06 Jun
Introducción a los Cambios Químicos y Reacciones
En un cambio físico, las sustancias siguen siendo las mismas. En un cambio químico o reacción química, las sustancias iniciales se transforman en otras nuevas, con una composición química diferente.
Los cambios químicos se denominan reacciones químicas. En una reacción química, una o varias sustancias químicas (elementos o compuestos) se transforman en otras diferentes. Las sustancias iniciales se denominan reactivos, y las finales, productos.
Teoría de las Colisiones en Reacciones Químicas
La teoría de las colisiones explica cómo se producen las reacciones químicas: las partículas (átomos, iones, moléculas) que van a reaccionar deben aproximarse hasta chocar entre sí de manera eficaz.
Condiciones para un Choque Eficaz
Para que el choque sea eficaz, se deben cumplir estas dos condiciones simultáneamente:
- Las partículas de los reactivos deben tener la energía suficiente.
- Las partículas de los reactivos tienen la orientación adecuada.
Tras una colisión eficaz, se produce una nueva distribución de los átomos de los reactivos, que da lugar a la formación de los productos de la reacción.
Leyes Fundamentales de las Reacciones Químicas
Ley de Conservación de la Masa (Ley de Lavoisier)
En una reacción química que tenga lugar en un sistema cerrado, la masa total de los productos obtenidos es igual a la masa de los reactivos, es decir, la masa se conserva. Esto se conoce como Ley de Conservación de la Masa o Ley de Lavoisier.
Según la teoría de colisiones, en una reacción química solo cambia la organización de los átomos de los reactivos al transformarse en los productos, pero no el número ni el tipo de átomos que ya había; por tanto, la masa inicial es igual a la masa final.
Suma de las masas de los reactivos = Suma de las masas de los productos
Ley de las Proporciones Definidas (Ley de Proust)
Los reactivos, que en una reacción química se combinan para formar el mismo compuesto, siempre lo hacen en proporciones constantes. Este hecho se conoce como Ley de las Proporciones Definidas o Ley de Proust.
Ajuste de Ecuaciones Químicas
En toda reacción química se ha de cumplir la Ley de Conservación de la Masa:
Debe existir el mismo número de cada tipo de átomos a uno y otro lado de la ecuación. Cuando se cumple esta condición, decimos que la ecuación química está ajustada o equilibrada.
Los coeficientes son números necesarios delante de las fórmulas de las sustancias para que se cumpla a escala atómica la Ley de Conservación de la Masa.
Para ajustar una ecuación, podemos modificar los coeficientes, pero nunca los subíndices de las fórmulas, pues ello significaría modificar las sustancias.
En la representación de una reacción química se debe indicar el estado físico de la sustancia: (s) sólido, (l) líquido, (g) gas y (aq) disolución acuosa.
Velocidad de Reacción Química
La velocidad de una reacción es la rapidez con la que aparecen los productos o desaparecen los reactivos. Por tanto, se mide mediante la cantidad de sustancia que se obtiene (o desaparece) en la unidad de tiempo.
Medición Experimental de la Velocidad de Reacción
¿Cómo se mide la velocidad de una reacción química?
Se quiere medir la velocidad de la reacción que tiene lugar entre el magnesio (Mg) y el ácido clorhídrico (HCl). Para ello:
- Se introducen unas cintas de magnesio en el fondo de un matraz Kitasatos, como el de la figura, y se incorpora una jeringuilla en el tubo lateral.
- Se añade ácido clorhídrico en un tubo de ensayo y se introduce en el matraz Kitasatos, que, a continuación, se tapa.
- Se inclina el matraz para que se vierta el ácido clorhídrico del tubo sobre la cinta de magnesio. En ese momento se activa el cronómetro.
La reacción que se produce es la siguiente:
Mg (s) + 2 HCl (aq) → MgCl₂ (s) + H₂ (g)
El gas hidrógeno que se forma llega al tubo lateral y desplaza el émbolo de la jeringuilla, lo que permite medir el volumen de hidrógeno que se desprende por minuto, es decir, la velocidad de esta reacción.
Factores que Influyen en la Velocidad de Reacción
La velocidad de una reacción química depende de que las colisiones entre las partículas de los reactivos sean más o menos eficaces. Si se modifican los factores que influyen en estas colisiones, se puede aumentar o disminuir la velocidad de una reacción química.
Influencia de la Concentración de los Reactivos
Si aumentamos la concentración de ácido clorhídrico manteniendo constante la cantidad de magnesio, se obtiene una nueva gráfica. Observa que la pendiente es mayor, por tanto, la reacción ha sido más rápida.
La velocidad de una reacción aumenta si se incrementa la concentración de los reactivos.
Según la teoría de colisiones, al aumentar la concentración de los reactivos, aumenta la cantidad de partículas, lo que hace que se produzcan más choques eficaces y que aumente la velocidad de reacción.
Baja Concentración de Reactivos
Existen pocos choques eficaces entre los reactivos, por lo que la cantidad de productos que aparecen en la unidad de tiempo es baja: la velocidad de la reacción es baja.
Alta Concentración de Reactivos
Aumenta el número de choques eficaces entre los reactivos y, por tanto, aumenta la cantidad de productos que aparecen en la unidad de tiempo: la velocidad de la reacción es alta.
Influencia de la Superficie de Contacto de los Reactivos
Si en vez de utilizar cinta de magnesio, se utiliza la misma cantidad de magnesio en polvo, se observa que la reacción es mucho más rápida.
La velocidad de reacción aumenta cuando se incrementa la superficie de contacto entre los reactivos.
Según la teoría de colisiones, al dividir los reactivos, hay mayor superficie de contacto entre sus partículas, por lo que se producen más choques eficaces entre ellas.
Menor Superficie Expuesta
Las moléculas del ácido clorhídrico solo pueden chocar contra los átomos de magnesio de la capa más externa de la cinta.
Mayor Superficie Expuesta
Las moléculas del ácido clorhídrico pueden chocar contra muchos más átomos de magnesio en polvo.
Influencia de la Temperatura de los Reactivos
Si aumentamos la temperatura de reacción en 10 °C, se observa que la velocidad se duplica respecto a la experiencia inicial; es decir, se obtienen 40 cm³ de H₂ en 2,5 min en lugar de los 5 min que se habían medido inicialmente.
La velocidad de una reacción aumenta al incrementar la temperatura.
Según la teoría de colisiones, al aumentar la temperatura, aumenta la velocidad de las partículas de los reactivos. Esto hace que se produzcan más choques eficaces.
Baja Temperatura
A baja temperatura hay pocos choques eficaces.
La velocidad de la reacción es baja.
Alta Temperatura
Al elevar la temperatura, los reactivos tienen más energía y hay más choques eficaces. La velocidad aumenta.
Influencia de la Presencia de Catalizadores
Los catalizadores son sustancias distintas de los reactivos y de los productos que modifican la velocidad de una reacción química, acelerándola o retardándola. Al finalizar la reacción, los catalizadores se recuperan inalterados. Ejemplos de catalizadores son:
- Las levaduras en la fabricación de pan.
- Las enzimas que catalizan las reacciones que tienen lugar en nuestro cuerpo.
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