Balanceo de ecuaciones químicas
En la cocina de su casa el cilindro de gas alimenta la hornilla y la llama calienta la olla del agua dulce para el café. Si pudiera pesar todo el gas, todo el oxígeno y todo lo que sale (CO₂ y vapor de agua), la masa total sería la misma. ¿Cómo se escribe eso en una ecuación química y cómo se sabe que la ecuación está bien «balanceada»?
Conservación de los átomos: coeficientes y subíndices
Si quema $10\ \text{g}$ de lana de acero dentro de un balón sellado sobre una balanza, la aguja no se mueve. En un plato abierto, el residuo pesa más porque se le suma el oxígeno del aire. La materia no aparece de la nada: se contabiliza todo lo que entra y sale.
Para saber si una ecuación está balanceada, cuente los átomos de cada elemento a ambos lados: el coeficiente multiplica a todos los subíndices de su fórmula. Por ejemplo, $4\ \text{Al} + 3\ \text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{Al}_2\text{O}_3$ tiene $4$ Al y $6$ O a la izquierda, y $2 \times 2 = 4$ Al y $2 \times 3 = 6$ O a la derecha.
Cuente los átomos de cada elemento a ambos lados de la ecuación $\text{CH}4 + \text{O}2 \rightarrow \text{CO}2 + \text{H}2\text{O}$, tal como está escrita. La figura la…
Cuente los átomos de cada elemento a ambos lados de la ecuación $\text{CH}_4 + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}$, tal como está escrita. La figura la muestra con el modelo de partículas:
Razone si está balanceada o no. Si no lo está, indique qué elementos fallan.
La fina capa que protege del aire a las piezas de aluminio de un avión es óxido de aluminio. La figura muestra las partículas que intervienen: Compruebe, contando los…
La fina capa que protege del aire a las piezas de aluminio de un avión es óxido de aluminio. La figura muestra las partículas que intervienen:
Compruebe, contando los átomos de cada elemento a ambos lados, si esta ecuación está balanceada: $4\ \text{Al} + 3\ \text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{Al}_2\text{O}_3$.
Balanceo por tanteo
En ecuaciones sencillas basta «ir probando», pero con tres o cuatro sustancias conviene un orden para no deshacer lo ya hecho.
El ácido clorhídrico se obtiene industrialmente haciendo reaccionar hidrógeno y cloro gaseosos. Ajuste la ecuación: $\text{H}2 + \text{Cl}2 \rightarrow \text{HCl}$.
El ácido clorhídrico se obtiene industrialmente haciendo reaccionar hidrógeno y cloro gaseosos. Ajuste la ecuación: $\text{H}_2 + \text{Cl}_2 \rightarrow \text{HCl}$.
El calcio metálico reacciona con el oxígeno del aire y forma óxido de calcio, la cal viva. Ajuste la ecuación: $\text{Ca} + \text{O}2 \rightarrow \text{CaO}$.
El calcio metálico reacciona con el oxígeno del aire y forma óxido de calcio, la cal viva. Ajuste la ecuación: $\text{Ca} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CaO}$.
En el laboratorio se puede obtener oxígeno calentando clorato de potasio, que se descompone en cloruro de potasio y oxígeno. Ajuste la ecuación:…
En el laboratorio se puede obtener oxígeno calentando clorato de potasio, que se descompone en cloruro de potasio y oxígeno. Ajuste la ecuación: $\text{KClO}_3 \rightarrow \text{KCl} + \text{O}_2$.
Varias sustancias: el orden evita retrocesos
Cuantas más sustancias hay, más fácil es descomponer algo ya balanceado. Respetar el orden (metales, otros no metales, H, O) reduce los retrocesos.
Método algebraico (complemento)
Cuando el tanteo se enreda, asigne una letra a cada coeficiente y plantee una ecuación por elemento. Para $a\ \text{Al} + b\ \text{HCl} \rightarrow c\ \text{AlCl}_3 + d\ \text{H}_2$: Al: $a = c$; Cl: $b = 3c$; H: $b = 2d$. Si $c = 2$, entonces $a = 2$, $b = 6$, $d = 3$, el mismo resultado de antes.
Un caso especial es cuando el propio combustible ya lleva oxígeno, como el etanol.
El mismo razonamiento sirve para la glucosa, $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$: descuente siempre los oxígenos que ya trae el combustible.
Al echar un trozo de aluminio en un tubo con ácido clorhídrico se forman cloruro de aluminio disuelto y burbujas de hidrógeno. Ajuste la ecuación:…
Al echar un trozo de aluminio en un tubo con ácido clorhídrico se forman cloruro de aluminio disuelto y burbujas de hidrógeno. Ajuste la ecuación: $\text{Al} + \text{HCl} \rightarrow \text{AlCl}_3 + \text{H}_2$.
Al hornear un queque, el bicarbonato de sodio de la levadura se descompone con el calor en carbonato de sodio, agua y el dióxido de carbono que esponja la masa. Ajuste…
Al hornear un queque, el bicarbonato de sodio de la levadura se descompone con el calor en carbonato de sodio, agua y el dióxido de carbono que esponja la masa. Ajuste la ecuación: $\text{NaHCO}_3 \rightarrow \text{Na}_2\text{CO}_3 + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2$.
Para soldar los rieles del tren se usa la reacción de la termita: polvo de aluminio mezclado con óxido de hierro(III) reacciona desprendiendo tanto calor que el hierro…
Para soldar los rieles del tren se usa la reacción de la termita: polvo de aluminio mezclado con óxido de hierro(III) reacciona desprendiendo tanto calor que el hierro formado queda fundido.
- a) Balancee la ecuación: $\text{Al} + \text{Fe}_2\text{O}_3 \rightarrow \text{Al}_2\text{O}_3 + \text{Fe}$.
- b) Explique por qué conviene balancear primero el hierro y el aluminio y dejar el oxígeno para el final.
Coeficientes fraccionarios y mínimos enteros
El etano, $\text{C}2\text{H}6$, acompaña al metano en el gas natural. a) Ajuste su combustión,…
El etano, $\text{C}_2\text{H}_6$, acompaña al metano en el gas natural.
- a) Ajuste su combustión, $\text{C}_2\text{H}_6 + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}$, manteniendo de momento el coeficiente del etano igual a $1$: comprobará que el coeficiente del oxígeno sale fraccionario.
- b) Multiplique después todos los coeficientes por el número adecuado para escribir la ecuación con los mínimos coeficientes enteros posibles.
Los sopletes oxiacetilénicos de los talleres queman acetileno, $\text{C}2\text{H}2$, con oxígeno y alcanzan unos $3\,000\ \celsius$. a) Ajuste la combustión:…
Los sopletes oxiacetilénicos de los talleres queman acetileno, $\text{C}_2\text{H}_2$, con oxígeno y alcanzan unos $3\,000\ \celsius$.
- a) Ajuste la combustión: $\text{C}_2\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}$.
- b) Si al ajustarla le apareció una fracción, explique cómo se convierte el ajuste en coeficientes enteros mínimos y escriba la ecuación final.
Al ajustar la combustión del propano, un estudiante escribió: $2\ \text{C}3\text{H}8 + 10\ \text{O}2 \rightarrow 6\ \text{CO}2 + 8\ \text{H}2\text{O}$. a) Compruebe,…
Al ajustar la combustión del propano, un estudiante escribió: $2\ \text{C}_3\text{H}_8 + 10\ \text{O}_2 \rightarrow 6\ \text{CO}_2 + 8\ \text{H}_2\text{O}$.
- a) Compruebe, contando átomos, que su ecuación respeta la conservación de los átomos.
- b) Aun así, el profesor la marca como «mejorable». Explique qué significa que los coeficientes deben ser los mínimos enteros posibles y reescriba la ecuación correctamente.
La ecuación en moles y los hidrocarburos
Al escribir las sustancias, fíjese en cómo están formadas sus partículas: el oxígeno gaseoso forma moléculas diatómicas ($\text{O}_2$), por eso lleva subíndice, mientras que los metales como el mercurio ($\text{Hg}$) son redes de átomos sueltos y se escriben con el símbolo solo. Por eso en $\text{HgO} \rightarrow \text{Hg} + \text{O}_2$ hace falta $2\ \text{HgO} \rightarrow 2\ \text{Hg} + \text{O}_2$.
Generalicemos el balanceo de una combustión completa a cualquier hidrocarburo $\text{C}_x\text{H}_y$.
Leída al revés, la ecuación permite deducir una fórmula desconocida: si conoce los productos de una combustión balanceada, cuenta hacia atrás los átomos de C y H del combustible.
Vuelva al principio: en la hornilla, el gas del cilindro (propano y butano) se quema con $\text{O}_2$ y da $\text{CO}_2$ y $\text{H}_2\text{O}$. La ecuación balanceada indica cuántos moles de oxígeno gasta cada mol de gas, y los átomos que entran son los mismos que salen.
Lavoisier y Priestley estudiaron el oxígeno calentando óxido de mercurio, un polvo rojo que se descompone en mercurio líquido y oxígeno gaseoso. La figura muestra cómo…
Lavoisier y Priestley estudiaron el oxígeno calentando óxido de mercurio, un polvo rojo que se descompone en mercurio líquido y oxígeno gaseoso. La figura muestra cómo están formadas las partículas de cada sustancia:
- a) Ajuste la ecuación: $\text{HgO} \rightarrow \text{Hg} + \text{O}_2$.
- b) El mercurio se escribe $\text{Hg}$ y no $\text{Hg}_2$, mientras que el oxígeno sí lleva subíndice. Explique, con el modelo de partículas, a qué se debe esa diferencia.
En la combustión completa de un hidrocarburo desconocido $\text{X}$, la ecuación ajustada es:…
En la combustión completa de un hidrocarburo desconocido $\text{X}$, la ecuación ajustada es: $2\ \text{X} + 9\ \text{O}_2 \rightarrow 6\ \text{CO}_2 + 6\ \text{H}_2\text{O}$. La figura la representa con el modelo de partículas (una molécula de cada tipo):
- a) Deduzca, contando los átomos de carbono e hidrógeno que deben aparecer en los productos, la fórmula molecular de $\text{X}$.
- b) Escriba la ecuación completa ya con la fórmula encontrada.
Clasificación de las reacciones
Balancear dice cuánto de cada sustancia participa. Clasificar dice qué tipo de cambio ocurre: cómo se reagrupan los átomos y qué pasa con la energía.
En la electrólisis del agua, la corriente eléctrica la descompone en hidrógeno y oxígeno gaseosos. Ajuste la ecuación:…
En la electrólisis del agua, la corriente eléctrica la descompone en hidrógeno y oxígeno gaseosos. Ajuste la ecuación: $\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{H}_2 + \text{O}_2$.
El sodio es un metal blando que reacciona violentamente con el cloro y forma sal común. Ajuste la ecuación: $\text{Na} + \text{Cl}2 \rightarrow \text{NaCl}$.
El sodio es un metal blando que reacciona violentamente con el cloro y forma sal común. Ajuste la ecuación: $\text{Na} + \text{Cl}_2 \rightarrow \text{NaCl}$.