Reacciones según energía calorífica y extensión
En una cocina de El Alto se enciende la hornilla de gas y en segundos la olla se calienta. En otro lugar, una compresa instantánea de las que se usan en los botiquines se vuelve fría al romper su bolsita interna. Las dos son reacciones o procesos químicos, pero uno entrega energía y el otro la toma. ¿Cómo se clasifican las reacciones según la energía, el número de oxidación y si pueden "volver atrás"? Lo vas a responder en esta página.
Reacciones exotérmicas y endotérmicas
Toda reacción rompe enlaces en los reactivos y forma enlaces nuevos en los productos. En ese cambio se libera o se absorbe energía, casi siempre en forma de calor.
Para describirlo, los químicos separan el mundo en dos partes: el sistema (lo que reacciona, por ejemplo el contenido del vaso) y los alrededores (todo lo demás: el vaso, el aire, tu mano).
Ejemplos de la vida diaria:
| Proceso | Tipo | Cómo lo notas |
|---|---|---|
| Combustión del gas natural o de la garrafa | Exotérmica | Llama y calor |
| Respiración celular | Exotérmica | Tu cuerpo se mantiene tibio |
| Disolver hidróxido de sodio (soda cáustica) en agua | Exotérmica | El vaso se calienta |
| Disolver nitrato de amonio en agua (compresa fría) | Endotérmica | El vaso se enfría |
| Fotosíntesis | Endotérmica | Necesita luz del sol |
| Descomposición del agua por electrólisis | Endotérmica | Necesita energía eléctrica |
Define reacción exotérmica y reacción endotérmica. Después clasifica la combustión del gas natural que se usa en las cocinas de los hogares y explica en una frase por…
Define reacción exotérmica y reacción endotérmica. Después clasifica la combustión del gas natural que se usa en las cocinas de los hogares y explica en una frase por qué la clasificas así.
Mateo observa que al disolver cierta sal en agua dentro de un vaso, el vaso se siente frío al tacto. Al disolver otra sal en el mismo volumen de agua, el vaso se siente…
Mateo observa que al disolver cierta sal en agua dentro de un vaso, el vaso se siente frío al tacto. Al disolver otra sal en el mismo volumen de agua, el vaso se siente caliente.
- a) Clasifica cada proceso como exotérmico o endotérmico.
- b) Explica hacia dónde fluye la energía en cada caso, considerando el sistema y los alrededores.
Reacciones redox y no redox
Otra forma de clasificar mira los números de oxidación (NO). Si en una reacción algún elemento cambia su número de oxidación, hay transferencia de electrones.
Reglas mínimas para asignar el número de oxidación:
-
Un elemento libre (Na, Cl₂, Zn, Cu, O₂) tiene NO = 0.
-
En compuestos, el oxígeno es −2 (salvo peróxidos) y el hidrógeno +1 (salvo hidruros metálicos).
-
Los metales alcalinos son +1; los alcalinotérreos, +2; los halógenos en sales, −1.
-
La suma de los números de oxidación de un compuesto neutro es 0.
Cuando un elemento aumenta su NO, se oxida (pierde electrones). Cuando disminuye, se reduce (gana electrones). Se oxidan y se reducen siempre a la vez.
Compara con una neutralización: en $\text{NaOH} + \text{HCl} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}$ el Na es +1 en ambos lados, el H es +1, el O es −2 y el Cl es −1. Nada cambia: es no redox. En cambio, en $2\,\text{Na} + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\,\text{NaCl}$ el Na pasa de 0 a +1 y el Cl de 0 a −1: es redox.
Determina el número de oxidación del azufre en $\text{SO}2$ y en $\text{SO}3$. Luego indica si el azufre cambió su número de oxidación al pasar de $\text{SO}2$ a…
Determina el número de oxidación del azufre en $\text{SO}_2$ y en $\text{SO}_3$. Luego indica si el azufre cambió su número de oxidación al pasar de $\text{SO}_2$ a $\text{SO}_3$ y qué significa ese cambio.
Analiza la reacción $\text{Zn} + \text{CuSO}4 \rightarrow \text{ZnSO}4 + \text{Cu}$. a) Determina el número de oxidación de $\text{Zn}$ y de $\text{Cu}$ antes y después…
Analiza la reacción $\text{Zn} + \text{CuSO}_4 \rightarrow \text{ZnSO}_4 + \text{Cu}$.
- a) Determina el número de oxidación de $\text{Zn}$ y de $\text{Cu}$ antes y después de la reacción.
- b) Indica qué especie se oxida y cuál se reduce.
- c) Clasifica la reacción como redox o no redox.
Compara las dos reacciones siguientes y clasifica cada una como redox o no redox, justificando con los números de oxidación de los elementos que cambian (si cambian): a)…
Compara las dos reacciones siguientes y clasifica cada una como redox o no redox, justificando con los números de oxidación de los elementos que cambian (si cambian):
- a) $\text{NaOH} + \text{HCl} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}$
- b) $2\,\text{Na} + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\,\text{NaCl}$
Reacciones reversibles e irreversibles
Esta clasificación mira la extensión: ¿hasta dónde llega la reacción?
Una reacción reversible se escribe con doble flecha:
$$\text{A} + \text{B} \rightleftharpoons \text{C} + \text{D}$$La flecha hacia la derecha es la reacción directa; hacia la izquierda, la inversa. En un recipiente cerrado, reactivos y productos coexisten: mientras se forman productos, otros ya se están transformando de nuevo en reactivos. Cuando las dos velocidades se igualan, las cantidades dejan de cambiar y se alcanza el equilibrio químico.
La reacción de síntesis del amoníaco, base de muchos fertilizantes, es el ejemplo clásico:
$$\text{N}_2 + 3\,\text{H}_2 \rightleftharpoons 2\,\text{NH}_3 \qquad (\text{exotérmica})$$Si la directa es exotérmica, la inversa es endotérmica (absorbe exactamente la energía que la directa libera). Por eso, si se retira calor del sistema, este tiende a reponerlo favoreciendo la reacción que lo libera: la directa, y se forma más $\text{NH}_3$. Si se calienta, se favorece la endotérmica y el amoníaco se descompone en parte.
En esa reacción: N₂ y H₂ son elementos libres (NO = 0). En $\text{NH}_3$ el H es +1 y el N es −3. El N baja de 0 a −3 (se reduce) y el H sube de 0 a +1 (se oxida): es redox.
Explica con tus palabras la diferencia entre una reacción reversible y una irreversible. Escribe la ecuación general de una reacción reversible usando las letras…
Explica con tus palabras la diferencia entre una reacción reversible y una irreversible. Escribe la ecuación general de una reacción reversible usando las letras $\text{A}$, $\text{B}$, $\text{C}$ y $\text{D}$ y la notación correcta de la flecha doble.
La reacción de síntesis del amoníaco es: $\text{N}2 + 3\,\text{H}2 \rightleftharpoons 2\,\text{NH}3 \quad (\text{exotérmica})$ a) Explica qué significa que sea…
La reacción de síntesis del amoníaco es:
$\text{N}_2 + 3\,\text{H}_2 \rightleftharpoons 2\,\text{NH}_3 \quad (\text{exotérmica})$
- a) Explica qué significa que sea reversible y por qué en un recipiente cerrado coexisten reactivos y productos.
- b) Determina los números de oxidación del nitrógeno y del hidrógeno en reactivos y productos, e indica si es redox.
- c) Argumenta qué ocurre con el sentido de la reacción si se retira calor del sistema, y por qué la reacción inversa es endotérmica.
Factores que afectan a las reacciones
En un proceso productivo, como una panadería o una planta de fertilizantes, no solo importa qué reacción ocurre, sino qué tan rápido. Cuatro factores la modifican, y lo explica la idea de que las partículas deben chocar para reaccionar.
| Factor | Efecto cualitativo | Ejemplo |
|---|---|---|
| Temperatura | Más temperatura, partículas más rápidas, más choques eficaces: reacción más rápida | Los alimentos se descomponen más rápido fuera de la refrigeración |
| Concentración | Más partículas por volumen, más choques | El carbón arde más vivo en oxígeno puro que en aire |
| Superficie de contacto | Más superficie expuesta, más choques | Un trozo de leña pequeño arde antes que un tronco |
| Catalizador | Acelera la reacción sin consumirse, porque ofrece un camino más fácil | Las enzimas de la digestión; el catalizador del amoníaco |
Aquí solo hace falta el efecto cualitativo, sin fórmulas.
Todo junto: clasificar un proceso
Un mismo proceso se puede clasificar con varios criterios a la vez. Son criterios independientes, no excluyentes.
Un grupo de estudiantes de la unidad educativa investiga tres procesos: 1) La combustión del butano en una garrafa. 2) La descomposición del agua por electrólisis, con…
Un grupo de estudiantes de la unidad educativa investiga tres procesos:
1) La combustión del butano en una garrafa.
2) La descomposición del agua por electrólisis, con energía eléctrica.
3) La oxidación lenta de un clavo de hierro expuesto a la humedad.
Para cada proceso, indica si es exotérmico o endotérmico, si es redox o no redox, y si se considera irreversible en condiciones normales. Argumenta tus decisiones con la información que conoces de cada caso y escribe, donde puedas, una ecuación representativa sin igualar.