Cuarta semana del tercer periodo grado octavo

Los 11 tipos de reacciones químicas

Las diferentes sustancias presentes en la naturaleza interactúan entre ellas continuamente. Cosas tan comunes como encender una cerilla, disolver un medicamento en el agua o incluso nuestra respiración, obedecen a lo que se conocen como reacciones químicas.

En este artículo vamos a ver algunos de los tipos de reacciones químicas más comunes, así como explicaciones acerca de su mecánica y los efectos que producen estas interacciones entre moléculas.

Entendemos por reacción química toda aquella interacción entre sustancias en la que se generan o rompen enlaces químicos, generándose nuevos compuestos. Los compuestos iniciales son los llamados reactivos, mientras que el resultado de la reacción son los productos.

Estas reacciones pueden ser en algunos casos reversibles, pudiendo volver los reactivos a su estado previo, pero en otros casos estos se consumen siendo dicha reacción irreversible. Según la reacción se va produciendo, existe un momento en que se produce un equilibrio entre reactivo y producto y la reacción cesa. 

En cualquier caso, los átomos no se crean ni se destruyen sino que únicamente se transforman, tal y como pasa con la conservación de la energía. Las reacciones químicas son un ejemplo de cómo pueden transformarse y pasar de formar parte de unas moléculas a estar en otras.

Principales tipos de reacción química

Existen una gran cantidad de posibles maneras de que se produzca la interacción entre compuestos, presentando diferentes características y peculiaridades. Algunas de los principales tipos de reacciones químicas entre compuestos son las siguientes.

1. Reacciones de síntesis o adición

En este tipo de reacciones químicas se combinan dos o más sustancias para formar un único compuesto. La combinación de metal y oxígeno para formar óxidos es un ejemplo, dado que da pie a moléculas relativamente estables que en algunos casos pueden ser utilizadas para fabricar materiales frecuentes en nuestra vida cotidiana.

2. Reacciones de descomposición

Las reacciones de descomposición son aquellas en las que un compuesto concreto se descompone y divide en dos o más sustancias. Es lo que ocurre por ejemplo cuando se produce la electrólisis del agua, separándose el agua en hidrógeno y oxígeno.

3. Reacciones de desplazamiento, sustitución o intercambio

Uno de los tipos de reacción química en que un elemento de un compuesto pasa a otro debido a su interacción. En este caso el elemento traspasado se ve atraído por el otro componente, que debe tener mayor fuerza que el compuesto inicial.

4. Reacciones iónicas

Se trata de un tipo de reacción química que se produce ante la exposición de compuestos iónicos a un disolvente. El compuesto soluble se disuelve, disociándose en iones.

5. Reacciones de doble sustitución

Se trata de una reacción semejante a la de la sustitución, con la excepción de que en en este caso uno de los elementos que forman uno de los compuestos pasa el otro a la vez que este segundo compuesto pasa al primero uno de sus propios componentes. Es necesario para que se produzca la reacción que al menos uno de los compuestos no se disuelva.

6. Reacciones de oxidorreducción o redox

Se denomina como tal a aquel tipo de reacción química en que existe intercambio de electrones. En las reacciones de oxidación uno de compuestos pierde electrones en favor del otro, oxidándose. El otro compuesto se reduciría al aumentar su número de electrones.

Este tipo de reacciones ocurren tanto en la naturaleza como de manera artificial. Por ejemplo, es el tipo de reacción que hace que necesitemos respirar (adquiriendo oxígeno del medio) o que las plantas realicen la fotosíntesis.

7. Reacciones de combustión

Un tipo de oxidación extremadamente rápida y enérgica, en el que una sustancia orgánica reacciona con oxígeno. Esta reacción genera energía (generalmente calorífica y lumínica) y puede generar llamas y que suele tener como resultado un producto en forma de gas. Un ejemplo típico es la combustión de un hidrocarburo o del consumo de glucosa.

8. Reacciones de neutralización

Este tipo de reacción química se produce cuando una sustancia básica y otra ácida interaccionan de tal manera que se neutralizan formando un compuesto neutro y agua.

9. Reacciones nucleares

Se denomina como tal toda aquella reacción química en la que se provoca una modificación no de los electrones de los átomos, sino de su núcleo. Esta combinación o fragmentación va a provocar un elevado nivel de energía. Se denomina fusión a la combinación de átomos, mientras que su fragmentación recibe el nombre de fisión.

10. Reacciones exotérmicas

Se denomina reacción endotérmica a toda aquella reacción química que provoca la emisión de energía. Por lo general, estas emoisiones de energía se dan al menos en forma de calor, si bien en los casos en los que ocurren explosiones también aparece la energía cinética.

11. Reacciones endotérmicas

Las reacciones endotérmicas son todos aquellos tipos de reacción química en la que la interacción entre elementos absorbe energía del medio, siendo el producto final mucho más enérgico que los reactivos.

¿Explican las reacciones químicas el mundo?

Una visión reduccionista de la realidad nos podría hacer pensar que casi todo lo que ocurre en el mundo puede ser entendido como reacciones químicas. Por ejemplo, es popular la idea de que la consciencia humana es en realidad el resultado de reacciones bioquímicas en el cerebro. 

Esta manera de pensar basada en la interacción entre elementos subatómicos, átomos y moléculas (y sus correspondientes tipos de reacciones químicas) resulta intuitiva y fácil de concebir, ya que partiendo de una serie de elementos relativamente simples e idénticos en todas las partes del cosmos, se pretende explicar la complejidad de los fenómenos que ocurren a una escala mayor y que están ligados a contextos únicos e irrepetibles. Asumimos que para entender lo complejo, debemos empezar por aquello que no lo es tanto y sin lo cual el resto de la naturaleza (incluyendo aquí lo humano) no existiría.

Sin embargo, no hay que olvidar que la naturaleza es demasiado compleja como para estudiarla solo a través de esta parcela de la ciencia, del mismo modo en el que sería insuficiente estudiarla exclusivamente desde la física. Hay que prestar atención también a fenómenos que ocurren a nivel macro, para llegar a un grado de comprensión global acerca de lo que pasa a nuestro alrededor y en nuestro propio organismo.

Tercera semana del tercer periodo grado octavo

Reacciones químicas

Las moléculas, como aquellas que componen tu cuerpo, son solo colecciones de átomos que están unidos por enlaces químicos. En muchos sentidos, se parecen bastante a los juegos de construcción de Lego®. De hecho, si te gusta la química orgánica, es probable que compres un equipo para modelar moléculas que se ve sospechosamente similar a los Lego®.

Así como puedes armar las ruedas de los Lego® de diferentes maneras al usar diferentes conectores en forma de palitos, también puedes unir átomos de diferentes maneras al formar distintos conjuntos de enlaces químicos. El proceso de reorganizar átomos al romper un conjunto de enlaces químicos y formar un conjunto nuevo se conoce como una reacción química.

Las reacciones químicas suceden cuando se rompen o se forman enlaces químicos entre los átomos. Las sustancias que participan en una reacción química se conocen como los reactivos, y las sustancias que se producen al final de la reacción se conocen como los productos. Se dibuja una flecha entre los reactivos y los productos para indicar la dirección de la reacción química, aunque una reacción química no siempre es una "vía de un solo sentido", como veremos más adelante en la siguiente sección.

Por ejemplo, la reacción de descomposición del peróxido de hidrógeno ($\text{H}_{2}$start text, H, end text, start subscript, 2, end subscr${\text{O}}_2$start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript) en agua y oxígeno se puede escribir de la siguiente manera:

$2$$\text{H}_{2}$start text, H, end text, start subscript, 2, end subscr${\text{O}}_2$$\text{(per}\acute{\text{o}}\text{xido de hidr}\acute{\text{o}}\text{geno)}$$\rightarr$right arrow $2\text{H}_{2}\text O \text{(agua)}$ + ${\text{O}}_2\text{(ox}\acute{\text{ı}}\text{geno)}$

$\text{<br>}$

$$$$En este ejemplo, el peróxido de hidrógeno es nuestro reactivo, y se descompone en agua y oxígeno,  nuestros productos. Los átomos que comenzaron en las moléculas de peróxido de hidrógeno se  reacomodaron para formar moléculas de agua y oxígeno.

Tal vez hayas notado los números adicionales en la reacción química anterior: el $2$2 en frente del peróxido de hidrógeno y el agua. Estos números se llaman coeficientes y nos dicen cuánto de cada molécula participa en la reacción. Se deben incluir con el fin de que nuestra ecuación esté balanceada, es decir que el número de átomos de cada elemento sea igual en los dos lados de la ecuación.

Las ecuaciones deben estar balanceadas para reflejar la ley de la conservación de la materia, que dice que no se crean ni se destruyen átomos durante el curso de una reacción química normal.

Reacciones reversibles y equilibrio de la reacción

Algunas reacciones químicas simplemente ocurren en una dirección hasta que los reactivos se terminan. Estas reacciones se conocen como irreversibles. Sin embargo, otras reacciones se clasifican como reversibles. Las reacciones reversibles suceden en dirección hacia adelante y hacia atrás.

En una reacción reversible, los reactivos se convierten en productos, pero también los productos se convierten en reactivos. De hecho, tanto la reacción hacia adelante como la opuesta suceden al mismo tiempo. Este ir y venir continúa hasta llegar a un equilibrio relativo entre reactivos y productos, un estado que se conoce como equilibrio. En él, las reacciones hacia adelante y hacia atrás siguen sucediendo, pero las concentraciones relativas de los productos y reactivos dejan de cambiar.

Cada reacción tiene su punto de equilibrio característico, que podemos describir con un número llamado la constante de equilibrio. Para saber de dónde viene la constante de equilibrio y cómo calcularla para una reacción en particular, revisa el tema sobre equilibrio.

Cuando una reacción se clasifica como reversible, generalmente se escribe con una pareja de flechas hacia adelante y hacia atrás que muestran que puede darse en ambos sentidos. Por ejemplo, en la sangre humana el exceso de iones hidrógeno ($\text H^+$start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript) se une a iones bicarbonato ($\text{HCO}_{3}$start text, H, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript$^{-}$start superscript, minus, end superscript), para formar ácido carbónico ($\text{H}_{2}$start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript${\text{CO}}_3$start text, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript):

${\text{HCO}}_3$start text, H, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript$^{-}$start superscript, minus, end superscript + $\text{H}^{+}$start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript$\rightleftharpoons$\rightleftharpoons$\text{H}$$\text{H}_{2}$${}^{CO}$start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript$\text{CO}_{3}$​

Dado que esta es una reacción reversible, si se agregara ácido carbónico al sistema, algo de este se convertiría en iones bicarbonato e hidrógeno para restaurar el equilibrio. De hecho, este sistema de amortiguamiento juega un papel clave en mantener estable y sano el pH de tu sangre.

Segunda semana del tercer periodo grado octavo

Primera semana del tercer periodo grado octavo

Estado de oxidación

Se define como la carga imaginaria que tendría un átomo, si se cuentan sus electrones de acuerdo a un conjunto acordado de reglas de la IUPAC. 

Primera regla:El estado de oxidación para elementos libres es cero.

Br₂  F₂  Fe 

Segunda regla: El estado de oxidación del hidrógeno es +1 y del oxígeno -2 en la mayoria de los compuestos.

Na₂O   H₂SO₄  Fe₂O₃  HCl   H₃PO₄  NaOH

Cuando el hidrógeno se encuentra unido con un metal tiene estado de oxidación -1, y el oxígeno en este caso en particular que se muestra a continuación.

H₂O₂     KH   CaH₂

Tercera regla: La suma algebráica de los estados de oxidación en una molécula neutra siempre es igual a cero, mientras que en un ión poliatómico es igual a la carga del ión.

H₂O          (OH)^-

Reglas auxiliares: los elementos del grupo 1 o IA siempre tienen estado de oxidación +1, y los elementos del grupo 2 o IIA tienen estado de oxidación +2.

MgCl₂                  Na₂(SO₄)

Tabla valencias de mape-sscc

Sexta semana de clase de química grado octavo

Hidruros/ Hidrácidos

Los hidruros son compuestos binarios formados por átomos de hidrógeno y de otro elemento (pudiendo ser este, metal o no metal). Existen tres tipos de hidruros: los metálicos, los hidrácidos y los no metálicos. El hidrógeno es siempre monovalente y en el caso de los hidruros metálicos presenta un estado de oxidación de -1.

Hidruros metálicos:

Los hidruros metálicos son combinaciones del hidrógeno con un metal, en donde el hidrógeno actúa con valencia -1 y los metales actúan con valencia positiva. La fórmula de los hidruros es del tipo:

Hidruros no metálico:

Se trata de aquellos compuestos en los que el hidrógeno se combina con un elemento más electronegativo que él. En este caso la valencia del hidrógeno es +1.

De este modo, dentro de este tipo de hidruros en donde el hidrógeno queda unido a un no metal tenemos por un lado los denominados hidruros volátiles. Estos están generados por la combinación del hidrógeno con elementos tales como: N, P, As, Sb, C, Si y B. Estos hidruros se suelen denominar mediante nomenclatura tradicional.

Por otro lado, tenemos los hidruros constituidos por el hidrógeno unido a algún halógeno o con anfígeno (menos el O), en este caso este tipo de hidruros de denominan hidrácidos (debido a su carácter ácido). En este tipo de compuestos los halógenos actúan con valencia -1 y los anfígenos con valencia -2.

Quinta semana de clase de química grado octavo

Sales binarias y oxisales

Las sales neutras, sales haloideas o binarias son las combinaciones binarias entre un metal y un no metales, que en la tabla periódica se pueden distinguir, los metales están situados a la izquierda de la tabla períodica y los no metales a la derecha. Las sales neutras o binarias tienen la siguiente formula, que se aplica a todas las combinaciones: MeNm, donde Me es el metal y Nm es el no metal.

En cambio una oxisal, oxosal o sal oxoácida es el resultado de la combinación de un hidróxido con un ácido oxácido.  Cuando un ácido oxácido reacciona con un hidróxido, el resultado será una sal oxisal +$$₂$O$H, start subscript, 2, end subscript, O. Las sales son compuestos iónicos, para formularlas, necesitas escribir en primer lugar el catión, después el anión, y, como ya debes suponer, se intercambian las valencias en forma de subíndices.

Cuarta semana de clase de química grado octavo

Hidróxidos y ácidos oxácidos

 

Si un óxido básico reacciona con el agua, se forma un hidróxido. Se les conoce también como bases o álcalis. Aunque están compuestos por tres elementos distintos, los hidróxidos se comportan como compuestos binarios iónicos, ya que el ión negativo o anión hidróxido (OH-) actúa siempre como una unidad conjunta y se encuentra unido al catión metálico mediante un enlace iónico. Todos reciben la denominación hidróxido de (metal).

Para escribir su fórmula, se coloca primero el símbolo del metal, sin subíndice ya que el anión hidróxido (OH)−1 tiene una valencia de -1; a continuación, se escribe el grupo funcional hidróxido entre paréntesis, con el subíndice del metal, de esta manera:

Me(OH)v

Donde:
Me: metal
(OH): grupo funcional
v: subíndice, es un número entero positivo

Por ejemplo:

${}^{Na(OH)\; Hidróxido\; de\; sodio}$
$Ca(OH{)}^2$C, a, left parenthesis, O, H, right parenthesis, start subscript, 2, end subscript Hidróxido de calcio

Si se agrega agua a los óxidos ácidos, se genera un ácido oxácido. compuesto por por tres elementos distintos: hidrógeno, que actúa con su estado de oxidación +1, oxígeno, que siempre actúa con estado de oxidación -2 y un no metal, que actuará con un estado de oxidación positivo.

Para escribir la fórmula de un ácido oxácido, se coloca primero el símbolo del hidrógeno; a continuación, el símbolo del no metal y, finalmente, el símbolo del oxígeno. Cada uno lleva un subíndice de forma que la suma total de los estados de oxidación de los elementos químicos de la fórmula sea 0 (cero).

$H^a{}^b{O}^c$

${}^{Donde:}$
${}^{N:\; no\; metal}$
${}^{H:\; hidrógeno\; como\; grupo\; funcional\; ácido}$
${}^{O:\; oxígeno\; como\; grupo\; funcional\; oxácido}$
${}^{a,b\; y\; c:\; subíndice,\; es\; un\; número\; entero\; positivo}$

${}^{{}^{Por\; ejemplo:}}$

${}^{H^{2}S{O}^4}$  ácido sulfúrico
H3PO4  ácido fosfórico

Breve resumen

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