¿Has intentado alguna vez hacer jabón en casa? ¡El arte de hacer jabón es un tipo de reacción química! En primer lugar, observa la estructura de una molécula de jabón.
Figura 1. Estructura de la molécula de jabón
El jabón es un tipo de sal formada por ácidos grasos. La estructura del jabón consiste en una cadena hidrocarbonada no polar que contiene un grupo ácido carboxílico. El grupo ácido carboxílico forma un enlace iónico con un ion sodio o potasio. Así pues, el jabón tiene un extremo hidrófobo que no se disuelve en agua (cadena hidrocarbonada) y un extremo hidrófilo (sal iónica). Cuando el jabón entra en contacto con la grasa y el agua, el extremo hidrófobo del jabón interactúa con las moléculas no polares de la grasa y suspende la grasa/aceite, ¡permitiendo que sea arrastrada por el agua!
El jabón se forma por la reacción entre los triglicéridos de la grasa/aceite y un álcali como el hidróxido sódico acuoso o el hidróxido potásico.
La reacción química para la fabricación de jabón es:
Figura 2. El proceso de saponificación
- En primer lugar, hablaremos de las reacciones químicas y de cómo equilibrarlas.
- A continuación, veremos los distintos tipos de reacciones químicas y daremos algunos ejemplos.
Definición de reacción química
Durante una reacción química, los átomos de los reactivos se reorganizan, formando nuevos enlaces y rompiendo los existentes para crear una o más sustancias diferentes, conocidas como productos.
Una reacción química es un proceso que da lugar a la conversión de una o varias sustancias químicas en una o varias sustancias diferentes.
Cuando esto ocurre, podemos observar cambios de color, formación de gases, cambios de temperatura o incluso la formación de un precipitado. O, en algunos casos, el resultado es el mismo que antes.
Los químicos utilizan ecuaciones químicas para mostrar lo que ocurre con los reactivos y los productos implicados en una reacción química.
- Los reactivos son sustancias que reaccionan entre sí para formar productos.
- Losproductos son las nuevas sustancias que se forman tras la reacción química.
Equilibrio de las reacciones químicas
Una habilidad muy importante cuando se trata de reacciones químicas es la capacidad de equilibrar ecuaciones químicas.
Una ecuación química está equilibrada cuando el número de átomos es el mismo en ambos lados.
Para equilibrar ecuaciones químicas, hay que seguir algunos pasos. Como ejemplo, observa la siguiente ecuación química: $$ \text{K + H}_{2}\text{O} \a \text{KOH + H}_{2} $$
Paso 1: Cuenta el número de átomos presentes en cada lado de la ecuación química.
En primer lugar, tenemos que contar el número de átomos de cada tipo de átomo presente en el reactante y en el lado del producto. Para averiguar el número de átomos de cada tipo, podemos multiplicar el coeficiente (que, en este caso, es 1) por el número del subíndice.
Para que sea más fácil de recordar, podemos hacer una tabla sencilla debajo de la ecuación química.
Figura 4. Contar el número de átomos presentes en cada lado de la ecuación
Si el número de átomos de cada lado es el mismo, significa que tu ecuación ya está equilibrada. Ahora bien, si el número de átomos de cada lado es diferente, entonces tienes que ir al segundo paso.
Paso 2: Determina cuántos átomos debes añadir para equilibrar la ecuación química.
Para equilibrar esta ecuación química, tenemos que buscar múltiplos del coeficiente. En este ejemplo, los coeficientes son 1.
La única forma de obtener la misma cantidad de átomos de H en ambos lados sería añadir un coeficiente de 2 a las moléculas de H2O, y un coeficiente de 2 a las moléculas de KOH. De este modo, obtendríamos 4 átomos de H en cada lado.
Sin embargo, esto también cambiaría el número de átomos de K en el lado del producto, y el número de átomos de oxígeno en ambos lados. Para solucionarlo, podemos añadir un coeficiente de 2 al K del lado del reactante. Ahora, ¡la reacción debería estar equilibrada!
Figura 5. Añadir coeficientes para equilibrar una ecuación química
Tipos de reacciones químicas
Existen cinco tipos básicos de reacciones químicas:
- Reacciones decombinación o síntesis
- Reacciones de descomposición
- Reacciones de combustión
- Reacciones de sustitución simple
- Reacciones de doble sustitución
Las reacciones de sustitución también se llaman "reacciones de desplazamiento". Las reacciones de neutralización son un ejemplo de reacciones de sustitución. Las reacciones de síntesis y de sustitución simple pueden ser reacciones redox, que son reacciones químicas en las que se transfieren electrones de una especie a otra.
Reacciones de síntesis
Las reacciones desíntesis son reacciones en las que dos o más sustancias se combinan para formar una nueva sustancia. La fórmula general de las reacciones de síntesis es \( A + B \ a C \).
Por ejemplo, la formación de bromuro de hidrógeno (HBr) es el resultado de una reacción de síntesis entre el hidrógeno y el bromo.
$$ H_{2}\text{ (g)} \text{ }+ \text{ }Br_{2} \(l)} a 2\text{ }HBr \text{ (g)} $$
Reacciones de oxidación-reducción (redox)
En las reacciones redox , los electrones se transfieren de una especie (oxidada) a otra (reducida). Un cambio en elestado de oxidación indica que se ha producido una reacción redox.
- La oxidación es la pérdida de electrones
- La reducción es la ganancia de electrones
Por ejemplo, la reacción entre el zinc (Zn) y el óxido de manganeso (MnO2) es un tipo de reacción de oxidación-reducción.
$$ Zn {text{ }( s)} {text{ + }2 {text{ }MnO_{2} {text{ }(s)} {text{ }a {text{ }ZnO {text{ }(s)} {text{ + }Mn_{2}O_{3} {text{ }(s) $$
Para una explicación detallada de las reacciones químicas de oxidación-reducción, ¡consulta"Reacciones redox"!
Reacciones de descomposición
A continuación, tenemos las reacciones de descomposición. Las reacciones de descomposición son reacciones químicas en las que una sustancia se convierte en 2 o más sustancias, y la fórmula general para ello es: \( AB \a A + B \).
La descomposición del carbonato cálcico (CaCO3) en óxido cálcico (CaO) y dióxido de carbono (CO2) es un ejemplo de reacción de descomposición.
$$ CaCO_{3}\text{ } (s)\text{ } a \text{ } CaO \text{ (s)} \text{ + } CO \(g)} $$
Reacciones de combustión
Lasreacciones de combustión son reacciones en las que un hidrocarburo reacciona con el oxígeno (O2) para producir dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O). Estas reacciones emiten energía en forma de calor y luz.
Una reacción de combustión habitual es la reacción entre el hidrocarburo metano (CH4) y el oxígeno (O2).
$$ CH_{4}(g) + O_{2}(g) CO_{2}(g) \(g) + H2O (g) $$
Reacciones de sustitución única
Las reacciones de desplazamiento simple se producen cuando un elemento de un compuesto se sustituye por otro elemento. La fórmula general de las reacciones de desplazamiento simple es \( \color{Teal} A \color{órquido} B +\color{azul} C \color{negro} \a Azul A \color negro + \colorquídea} B \color azul C)
En las reacciones de sustitución simple, el elemento que tiende a formar cationes sustituirá al catión en un compuesto. Del mismo modo, el elemento que tiende a formar aniones sustituirá al anión en un compuesto.
Por ejemplo, en una reacción entre cloruro de zinc (ZnCl2) y cobre (Cu), el cobre sustituye al Zn para formar cloruro de cobre (CuCl2).
$$ ZnCl_2}\text{ } (s)\text{ + } Cu \text{ } (s) \text{ } \a \text{ }CuCl_{2}\text{ } (s)\text{ } + \text{ } Zn\text{ } (s) $$
Reacciones de doble sustitución
Lasreacciones de doble sustitución se producen cuando dos compuestos reaccionan en soluciones acuosas, haciendo que los cationes y aniones de los dos reactantes "intercambien parejas o lugares" para formar dos nuevos compuestos. La fórmula general en este caso es \( \color{Teal} A {color} {orquídea} B {color} {negro} {texto} } + azul C D \a \text{ }color{Teal} A{color{Naranja} D\color{negro}\text{ } + \texto{color{Orquídea} B\color{Azul} C \).
Por ejemplo, la reacción entre el nitrato de mercurio (II) y el sulfuro diamónico en soluciones acuosas para producir sulfuro mercúrico y nitrato amónico es un tipo de reacción de doble sustitución.
$$ Hg(NO_{3})_{2} \(NH_4})_{2}S (aq) a HgS (s) (aq) (+) 2NH_{4}NO_{3} \(aq) $$
Reacciones de neutralización
Reacciones de neutralización son un tipo especial de reacciones de doble sustitución en las que un reactante es un ácido y el otro es una base, dando sal y agua como productos. La ecuación siguiente es un ejemplo de reacción de neutralización.
$$ HCl \text{ (ácido) + }LiOH\text{ (base) } \a LiCl \text{ (sal)}+ H_{2}O \text{ (agua)} $$
Reacción química de la fotosíntesis
Ahora que conoces los distintos tipos de reacciones químicas que pueden producirse a tu alrededor, echemos un vistazo a la reacción química que tiene lugar en la fotosíntesis.
Lafotosíntesis es el proceso de utilizar la energía solar para convertir el dióxido de carbono (CO2) y el H2Oen hidratos de carbono (glucosa) y oxígeno (O2).
El proceso y la reacción química de la fotosíntesis se muestran en la siguiente figura.
Ejemplos de reacciones químicas
Por último, veamos algunos ejemplos de reacciones químicas. Empecemos con la siguiente reacción \("Zn + AgNO} {3} a "Ag + Zn(NO} {3} {texto})}_2}"). \).
¿Puedes adivinar de qué tipo de reacción química se trata? Si has adivinado que se trata de una reacción de descomposición, ¡estás en lo cierto!
Ahora, ampliemos un poco la dificultad y resolvamos un problema similar al que podrías ver en tu examen.
¿Qué tipo de reacción química se produce entre el CoCl3 y el Ba(OH)2?
$$ 2\text{ }COCl_{3}\text{ + } 3Ba(OH)_{2} {texto} {texto} {3} {texto}BaC{2} \text{ + }2\text{ }Co(OH)_{3} $$
- Combustión
- Sustitución simple
- Doble sustitución
- Descomposición
- Síntesis
La reacción química anterior es un ejemplo de reacción de doble sustitución porque los cationes y aniones de los dos reactantes "cambiaron de lugar" para formar dos nuevos compuestos.
Ahora, ¡espero que te sientas más seguro en tu comprensión de las reacciones químicas!
Reacciones químicas - Puntos clave
- Una reacción química es un proceso que da lugar a la interconversión de especies químicas.
- Las reacciones desíntesis son reacciones en las que dos o más sustancias se combinan para formar una nueva sustancia, mientras que lasreacciones de descomposición son reacciones químicas en las que una sustancia se convierte en 2 o más sustancias.
- Las reaccionesredox son reacciones en las que se transfieren electrones de una especie (oxidada) a otra (reducida).
- Las reacciones decombustión son reacciones en las que un hidrocarburo reacciona con el oxígeno (O2) para producir dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O).
- Las reacciones de sustituciónsimple se producen cuando un elemento de un compuesto es sustituido por otro elemento.
- Las reacciones dedoble sustitución se producen cuando dos compuestos reaccionan en soluciones acuosas, haciendo que los cationes y aniones de los dos reactantes "intercambien parejas o lugares" para formar dos nuevos compuestos.
Referencias
- AP ® Química DESCRIPCIÓN DEL CURSO Y DEL EXAMEN En vigor en otoño de 2020. (s.f.). https://apcentral.collegeboard.org/pdf/ap-chemistry-course-and-exam-description.pdf
- David, M., Howe, E., & Scott, S. (2015). Head-Start to A-level Chemistry. Cordination Group Publications (Cgp) Ltd.
- Jespersen, N. D., & Kerrigan, P. (2021). AP chemistry premium 2022-2023. Kaplan, Inc., D/B/A Barron's Educational Series.
- Moore, J. T., & Langley, R. (2021). McGraw Hill : Química AP, 2022. Mcgraw-Hill Educación.
- Princeton Review (Firma. (2020). Fast track chemistry : repaso esencial para AP, honores y otros estudios avanzados. The Princeton Review.
- Zumdahl, S. S., Zumdahl, S. A., & Decoste, D. J. (2019). Química. Cengage Learning Asia Pte Ltd.
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