Mecanismos de Reacción

El mecanismo de una reacción química es el conjunto de procesos elementales mediante los cuales esta se produce. En toda reacción química se produce la ruptura de los enlaces de los reactivos y la formación de nuevos enlaces que dan lugar a los productos.

Teoría de Colisiones

Para que se produzca una reacción química, las partículas (átomos, moléculas, etc.) que van a reaccionar deben chocar entre sí. No cualquier choque es válido; para que una colisión sea efectiva, las partículas de los reactivos deben tener la energía suficiente y la orientación adecuada.

Teoría del Estado de Transición

Cuando las partículas chocan con la orientación adecuada, sus átomos pasan momentáneamente por una distribución de enlaces (complejo activado) que tiene mayor energía que los reactivos y los productos (por lo que es menos estable).

Energía de Activación

La energía de activación es la mínima energía necesaria para que reaccionen las moléculas que chocan con la orientación adecuada. Es la energía mínima para debilitar los enlaces de los reactivos y permitir formar los enlaces de los productos.

Complejo Activado

El complejo activado es un intermedio de la reacción en el que, al mismo tiempo que se han comenzado a romper los enlaces de los reactivos, se están empezando a formar los enlaces de los productos. Este intermedio presenta una alta energía.

Velocidad de Reacción

• La velocidad de reacción es la cantidad de sustancia formada o transformada por unidad de tiempo.
• Se puede expresar en función de la cantidad de reactivo que desaparece por unidad de tiempo.
• En función de la cantidad de producto que se forma por unidad de tiempo.

Factores que Afectan la Velocidad de Reacción

• Superficie de contacto entre los reactivos: Cuanto mayor es la superficie de contacto entre los reactivos, mayor será la velocidad de reacción.
• Concentración de los reactivos: Cuanto mayor es la concentración de los reactivos, mayor será la velocidad de reacción.
• Temperatura de la reacción: En general, al aumentar la temperatura, aumenta la velocidad de reacción.
• Presencia de un catalizador/inhibidor:
  • Un catalizador es una sustancia adicional a los reactivos y productos que modifica la velocidad de reacción, proporcionando un camino alternativo y más rápido para llegar a los productos.
  • Un inhibidor es, en esencia, igual al catalizador, pero proporciona un camino alternativo más lento que el que tiene la reacción original.

Tipos de Reacciones Químicas según el Intercambio de Energía

• Exotérmicas: Aquellas de las que se desprende energía.
• Endotérmicas: Aquellas que absorben energía.

Calor de Reacción

El calor de reacción es la cantidad de energía calorífica que se desprende o absorbe en una reacción.

Reacciones Ácido-Base

Definición de Ácidos y Bases según Arrhenius

• Ácido: Toda sustancia que, en disolución acuosa, se disocia dando iones H+ (protones).
• Base: Toda sustancia que, en disolución acuosa, se disocia dando iones OH- (hidroxilos).

Ejemplos

Ácidos: HNO₃, H₂SO₄, CH₃CH₂OH, HCl
Bases: NaOH, KOH

Ejemplo de Reacción Ácido-Base

HCl + NaOH → NaCl + H₂O

Propiedades de los Ácidos

• Tienen sabor ácido.
• Reaccionan con los metales generando hidrógeno (H₂).
• Reaccionan con las bases.

Propiedades de las Bases

• Tienen sabor amargo.
• Tienen tacto jabonoso.
• Reaccionan con las grasas para dar jabones.
• Reaccionan con los ácidos.

La Escala de pH

La escala de pH permite conocer el grado de acidez o basicidad de una sustancia determinada. Es una escala numérica con valores entre 1 y 14.

• Una sustancia con pH = 7 es una sustancia neutra.
• Una sustancia con un pH < 7 tiene carácter ácido.
• Una sustancia con un pH > 7 tiene carácter básico.

Métodos de Medición de pH

• Mediante un indicador ácido-base: sustancia que presenta una coloración diferente según se encuentre en un medio ácido o básico.
• Papel Indicador: tira de papel que adquiere un color diferente en función del pH de la sustancia con la que entre en contacto.
• pH-metro digital: es un instrumento que mide directamente el valor del pH de una disolución al introducir su electrodo en la misma.

Reacción de Neutralización

Una reacción de neutralización es aquella en la que un ácido reacciona con una base para formar sal y agua.

Ejemplo

HCl + NaOH → NaCl + H₂O

Reacción de Síntesis

Una reacción de síntesis es aquella en la que dos sustancias reaccionan para dar una única sustancia nueva. Puede darse entre elementos para obtener un compuesto o entre diferentes compuestos para obtener uno nuevo.

Ejemplo

S + O₂ → SO₂

Reacción de Combustión

Una reacción de combustión es una reacción de oxidación muy rápida en la que se desprende energía (reacción exotérmica).

Ejemplo

CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O

Conservación de la Masa

La masa total de un sistema permanece invariable cualquiera que sea la transformación que tiene lugar en él.

Ley de Conservación de la Masa

La Ley de Conservación de la Masa implica que exista el mismo número de cada tipo de átomos a ambos lados de la flecha (la ecuación debe estar ajustada).

Conceptos Estequiométricos Fundamentales

Cantidad de Sustancia (Mol)

La magnitud fundamental es la cantidad de sustancia (n), y su unidad en el SI es el mol.

Masa Molar

La masa molar es la masa de un mol de átomos, moléculas, iones, etc. Se representa mediante el símbolo M y se expresa en kg/mol o en g/mol.

Volumen Molar

El volumen molar es el volumen que ocupa un mol de cualquier gas a 1 atm de presión y a 0 °C (Condiciones Normales de Presión y Temperatura, CNPT). Todos los gases en las condiciones indicadas ocupan 22,4 L. Este volumen contiene 6,022 × 10²³ partículas (Número de Avogadro).

Concentración Molar (Molaridad)

La concentración molar de una disolución o molaridad (M), es la cantidad de soluto, en mol, que hay en un litro de disolución.

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