Ajuste de ecuaciones químicas
En la cocina de su casa en Tegucigalpa, el cilindro de gas LP alimenta la hornilla y la llama calienta el agua 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: $\text{Ca} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CaO}$.
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: $\text{Na} + \text{Cl}_2 \rightarrow \text{NaCl}$.
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: $\text{KClO}_3 \rightarrow \text{KCl} + \text{O}_2$.
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: $\text{Al} + \text{HCl} \rightarrow \text{AlCl}_3 + \text{H}_2$.
Tipos de reacción
Al balancear, conviene reconocer qué tipo de reacción es. Así se anticipan los productos y se entiende lo que ocurre con los átomos.
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 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, $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$: descuente siempre los oxígenos que ya trae el combustible.
Los cilindros de gas propano para cocinar o acampar contienen propano, $\text{C}3\text{H}8$, que arde con el oxígeno del aire y forma dióxido de carbono y vapor de agua.…
Los cilindros de gas propano para cocinar o acampar 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:
Ajuste por tanteo la ecuación: $\text{C}_3\text{H}_8 + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}$. Recuerde dejar el oxígeno para el final.
El bioetanol que se mezcla con la gasolina, $\text{C}2\text{H}6\text{O}$, arde formando dióxido de carbono y agua. Ajuste 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. Ajuste la ecuación: $\text{C}_2\text{H}_6\text{O} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}$. Fíjese en que el propio combustible ya lleva oxígeno en su fórmula.
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: $\text{NaHCO}_3 \rightarrow \text{Na}_2\text{CO}_3 + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2$.
Sus células «queman» la glucosa de la sangre en la respiración celular, obteniendo energía y soltando dióxido de carbono y agua. Ajuste la ecuación:…
Sus células «queman» la glucosa de la sangre en la respiración celular, obteniendo energía y soltando dióxido de carbono y agua. Ajuste la ecuación: $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}$. Compruebe el resultado contando con cuidado los átomos de oxígeno a ambos lados.
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 catalizador de los carros termina de quemar el monóxido de carbono, un gas muy tóxico, transformándolo en dióxido de carbono. Ajuste la ecuación:…
El catalizador de los carros termina de quemar el monóxido de carbono, un gas muy tóxico, transformándolo en dióxido de carbono. Ajuste la ecuación: $\text{CO} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2$.
El dióxido de azufre que sale de algunas chimeneas se oxida en la atmósfera a trióxido de azufre, paso previo a la formación de la lluvia ácida. Ajuste la ecuación:…
El dióxido de azufre que sale de algunas chimeneas se oxida en la atmósfera a trióxido de azufre, paso previo a la formación de la lluvia ácida. Ajuste la ecuación: $\text{SO}_2 + \text{O}_2 \rightarrow \text{SO}_3$.
Los motores de los carros producen monóxido de nitrógeno, $\text{NO}$, que al salir al aire se oxida y forma el dióxido de nitrógeno parduzco de los episodios de…
Los motores de los carros producen monóxido de nitrógeno, $\text{NO}$, que al salir al aire se oxida y forma el dióxido de nitrógeno parduzco de los episodios de contaminación. Ajuste la ecuación: $\text{NO} + \text{O}_2 \rightarrow \text{NO}_2$.
El fósforo de la cabeza de los fósforos (cerillos) arde con el oxígeno del aire y forma óxido de fósforo(V). Ajuste la ecuación:…
El fósforo de la cabeza de los fósforos (cerillos) arde con el oxígeno del aire y forma óxido de fósforo(V). Ajuste la ecuación: $\text{P} + \text{O}_2 \rightarrow \text{P}_2\text{O}_5$.
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 mínimos coeficientes enteros y escriba 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) Compruebe,…
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) 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 $\text{HgO} \rightarrow \text{Hg} + \text{O}_2$ se balancea como $2\ \text{HgO} \rightarrow 2\ \text{Hg} + \text{O}_2$.
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, cuente 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.
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: Interprétela…
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:
Interprétela 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.
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.
La combustión completa de cualquier hidrocarburo $\text{C}x\text{H}y$ sigue el mismo patrón. a) Escriba la ecuación general ajustada en función de $x$ e $y$:…
La combustión completa de cualquier hidrocarburo $\text{C}_x\text{H}_y$ sigue el mismo patrón.
- a) Escriba la ecuación general ajustada 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 justifíquela contando átomos.
- b) Aplíquela 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 compruebe el resultado ajustando su ecuación de combustión.