Ajuste de ecuaciones químicas
En la cocina de tu casa el cilindro de gas propano alimenta la estufa y la llama calienta la olla del atol de elote. Si pudieras 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
Una reacción química es el proceso en el que unas sustancias (los reactivos) se transforman en otras (los productos); se puede describir con palabras: «el propano y el oxígeno forman dióxido de carbono y agua». La ecuación química es su representación con símbolos: fórmulas, flecha y coeficientes. La reacción sucede en la naturaleza; la ecuación es la forma de escribirla y de comprobar que los átomos se conservan.
Si quemas $10\ \text{g}$ 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, cuenta 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.
Cuenta 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…
Cuenta 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:
Razona si está balanceada o no. Si no lo está, indica 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: Comprueba, 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:
Comprueba, contando los átomos de cada elemento a ambos lados, si esta ecuación está ajustada: $4\ \text{Al} + 3\ \text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{Al}_2\text{O}_3$.
La síntesis industrial del amoniaco se escribe $\text{N}2 + 3\ \text{H}2 \rightarrow 2\ \text{NH}3$, como representa la figura con el modelo de partículas: Interprétala…
La síntesis industrial del amoniaco se escribe $\text{N}_2 + 3\ \text{H}_2 \rightarrow 2\ \text{NH}_3$, como representa la figura con el modelo de partículas:
Interprétala de dos maneras:
- a) Con moléculas: cuántas moléculas de nitrógeno y de hidrógeno reaccionan y cuántas moléculas de amoniaco se forman.
- b) Con moles: cuántos moles de cada gas se consumen cuando se forman $2\ \text{mol}$ de amoniaco.
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. Ajusta la ecuación: $\text{H}2 + \text{Cl}2 \rightarrow \text{HCl}$.
El ácido clorhídrico se obtiene industrialmente haciendo reaccionar hidrógeno y cloro gaseosos. Ajusta 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. Ajusta 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. Ajusta 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. Ajusta la ecuación:…
En el laboratorio se puede obtener oxígeno calentando clorato de potasio, que se descompone en cloruro de potasio y oxígeno. Ajusta la ecuación: $\text{KClO}_3 \rightarrow \text{KCl} + \text{O}_2$.
Los cilindros de gas propano para camping contienen propano, $\text{C}3\text{H}8$, que arde con el oxígeno del aire y forma dióxido de carbono y vapor de agua. La figura…
Los cilindros de gas propano para camping contienen propano, $\text{C}_3\text{H}_8$, que arde con el oxígeno del aire y forma dióxido de carbono y vapor de agua. La figura muestra las moléculas que intervienen:
Ajusta por tanteo la ecuación: $\text{C}_3\text{H}_8 + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}$. Recuerda dejar el oxígeno para el final.
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, asigna una letra a cada coeficiente y plantea 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, $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$: descuenta 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. Ajusta la ecuación:…
Al echar un trozo de aluminio en un tubo con ácido clorhídrico se forman cloruro de aluminio disuelto y burbujas de hidrógeno. Ajusta la ecuación: $\text{Al} + \text{HCl} \rightarrow \text{AlCl}_3 + \text{H}_2$.
El bioetanol que se mezcla con la gasolina, $\text{C}2\text{H}6\text{O}$, arde formando dióxido de carbono y agua. Ajusta la ecuación:…
El bioetanol que se mezcla con la gasolina, $\text{C}_2\text{H}_6\text{O}$, arde formando dióxido de carbono y agua. Ajusta la ecuación: $\text{C}_2\text{H}_6\text{O} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}$. Fíjate en que el propio combustible ya lleva oxígeno en su fórmula.
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) Balancea la ecuación: $\text{Al} + \text{Fe}_2\text{O}_3 \rightarrow \text{Al}_2\text{O}_3 + \text{Fe}$.
- b) Explica por qué conviene balancear primero el hierro y el aluminio y dejar el oxígeno para el final.
Tus células «queman» la glucosa de la sangre en la respiración celular, obteniendo energía y soltando dióxido de carbono y agua. Balancea la ecuación:…
Tus células «queman» la glucosa de la sangre en la respiración celular, obteniendo energía y soltando dióxido de carbono y agua. Balancea la ecuación: $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}$. Comprueba el resultado contando con cuidado los átomos de oxígeno a ambos lados.
Coeficientes fraccionarios y mínimos enteros
El etano, $\text{C}2\text{H}6$, acompaña al metano en el gas natural. a) Ajusta su combustión,…
El etano, $\text{C}_2\text{H}_6$, acompaña al metano en el gas natural.
- a) Ajusta 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 $1$: comprobarás que el coeficiente del oxígeno sale fraccionario.
- b) Multiplica 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) Ajusta 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) Ajusta la combustión: $\text{C}_2\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}$.
- b) Si al ajustarla te ha aparecido una fracción, explica cómo se convierte el ajuste en mínimos coeficientes enteros y escribe la ecuación final.
Al ajustar la combustión del propano, un alumno escribió: $2\ \text{C}3\text{H}8 + 10\ \text{O}2 \rightarrow 6\ \text{CO}2 + 8\ \text{H}2\text{O}$. a) Comprueba,…
Al ajustar la combustión del propano, un alumno escribió: $2\ \text{C}_3\text{H}_8 + 10\ \text{O}_2 \rightarrow 6\ \text{CO}_2 + 8\ \text{H}_2\text{O}$.
- a) Comprueba, contando átomos, que su ecuación respeta la conservación de los átomos.
- b) Aun así, el profesor la marca como «mejorable». Explica qué significa que los coeficientes deben ser los mínimos enteros posibles y reescribe la ecuación correctamente.
El fósforo de la cabeza de los fósforos (cerillos) arde con el oxígeno del aire y forma óxido de fósforo(V). Ajusta la ecuación:…
El fósforo de la cabeza de los fósforos (cerillos) arde con el oxígeno del aire y forma óxido de fósforo(V). Ajusta la ecuación: $\text{P} + \text{O}_2 \rightarrow \text{P}_2\text{O}_5$.
La ecuación en moles y los hidrocarburos
Al escribir las sustancias, fíjate 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 conoces los productos de una combustión balanceada, cuentas hacia atrás los átomos de C y H del combustible.
Vuelve al principio: en la estufa, 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) Ajusta 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. Explica, 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) Deduce, contando los átomos de carbono e hidrógeno que deben aparecer en los productos, la fórmula molecular de $\text{X}$.
- b) Escribe la ecuación completa ya con la fórmula encontrada.
La combustión completa de cualquier hidrocarburo $\text{C}x\text{H}y$ sigue el mismo patrón. a) Escribe la ecuación general balanceada en función de $x$ e $y$:…
La combustión completa de cualquier hidrocarburo $\text{C}_x\text{H}_y$ sigue el mismo patrón.
- a) Escribe la ecuación general balanceada en función de $x$ e $y$: $\text{C}_x\text{H}_y + \left(x + \frac{y}{4}\right)\ \text{O}_2 \rightarrow x\ \text{CO}_2 + \frac{y}{2}\ \text{H}_2\text{O}$, y justifícala contando átomos.
- b) Aplícala para predecir cuántas moléculas de $\text{O}_2$ hacen falta para quemar una molécula de heptano, $\text{C}_7\text{H}_{16}$, componente de la gasolina, y comprueba el resultado balanceando su ecuación de combustión.
Velocidad de reacción y teoría de colisiones
El ajuste dice cuánto reacciona, pero no qué tan rápido. Un tamal se cuece en horas, pero el cohetillo de la Quema del Diablo explota en una fracción de segundo. ¿De qué depende la rapidez de una reacción?
Los factores que cambian la velocidad son estos:
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Concentración: más partículas en el mismo volumen significa más choques. El carbón arde más vivo en oxígeno puro que en aire.
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Temperatura: al calentar, las partículas se mueven más rápido, chocan más y con más energía. Por eso la comida se echa a perder más rápido fuera de la refrigeradora.
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Superficie de contacto: un sólido hecho polvo expone más partículas. Una astilla prende antes que un leño entero en la estufa de leña.
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Catalizador: acelera la reacción sin consumirse. El catalizador de los carros acelera la transformación del CO en $\text{CO}_2$.
El catalizador de los carros termina de quemar el monóxido de carbono, un gas muy tóxico, transformándolo en dióxido de carbono. Ajusta la ecuación:…
El catalizador de los carros termina de quemar el monóxido de carbono, un gas muy tóxico, transformándolo en dióxido de carbono. Ajusta la ecuación: $\text{CO} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2$.