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Secundaria 3° · Fisicoquímica
El cambio · Las reacciones químicas

La ecuación química y su balanceo

Cada vez que encendés la hornalla de gas de tu casa, el metano reacciona con el oxígeno del aire y se transforma en dióxido de carbono y vapor de agua. Esa transformación se puede escribir con una ecuación química: una frase corta, hecha de fórmulas, que cuenta exactamente qué entra y qué sale.

Reactivos y productos

Al mezclar vinagre y bicarbonato en un vaso para el experimento de la feria de ciencias, se produce un burbujeo intenso, el polvo blanco desaparece y se libera un gas nuevo. ¿Cómo representar de forma ordenada qué sustancias teníamos al inicio y cuáles aparecieron?

Combustión del metano con modelos de esferas: a la izquierda de la flecha, los reactivos metano y oxígeno; a la derecha, los productos dióxido de carbono y agua. + reacción + CH₄ O₂ CO₂ H₂O metano oxígeno dióxido de carbono agua reactivos productos carbono oxígeno hidrógeno
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Al encender una hornalla de gas de la cocina, el metano ($\text{CH}4$) reacciona con el oxígeno del aire y se transforma en dióxido de carbono y vapor de agua. El…

Al encender una hornalla de gas de la cocina, el metano ($\text{CH}_4$) reacciona con el oxígeno del aire y se transforma en dióxido de carbono y vapor de agua. El esquema muestra las partículas de cada sustancia:

CH₄ + O₂ CO₂ + H₂O carbono hidrógeno oxígeno

Señalá cuáles son los reactivos y cuáles los productos de esta reacción.

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Completá la frase con las palabras que faltan: «En una ecuación química, las sustancias que se transforman se llaman $\dots$ y se escriben a la $\dots$ de la flecha; las…

Completá la frase con las palabras que faltan: «En una ecuación química, las sustancias que se transforman se llaman $\dots$ y se escriben a la $\dots$ de la flecha; las sustancias nuevas que se forman se llaman $\dots$ y se escriben a la $\dots$».

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Nadia dice: «Al quemar un papel desaparece materia, porque las cenizas pesan mucho menos que el papel original». ¿Tiene razón? Razoná tu respuesta pensando en todas las…

Nadia dice: «Al quemar un papel desaparece materia, porque las cenizas pesan mucho menos que el papel original». ¿Tiene razón? Razoná tu respuesta pensando en todas las sustancias que intervienen y se forman, incluidos los gases.

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Subíndices y coeficientes: no es lo mismo

Esquema que señala el coeficiente (2 moléculas) y el subíndice (2 átomos de H) en la expresión química 2 H₂O. 2 H 2 O coeficiente: 2 moléculas subíndice: 2 átomos de H el subíndice es por molécula; el coeficiente, cuántas moléculas
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Leé con atención la ecuación $\text{N}2 + 3\ \text{H}2 \rightarrow 2\ \text{NH}3$ y explicá con tus palabras qué cuenta: cuántas moléculas de cada sustancia reaccionan y…

Leé con atención la ecuación $\text{N}_2 + 3\ \text{H}_2 \rightarrow 2\ \text{NH}_3$ y explicá con tus palabras qué cuenta: cuántas moléculas de cada sustancia reaccionan y cuántas moléculas se forman.

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¿Qué significa el subíndice $2$ en $\text{H}2$? ¿Y el coeficiente $2$ que aparece delante en $2\ \text{H}2\text{O}$? Explicá con tus palabras la diferencia entre…

¿Qué significa el subíndice $2$ en $\text{H}_2$? ¿Y el coeficiente $2$ que aparece delante en $2\ \text{H}_2\text{O}$? Explicá con tus palabras la diferencia entre subíndice y coeficiente.

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¿Cuántos átomos de cada elemento hay en total en $3\ \text{CO}2$? ¿Y en $2\ \text{H}2\text{O}$? La figura muestra esas moléculas: Explicá cómo se cuentan los átomos…

¿Cuántos átomos de cada elemento hay en total en $3\ \text{CO}_2$? ¿Y en $2\ \text{H}_2\text{O}$? La figura muestra esas moléculas:

3 CO₂ 2 H₂O carbono hidrógeno oxígeno

Explicá cómo se cuentan los átomos cuando una fórmula lleva un coeficiente delante.

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Para «ajustar» la ecuación $\text{H}2 + \text{O}2 \rightarrow \text{H}2\text{O}$, un alumno cambia el producto y escribe…

Para «ajustar» la ecuación $\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{O}$, un alumno cambia el producto y escribe $\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{O}_2$. Explicá por qué este truco está prohibido: qué sustancia es en realidad el $\text{H}_2\text{O}_2$ y qué significa cambiar un subíndice en una fórmula.

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Estados de agregación en la ecuación

Una ecuación también puede decir en qué estado está cada sustancia. Se escribe una letra entre paréntesis, como subíndice pequeño, justo después de la fórmula.

Símbolo Significa Ejemplo
(s) sólido $\text{NaCl(s)}$, la sal de mesa
(l) líquido $\text{H}_2\text{O(l)}$, agua líquida
(g) gas $\text{H}_2\text{O(g)}$, vapor de agua
(ac) disolución acuosa (disuelto en agua) $\text{NaCl(ac)}$, agua salada
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Leé con atención la ecuación $\text{N}2 + 3\ \text{H}2 \rightarrow 2\ \text{NH}3$ y explicá con tus palabras qué cuenta: cuántas moléculas de cada sustancia reaccionan y…

Leé con atención la ecuación $\text{N}_2 + 3\ \text{H}_2 \rightarrow 2\ \text{NH}_3$ y explicá con tus palabras qué cuenta: cuántas moléculas de cada sustancia reaccionan y cuántas moléculas se forman.

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Por qué hay que balancear: la Ley de la conservación de la materia

Si quemás un papel dentro de un frasco cerrado y lo ponés en una balanza, la marca es la misma antes y después de la combustión. ¿Cómo se refleja a escala de átomos que no se gana ni se pierde masa?

Y si al quemar papel las cenizas pesan menos, ¿se perdió materia? No: parte del papel se fue como gases (dióxido de carbono y vapor de agua) y no los pesaste. En un recipiente cerrado, la masa total no cambia. Con una vela pasa igual: al aire libre la balanza marca menos porque los gases escapan; en una campana hermética marca lo mismo.

Movés los coeficientes hasta que la tabla diga «balanceado» en todos los elementos. Fijate en que el hidrógeno y el oxígeno no se igualan a la vez con el mismo número.

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¿Por qué hay que balancear las ecuaciones químicas antes de usarlas? Nombrá la ley en la que se basa el balanceo y explicala con una frase sencilla sobre lo que les…

¿Por qué hay que balancear las ecuaciones químicas antes de usarlas? Nombrá la ley en la que se basa el balanceo y explicala con una frase sencilla sobre lo que les ocurre a los átomos en una reacción.

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Contá los átomos de hidrógeno y de oxígeno que hay a cada lado de la ecuación $\text{H}2 + \text{O}2 \rightarrow \text{H}2\text{O}$, representada con partículas en la…

Contá los átomos de hidrógeno y de oxígeno que hay a cada lado de la ecuación $\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{O}$, representada con partículas en la figura, y decí, sin cambiarla todavía, si está ajustada o no. Justificá tu respuesta.

H₂ + O₂ H₂O hidrógeno oxígeno
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En un recipiente cerrado se queman completamente $12\ \text{g}$ de carbono con $32\ \text{g}$ de oxígeno y se forma dióxido de carbono. El esquema representa el…

En un recipiente cerrado se queman completamente $12\ \text{g}$ de carbono con $32\ \text{g}$ de oxígeno y se forma dióxido de carbono. El esquema representa el recipiente cerrado antes y después de la reacción:

12 g 32 g m = ? carbono oxígeno

¿Qué masa de dióxido de carbono se obtiene? ¿En qué ley te basás para afirmarlo sin necesidad de pesarlo?

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En un recipiente cerrado, $10\ \text{g}$ de una sustancia A reaccionan por completo con $5\ \text{g}$ de una sustancia B y se obtienen $12\ \text{g}$ de una sustancia C…

En un recipiente cerrado, $10\ \text{g}$ de una sustancia A reaccionan por completo con $5\ \text{g}$ de una sustancia B y se obtienen $12\ \text{g}$ de una sustancia C junto con cierta masa de una sustancia D. El esquema resume las masas conocidas:

A 10 g + B 5 g C 12 g + D ?
  1. a) ¿Qué masa de D se formó?
  2. b) Justificá el cálculo enunciando la ley que aplicaste.
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Colocamos una vela encendida sobre una balanza de precisión en dos situaciones: a) Al aire libre: la balanza marca cada vez menos a medida que la vela se consume. b)…

Colocamos una vela encendida sobre una balanza de precisión en dos situaciones:

  1. a) Al aire libre: la balanza marca cada vez menos a medida que la vela se consume.
  2. b) Dentro de una campana de vidrio hermética: la marca apenas cambia.

La figura muestra los dos montajes:

a) gases b)

Explicá los dos resultados usando la ley de conservación de la masa y razoná si en alguno de los casos «desaparece» materia de verdad.

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Explicá, usando el modelo de partículas, qué ocurre exactamente con los átomos en una reacción química: qué les pasa a los átomos de los reactivos, por qué su número…

Explicá, usando el modelo de partículas, qué ocurre exactamente con los átomos en una reacción química: qué les pasa a los átomos de los reactivos, por qué su número total no cambia y en qué se diferencia una reacción química de simplemente mezclar sustancias. Ilustrá tu explicación con la reacción del hidrógeno con el oxígeno para formar agua, representada con partículas en la figura:

2 H₂ + O₂ 2 H₂O
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Balancear por tanteo

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Ajustá por tanteo la ecuación de formación del agua: $\text{H}2 + \text{O}2 \rightarrow \text{H}2\text{O}$. Escribí los coeficientes que necesita cada sustancia.

Ajustá por tanteo la ecuación de formación del agua: $\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{O}$. Escribí los coeficientes que necesita cada sustancia.

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El gas natural de muchas casas es metano. Ajustá por tanteo su combustión: $\text{CH}4 + \text{O}2 \rightarrow \text{CO}2 + \text{H}2\text{O}$. Indicá los coeficientes…

El gas natural de muchas casas es metano. Ajustá por tanteo su combustión: $\text{CH}_4 + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}$. Indicá los coeficientes en el orden en que aparecen las sustancias.

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El amoníaco se fabrica en la industria a partir de nitrógeno e hidrógeno y luego se usa para hacer fertilizantes. Ajustá la ecuación:…

El amoníaco se fabrica en la industria a partir de nitrógeno e hidrógeno y luego se usa para hacer fertilizantes. Ajustá la ecuación: $\text{N}_2 + \text{H}_2 \rightarrow \text{NH}_3$.

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El magnesio de las bengalas y los fuegos artificiales arde con una luz blanca muy intensa y se forma óxido de magnesio. Ajustá la ecuación:…

El magnesio de las bengalas y los fuegos artificiales arde con una luz blanca muy intensa y se forma óxido de magnesio. Ajustá la ecuación: $\text{Mg} + \text{O}_2 \rightarrow \text{MgO}$.

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Cuando el hierro se oxida del todo se forma óxido de hierro(III). Ajustá la ecuación: $\text{Fe} + \text{O}2 \rightarrow \text{Fe}2\text{O}3$. Comprobá después contando…

Cuando el hierro se oxida del todo se forma óxido de hierro(III). Ajustá la ecuación: $\text{Fe} + \text{O}_2 \rightarrow \text{Fe}_2\text{O}_3$. Comprobá después contando los átomos de cada elemento a ambos lados.

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El butano de las garrafas de gas, $\text{C}4\text{H}{10}$, arde con el oxígeno del aire y forma dióxido de carbono y agua. a) Ajustá la ecuación:…

El butano de las garrafas de gas, $\text{C}_4\text{H}_{10}$, arde con el oxígeno del aire y forma dióxido de carbono y agua.

  1. a) Ajustá la ecuación: $\text{C}_4\text{H}_{10} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}$.
  2. b) Comprobá, contando los átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno a ambos lados, que tu ajuste cumple la conservación de los átomos.
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El agua oxigenada del botiquín, $\text{H}2\text{O}2$, se descompone poco a poco en agua y oxígeno. a) Ajustá la ecuación:…

El agua oxigenada del botiquín, $\text{H}_2\text{O}_2$, se descompone poco a poco en agua y oxígeno.

  1. a) Ajustá la ecuación: $\text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{O} + \text{O}_2$.
  2. b) El frasco de agua oxigenada indica que hay que guardarlo bien cerrado y en un lugar fresco y oscuro. Relacioná estas instrucciones con la reacción anterior y explicá qué pasaría si no se siguieran.
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La fina capa que protege de la corrosión a las piezas de aluminio de un avión se forma cuando el metal reacciona con el oxígeno del aire. a) Ajustá la ecuación:…

La fina capa que protege de la corrosión a las piezas de aluminio de un avión se forma cuando el metal reacciona con el oxígeno del aire.

  1. a) Ajustá la ecuación: $\text{Al} + \text{O}_2 \rightarrow \text{Al}_2\text{O}_3$.
  2. b) Explicá por qué, al ajustar por tanteo, conviene empezar por un elemento que aparece en una sola sustancia a cada lado de la flecha.
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Qué significan los coeficientes ya balanceados

Modelos moleculares de la combustión del metano balanceada, CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O, y la misma proporción multiplicada por 5: 5 CH₄ + 10 O₂ → 5 CO₂ + 10 H₂O, con los átomos conservados. Reactivos Productos + + CH₄ 2 O₂ CO₂ 2 H₂O 1 molécula 2 moléculas 1 molécula 2 moléculas × 5 × 5 × 5 × 5 5 CH₄ + 10 O₂ 5 CO₂ + 10 H₂O A cada lado: 5 átomos de C, 20 de H y 20 de O carbono hidrógeno oxígeno
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La ecuación balanceada de la combustión del metano es $\text{CH}4 + 2\ \text{O}2 \rightarrow \text{CO}2 + 2\ \text{H}2\text{O}$. Si se queman $5$ moléculas de metano: a)…

La ecuación balanceada de la combustión del metano es $\text{CH}_4 + 2\ \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\ \text{H}_2\text{O}$. Si se queman $5$ moléculas de metano:

  1. a) ¿Cuántas moléculas de oxígeno se consumen?
  2. b) ¿Cuántas moléculas de dióxido de carbono y cuántas de agua se forman?
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La ecuación balanceada de la formación del agua es $2\ \text{H}2 + \text{O}2 \rightarrow 2\ \text{H}2\text{O}$. Alguien propone dividir todos los coeficientes por dos y…

La ecuación balanceada de la formación del agua es $2\ \text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{H}_2\text{O}$. Alguien propone dividir todos los coeficientes por dos y escribir $\text{H}_2 + \frac{1}{2}\ \text{O}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{O}$.

  1. a) ¿Se seguiría cumpliendo la conservación de los átomos?
  2. b) ¿Qué problema hay en hablar de «media molécula» de oxígeno?
  3. c) Justificá por qué, por convención, los coeficientes de una ecuación balanceada son números enteros y los más sencillos posibles.
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Algunos cohetes usan hidrógeno como combustible, que arde con oxígeno y forma vapor de agua. a) Escribí la ecuación de la reacción y ajustala. b) Si en un ensayo en…

Algunos cohetes usan hidrógeno como combustible, que arde con oxígeno y forma vapor de agua.

  1. a) Escribí la ecuación de la reacción y ajustala.
  2. b) Si en un ensayo en tierra se queman $100$ moléculas de hidrógeno, ¿cuántas moléculas de oxígeno se consumen y cuántas de agua se forman?
  3. c) ¿Cuántos átomos de hidrógeno hay en total antes de la reacción? ¿Y después? Relacioná tu respuesta con la ley de conservación.
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Energía en las uniones: reacciones exotérmicas y endotérmicas

Cuando prendés la hornalla, la llama calienta la olla. ¿De dónde sale ese calor? Y si apoyás un envase de compresa fría instantánea, ¿por qué se enfría?

  • Si los productos tienen menos energía almacenada que los reactivos, la reacción libera energía al ambiente (calor, luz): es exotérmica. Ejemplo: la combustión del metano en la hornalla.

  • Si los productos tienen más energía almacenada que los reactivos, la reacción absorbe energía del ambiente: es endotérmica. Ejemplo: la compresa fría instantánea, que se enfría al reaccionar.

Esquema de energía almacenada en las uniones: en la reacción exotérmica los productos quedan más abajo que los reactivos; en la endotérmica, más arriba. energía reactivos productos exotérmica: libera energía reactivos productos endotérmica: absorbe

La energía total se conserva: lo que no queda guardada en las uniones, se intercambia con el entorno. Acá no se mide cuánta energía es, solo se reconoce el sentido del intercambio.

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Al encender una hornalla de gas de la cocina, el metano ($\text{CH}4$) reacciona con el oxígeno del aire y se transforma en dióxido de carbono y vapor de agua. El…

Al encender una hornalla de gas de la cocina, el metano ($\text{CH}_4$) reacciona con el oxígeno del aire y se transforma en dióxido de carbono y vapor de agua. El esquema muestra las partículas de cada sustancia:

CH₄ + O₂ CO₂ + H₂O carbono hidrógeno oxígeno

Señalá cuáles son los reactivos y cuáles los productos de esta reacción.

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Volvé al principio: la combustión del metano de la estufa se escribe con la ecuación balanceada $\text{CH}_4 + 2\ \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\ \text{H}_2\text{O}$: por cada molécula de metano necesitás exactamente dos de oxígeno del aire para obtener una de dióxido de carbono y dos de vapor de agua.

Resumen

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