Las reacciones químicas son una parte esencial de la tecnología, contribuyendo a diversas actividades humanas que forman parte de nuestra vida diaria. Ejemplos de reacciones químicas que encontramos todos los días incluyen la quema de combustibles y la elaboración de vino y cerveza. Las reacciones químicas también están muy presentes en la naturaleza, desde la meteorización química de las rocas, la fotosíntesis en las plantas y el proceso de respiración en los animales.
En el aspecto más amplio, hay tres tipos de reacciones: físico, químico y nuclear. Las reacciones químicas se pueden dividir en muchas categorías. Seis comunes tipos de reacciones químicas son: síntesis, descomposición, simple desplazamiento, doble desplazamiento, combustión y reacciones ácido-base. Los científicos los clasifican en función de lo que sucede al pasar de reactivos a productos. Esto es útil para predecir la reactividad de los reactivos y los productos formados a partir de las reacciones.
Tipos de reacciones
A
Por ejemplo, en un proceso utilizado para fabricar refrescos y agua mineral, el dióxido de carbono se burbujea en agua bajo condiciones presurizadas y forma un nuevo compuesto conocido como ácido carbónico (H2CO3). Mediante esta ecuación, sabes que se ha producido una reacción química.
CO2(g) + H2O (l) -> H2CO3(aq)
A reacción física es diferente a una reacción química. Los cambios físicos solo implican el cambio de estado, por ejemplo, la congelación del agua en hielo y la sublimación del hielo seco en dióxido de carbono. En ambos escenarios, la identidad química de los reactivos, H2O y CO2, no cambio. Los productos todavía se componen de los mismos compuestos que los reactivos.
H2O (l) -> H2O (s)
CO2(s) -> CO2(gramo)
A reacción nuclear también se distingue de una reacción química. Implica la colisión de dos núcleos para formar uno o más nucleidos que son diferentes de los núcleos parentales. Por ejemplo, Ernest Rutherford realizó la primera transmutación artificial al exponer gas nitrógeno a partículas alfa, formando el isótopo 17O y expulsando un protón en este proceso. El elemento en el reactivo cambió, por lo que tuvo lugar una reacción.
14N + α -> 17O + p
Tipos de reacciones químicas
Los tipos más comunes de reacciones químicas son síntesis, descomposición, desplazamiento simple, desplazamiento doble, combustión y ácido-base. Sin embargo, dicha categorización no es exclusiva. Por ejemplo, una reacción ácido-base también se puede clasificar como una reacción de doble desplazamiento.
Reacción de síntesis
Una reacción de síntesis es aquella en la que dos o más sustancias se conjunto para formar uno más complejo. La ecuación química para una forma general de reacción de síntesis es la siguiente:
A + B -> AB
Un ejemplo de una reacción de síntesis es la combinación de hierro (Fe) y azufre (S) para formar sulfuro de hierro.
Fe (s) + S (s) -> FeS (s)
Otro ejemplo es cuando se combinan sodio y cloro gaseoso para producir una molécula más compleja, el cloruro de sodio.
2Na (s) + Cl2(g) -> 2NaCl (s)
Reaccion de descomposicion
Una reacción de descomposición funciona todo lo contrario a una reacción de síntesis. Es una reacción donde una sustancia más compleja se rompe en otros más simples. Una forma general de reacción de descomposición se puede escribir como:
AB -> A + B
Un ejemplo de reacción de descomposición es la electrólisis del agua para formar hidrógeno y oxígeno gaseoso.
H2O (l) -> H2(g) + O2(gramo)
La descomposición también puede ser térmica, como la conversión de ácido carbónico en agua y dióxido de carbono en condiciones de calentamiento. Se ve comúnmente en bebidas carbonatadas.
H2CO3(aq) -> H2O (l) + CO2(gramo)
Reacción de desplazamiento único
También conocida como reacción de reemplazo único, la reacción de desplazamiento único es cuando un elemento puro cambia de lugar con otro elemento en un compuesto. Está en la forma general:
A + BC -> AC + B
Muchos metales pueden reaccionar con un ácido fuerte. Por ejemplo, el magnesio reacciona con el ácido clorhídrico para formar gas hidrógeno y cloruro de magnesio. En esta reacción, el magnesio cambia de lugar con el hidrógeno en ácido clorhídrico.
Mg (s) + 2HCl (ac) -> H2(g) + MgCl2(aq)
El magnesio también puede reaccionar con el agua para generar hidróxido de magnesio e hidrógeno gaseoso.
Mg (s) + 2H2O (l) -> H2(g) + Mg (OH)2(aq)
Desplazamiento doble
Otro tipo de reacciones químicas es el de doble desplazamiento, en el que los cationes de los dos reactivos cambian de lugar para formar dos productos completamente diferentes. Una forma general de esta reacción es:
AB + CD -> AD + CB
Un ejemplo de una reacción de doble desplazamiento es cuando el cloruro de bario reacciona con el sulfato de magnesio para formar sulfato de bario y cloruro de magnesio. En esta reacción, los cationes de bario y magnesio en los reactivos cambian de lugar a nuevos compuestos de bario y magnesio.
BaCl2 + MgSO4 -> BaSO4 + MgCl2
Otro ejemplo es la reacción del nitrato de plomo con yoduro de potasio para formar yoduro de plomo y nitrato de potasio.
Pb (NO3)2 + 2KI -> PbI2 + 2KNO3
En ambos casos, la reacción genera un precipitado (BaSO4 y PbI2) a partir de dos reactivos solubles, por lo que también se agrupan en reacciones de precipitación.
Reacción de combustión
Una reacción de combustión es una redox exotérmico reacción química en la que un combustible reacciona con el oxígeno para producir productos gaseosos. Aunque generalmente se inicia mediante una forma de energía, como el uso de una cerilla encendida para encender un fuego, el calor liberado proporciona energía para sostener la reacción.
Una reacción de combustión completa ocurre cuando hay exceso de oxígeno y produce principalmente óxidos comunes como dióxido de carbono y dióxido de azufre. Para asegurar una combustión completa, el oxígeno presente debe ser dos o tres veces la cantidad teórica calculada por estequiometría. Una combustión completa de un hidrocarburo se puede expresar en la forma:
4CXHy + (4x + y) O2 -> 4xCO2 + 2yH2O + calor
La combustión de metano, que es un hidrocarburo saturado, libera calor sustancial (891 kJ / mol) y se puede resumir mediante la ecuación de la siguiente manera:
CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O + calor
El naftaleno es otro ejemplo de hidrocarburo y su combustión completa también genera dióxido de carbono, agua y calor.
C10H8 + 12O2 -> 10CO2 + 4H2O + calor
Los alcoholes también pueden servir como fuente de combustible para la combustión, como el metanol.
CH3OH + O2 -> CO2 + 2H2O + calor
Una combustión incompleta ocurre cuando no hay suficiente oxígeno para reaccionar completamente con el combustible y producir dióxido de carbono y agua. Un ejemplo de este tipo es cuando se quema metano con un suministro limitado de oxígeno para producir una combinación de monóxido de carbono, dióxido de carbono, cenizas de carbono y agua. Puede expresarse mediante las siguientes ecuaciones, ordenadas por la cantidad de oxígeno presente.
Poco oxígeno:
CH4 + O2 -> C + 2H2O
Algo de oxigeno:
2 canales4 + 3O2 -> 2CO + 4H2O
Más oxígeno pero no suficiente:
4 canales4 + 7O2 -> 2CO + 2CO2 + 8H2O
Demasiado monóxido de carbono puede resultar en envenenamiento del aire porque se combina con la hemoglobina para formar carboxihemoglobina y reduce su capacidad para suministrar oxígeno. Por lo tanto, es importante garantizar la combustión completa del combustible para usos domésticos e industriales.
Reacción ácido-base
La reacción ácido-base es una reacción entre un ácido y una base, y el agua es uno de los productos. Es un tipo especial de reacción de doble desplazamiento (lugares de cambio A y B) y estos ejemplos de reacciones químicas se escriben como:
HA + BOH -> BA + H2O
Un ejemplo simple de una reacción ácido-base es cuando un antiácido (hidróxido de calcio) neutraliza el ácido del estómago (ácido clorhídrico).
Ca (OH)2 + 2HCl -> CaCl2 + 2H2O
Otro ejemplo es la reacción del vinagre (ácido acético) con bicarbonato de sodio (bicarbonato de sodio). En este proceso, se forman agua y dióxido de carbono pero no se libera calor, por lo que no es una reacción de combustión.
CH3COOH + NaHCO3 -> CH3COONa + H2O + CO2