Fundamentos de Química

Plan nacional de Formación Docente

Modulo I - 2015

UNIDAD V

Reacciones Químicas y

estequiometría

Objetivos

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Capacitar al especialista en el análisis, lectura y tipos de

reacciones químicas, mediante la escritura de las ecuaciones

químicas, factores de conversión, estequiometría, reactivo

limitante y porcentaje de rendimiento, para el estudio y

comprensión de procesos químicos cualitativos y cuantitativos.

En el sistema SI el MOL es la cantidad de una sustancia que

contiene tantas entidades elementales (átomos, moléculas, u otras

partículas) como átomos hay en exactamente 12 g (o 0.012 kg) del

isótopo carbono-12.

El Mol

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El número real de átomos en 12 g de carbono-12 se determina

experimentalmente. Este número se llama Número de

Avogadro (NA), en honor al científico italiano Amedeo Avogadro.

En actualidad valor aceptado es:

Número de Avogadro

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Generalmente, redondeamos el NA a 6.022X 1023.

Por lo tanto, al igual que una docena naranjas contiene 12 naranjas,

1 mol de átomos de hidrógeno contiene 6.022X1023 átomos de H.

Número de Avogadro

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Diferencias entre Masa y Peso

¿Qué es masa?

Es la cantidad de materia de un objeto. Es una medida extensiva

pues depende de la cantidad.

¿Qué es peso?

Es la fuerza de atracción que ejerce la gravedad sobre la masa de un

cuerpo, por lo que es una cantidad vectorial. Varía con la posición

del objeto.

Los químicos se interesan principalmente en la masa, que puede

determinarse con facilidad con una balanza; por extraño que

parezca, el proceso de medir la masa se llama pesada.

Masa atómica

Es la masa de un átomo, en unidades de masa atómica (uma).

Masa atómica, masa fórmula, peso molecular y masa molar

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1 mol de átomos 12C es = 6.022 x 1023 átomos = 12.00 g

1 átomo 12C = 12.00 uma

1 mol de átomos 12C = 12.00 g 12C

Para cualquier elemento

masa atómica (uma) = masa molar (gramos)

Masa Fórmula

Es la suma de las masas atómicas de la fórmula de una sustancia, en

compuestos que no contienen unidades moleculares discretas (en

uma).

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NaCl

Na 1x 22.99 uma +

Cl 1x35.45 uma

NaCl 58.44 uma

Para cualquier compuesto iónico

masa de la fórmula (uma) = masa molar (gramos)

1 fórmula unitaria NaCl = 58.44 uma

1 mol NaCl = 58.44 g NaCl

Masa atómica, masa fórmula, peso molecular y masa molar

Masa molecular (o peso molecular) es la suma de masas atómicas (en

uma) de los elementos de una molécula.

SO2

S 1x32.07 uma +

O 2 x 16.00 uma

SO2 64.07 uma

Para cualquier molécula

masa molecular (uma) = masa molar (gramos)

1 molécula SO2 = 64.07 uma

1 mol SO2 = 64.07 g SO2

Masa atómica, masa fórmula, peso molecular y masa molar

Ejercicios:

Calcular Masa atómica, masa fórmula y masa molar según corresponda.

H2SO4, CH3COOH, MgCl2 , Benceno, C6H12O6.

Masa atómica, masa fórmula, peso molecular y masa molar

La materia cambia continuamente, los cambios que ocurren en la materia

son físicos y químicos.

Las propiedades físicas de un objeto como: Tamaño, color, forma, o

estado físico pueden cambiar al ocurrir un cambio físico, sin

embargo no se forman substancias nuevas como cuando

ocurren cambios Químicos.

Los cambios físicos: Son aquellos en los que no cambia la naturaleza de las

sustancias que intervienen. Se consideran cambios físicos si después del

cambio que experimente la materia, esta sigue siendo la misma.

Por ejemplo, después de un cambio de estado el agua se congela

transformándose en hielo o se evapora transformándose en vapor de agua,

pero el agua líquida, el hielo y el vapor están constituidos por la misma

materia.

Cambio Físico y Cambio Químico

Ejemplos de cambios físicos:

Cambios de estado, solido, líquido y gaseoso.

Dilatación o aumento de volumen.

El movimiento o cambio de posición que ocupa un cuerpo en el espacio.

La fragmentación, que es la división de un cuerpo en trozos más

pequeños que conservan su misma naturaleza.

La mezcla de varias sustancias sin que ninguna de ellas pierda o cambie

sus propiedades.

Cambio Físico

Cambio Físico

En un cambio químico se forman una o más sustancias nuevas. Estas

sustancias nuevas son diferentes de las originales, se caracterizan por que

tienen nuevas propiedades físicas y químicas, en ambos casos se forma un

nuevo material.

Ejemplos de cambios químicos:

Cambio Químico

Combustión Corrosión

Se observa un cambio químico cuando:

Hay un cambio de color

Se pueden producir gases en forma de efervescencia o burbujas.

Puede ocurrir una explosión o incendio.

Hay formación de precipitados.

Cambios de sabor

Se puede emitir luz

Se pueden observar cambios de temperatura

Cambio Químico

Reacción química esto es un proceso en el que una sustancia (o

sustancias) cambian para formar una o más sustancias nuevas.

Una ecuación química es: La descripción abreviada de una reacción

química. Por convención, en una ecuación química los reactivos se escriben

a la izquierda y los productos a la derecha de la flecha:

Las reacciones químicas y la ecuación química

Para proporcionar información adicional, con frecuencia se utilizan otros

símbolos, los más comunes se muestran en la siguiente tabla:

Las reacciones químicas y la ecuación química

Cómo “leer” ecuaciones químicas

2 Mg + O2 2 MgO

2 átomos de Mg + 1 molécula de O2 forman 2 fórmulas unitarias de MgO

2 moles de Mg + 1 mol O2 forman 2 moles de MgO

48.6 gramos de Mg + 32.0 gramos de O2 forman 80.6 g MgO

NO DEBE LEERSE :

2 gramos Mg + 1 gramo O2 forman 2 g MgO

3.7

Las reacciones químicas y la ecuación química

Si sabemos lo que ocurre en una reacción química determinada, seremos

capaces de predecir lo que ocurre en otras parecidas. Por eso es

conveniente conocer los tipos más frecuentes de reacciones químicas.

Reacción Química de Combinación

Reacción Química de Descomposición

Reacción Química de Sustitución

Reacción Química de Desplazamiento

Reacción Química de Doble desplazamiento

Reacción Química de Combustión

Tipos de reacciones químicas

Una reacción de combinación es una reacción en la que dos o más sustancias

(que pueden ser elementos o compuestos) se combinan para formar un solo

producto

Reacciones de Combinación

S(s) + O2(g) SO2(g)

2Na(s) + Cl2(g) 2NaCl(S)

2C(s) + O2(g)limitado 2CO(g)

C(s) + O2(g)exceso CO2(g)

CaO(s) + H2O(l) Ca(OH)2(ac)

Ejemplos de reacciones de Combinación

A + B C

Las reacciones de descomposición son las opuestas a las reacciones de

combinación concretamente, una reacción de descomposición es la ruptura de

un compuesto en dos o más componentes distintos.

Reacciones de Descomposición

2KClO3(s) 2KCl(s) + 3O2(g)

2H2O2(l) 2H2O(l) + O2(g)

2NaHCO3(s) Na2CO3(s) + CO2(s) + H2O(g)

2H2O(l) 2H2(g) + O2(g)

Ejemplos de reacciones de Descomposición

A B + C

Es el tipo de reacción que se presenta cuando un elemento químico más activo

o más reactivo desplaza a otro elemento menos reactivo que se encuentra

formando parte de un compuesto; el elemento que ha sido desplazado queda

en forma libre.

Reacciones de Sustitución

A + BC AC + B

Fe(s) + CuSO4(ac) FeSO4(ac) + Cu(s)

2Zn(s) + 2HCl(ac) 2ZnCl(ac) + H2(g)

Cl2(g) + 2NaBr(ac) 2NaCl(ac) + Br2(g)

Cu(s) + 2AgNO3(ac) Cu(NO3)2(ac) + 2Ag(s)

2KBr(ac) + Cl2(g) 2KCl(l) + Br2(g)

Ejemplos de reacciones de Sustitución

Ejemplos de reacciones de Sustitución

Reacciones de Sustitución

En una reacción de desplazamiento, un ion (o un átomo) presente en un

compuesto se remplaza por un ión o un átomo de otro elemento.

La mayoría de las reacciones de desplazamiento se pueden clasificar en tres

subcategorías: desplazamiento de hidrógeno, desplazamiento de un metal, o

desplazamiento de un halógeno.

Reacciones de Desplazamiento

A + BC AC + B

Desplazamiento de Hidrógeno. Todos los metales alcalinos y algunos

metales alcalinotérreos (Ca, Sr, Ba) que son los más reactivos de los elementos

metálicos, desplazarán al hidrógeno del agua fría. También muchos metales,

incluidos los que no reaccionan con agua, son capaces de desplazar el

hidrógeno presente en los ácidos.

Por ejemplo:

2Na(s) + 2H2O(l) 2NaOH(ac) + H2(g)

Ca(s) + 2H2O(l) Ca(OH)2(s) + H2(g)

Zn(s) + HCl(ac) ZnCl2(ac) + H2(g)

Mg(s) + 2HCl(ac) 2MgCl2(ac) + H2(g)

Reacciones de Desplazamiento

Desplazamiento de metales. Un metal en un compuesto puede

ser desplazado por otro metal en estado libre.

Por ejemplo:

Zn(s) + CuSO4(ac) ZnSO4(ac) + Cu(s)

Cu(s) + 2AgNO3(ac) Cu(NO3)2(ac) + 2Ag(s)

Reacciones de Desplazamiento

Una forma sencilla de predecir si en realidad va a tener lugar una

reacción de desplazamiento de un metal o de hidrógeno, consiste en

hacer referencia a una serie de actividad (algunas veces denominada

serie electroquímica).

Básicamente, una serie de actividad consiste en un resumen adecuado de

los resultados de muchas posibles reacciones de desplazamiento

semejantes a las ya descritas. De acuerdo con esta serie, cualquier metal

que se sitúe por encima del hidrógeno lo desplazará del agua o de un

ácido, pero los metales situados por debajo del hidrógeno no

reaccionarán ni con agua ni con ácidos. De hecho, cualquier especie de la

serie reaccionará con cualquier otra especie (presente en un compuesto)

que se encuentre por debajo de ella.

Reacciones de Desplazamiento

Reacciones de Desplazamiento

Au

me

nto

de

la f

ue

rza

red

uct

ora

Reaccionan con agua fríapara generar hidrógeno H2

Reaccionan con vapor de aguapara producir hidrógeno H2

Reaccionan con los ácidospara producir hidrógeno H2

No reaccionan ni conagua ni con ácidos paraproducir hidrógeno H2

Desplazamiento de Halógenos. Otra serie de actividad es la

que resume el comportamiento de los halógenos en las reacciones

de desplazamiento de halógenos.

F2>Cl2>Br2>I2

Por ejemplo:

Cl2(g) + 2KBr(ac) 2KCl(ac) + Br2(l)

Cl2(g) + 2NaI(ac) 2NaCl(ac) + I2(s)

Reacciones de Desplazamiento

En una reacción de doble desplazamiento, dos compuestos cambian parejas

entre sí, para producir compuestos distintos.

Reacciones de Doble Desplazamiento

AgNO3(ac) + NaCl(ac) AgCl(s) + NaNO3(ac)

2NaOH(ac) + H2SO3(ac) Na2SO3(ac) + 2H2O

AgNO3(ac) + HCl(ac) AgCl(s) + HNO3(ac)

Ejemplos de reacciones de Doble Desplazamiento

AB + CD AD + CB

Una reacción de combustión es una reacción en la que una sustancia reacciona

con oxígeno, normalmente produciendo calor y luz, dando lugar a la

formación de una llama.

Reacciones químicas: Combustión

Combustible + O2(g) dióxido de carbono + agua + energía

En este caso el oxigeno se denomina comburente. El comburente es cualquier

sustancia que se puede combinar con un combustible para producir una

combustión.

Ejemplos:

Combustión del propano

C3H8(g) + 5 O2(g) 3CO2(g) + 4H2O(g) + Energía

Combustión del octano

C8H18(g) + 12 1/2 O2(g) 8CO2(g) + 9 H2O(g) + Energía

Reacciones químicas: Combustión

Combustible + O2(g) dióxido de carbono + agua + energía