Imagina que estás en el laboratorio de química (Chemistry) y tu profesora te pide predecir si la masa cambia cuando arde una vela dentro de un recipiente sellado. Antoine Lavoisier pesó con precisión los reactivos y los productos de sus experimentos y comprobó algo que hoy parece evidente: la masa total no cambia. Ningún átomo aparece ni desaparece en una reacción química, solo se reorganiza en sustancias distintas. Esa ley, la conservación de la masa, es la razón última por la que ajustamos ecuaciones: un coeficiente mal puesto estaría afirmando que se han creado o destruido átomos de la nada.
La ley de conservación de la masa y lo que no se puede tocar
Si quemas $10\ \text{g}$ de lana de acero dentro de un matraz Erlenmeyer (Erlenmeyer flask) sellado sobre una balanza, la aguja no se mueve durante la combustión; en cambio, si lo haces en un plato abierto, el residuo final pesa $14\ \text{g}$: ¿ha aparecido materia de la nada? No: el hierro se combina con el oxígeno del aire, y esos $4\ \text{g}$ de oxígeno se suman al hierro. En el matraz sellado ese oxígeno ya estaba dentro, por eso la balanza no se mueve.
Practica★☆☆Sin empezar
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 balanceada: $4\ \text{Al} + 3\ \text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{Al}_2\text{O}_3$.
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: $\text{Ca} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CaO}$.
El método de tanteo: un algoritmo, no un golpe de suerte
Ajustar "a ojo" funciona en ecuaciones muy simples, pero en cuanto hay tres o cuatro sustancias conviene seguir un procedimiento ordenado para no tener que volver atrás una y otra vez.
Practica★☆☆Sin empezar
El ácido clorhídrico se obtiene industrialmente haciendo reaccionar hidrógeno y cloro gaseosos. Balancea la ecuación: $\text{H}2 + \text{Cl}2 \rightarrow \text{HCl}$.
El ácido clorhídrico se obtiene industrialmente haciendo reaccionar hidrógeno y cloro gaseosos. Balancea la ecuación: $\text{H}_2 + \text{Cl}_2 \rightarrow \text{HCl}$.
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: $\text{CO} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2$.
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: $\text{KClO}_3 \rightarrow \text{KCl} + \text{O}_2$.
El sodio es un metal blando que reacciona violentamente con el cloro y forma sal común. Ajusta 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. Ajusta la ecuación: $\text{Na} + \text{Cl}_2 \rightarrow \text{NaCl}$.
Ecuaciones con varias sustancias: el orden evita retrocesos
Cuantas más sustancias intervienen, más fácil es descompensar algo que ya tenías ajustado al tocar otra parte de la ecuación. Seguir estrictamente el orden del apartado anterior (metales, resto de no metales, H, O) minimiza esos retrocesos.
Practica★★☆Sin empezar
Los tanques 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 tanques 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:
Balancea 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.
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: $\text{Al} + \text{HCl} \rightarrow \text{AlCl}_3 + \text{H}_2$.
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.
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. Ajusta 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. Ajusta la ecuación: $\text{SO}_2 + \text{O}_2 \rightarrow \text{SO}_3$.
Coeficientes fraccionarios y el criterio del mínimo entero
Practica★★★Sin empezar
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 apareció una fracción, explica cómo se convierte el ajuste en mínimos coeficientes enteros y escribe 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) Comprueba,…
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) 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.
Lo mismo ocurre en las descomposiciones con varios productos que llevan oxígeno (como $\text{NaHCO}_3$) y en la glucosa: cuenta siempre todo el oxígeno de cada lado, incluido el que ya está en el combustible, y deja el $\text{O}_2$ para el final.
Diagramas de partículas: átomos sueltos y moléculas
En un diagrama de partículas, cada esfera es un átomo y las esferas unidas forman una molécula. Los metales como el $\text{Hg}$, el $\text{Fe}$ o el $\text{Al}$ se representan con átomos sueltos y se escriben sin subíndice. Gases como $\text{O}_2$, $\text{H}_2$ o $\text{N}_2$ forman moléculas de dos átomos, y por eso llevan subíndice $2$. El diagrama sirve de evidencia: contar esferas de cada color a ambos lados demuestra que los átomos se conservan.
Practica★★★Sin empezar
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.
La relación molar y la fórmula general de un hidrocarburo
Esta lectura en moles no es solo un apunte curioso: si generalizamos el ajuste de una combustión a cualquier hidrocarburo $\text{C}_x\text{H}_y$, obtenemos una fórmula que sirve para todos los casos particulares que has ajustado uno a uno.
Esta misma idea, leída al revés, permite deducir una fórmula desconocida: si conoces los productos de una combustión ya ajustada, puedes contar hacia atrás cuántos átomos de C y de H tenía el combustible de partida.
Practica★☆☆Sin empezar
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.
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.
Una tableta antiácida efervescente en agua casi helada tarda varios minutos en consumirse con un burbujeo perezoso, pero en agua caliente desaparece en pocos segundos entre una espuma violenta: ¿por qué idéntica masa de reactivo se transforma a ritmos tan distintos según la temperatura?
Elevar la temperatura aumenta la velocidad porque las partículas se mueven más rápido: chocan más veces por segundo y una fracción mayor de choques tiene energía suficiente para superar la barrera. Aumentar la concentración de reactivos en disolución o gases suele aumentar los encuentros. Triturar un sólido aumenta la superficie de contacto. Un catalizador proporciona un camino con menor energía de activación: participa en etapas intermedias y se regenera; no aporta energía neta ni aumenta por sí solo el rendimiento de equilibrio.
En todos los casos, lo que cambia es el número de colisiones por segundo y la fracción de ellas con energía suficiente. Diseña una comparación con una tableta antiácida entera y otra triturada: misma masa, agua, temperatura y recipiente. Repite y mide el tiempo hasta el mismo criterio final; cambia solo la superficie. Hazlo bajo supervisión, con safety goggles, sin ingerir productos ni cerrar el recipiente. Anota hipótesis, variables, dispersión y límites: variar también la temperatura impediría atribuir el cambio a un solo factor.
El esquema relaciona las ideas principales:
¡A practicar! 8 ejercicios de nivel medio en este apartado