencia psicológica, física o ambas (según la OMS).
El efecto de una droga depende de la cantidad consumida y de la
duración del consumo.
Algunas drogas se emplean como fármacos para tratar
determinadas dolencias, bajo control médico.
Según el efecto sobre el organismo, las drogas se clasifican en:
Depresores (alcohol, barbitúricos, tranquilizantes): Actúan como
potentes sedantes del sistema nervioso.
Opiáceos y narcóticos (opio, morfina, heroína): Actúan como
calmantes del dolor. A veces producen somnolencia y otras veces euforia.
Estimulantes (cocaína, anfetaminas, drogas de diseño como éxtasis):
Estimulan el sistema nervioso provocando una sensación de euforia.
Alucinógenos (LSD, mescalina, marihuana, hachís): Producen
alucinaciones, percibiendo objetos y situaciones que no existen.
6. La química y el progreso
La química y la agricultura:
La química ha permitido acceder a numerosas sustancias que
mejoran la agricultura:
Fertilizantes: aportan al terreno los nutrientes necesarios para el
desarrollo de las plantas. Muchos contienen N, P y K; también
pueden contener Ca, S, Mg, Fe y Cu.
Pesticidas o plaguicidas: se emplean para repeler o evitar las
plagas de insectos, microbios y otros seres que impiden el normal
desarrollo de las plantas.
Herbicidas: matan las malas hierbas que crecen con los cultivos.
La química y la alimentación:
La industria química alimentaria se ocupa de la conservación y
manipulación de los alimentos envasados y frescos.
Los procedimientos de esterilización, envasado al vacío o
refrigerado permiten disponer de alimentos en buen estado de
consumo durante más tiempo.
6. La química y el progreso
La química y la alimentación:
Se han encontrado sustancias que, añadidas a los alimentos,
favorecen su conservación y mejoran su aspecto y propiedades.
La química y los nuevos materiales:
Plásticos (nailon o poliéster, poliestireno…): son polímeros.
Cristales líquidos: materiales que en estado líquido tienen una
estructura interna perfectamente ordenada.
Superconductores: materiales que permiten el paso de la corriente
eléctrica con una resistencia casi nula.
Conservantes Antioxidantes Colorantes Acidulantes
Sirven
para…
Impedir el
crecimiento de
microorganismos
Evitar la
oxidación
Mejorar el
aspecto
Aumentar la acidez
e intensificar el
sabor
Ejemplos • E-249: nitrito de
potasio
• E-200: ácido
sórbico
• E-330: ácido
cítrico
• E-300: ácido
ascórbico
• E-127:
eritrosina
• E-172: óxido
de hierro
• E-260: ácido
acético
• E-338: ácido
fosfórico
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