Reacciones Quimicas

 Reacciones Químicas

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Tecnológico de Campeche

Jan Carlo Lopez Cardozo

4.1. Combinación.

Las reacciones de síntesis o combinación ocurren cuando dos o más reactivos forman un solo producto; generalmente se libera calor (Δ) (reacción exotérmica). También se les conoce como reacciones de adición. En las reacciones de síntesis se producen compuestos químicos a partir de sustancias más simples o elementales.

Se usan estas leyes:

•        Ley de Lavoisier o de conservación de la masa 
•         Ley de Proust o de las proporciones definidas 
•          Ley de Dalton o de las proporciones múltiples 
•          Ley de las proporciones reciprocas

 - Ley de la conservación de la materia:

En todas las reacciones químicas se cumple que la suma de las masas de los reactivos es igual a la suma de las masas de los productos.

-Ley de las proporciones definidas:

Cuando dos o más elementos químicos se combinan para formar un determinado compuesto, lo hacen según una relación constante entre sus masas.

Cuando un determinado compuesto se separa en sus elementos, las masas de éstos se encuentran en una relación constante que es independiente de cómo se haya separado el compuesto, de si se ha obtenido en el laboratorio o de su procedencia.

-Ley de las proporciones múltiples:
   
Las cantidades de un mismo compuesto que se combinan con una cantidad fija de otro para formar varios compuestos están en una relación de números enteros sencillos 1:1: 2:1, 1:3, 3:1, etc.

-Ley de las proporciones reciprocas:
Es la del peso equivalente que dice que digamos que 2 gramos de oxígeno equivalen a 1 de carbono, pero para el hidrogeno equivale a 4 gramos de él.

Estas leyes solo se aplican para reacciones químicas y deben estar debidamente equilibradas, esto también se llama estequiometria.

4.2. Descomposición

La descomposición química es un proceso que experimentan algunos compuestos químicos en el que, de modo espontáneo o provocado por algún agente externo, a partir de una sustancia compuesta se originan dos o más sustancias de estructura química más simple. Es el proceso opuesto a la síntesis química.

Tipos de descomposición

Existen 3 tipos de reacciones de descomposición, dependiendo del agente causante de ésta:

• Térmica: Producida por una temperatura elevada.
• Electrolítica: Producida por la corriente eléctrica
• Catalítica: Producida por la acción de un catalizador, que acelera una reacción que de otro modo sería muy lenta.

4.3 Sustitución (simple y doble)

Cuando una reacción implica un elemento que desplaza a otro en un compuesto, se llama reacción de sustitución simple o reacción de reposición simple. También se utiliza el nombre de "reacción de desplazamiento". Por ejemplo, una tira de cobre sumergida en una solución de nitrato de plata desplazará átomos de plata, produciendo nitrato de cobre y precipitación de cristales del metal plata.

Cu(s) + 2AgNO3(aq) -> 2 Ag(s) + Cu(NO3)2(aq)

Si el metal zinc se sumerge en un ácido, desplazará al hidrógeno del ácido.

ZN(s) + 2HCl(aq) -> 2 H2(g) + ZnCl2(aq)

Generalmente, los metales activos, desplazarán el hidrógeno de los ácidos.

Sustitución Doble

Cuando en una reacción aparece un intercambio de parte de los reactivos, la reacción se conoce como reacción de doble sustitución o reacción de doble reposición. Otro nombre utilizado para este tipo de reacciones es el de "reacciones de metátesis". Cuando los reactivos son compuestos iónicos en solución, los aniones y cationes de los compuestos se intercambian. Probablemente la más famosa de este tipo de reacciones entre los profesores de química sea la reacción entre el nitrato de plomo y el yoduro de potasio:

2KI(aq) + Pb(NO3)2(aq) -> 2KNO3(aq) + PbI(s)

4.4 Neutralización

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Una reacción de neutralización es una reacción en la que un ácido y una base reaccionan en una solución acuosa para producir una sal y agua. El cloruro de sodio acuoso que se produce en la reacción se llama sal. Una sal es un compuesto iónico compuesto por un catión de una base y un anión de un ácido.

4.5 Oxido-Reducción

Una reacción de oxidación–reducción, o reacción redox, es una reacción en la que hay una transferencia de electrones entre especies químicas (los átomos, los iones o las moléculas que intervienen en la reacción). Todo el tiempo se producen reacciones redox a nuestro alrededor: en la quema de combustibles, la corrosión de metales e incluso en los procesos de fotosíntesis y respiración celular hay oxidación y reducción.

4.6 Aplicaciones

Una reacción química, también llamada cambio químico o fenómeno químico, es todo proceso termodinámico en el cual dos o más especies químicas o sustancias, se transforman, cambiando su estructura molecular y sus enlaces, en otras sustancias llamadas productos.​ Los reactantes pueden ser elementos o compuestos.

4.7 Cálculos estequiométricos con reacciones químicas

Los cálculos estequiométricos se basan en las relaciones fijas de combinación que hay entre las sustancias en las reacciones químicas balanceadas. Estas relaciones están indicadas por los subíndices numéricos que aparecen en las fórmulas y por los coeficientes. 

Para realizar los cálculos estequiométricos es necesario disponer de la ecuación química ajustada de la reacción. Entonces podemos conocer la cantidad de moléculas de un producto que se puede obtener a partir de una cierta cantidad de moléculas de los reactivos.

4.7.1Reacción óxido reducción en electroquímica

En química, se conoce como reacciones redox, reacciones óxido-reducción o reacciones reducción-oxidación a las reacciones químicas en las que ocurre un intercambio de electrones entre los átomos o moléculas involucrados. Ese intercambio se refleja en el cambio de estado de oxidación de los reactivos.

4.7.2 Fuerza electromotriz(fem) en una celda electroquímica.

La celda electroquímica es un dispositivo experimental para generar electricidad mediante una reacción redox espontánea en donde la sustancia oxidante está separada de la reductora de manera que los electrones deben atravesar un alambre de la sustancia reductora hacia la oxidante.

En una celda el agente reductor pierde electrones por tanto se oxida. El electrodo en donde se verifica la oxidación se llama ánodo. En el otro electrodo la sustancia oxidante gana electrones y por tanto se reduce. El electrodo en que se verifica la reducción se llama cátodo.

La corriente eléctrica fluye del ánodo al cátodo porque hay una diferencia de energía potencial entre los electrodos. La diferencia de potencial eléctrico entre el ánodo y el cátodo se mide en forma experimental con un voltímetro, donde la lectura es el voltaje de la celda

Tipos de celdas:

Cuba electrolítica, mostrando los electrodos y la fuente de alimentación que genera la corriente eléctrica.

• La celda voltaica transforma una reacción química espontánea en una corriente eléctrica, como las pilas y baterías. También reciben los nombres de celda galvánica, pila galvánica o pila voltaica.

La celda electrolítica transforma una corriente eléctrica en una reacción química de oxidación-reducción que no tiene lugar de modo espontáneo. En muchas de estas reacciones se descompone una sustancia química por lo que dicho proceso recibe el nombre de electrolisis. También reciben los nombres de celda electrolítica o cuba electrolítica. A diferencia de la celda voltaica, en la celda electrolítica, los dos electrodos no necesitan estar separados, por lo que hay un sólo recipiente en el que tienen lugar las dos semirreacciones.

4.7.3 Calculo de la fem y potenciales de óxido reducción

Se denomina reacción de reducción-oxidación (también, reacción de óxido-reducción o simplemente reacción rédox) a toda reacción química en la que uno o más electrones se transfieren entre los reactivos, provocando un cambio en sus estados de oxidación.

Para que exista una reacción de reducción-oxidación, en el sistema debe haber un elemento que ceda electrones y otro que los acepte:

• El agente oxidante es aquel elemento químico que tiende a captar esos electrones, quedando con un estado de oxidación inferior al que tenía, es decir, siendo reducido.

• El agente reductor es aquel elemento químico que suministra electrones de su estructura química al medio, aumentando su estado de oxidación, es decir, siendo oxidado.​

Cuando un elemento químico reductor cede electrones al medio, se convierte en un elemento oxidado, y la relación que guarda con su precursor queda establecida mediante lo que se llama un «par rédox». Análogamente, se dice que, cuando un elemento químico capta electrones del medio, este se convierte en un elemento reducido, e igualmente forma un par rédox con su precursor oxidado. Cuando una especie puede oxidarse, y a la vez reducirse, se le denomina anfolito, y al proceso de la oxidación-reducción de esta especie se le llama anodización o disminución.

4.7.4 Electro depósito (Calculo de electro deposito)

La electrodeposición, o galvanoplastia, es un proceso electroquímico de chapado donde los cationes metálicos contenidos.                                             

En una solución acuosa se depositan en una capa sobre un objeto conductor.

El proceso utiliza una corriente eléctrica para reducir sobre la superficie del cátodo los cationes contenidos en una solución acuosa. Al ser reducidos los cationes precipitan sobre la superficie creando un recubrimiento. El espesor dependerá de varios factores.
La electroposición se utiliza principalmente para conferir una capa con una propiedad deseada (por ejemplo, resistencia a la abrasión y al desgaste, protección frente a la corrosión, la necesidad de lubricación, cualidades estéticas, etc.) a una superficie que de otro modo carece de esa propiedad. Otra aplicación de la electroposición es recrecer el espesor de las piezas desgastadas p.e. mediante el cromo duro.

Su funcionamiento es el antagónico al de una celda galvánica, que utiliza una reacción redox para obtener una corriente eléctrica.

 

 

La pieza que se desea recubrir se sitúa en el cátodo del circuito, mientras que el ánodo es del metal con el que se desea recubrir la pieza. El metal del ánodo se va consumiendo, reponiendo el depositado.1 En otros procesos de electrodeposición donde se emplea un ánodo no consumible, como los de plomo o grafito, los iones del metal que se deposita deben ser periódicamente repuestos en el baño a medida que se extraen de la solución.

4.7.5 Aplicaciones de electroquímica en electrónica.

La electroquímica, rama de la química que estudia las interrelaciones entre los procesos químicos y los procesos eléctricos. El flujo de electrones desde un punto a otro se llama corriente eléctrica. Cuando la concentración de electrones se iguala en ambos puntos, cesa la corriente eléctrica. El material por el cual fluyen los electrones se denomina conductor. Los conductores pueden ser de dos tipos: conductores electrónicos o metálicos, y los conductores electrolíticos. La conducción tiene lugar por la migración directa de los electrones a través del conductor bajo la influencia de un potencial aplicado. El punto principal del presente trabajo será la electroquímica, las aplicaciones que esta posee, cuáles son sus unidades fundamentales.

4.7.6 nanoquímica (propiedades fisicoquímicas no convencionales de polímeros, catenanos y rotaxanos).

Un campo de investigación reciente es el de las máquinas moleculares. Inspirándose en la mecánica biológica, muchos han buscado formar sistemas moleculares en movimiento para generar trabajo que promete tener muchas aplicaciones.  De interés especial para estos propósitos son un tipo de moléculas llamadas Catenanos y  Rotaxanos.

 

En los polímeros compuestos de tipo convencional (es decir, a los cuales se ha agregado un componente inorgánico no nanoestructurado, por ejemplo los plásticos reforzados con fibra de vidrio) hay una separación neta a nivel macroscópico entre las fases orgánica e inorgánica, lo que representa una limitación al mejoramiento de los materiales poliméricos; la ventaja de los nanocompuestos polímero/ filosilicato es que permiten superar dicho límite, mejorando las características mecánicas y térmicas y la permeabilidad del mismo polímero, con el agregado de cantidades mínimas (del orden del 5%) de silicatos.

• Catenanos: Estructuras formadas por la interconexión de dos o más macro-ciclos para formar una cadena, con cada macro-ciclos tomando el papel de un eslabón. 

 

Catenanos

• Rotaxanos: Estructuras con una molécula en forma de mancuerna rodeada en el centro por un macro-ciclos Los rotaxanos son potencialmente máquinas moleculares que se podrían usar en electrónica molecular como interruptores lógicos o transportadores. Su funcionamiento se basaría en el movimiento del macrociclo respecto a la molécula central (la del eje y las “pesas”)..

 

Rotaxanos

Los primeros Catenanos y Rotaxanos fueron sintetizados en 1960, pero no fue sino hasta hace unos años que se empezaron a considerar estas estructuras como posibles fuentes de una aplicación importante.

La síntesis de este tipo de estructuras era muy difícil ya que se utilizaban únicamente fuerzas intermoleculares e interacciones ácido-base para dirigir la reacción. En la actualidad ya no existen ese tipo de impedimentos ya que se han  diseñado  métodos  de  síntesis  que  incorporan  metales  de  transición  para dirigir la reacción. Uno de los metales más empleados para esto es el cobre en estado de oxidación.