Reacciones Químicas: Conceptos, Factores y Tipos Explicados

Reacciones Químicas

Reacción química: Un cambio químico o reacción química es un proceso en el que una o más sustancias (reactivos) dan lugar a otras sustancias completamente diferentes llamadas productos. Se representa mediante una ecuación química, que a semejanza matemática está constituida por dos miembros (1º reactivos; 2º productos). Ambos miembros están unidos por una flecha que indica el sentido en que se produce la reacción: Reactivos → Productos.

Reacción química y teoría de colisiones

Las partículas (átomos o moléculas) que constituyen los reactivos chocan entre sí para que los enlaces entre átomos se fraccionen, dejando a los átomos en libertad para volverse a combinar y formar nuevos enlaces; por tanto, se forman sustancias diferentes o productos. Cada colisión entre partículas da lugar a la ecuación de producto, pero no todas son eficaces: solo las partículas que colisionan con suficiente energía darán lugar a un choque eficaz.

Factores que determinan la velocidad de una reacción química

Los factores que favorecen el aumento de la velocidad química son aquellos que favorecen el aumento de choques eficaces, los cuales son:

• Temperatura: al calentar una reacción química, al aumentar la temperatura comunicamos energía a las partículas de los reactivos, con lo cual aumenta la velocidad de las partículas. Por lo que el choque será mucho más energético y habrá más choques eficaces.
• Concentración: si la concentración de los reactivos es alta, el número de partículas que chocan entre sí será más alta. Esto implica el aumento de los choques eficaces y, por tanto, aumenta la velocidad.
• Grado de división: los reactivos deben estar lo más divididos posible para poner en contacto a las partículas que los forman, de manera que el choque entre ellas sea el máximo posible; así el número de choques eficaces también será el máximo y la velocidad aumentará.

Ajuste de una ecuación química

Ley de conservación de la masa (Ley de Antoine Lavoisier): basándose en la experiencia, Lavoisier comprobó que, en una reacción, la masa total de la reacción permanece constante.

Para la ecuación química que representa una reacción química, podemos expresarla teniendo en cuenta solo la fórmula molecular de la reacción química o teniendo en cuenta los moles de la reacción química. Si es la fórmula molecular, la ecuación química se representa con moléculas o átomos aislados. Si se tiene en cuenta la reacción en forma de moles, la ecuación química aparece en moles y átomos-gramos. En ambos casos, para cumplir la Ley de Lavoisier, la ecuación química tiene que estar ajustada.

Ajustar una ecuación química consiste en poner los coeficientes numéricos necesarios para que la cantidad de átomos en reactivos sea igual a la de productos (la masa permanece constante, ley de Lavoisier).

Reactivo limitante

Para que una reacción transcurra de forma completa, de manera que todos los reactivos se transformen en productos y no quede nada de reactivo, deben combinarse en las cantidades que indica la ecuación química ajustada. Pero si hay algún reactivo en una cantidad menor de lo que indica la reacción química ajustada, la reacción terminará cuando se agote este reactivo. Por eso se llama reactivo limitante, porque limita la duración de la reacción. Quedará entonces una mezcla de los productos con los reactivos que no se han consumido.

Estequiometría

La estequiometría proviene del griego y significa «medida de elementos». La primera definición fue dada por Richter en 1792: dijo que la estequiometría es el cálculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y los productos en una reacción química.

Tetravalencia del carbono en compuestos orgánicos

Fundamento de la tetravalencia: la configuración electrónica del C es 1s² 2s² 2p². Por tanto, el C tiene 2 opciones para adquirir configuración de gas noble: la primera es perder 4 e⁻ y, por lo tanto, su configuración electrónica sería 1s² (He); o ganar 4 e⁻ y obtendría 1s² 2s² 2p⁶, es decir, 8 e⁻. La primera opción no se realiza porque expulsar 4 e⁻ de un átomo requiere muchísima energía, y la segunda tampoco se realiza porque capturar 4 e⁻ requiere que el C sea muy electronegativo, y no lo es. Por tanto, ni pierde ni gana los 4 e⁻: el C adquiere configuración de gas noble neón por compartición de sus 4 últimos e⁻, formando 4 enlaces covalentes.

• Las características que tiene el C en química orgánica es que puede unirse a otros C formando largas cadenas.
• Los compuestos orgánicos se dividen en 2 grandes grupos: hidrocarburos y funciones químicas.

Reacciones químicas según el tipo de producto resultante

1) De síntesis

2 o más sustancias reaccionan entre sí para dar lugar a otra más compleja. Ejemplo: N + H → NH₃ (N₂ + 2H₂ = 2NH₃).

2) Reacción de descomposición

Es el proceso inverso al de síntesis: una sustancia se descompone en 2 o más sustancias más sencillas. AB → A + B. Ejemplos: MgCO₃ → MgO + CO₂ y KClO₃ → KCl + O₂; ajustado: 2KClO₃ → 2KCl + 3O₂.

3) Reacción de desplazamiento o sustitución

Un elemento de un compuesto es sustituido por otro. Ejemplos: Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂ y Cl₂ + KBr → KCl + Br₂; ajustado: Cl₂ + 2KBr → 2KCl + Br₂.

4) Doble desplazamiento o intercambio

Se trata de una doble sustitución, o intercambio de elementos entre sustancias. Ejemplos: NaCl + AgNO₃ → NaNO₃ + AgCl y HCl + NaOH → NaCl + H₂O.

Reacciones químicas según el balance energético

Según dijimos en la teoría de las colisiones, la reacción se produce cuando, al chocar los reactivos, se rompen los enlaces entre átomos y vuelven a formarse de nuevo para dar los productos. La energía de los enlaces de los reactivos no es la misma que la energía que tienen esos enlaces en los productos. Al hacer un balance de energía puede ocurrir:

• Σ E enlace reactivos > Σ E enlace productos: esa diferencia de energía es desprendida por la reacción en forma de Q (calor) y recibe el nombre de reacción exotérmica. Este Q se considera un producto más de los reactivos (A + B → C + D + Q).
• Σ E enlace reactivos < Σ E enlace productos: esa diferencia de energía debemos comunicársela a la reacción para que pueda producirse. En este caso el Q se considera un reactivo más y aparece en los reactivos (Q + A + B → C + D), es decir, es una reacción endotérmica.

Reacciones químicas según la variación del número de oxidación

Pueden clasificarse en:

• Sin variación del número de oxidación: son reacciones ácido-base. Ejemplo: HCl + NaOH → NaCl + H₂O. No hay variación del número de oxidación en ninguna especie.
• Con variación del número de oxidación: son reacciones redox, en las que hay variación. El elemento que se hace más positivo se dice que se oxida. El elemento que se hace menos positivo (más negativo) se reduce.