Reacciones químicas.

Sabías que … A través de la respiración, los animales, incluidos el ser humano, producen dióxido de carbono.

En este tema vamos a comprender y analizar cuáles son los tipos de reacciones químicas que intervienen en la formación de gases de efecto invernadero (GEI) se debe recordar que una reacción química es aquellas donde una o más sustancias (reactivos) se transforman, produciendo sustancias nuevas (productos). Lo que sucede en una reacción es un rearreglo de átomos.

El uso de combustibles fósiles es el principal aportadores de GEI. Pero ¿cuáles son las reacciones por las cuales se forman? Por ejemplo, la reacción por la que se forman dióxido de carbono y óxido nitroso es la combustión.

La combustión es una reacción de la que se libera una gran cantidad de energía, por eso se le llama exotérmica, en este tipo de reacciones es necesario un combustible, elemento que arde, entre los que están del carbón vegetal, la madera, el gas natural, el propano, la gasolina o el petróleo; y un comburente, aquel que produce la combustión, generalmente es el oxígeno en forma de gas.

La reacción del combustible con el oxígeno origina sustancias gaseosas, entre las cuales las más comunes son dióxido de carbono (CO₂) y el vapor de agua (H₂O). Un ejemplo de reacción es la combustión del metano:

Donde los reactivos son metano y oxígeno y los productos son dióxido de carbono y agua.

En ocasiones al color de la flama o llama es azul o amarilla, el motivo es por el tipo de combustión que sucede: combustión completa y combustión incompleta.

En la combustión completa el oxígeno es suficiente, el humo generado es blanco, no se crean residuos, la llama es azul y se produce dióxido de carbono (CO₂) y agua (H₂O). Mientras que en la combustión incompleta hay poco oxígeno, la llama es amarilla y seis generar carbono (C), monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO₂) y agua (H₂O).

 

 

Producto de combustión completa

Se tiene suficiente oxígeno, el humo generado es blanco, no se generan residuos, la llama es azul y se produce dióxido de carbono (CO₂) y agua (H₂O).

Productos de combustión incompleta.

Se tiene poco oxígeno, se produce un humo negro, deja residuo negro (hollín), la llama es amarilla y se producen carbono (C), monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO₂) y agua (H₂O).

Los productos que se obtengan en la combustión dependerán del tipo de combustión.

El óxido nitroso (N₂O) también se produce por la combustión de combustibles fósiles (para generar energía o de automóviles) o en la pirotecnia. Este se produce generalmente a partir de una reacción termina del nitrato de amonio (NH₄NO₃), descomponiéndose en vapor de agua y óxido nitroso (N₂O).

La descomposición de la materia orgánica, presentes en los desechos de comida o la hojarasca, mediante la biodegradación, también produce dióxido de carbono, agua y metano.

Otro tipo de reacciones por las que también se forman algunos gases de invernadero son las bioquímicas. Estas ocurren en los organismos vivos, ya sea para la síntesis o degradación de compuestos (reacciones metabólicas).

La reacción de degradación de bacterias desnitrificantes (reacción metabólica) que utilizan el nitrógeno (N) de los nitratos (NO₃) también participa en la formación de óxido nitroso. Este proceso se presenta debido al uso excesivo de fertilizantes nitrogenados y a la falta de oxígeno en el suelo, provocando que el nitrógeno de los nitratos regrese a la atmósfera como óxido nitroso (N₂O).

Otras reacciones bioquímicas son la respiración aerobia (en presencia de oxígeno u la anaerobia (en ausencia de oxígeno), las cuales forman gases de efecto invernadero.

En la respiración aerobia, la reacción se da a partir de la glucosa (hidratos de carbono) y oxígeno, produciendo dióxido de carbono, agua y energía en forma de adenosín trifosfato (ATP).

Respiración aerobia.

En la respiración anaerobia se produce metano (CH₄) por fermentación anaeróbica de los carbohidratos (celulosa, almidón, sacarosa). Las heces excretadas por los animales domésticos también provocan metano.

Ilustración 1 Metano de origen entérico. Se produce en el rumen (panza) de rumiantes como las vacas, cabras, ovinos y venados.

Un ejemplo de reacción es la que ocurre en la regulación de la concentración de dióxido de carbono y que además produce oxígeno, dando origen a la fotosíntesis, realizada por plantas y algunos tipos de algas. En este proceso se emplea al dióxido de carbono como materia prima, además de agua y luz (reactivos) para la formación de glucosa y oxígeno. Es importante contemplar que es un proceso complejo.

Ilustración 2 Productos y reactivos presentes en la reacción de fotosíntesis.

¿Recuerdas la lluvia acida? En la siguiente imagen se muestra la reacción química que acontece en la atmósfera mediante la cual se forma. Notaras que con este fenómeno el agua se contamina.

Ilustración 3 Formación de la lluvia acida mediante la reacción química del dióxido de azufre (SO₂) y/o dióxido nitroso (NO₂)

Te darás cuenta de que la naturaleza cambiante de los compuestos y los elementos en el planeta, así como de su capacidad para unirse o separarse, participan en la formación de nuevos productos.

El ser humano se ha aprovechado de la capacidad de la reacción entre sí de los compuestos y elementos para producir energía, permitiendo el desarrollo tecnológico y económico.

Una parte importante de la generación de energía, de la cual el hombre descubrió, es que la cantidad que se obtiene de la combustión dependerá, no solo el tipo de reactivo, sino también de la cantidad de este en la reacción. Por ello, es importante saber que la rama de la química encargada de estos cálculos es la estequiometria.

Reacciones químicas, tipos y balanceo

Una reacción química es un proceso mediante el cual una, dos o más sustancias (reactivos) se combinan químicamente mediante la participación de la energía para formar una o más sustancias nuevas (productos).

Básicamente existen cuatro tipos de reacciones químicas:

• Síntesis
• Análisis
• Sustitución
• Doble sustitución

Si representáramos las sustancias químicas por literales estaríamos en posibilidad de elaborar modelos matemáticos sencillos de estas ecuaciones.

Balanceo de Ecuaciones Químicas

Ecuación química

• Los compuestos que se encuentran del lado izquierdo de la flecha se llaman reactivos.
• La flecha significa “produce”.
• Los compuestos que se encuentran a la derecha de la flecha se llaman productos.
• El coeficiente es el número que se escribe a la izquierda de la fórmula, representa el número de moléculas que hay de la sustancia. Los coeficientes 1 no se escriben.

El subíndice es el número que se escribe a la derecha y debajo de los elementos químicos, representa el número de átomos que hay en una molécula. Los subíndices 1 no se escriben.

Balancear

Consiste en hacer que una ecuación cumpla con la ley de la conservación de la materia de Antoine Lavoisier: “La materia no se crea ni se destruye solamente se trasforma”. Para balancear una ecuación química se emplean solamente coeficientes.

Ley de la Conservación de la Materia

Aplicada a una ecuación química podría interpretarse como “la cantidad de átomos que entran en un proceso químico tendrá que ser la misma que lo termine”.

Métodos de balanceo de ecuaciones químicas

Las ecuaciones químicas se pueden balancear por el método de Tanteo o por el método de Redox.

Método de tanteo

Método de tanteo paso a paso

Se cuenta la cantidad de elementos del lado de los reactivos y se contrasta con el mismo elemento que se encuentra del lado de los productos.

Paso 1.        

• 1 átomo de plata (Ag) en los reactivos y 2 átomos de plata en los productos, la plata está desbalanceada.
• 1 átomo de nitrógeno (N) en los reactivos y 1 átomo de nitrógeno en los productos, el nitrógeno está balanceado.
• 3 átomos de oxígeno (O) en los reactivos y 3 átomos de nitrógeno en los productos, el oxígeno está balanceado.
• 2 átomos de hidrógeno (H) en los reactivos y 1 átomo de hidrógeno en los productos, el hidrógeno está desbalanceado.
• 1 átomo de azufre (S) en los reactivos y 1 átomo de azufre en los productos, el azufre está balanceado.

Paso 2.       La plata (Ag) y el hidrógeno (H) están desbalanceados, para balancearlos se utilizan los coeficientes.

Paso 3.       2 átomos de plata en los productos y 1 átomo de plata en los reactivos, para balancear la ecuación:

Paso 4.        

•      Se coloca un coeficiente 2 en la molécula de nitrato de plata (AgNO3).

•      El coeficiente 2 balancea la plata y afecta a toda la molécula.

•      Ahora hay 2 platas, 2 nitrógenos y 6 oxígenos.

Paso 5.       Para compensar el balance se coloca un coeficiente 2 en la molécula de ácido nítrico (HNO3).

Paso 6.       Se procede a contar nuevamente.

•      2 átomos de plata (Ag) en los reactivos y 2 átomos de plata en los productos, la plata está balanceada.

•      2 átomos de nitrógeno (N) en los reactivos y 2 átomos de nitrógeno en los productos, el nitrógeno está balanceado.

•      6 átomos de oxígeno (O) en los reactivos y 6 átomos de oxígeno en los productos, el oxígeno está balanceado.

•      2 átomos de hidrógeno (H) en los reactivos y 2 átomos de hidrógeno en los productos, el hidrógeno está balanceado.

•      1 átomo de azufre (S) en los reactivos y 1 átomo de azufre en los productos, el azufre está balanceado.

Al quedar todos los elementos balanceados, la ecuación cumple con la ley de la conservación de la materia de Lavoisier.

Método de redox

Las ecuaciones químicas se pueden balancear por el método de Tanteo o por el método de Redox.

METODO DE REDOX. - es la unión de las palabras reducción y oxidación.

REACCIONES REDOX. - Hay un intercambio de electrones: mientras una sustancia gana electrones otra los pierde.

REDUCCION. - Un elemento se reduce cuando gana electrones.

OXIDACION. - Un elemento se oxida cuando pierde electrones.

BALANCEO DE REDOX. - Para balancear por el método de redox es necesario calcular el número de oxidación de cada uno de los elementos que participan en una formula química.

NUMERO DE OXIDACION. - Es la carga positiva (+) o negativa (-) que tiene un átomo. También es el número de electrones que un átomo ha ganado o perdido en una reacción química.

Método de redox paso a paso

Se calculan los números de oxidación de cada uno de los elementos que intervienen en la ecuación.

Paso 1.       Se calculan los números de oxidación de cada uno de los elementos que intervienen en la ecuación.

                      

Paso 2.       Consulta la tabla periódica de los elementos para calcular el número de valencias oxidadas o reducidas. La valencia se define como la capacidad de combinación de un átomo.

------> Oxidación -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 Reducción <--------

Paso 3.        

•      El hierro Fe pasó de 0 a +3 se Redujo en 3 valencias

•      El oxígeno pasó de 0 a -2 se oxido en 2 valencia

•      Los coeficientes encontrados se escriben debajo de los elementos encontrados.

•      Cruzándolas se anotan como coeficientes.

Paso 4.       Una vez calculados los coeficientes se termina balanceando la ecuación por el método de Tanteo.

•      Entra 2 átomos de Hierro (Fe) salen 2 átomos de (Fe) Hierro Balanceado

•      Entran 6 átomos de oxigeno (O) y Salen 6 átomos de (O) oxígeno Balanceado

•      La ecuación balanceada queda como se observa.

Balanceo de la ecuación por redox

Paso 1.       Balancear la ecuación por redox.

Paso 2.       Se calculan los números de oxidación de cada uno de los elementos que se encuentran presentes en la ecuación.

Paso 3.       Se buscan los elementos en los cuales su número de oxidación cambió.

                           

Paso 4.       Se consulta la tabla para calcular el número de valencias oxidadas o reducidas.

Paso 5.       El nitrógeno se redujo en 3 valencias.

Paso 6.       El estaño se oxidó en 2 valencias.

Paso 7.       Los números encontrados se anotan debajo de sus fórmulas correspondientes.

Paso 8.       Cruzándolos se anotan como coeficientes, quedando como se muestra.

Paso 9.       Se termina de balancear la ecuación por el método de tanteo.

Paso 10.    Comprobación.

Cuando cada uno de los elementos que participan en la ecuación química cumple con la ley de la conservación de la materia se puede decir que la ecuación está correctamente balanceada.