HERRAMIENTA PEDAGOGICA DE APOYO PARA EL BACHILLERATO

DEPARTAMENTO DE PUBLICACIONES

GUIA DE TRABAJO No 3

AREA DE CIENCIASQUIMICACICLO V

Elaborada por

MAURICIO DUEÑAS

BOGOTA D.C

1

DATOS DEL ESTUDIANTE

NOMBRE DEL ESTUDIANTE : ________________________

_________________________

CICLO : ________________________

JORNADA : MARTES Y MIERCOLES ( ) JUEVES Y VIERNES ( ) SABADOS ( ) DOMINGOS ( )

NOMBRE DEL PROFESOR : ________________________

FECHA : DEL __________ AL _______

CALIFICACION : ________________________

_____________________FIRMA DEL PROFESOR

2

REACCIONES QUÍMICAS

3

Los elementos químicos reaccionan constantemente formando nuevas sustancias.El funcionamiento de nuestro cuerpo depende en gran parte de las múltiples reacciones que allí se efectúan.Las reacciones químicas se representan mediante ecuaciones:

Donde A y B son los reactivos, es decir, las sustancias que van a reaccionar entre sí. C es el producto, es decir, la sustancia que se obtiene de la reacción química. Los productos siempre van a la derecha. Veamos un tipo de reacción que puede ocurrir en la naturaleza:

En esta reacción se observan dos números en la primera parte de la fórmula, estos son los coeficientes e indican el número de átomos o moléculas que participan en la reacción. Esta reacción se lee: 2 átomos de sodio reaccionan con dos moléculas de agua para producir una molécula de hidrógeno y 2 moléculas de hidróxido de sodio.

Las reacciones químicas pueden ser: Exotérmicas: Cuando en la reacción se libera energía. Por ejemplo, en la respiración celular, a nivel de las mitocondrias el oxígeno entra en contacto con la glucosa para producir la energía que empleamos en diversas actividades. Este proceso puede resumirse en la ecuación:

Endotérmicas: Cuando en la reacción se absorbe energía. Un ejemplo de reacción endotérmica se presenta cuando el magnesio se calienta para producir óxido de magnesio:

CLASIFICACIÓN DE LAS REACCIONES

4

REACCIONES DE ADICIÓNLas reacciones de adición se pueden representar de la siguiente forma:

En este tipo de reacciones se unen dos elementos o compuestos (X y Y) para formar un nuevo compuesto (XY).Ejemplos:

REACCIONES DE SUSTITUCIÓNLa ecuación general de este tipo de reacciones es:

Se tiene un compuesto (XY) el cual reacciona con otro compuesto o elemento (Z), en donde Z tiende a unirse con X desplazando o sustituyendo a Y.Ejemplos:

REACCIONES DE DESCOMPOSICIÓNLas reacciones de descomposición presentan la siguiente ecuación general:

En estas reacciones se tiene un compuesto (XY) que, por la acción de la temperatura o algún catalizador, se transforma en compuestos más sencillos o en los elementos que le constituyen (X y Z).Ejemplos:

5

Una reacción química ocurre cuando dos sustancias o más entran en contacto para formar otras nuevas.Una reacción consta de varias partes:

En términos de energía, existen reacciones:Exotérmicas: Se libera energía.Endotérmicas: Se absorbe energía.

Clasificación de las reacciones:

FUNCIONES QUÍMICASLos elementos químicos se combinan entre sí formando una gran cantidad de compuestos. Para su estudio es necesario agruparlos por familias o funciones químicas. Cada función química posee un átomo o un grupo de átomos que son quienes determinan sus propiedades físicas y químicas. Ese paquete recibe el nombre de grupo funcional.En el siguiente cuadro se resumen algunas funciones químicas con sus respectivos grupos funcionales.

FUNCION GRUPO FUNCIONALOXIDO O-2

BASE ó HIDROXIDO OH-1

ACIDO (hidrácido) H+1

LOS ÓXIDOSLos óxidos resultan de la combinación de cualquier elemento con el oxígeno.

6

Cuando una puntilla está en contacto con la humedad adquiere una coloración café. Si la comparamos con una puntilla normal, se observa una notoria diferencia en sus propiedades físicas. ¿Qué le sucedió a la puntilla? Decimos que se oxidó. La puntilla expuesta al aire se ha combinado con el oxígeno y ha formado el óxido de hierro (puntilla oxidada).

La oxidación es un fenómeno que se observa a diario. Si se corta una manzana en dos, pasado cierto tiempo la manzana adquiere una coloración oscura. Esa coloración se debe a que el oxígeno del aire entra en contacto con los taninos de la manzana y forman un óxido.

Nombres dados a los óxidosLos óxidos se nombran anteponiendo la palabra óxido al nombre del elemento.Por ejemplo:

K2O: Óxido de potasio.CaO: Óxido de calcio.

BeO: Óxido de berilio.MgO: Óxido de magnesio.

En los ejemplos anteriores, el oxígeno se ha combinado con elementos metálicos. El resultado de esta combinación es un óxido básico. Los elementos Li, Ba, Sr, Rb y Ra, pueden formar un solo óxido. Otros elementos pueden formar varios óxidos. Por ejemplo el hierro forma dos óxidos FeO (óxido ferroso) y el Fe2O3 (óxido férrico). .

HIDRÓXIDOS O BASESSe forman cuando los óxidos básicos se combinan con el agua. Así:

7

NOMBRES DADOS A LAS BASESEl grupo funcional de los hidróxido s o bases es OH-1 Así, al disolverse un óxido básico con el agua se forma una base.

Los hidróxidos se nombran anteponiendo la palabra hidróxido al nombre del metal, así:Mg(OH)2:Hidróxido de magnesio.NaOH: Hidróxido de sodio.Ca(OH)2: Hidróxido de calcio.RbOH: Hidróxido de rubidio.

OBTENCIÓN DE ÁCIDOS HIDRÁCIDOSLa combinación de los no metales de los grupos VI y VII con el hidrógeno da como resultado los ácidos hidrácidos.En el siguiente cuadro se indica cómo se obtienen algunos de ellos:

NO METAL + HIDROGENO ACIDO (hidrácido)Flúor (F2) H2 2HFAzufre (S) H2 H2SCloro (Cl2) H2 2HCl

Bromo (Br2) H2 2HBrNOMBRES DADOS A LOS ÁCIDOS HIDRÁCIDOSPara nombrar los ácidos hidrácidos se escribe la palabra ácido seguida del nombre del no metal con la terminación hídrico, ejemplo:

LAS SALES HALOIDEASUna sal haloidea es el producto de la unión química de un hidróxido o base con un ácido hidrácido. Algunos ejemplos son los siguientes:

8

SH F - H HF 2coFluorhídri Acido oSulfhídric Acido

Estas reacciones por medio de las cuales se obtiene una sal y agua se denominan reacciones de neutralización.

NOMBRES DADOS A LAS SALES HALOIDEASPara nombrar una sal haloidea se escribe el nombre del halógeno con la terminación "uro", seguido de la preposición "de" y el nombre del metal.La palabra halógeno sigrúfica "productor de sal". Con ella se identifica a los elementos del grupo 7 de la tabla periódica.

BALANCEO DE ECUACIONESEl balanceo de ecuaciones obedece a la ley de conservación de la masa, dicha ley dice que la cantidad de los reactivos, debe ser igual a la de los productos. En una ecuación lo anterior se expresa por medio de los números que anteceden a las moléculas y se denominan coeficientes. Dichos coeficientes se tienen en cuenta para cuantificar todos los átomos de la molécula, a saber:

Analizando la reacción anterior tenemos: El sodio aparece en forma atómica y está acompañado por el número 4, coeficiente que indica que 4 átomos de sodio participan en la reacción.

9

El oxígeno no está acompañado por ningún número, lo que indica que solamente hay una molécula de oxígeno que aporta dos átomos; esto es en cuanto a los reactivos. Los productos por su parte también se acompañan de un coeficiente que como siempre involucra a los átomos de toda molécula. Así, el 2 frente a la molécula resultante nos indica que se han producido dos moléculas de este compuesto, y si en una sola molécula hay dos átomos de sodio, entonces como hay dos moléculas en total se produjeron 4 átomos de sodio que esta vez se encuentran formando parte de un nuevo compuesto.El 2 también involucra al oxígeno y como dentro de las moléculas sólo hay uno y se produjeron dos moléculas idénticas, entonces en total hay dos átomos de oxígeno. Los subíndices por su parte también juegan un papel importante a la hora de balancear la ecuación. Estos subíndices indican la cantidad de átomos de un elemento que hay en una molécula. Por ejemplo: la molécula es el ácido sulfúrico, y gracias a la fórmula que lleva subíndices, podemos establecer que su molécula está formada exactamente por 2 átomos de hidrógeno, 1 de azufre y 4 de oxígeno.

H2SO4

Estos subíndices se relacionan también con los estados de oxidación. El número de oxidación hace referencia a la carga que posee un átomo cuando se encuentra haciendo parte de un enlace. Esta carga puede ser positiva (cuando cede electrones) o negativa (cuando los gana). Además, este número nos dice exactamente cuántos electrones tiene un átomo involucrado en un determinado enlace. Un elemento puede tener varios números de oxidación, si tiene la capacidad de realizar enlaces utilizando diferentes cantidades de electrones para lograrlo, según sea el requerimiento. De esta manera; la capacidad de ceder o captar electrones debe equilibrarse dentro de la molécula.Siguiendo con el ejemplo del ácido sulfúrico, tenemos:El oxígeno, siempre en los ácidos trabaja con -2, lo que quiere decir que tiende a captar 2 electrones. Corno en la molécula hay 4 oxígenos en total, las cargas negativas aportadas por los oxígenos son 8.El hidrógeno tiene siempre corno estado de oxidación +1, lo que quiere decir, que tiende a ceder un electrón. Y corno en la molécula hay dos hidrógenos en total los electrones cedidos son 2. Por tanto, hay dos cargas positivas, una por cada átomo de hidrógeno.El azufre nivelará las cargas, ya que es él quien tiene la posibilidad de enlazarse utilizando diferente cantidad de electrones. En este caso corno hay 8 cargas negativas, es decir, la demanda de ocho electrones por parte del oxígeno y los dos hidrógenos aportan sólo dos electrones, entonces, el azufre aporta los seis faltantes; así el azufre trabaja en esta molécula con +6. De esta manera las cargas se nivelan y la molécula es neutra.

10

Para entender mejor el porqué algunos elementos trabajan con diferente cantidad de electrones según sea el caso, observemos: El H2SO3 Que retomando los conceptos de nomenclatura, se llama ácido sulfuroso, porque trabaja con estado de oxidación diferente al ácido sulfúrico, tiene dos hidrógenos que siguen teniendo la tendencia cada uno, a aportar un electrón, por lo que siguen aportando 2 electrones. Pero nótese que aunque el oxígeno sigue con su tendencia a atraer dos electrones, en esta molécula solamente hay 3 átomos de oxígeno, lo que quiere decir que en total hay seis cargas negativas. Corno el hidrógeno ya aportó dos, entonces el azufre sólo tendrá que aportar las 4 que faltan, por lo que el azufre en esta molécula trabaja con +4:

Para el éxito del balanceo de una ecuación, también es importante manejar el concepto de mol, que es la unidad con la que trabaja la comunidad científica, para referirse a la cantidad de sustancia que corresponde a la suma de los pesos atómicos de todos los átomos que aparecen en la fórmula molecular pero tornada en gramos. Así una mal de H20 equivale en peso a la suma en gramos de los pesos atómicos de los dos átomos de hidrógeno y el átomo de oxígeno:

Es así como también a partir del balanceo, podemos saber cuántos gramos podemos obtener de un determinado compuesto o cuánto reactivo necesitamos. De aquí la importancia del balanceo.

MÉTODOS PARA BALANCEAR ECUACIONESMÉTODO DE TANTEOEs el más sencillo para balancear ecuaciones. Se utiliza en reacciones elementales y consiste en colocar coeficientes a cada sustancia hasta lograr tener igual número de átomos en reactivos y productos.En este método se debe seguir un orden: primero se balancea el metal, luego el no metal, el oxígeno y por último el hidrógeno.Ejemplo 1:Balancear la siguiente ecuación por el método de tanteo:

11

gramoH 1 gramosatomosH 22 gramosO 16gramosOmolH 181 2

MgOOMg 2 MgOOMg 2

En primer lugar determinamos el número de átomos de magnesio y de oxígeno en reactivos y en productos:

Nº de Atomos de…

En los reactivos

En los productos

Magnesio (Mg) 1 1Oxigeno (O) 2 1

Magnesio: hay 1 átomo en los reactivos y 1 átomo en los productos.Oxígeno: hay 2 átomos en los reactivos y 1 átomo en los productos. Debemos igualar en reactivos y productos la cantidad de oxígeno. Esto se logra, colocando el coeficiente «2» en la molécula del producto que contiene el oxígeno, así:

Notemos que al colocar este coeficiente se afecta la cantidad de átomos de magnesia: hay 2 átomos de magnesio en los productos, mientras que sólo hay 1 átomo de magnesio en los reactivos. Para igualar estas cantidades basta únicamente, escribir el coeficiente «2» al magnesio en los reactivos. La ecuación quedará así:

Ahora las cantidades de magnesio y de oxígeno son «iguales» en reactivos y productos. La ecuación está balanceada.

BALANCEO POR EL MÉTODO DE ÓXIDO-REDUCCIÓNEstas reacciones de óxido reducción se caracterizan por presentar transferencia de electrones, por lo que hay cambios en los números de oxidación. En esta transferencia, mientras unos átomos pierden electrones, hay otros que los ganan. El principio fundamental, se basa en que la cantidad de electrones perdidos, debe ser exactamente igual a la cantidad de los electrones ganados.No todos los miembros de la reacción, presentan cambios en sus estados de oxidación. Por ello sólo se trabaja en el balanceo con aquellos que presentaron dicho cambio. Y se trabaja con términos que distingan a cada uno de los participantes en el proceso, así:

Nombre del Factor

Cambio de Electrones Cambio en elNumero de Oxidación

Oxidación Acción de Ceder Electrones

Aumenta

Reducción Acción de Ganar Electrones

Disminuye

12

Agente Oxidante Elemento que Gana Electrones

Disminuye

Agente Reductor Elemento que Pierde Electrones

Aumenta

Sustancia Oxidada

Sustancia que Cede Electrones

Aumenta

Sustancia Reducida

Sustancia que Gana Electrones

Disminuye

Ejemplo:Balancear la siguiente ecuación identificando todos los factores que se muestran en la tabla:

Solución:Se determinan los números de oxidación de cada átomo:

Se identifican los átomos cuyo número de oxidación cambia.

Como puedes ver los átomos cuyo número de oxidación cambia son el nitrógeno y el azufre.

El nitrógeno pasa de un número de oxidación +5a un número de oxidación +2.Es decir, al compuesto que contiene el nitrógeno le ocurre el fenómeno de reducción. En consecuencia es el agente oxidante y la sustancia reducida.El azufre cambia su número de oxidación de -2 a 0. Al compuesto que lo contiene le ocurre el fenómeno de oxidación, es el agente reductor y la sustancia oxidada.

BALANCEO:8e establece en una ecuación la cantidad de electrones perdidos y ganados.

13

25 NN 02 SS

Como en una reacción, la cantidad de electrones perdidos debe ser igual a la cantidad de electrones ganados, se igualan, cruzando el valor de electrones de cada ecuación:

En la ecuación inicial arreglamos los coeficientes, según estos resultados:

se verifica si la ecuación queda balanceada. Al observar, notamos que los únicos átomos que no están balanceados son el hidrógeno y el oxígeno. Entonces, los balanceamos por tanteo, así:

14

15

1. En los siguientes ejemplos identifica los reactivos, los productos, los coeficientes y los subíndices. Explica cuántas moléculas y átomos hay en cada caso.

16

2. Clasifica las siguientes reacciones según si son de adición, sustitución y descomposición. Identifica los reactivos, los productos, los coeficientes y los nombres de cada compuesto.

3. Completa las siguientes frases con una de las palabras que aparecen en el paréntesis.

a. El grupo de átomos que determina las propiedades físicas y químicas de una familia de compuestos se llama _______________________.

b. Los ______________resultan de la combinación de cualquier elemento con el oxigeno.

c. Un ______________ se forma mediante la combinación del oxigeno con un metal.

4. Escribe el nombre de los siguientes compuestos:

5. Completa las ecuaciones para obtener cada una de las sales:

17

6. Explica con tus propias palabras:a. ¿En que consiste la ley de la conservación de la masa?

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

b. ¿Qué indica el número de oxidación?_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

7. Balancea por el método del tanteo las siguientes reacciones químicas:

8. El balanceo es una forma de aplicar la ley de la conservación de la masa.

Juan Manuel quiere comprobar la ley de la conservación de la masa. Para ello pesa un trozo de madera. Luego procede a quemar la madera (reacción de combustión). Al finalizar la reacción, es decir cuando el trozo de madera se ha quemado totalmente, pesa las cenizas de madera. El resultado del peso es menor que el de la madera sin combustionar. Juan piensa, entonces, que la ley en este caso no se ha cumplido. Ayuda a Juan Manuel a explicar lo sucedido.

a. ¿Por qué el peso de la ceniza no es el mismo que el del trozo de madera al comienzo?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

18

_________________________________________________________________________________

b. Hay otros productos en la reacción que Juan no tuvo en cuenta_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

c. Cual es su hipótesis sobre lo sucedido (argumentar)_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

9. Realiza la ecuación que ilustre la reacción anterior

________________________________________________________

10. Escribe la formula de los siguientes compuestos

a. OXIDO DE HIERRO (II):________________________________b. ACIDO SULFURICO:__________________________________c. HIDROXIDO DE SODIO:_______________________________d. OXIDO CUPROSO:___________________________________

11. Escribe los nombres de los siguientes compuestos

COMPUESTOS FUNCION QUIMICASO2

HClH2SO4

Ba(OH)2

MgCl2Fe(OH)3

MnO2

CaO

19

12. En los siguientes ejemplos identifica los reactivos, los productos, los coeficientes y los subíndices. Escribe los nombres de cada compuesto. Explica cuántas moléculas y átomos hay en cada caso:

13. Clasifica las reacciones del punto anterior según si son de adición, sustitución o de descomposición.

TIPO DE REACCION ECUACION

Adición o síntesis

Sustitución

Descomposición

14. Teniendo en cuenta los conocimientos adquiridos en la unidad resuelve los siguientes cuestionamientos:

a. El alka - seltzer es un producto utilizado en casa, para contrarrestar la acidez estomacal. El fundamento de su reacción se debe a su composición química.

b. Menciona dos posibles explicaciones de su efecto en nuestro organismo.

c. ¿Qué componentes debe tener este producto para anular la acidez del estómago?

20

¿En el estómago se encuentra algún ácido? ¿Qué ácido se encuentra en el estomago, y cuál es el compuesto del cuál está hecho el alka - seltzer

21