1. REACCIONES QUMICAS.REACCIONES QUMICAS.ESTEQUIOMETRA ESTEQUIOMETRAFsica y qumica 1 BachilleratoFsica y qumica 1 Bachillerato 2. LA ECUACINLA ECUACINQUMICAQUMICA En una reaccin qumica, las frmulas de los reactivos se escriben a la izquierda yseparadas por una flecha de las frmulas de los productos, que se escriben a laderechaREACTIVOSPRODUCTOS La ecuacin qumica puede completarse indicando el estado fsico de las sustanciasparticipantes, aadiendo a su derecha, su smbolo correspondiente, entre los quedestacamos: (s): si se trata de un slido (g): si es un gas(l): si es un lquido(aq): para una sustanciadisuelta en agua 3. Smbolos utilizados en las ecuacionesqumicasSmboloS i g n i f i c a d o + Se usa para separar dos reactivos o dos productos Se usan para separar los reactivos de los productos=Smbolo alternativo a Se usa en lugar de en reacciones reversibles Colocado detrs de la frmula de un reactivo o producto indica que se(s)encuentra en estado slido Smbolo alternativo a (s). Slo se usa para un producto slido precipitado( l )Designa un reactivo o producto en estado lquido. Se coloca detrs de la frmula( aq ) Indica que la sustancia se encuentra disuelta en agua Designa un reactivo o producto en estado gaseoso. Se coloca detrs de la(g)frmula Smbolo alternativo a (g). Se usa slo para un producto gaseoso Indica que en el transcurso de la reaccin se desprende calor Una frmula escrita encima o debajo de la flecha indica su uso comoPt catalizador (sustancia que, aunque no se gasta, aumenta la velocidad dereaccin) 4. AJUSTE DE UNA ECUACINAJUSTE DE UNA ECUACIN QUMICAQUMICA Para que una ecuacin qumica sea cuantitativamente correcta, debe estar ajustada,es decir, cada lado de la ecuacin debe tener el mismo nmero de tomos de cadaelemento Ejemplo:2 Na (s) + 2 H2O ( l ) 2 NaOH (aq) + H2 (g)REACTIVOS PRODUCTOS+ H HH Na O Na O ++ H + H HH H Na O Na O 2 tomos de sodio 2 tomos de sodio 2 tomos de oxgeno 2 tomos de oxgeno 4 tomos de hidrgeno 4 tomos de hidrgeno 5. Debemos ajustar la reaccin qumica antes de interpretar en qu proporcinintervienen los reactivos y los productos Por ejemplo: 2 CO (g) + O2 (g) 2 CO2 (g)O C O CO +OOO C O COCuando el CO reacciona con el O2 para formar CO2, siempre lo hace en esta relacin de molculas 2 : 1: 2 La ecuacin 2 CO ( g ) + O2 ( g ) 2 CO2 ( g ), significa que: 2 molculas CO + 1 molcula O2 2 molculas CO220 molculas CO + 10 molculas O2 20 molculas CO22 . 6,02 . 1023 CO + 1 . 6,02 . 1023 O2 2 . 6,02 . 1023 CO22 moles CO + 1 mol O2 2 moles CO2 6. Los coeficientes en una ecuacin qumica indican la proporcin en moles o en molculas, NO EN GRAMOS Dado que la masa de un mol de cualquier sustancia es un nmero de gramos iguala su masa molecular, la relacin 2 moles CO + 1 mol O2 2 moles CO2 se traduce en:2 . 28 g CO + 1 . 32 g O2 2 . 44 g CO2 Es decir, la proporcin en masa es: 56 g CO + 32 g O2 88 g CO2La masa de las sustancias que reaccionan, es igual a la masa de losproductos formados, de acuerdo con la ley de conservacin de la masa 7. REACCIONES Y ECUACIONES QUMICAS: PRODUCTOSREACTIVOS (transformacin) ruptura deformacin deenlaces reagrupamientonuevosenlaces Una ecuacin qumica indica de forma simblica los cambios que tienenlugar en una reaccin qumica. Presentan la siguiente forma:REACTIVOSPRODUCTOSEn toda reaccin qumica se cumple el principio de conservacin de la masa y el principio de conservacin de las cargas elctricas, para ello, la reaccin qumica debe estar AJUSTADA Una ecuacin qumica est ajustada si se conserva el n de tomos enlos dos miembros de la ecuacin. Para ajustarla se utilizan los coeficientes estequiomtricos N2 + 3H2 2NH3 8. Si intervienen iones, deben ajustarse deforma que la carga neta sea la misma enCu + 2Ag+Cu2+ + 2Aglos dos miembrosECUACIN permite conocer las sustancias que intervienen en el QUMICAproceso qumico y la proporcin en la que lo hacenCOEFICIENTESFRMULASESTEQUIOMTRICOS indican cules han sido lossealan la proporcin enreactivos y qu productos se que las sustancias hanhan formadoparticipado C3H8 + 5 O2 3 CO2 + 4 H2O 9. Ajuste de ecuaciones Mtodo matemtico 10. INFORMACIN QUE PROPORCIONAN LOS COEFICIENTES INFORMACIN QUE PROPORCIONAN LOS COEFICIENTESESTEQUIOMTRICOS. ESTEQUIOMTRICOS.Los coeficientes estequiomtricos indican el nmero de tomos de cadaelemento y el nmero de molculas de cada compuesto que intervienen en la reaccin.2H2+O22H2O +2 molculas de 1 molcula de oxgeno2 molculas dehidrgeno agua Los coeficientes estequiomtricos de una ecuacin qumica ajustadainforman de la proporcin entre tomos y molculas de reactivos y productos 11. INTERPRETACIN MACROSCPICA (relacin en moles)Los coeficientes estequiomtricos informan sobre el nmero de moles decada elemento y de cada compuesto que intervienen en la reaccin. 2CO +O22CO22 molculas de CO 1 molcula de O22 molculas de CO2 20 molculas de CO10 molcula de O220 molculas de CO2 2 6,02 1023 6,02 1023 molculas de 2 6,02 1023 molculas de CO O2 molculas de CO2 2 moles de CO 1 mol de O2 2 moles de CO2Los coeficientes estequiomtricos de una ecuacin qumica ajustadainforman de la proporcin entre moles de reactivos y productos 12. INTERPRETACIN MACROSCPICA (relacin en masas) A partir de las masas atmicas de los elementos que intervienen en lareaccin, se puede establecer la relacin entre las masas de los reactivos y de los productos N2+3H2 2NH3Conociendo las masas atmicas (H = 1,01 u y N = 14,01 u), se determinanlas masas moleculares: H2 = 2,02 u; N2 = 28,02 u; NH3 = 17,04 u 1 mol de N23 moles de H22 moles de NH328,02 g de N2 3 2,02 = 6,06 g de H22 x 17,04 = 34,08 g de NH3Los coeficientes estequiomtricos de una ecuacin qumica ajustada informan de la proporcin entre gramos de reactivos y productos 13. CLCULOS ESTEQUIOMTRICOS.CLCULOS ESTEQUIOMTRICOS.VOLUMENVOLUMEN Segn Avogadro, un mol de cualquier gas ocupa, en las mismas condiciones, elmismo volumen. La ecuacin para calcularlo es: PV=nRT PV=nRT(ecuacin de los gases perfectos)(ecuacin de los gases perfectos) En condiciones normales P = 1 atmsfera, T = 273 K un mol de cualquier gasocupa 22,4 litros COCO+ O2 CO 2 CO 2 2 x 22,4 l CO 22,4 l CO22 x 22,4 l CO2 14. INTERPRETACINMACROSCPICA (relacinen volmenes)Si en la reaccin intervienen gases en c.n. de presin y temperatura, 1 mol de cualquiera de ellos ocupar un volumen de 22,4 litros2H2 +O2 2H2O2 moles de H2 1 mol de O22 moles de H2O2 22,4 litros de H2 22,4 litros de O22 22,4 litros de H2O+Los coeficientes estequiomtricos de una ecuacin qumica ajustada en la que intervienen gases, informan de la proporcin entre volmenes de reactivos yproductos 15. Un mol de cualquier gas en CONDICIONES NORMALES (P= 1 atm= 760 mmHg =101300 Pa y T=0C=273K) ocupa siempre un volumen de 22,4 l.Un mol de cualquier sustancia gaseosa medido en las mismas condiciones de presin y temperatura ocupa el mismo volumen. A este volumen se le denomina VOLUMEN MOLAR.GAS PERFECTO : es aquel gas en el que no existe interaccin entre las partculas quelo forman.Esto ocurre sobretodo a altas temperaturas, bajas presiones y grandes volmenes donde laspartculas que forman el gas estn muy separadas unas de otras y en estas condiciones laecuacin P.V=n.R.T da resultados exactos, en otras condiciones da resultados bastanteaproximados pero no totalmente exactosLEY DE LOS VOLMENES DE REACCIN. Gay-Lussac Cuando una sustancia es gaseosa, resulta mucho ms sencillo medir su volumen que sumasa, es por esto, que se intent encontrar una relacin entre los volmenes de lassustancias que intervienen en una reaccin qumica cundo estas son gaseosas. Gay - Lussac formul la siguiente ley:"La relacin que existe entre los volmenes, medidos en las mismas condiciones de presin y temperatura, de los gases que se forman o consumen en una reaccin qumica es una relacin de nmeros enteros sencillos". 16. CLCULOS ESTEQUIOMTRICOS .. CLCULOS ESTEQUIOMTRICOS CLCULOS CON MASASConocida la masa de un reactivo o de un producto, pueden calcularse el resto de las masas que intervienen en la reaccin Ejemplo: En la descomposicin del clorato de potasio se obtiene cloruro depotasio y oxgeno Cuntos gramos de oxgeno se obtienen a partir de 1 kg declorato? KClO3 KCl +3/2 O21 mol de KClO3 1 mol de KCl 3/2 mol de O2 122,45 g de KClO3 74,45 g de KCl 48 g de O21000 g de KClO3 X g de O2 122,45 g de KClO3 1000 g de KClO31000 72 =X = = 587,45 g de O2 48 g O2 X g O2 122,45 17. REACTIVOS CONIMPUREZAS Si existen reactivos con impurezas, es necesario determinar primero lascantidades existentes de sustancia pura Ejemplo: Se hacen reaccionar 22,75 g de Zn que contiene un 7,25 % deimpurezas con HCl suficiente. Calcula la masa de H2 desprendida. Dato: masaatmica del Zn = 65,38 2 HCl + ZnZnCl 2 + H2 100 g de muestra22,75 g = X = 21,1 g de Zn(100 7,25) g de Zn XPor cada mol de Zn se obtiene 1 mol de H2 65,38 g de Zn 21,1 g de Zn = Y = 0,645 g de H2 2 g de H2 Y 18. REACTIVOREACTIVOLIMITANTELIMITANTEEn una reaccin qumica slo se gasta completamente el reactivo limitante. Los reactivos en exceso no se agotan completamente Antes de la reaccin2 moles de CO 2 moles de O20 moles de O2 Despus de la reaccin0 moles de CO1 mol de O22 moles de O2 19. CLCULOS CON REACTIVO LIMITANTE.CLCULOS CON REACTIVO LIMITANTE.Generalmente es necesario preparar cantidades determinadas de productos apartir de cantidades de reactivos que no son estequiomtricamente exactasreactivo limitante reactivo en excesose consumequeda parte sin completamentereaccionarEl reactivo limitante reacciona solamente con la cantidad adecuada de la otrasustancia hasta que se acaba y de la que se encuentra en exceso queda parte sin reaccionar Ejemplo: Si reaccionan 7 g de Fe (56 u) con 8 g de S (32 u) para formar FeS cul es elreactivo limitante y cul el excedente?Fe + SFeS1 mol de Fe 1 mol de S1 mol de FeS 56 g de Fe32 g de S 88 g de FeS7 g de FeX g de Sreactivo limitante: Fe7 (g de Fe) X (g de S) 32 7 reactivo en exceso: S=X == 4 g de S56 (g/mol)32 (g/mol) 56 20. CLCULOS CON REACTIVOS EN DISOLUCIN. CLCULOS CON REACTIVOS EN DISOLUCIN. En estos casos es necesario calcular las cantidades de dichos reactivos disueltos Ejemplo: Calcular el volumen de la disolucin 0,1 M de AgNO 3 que se necesita para reaccionar exactamente con 100 cm3 de Na2S 0,1 M. (Masas moleculares: AgNO3 = 169,88 u; Na2S = 78 u)La reaccin ajustada es:2AgNO3 + Na2S Ag2S + 2NaNO3En 100 cm3 de disolucin 0,1 M de Na2S hay: 0,1 (L) x 0,1 (mol/L) = 0,01 moles de Na2S Por cada mol de Na2S que reacciona se necesitan 2 moles de AgNO3:1 (mol Na2S)1 (mol Na2S)= x = 0,02 moles de AgNO32 (mol AgNO3)x La cantidad de disolucin que hay que tomar para conseguir esos 0,02 moles de AgNO3 es: 0,1 (mol) 0,02 (mol)= y = 0,2 L = 200 cm31 (L)y 21. RENDIMIENTO DE LAS REACCIONES QUMICAS. RENDIMIENTO DE LAS REACCIONES QUMICAS.En los procesos qumicos no suele obtenerse el 100% de las cantidades previstas de las sustancias, debido a reacciones simultneas no deseadas, impurezas de los reactivos, escapes en los hornos, etc.hay que calcular el RENDIMIENTO masa obtenidarendimiento = x 100 de las reacciones qumicas masa terica El rendimiento de las reacciones esun factor fundamental en la industriaqumica 22. TIPOS DE REACCIONESTIPOS DE REACCIONES QUMICAS.QUMICAS.1)Reaccin de sntesis: cuando dos sustancias se unen para dar una: A+B CPor ejemplo: 2Fe +O2 2FeO CaO+H2O Ca(OH)2 CaO+CO2 CaCO32H2+O2 2H2O2)Reaccin de descomposicin: justo al contrario que la anterior, una sustancia sedescompone en varias A B+C Por ejemplo H2CO3 CO2+H2O el cido carbnico es muy inestable y tiende adescomponerse espontneamente K ClO3 K Cl+O23)Reaccin de sustitucin:Un tomo de un compuesto sustituye a un tomo de otro. AB + X XB + ADentro de este tipo hay algunas tpicas como:- 2HCl +Zn Zn Cl2 + H2-CuSO4+Zn ZnSO4+Cu- Cl2+ NaBr NaCl +Br2 4)Doble descomposicin o doble sustitucin: es AB+ XY AY + XB AgNO3+NaCl NaNO3+AgCl -Un caso tpico y muy importante son las REACCIONES CIDO-BASE: cido+base=sal+aguaH Cl +NaOH NaCl +H2O 23. 5)Reaccin de oxidacin-reduccin: Un tomo de alguna de las sustancias que reaccionan cedeelectrones a un tomo de otra de las sustancias que reaccionan.*Se dice que una sustancia se oxida si pierde electrones.*El tomo o grupo de tomos que en una reaccin redox cede electrones (se oxida) es elagente reductor ya que proboca la reduccin de otra sustancia que toma esos electrones.*Se dice que una sustancia se reduce si gana electrones.*El tomo o grupo de tomos que en una reaccin redox gana electrones (se reduce) es elagente oxidante ya que hace que otra sustancia se oxide al quitarle electrones.2KMnO4 +16 H Cl 2 MnCl2 +5 Cl2 +8H2O +2KCl Un ejemplo muy importante de reacciones redox son las reacciones de combustin En una reaccin de combustin, el oxgeno reacciona con otra sustancia,desprendindose gran cantidad de energa, a menudo en forma de luz y calorElmechero se enciende cuando el gas que contiene reacciona con el CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2Ooxgeno del aire La combustin completa de un compuesto orgnico siempre da dixidoLa combustin completa de un compuesto orgnico siempre da dixidode carbono y agua de carbono y agua 24. REACCIONES ENDOTRMICAS YREACCIONES ENDOTRMICAS YEXOTRMICASEXOTRMICAS Una reaccin es exotrmica si en el transcurso de la misma se libera energa Una reaccin es endotrmica si en el transcurso de la misma se absorbe energaCH4 + 2 O22 O3 Energa, UEnerga, U E < 0E > 0 CO4 + 2 H2O3 O2 Transcurso de la reaccinTranscurso de la reaccin Reaccin Reaccinexotrmica endotrmica Caliente Fro 25. Para romper un enlace, hay que aportar una cantidad de energa llamada energa de enlace Cuanto ms fuerte es el enlace, mayor es su energa de enlace Dependiendo de la fuerza de los enlaces que se rompen y de los enlaces que seforman, las reacciones sern endotrmicas o exotrmicas Una reaccin es endotrmica si la energa aportada para romper enlaces es mayor que la energa liberada al formarse nuevos enlaces Una reaccin es exotrmica si la energa aportada para romper enlaces es menor que la energa liberada al formarse nuevos enlaces Enlaces rotosEnlaces rotos C Energa OEnergaE1 HE2 E2E1ProductosEnerga neta ProductosdesprendidaEnerga neta Reactivos absorbidaReactivos Transcurso de la reaccinTranscurso de la reaccin3 O2 (g)2 O3 (g) CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O