Reacciones de precipitación, ácido-base y redox
Sofia está en el laboratorio y mezcla dos disoluciones transparentes e incoloras. De pronto, el vaso se pone turbio, como si hubiera caído nieve adentro. ¿Qué pasó? ¿Cómo puede saber ella, antes de mezclar, si va a aparecer un sólido, si se va a calentar el vaso o si se van a transferir electrones? En esta página aprenderás a clasificar las reacciones en tres grandes tipos y a predecir lo que ocurre.
Tres tipos de reacciones
Cuando una sustancia iónica se disuelve en agua, sus iones se separan y se mueven libremente. Escribimos, por ejemplo, $\text{NaCl}(aq)$ para indicar que hay $\text{Na}^+$ y $\text{Cl}^-$ dispersos entre las moléculas de agua. Muchas reacciones en disolución se entienden mirando qué hacen esos iones.
| Tipo | Qué pasa | Pista para reconocerla |
|---|---|---|
| Precipitación | Dos iones se juntan y forman un sólido insoluble (el precipitado) | Aparece un producto $(s)$ a partir de dos disoluciones $(aq)$ |
| Ácido-base (neutralización) | Un ácido y una base forman sal y agua | Hay un ácido y una base como reactivos; sale $\text{H}_2\text{O}(l)$ |
| Oxidación-reducción (redox) | Se transfieren electrones entre especies | Cambian los números de oxidación; suele haber un elemento libre como reactivo o producto |
Fíjate en que los tres tipos pueden ser también de "doble sustitución" o de "sustitución simple". Ese es el nombre por la forma de la ecuación. Aquí clasificamos por lo que ocurre de verdad: se forma un sólido, se neutraliza un ácido o se transfieren electrones.
Clasifica cada reacción como de precipitación, ácido-base (neutralización) o de oxidación-reducción, y da una razón breve para cada una: (a)…
Clasifica cada reacción como de precipitación, ácido-base (neutralización) o de oxidación-reducción, y da una razón breve para cada una:
(a) $\text{HCl}(aq) + \text{NaOH}(aq) \rightarrow \text{NaCl}(aq) + \text{H}_2\text{O}(l)$
(b) $\text{Zn}(s) + \text{CuSO}_4(aq) \rightarrow \text{ZnSO}_4(aq) + \text{Cu}(s)$
(c) $\text{AgNO}_3(aq) + \text{NaCl}(aq) \rightarrow \text{AgCl}(s) + \text{NaNO}_3(aq)$
Reglas de solubilidad
¿Cómo sabemos si un compuesto formará un precipitado? Se usan las reglas generales de solubilidad, que resumen resultados de muchos experimentos. Aprende estas:
| Iones | Regla |
|---|---|
| $\text{Na}^+$, $\text{K}^+$, $\text{NH}_4^+$ | Sus compuestos son solubles |
| $\text{NO}_3^-$ (nitratos) | Solubles |
| $\text{Cl}^-$, $\text{Br}^-$, $\text{I}^-$ | Solubles, excepto con $\text{Ag}^+$, $\text{Pb}^{2+}$ y $\text{Hg}_2^{2+}$ |
| $\text{SO}_4^{2-}$ (sulfatos) | Solubles, excepto con $\text{Ba}^{2+}$, $\text{Pb}^{2+}$ y $\text{Sr}^{2+}$ (los de $\text{Ca}^{2+}$ son poco solubles) |
| $\text{CO}_3^{2-}$, $\text{PO}_4^{3-}$ | Insolubles, excepto con iones del grupo 1 y $\text{NH}_4^+$ |
| $\text{OH}^-$ | Insolubles, excepto con el grupo 1, $\text{NH}_4^+$ y $\text{Ba}^{2+}$ (los de $\text{Ca}^{2+}$ y $\text{Sr}^{2+}$ son poco solubles) |
Piensa en la regla como una lista de prioridades: primero busca si el compuesto tiene $\text{Na}^+$, $\text{K}^+$, $\text{NH}_4^+$ o $\text{NO}_3^-$. Si es así, es soluble y ya terminaste.
Usa las reglas generales de solubilidad (los compuestos de $\text{Na}^+$, $\text{K}^+$, $\text{NH}4^+$ y $\text{NO}3^-$ son solubles; la mayoría de los carbonatos son…
Usa las reglas generales de solubilidad (los compuestos de $\text{Na}^+$, $\text{K}^+$, $\text{NH}_4^+$ y $\text{NO}_3^-$ son solubles; la mayoría de los carbonatos son insolubles, excepto los de iones del grupo 1) para decidir si cada compuesto es soluble o insoluble en agua: (a) $\text{KNO}_3$, (b) $\text{CaCO}_3$, (c) $\text{Na}_2\text{CO}_3$.
Precipitación y ecuaciones iónicas netas
Para predecir una reacción de doble sustitución, sigue estos pasos:
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Intercambia los iones: el catión de un compuesto se une al anión del otro.
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Escribe las fórmulas nuevas balanceando las cargas.
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Con las reglas de solubilidad, marca cada producto como $(aq)$ o $(s)$.
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Si ninguno es sólido (ni agua, ni gas), no hay reacción.
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Balancea la ecuación.
La ecuación molecular no muestra qué hacen realmente los iones. Para verlo, escribimos la ecuación iónica completa, separando en iones todo lo que está $(aq)$. Los iones que aparecen igual en ambos lados no participan: son los iones espectadores. Al quitarlos queda la ecuación iónica neta.
Sofia mezcla disoluciones acuosas de nitrato de plomo(II), $\text{Pb(NO}3)2$, y yoduro de potasio, KI. Escribe la ecuación molecular balanceada de la reacción de doble…
Sofia mezcla disoluciones acuosas de nitrato de plomo(II), $\text{Pb(NO}_3)_2$, y yoduro de potasio, KI. Escribe la ecuación molecular balanceada de la reacción de doble sustitución. Usa las reglas de que los nitratos son solubles y de que la mayoría de los yoduros son solubles, excepto los de $\text{Pb}^{2+}$, $\text{Ag}^+$ y $\text{Hg}_2^{2+}$, para identificar el precipitado, e incluye los símbolos de estado.
Jayden mezcla cloruro de bario acuoso, $\text{BaCl}2$, con sulfato de sodio acuoso, $\text{Na}2\text{SO}4$. (a) Escribe la ecuación iónica neta balanceada, sabiendo que…
Jayden mezcla cloruro de bario acuoso, $\text{BaCl}_2$, con sulfato de sodio acuoso, $\text{Na}_2\text{SO}_4$. (a) Escribe la ecuación iónica neta balanceada, sabiendo que el $\text{BaSO}_4$ es insoluble. (b) Identifica los iones espectadores. (c) Explica por qué esta no es una reacción redox.
Reacciones ácido-base
Un ácido aporta iones $\text{H}^+$ y una base aporta iones $\text{OH}^-$ (en la definición de Arrhenius). Al mezclarlos, el $\text{H}^+$ y el $\text{OH}^-$ forman agua:
$$\text{H}^+(aq) + \text{OH}^-(aq) \rightarrow \text{H}_2\text{O}(l)$$Esa es la ecuación iónica neta de cualquier neutralización entre un ácido fuerte y una base fuerte. El catión de la base y el anión del ácido quedan como espectadores y forman la sal. Por eso:
$$\text{ácido} + \text{base} \rightarrow \text{sal} + \text{agua}$$En la definición de Brønsted-Lowry, un ácido dona un $\text{H}^+$ y una base lo acepta; así, el $\text{OH}^-$ acepta el $\text{H}^+$ y forma agua.
La reacción libera energía: el vaso se siente tibio. No se ve ningún sólido ni burbujas, así que un cambio de temperatura es una buena pista.
Oxidación-reducción (redox)
En una reacción redox se transfieren electrones. Usa esta regla mnemotécnica:
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Oxidación: una especie pierde electrones (su número de oxidación aumenta).
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Reducción: una especie gana electrones (su número de oxidación disminuye).
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Agente reductor: la especie que se oxida (entrega electrones).
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Agente oxidante: la especie que se reduce (recibe electrones).
Las dos cosas ocurren siempre juntas: los electrones que uno pierde, otro los gana.
Números de oxidación
Para seguir los electrones usamos números de oxidación:
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Un elemento libre, como $\text{Mg}(s)$ o $\text{H}_2$, tiene número de oxidación $0$.
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Un ion monoatómico tiene como número su carga ($\text{Na}^+$: $+1$).
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El oxígeno suele ser $-2$ y el hidrógeno suele ser $+1$ en compuestos.
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En un compuesto neutro, la suma de los números es $0$. En un ion, es la carga del ion.
Define oxidación y reducción en términos de la transferencia de electrones. Luego, en la reacción $2\,\text{Na}(s) + \text{Cl}2(g) \rightarrow 2\,\text{NaCl}(s)$,…
Define oxidación y reducción en términos de la transferencia de electrones. Luego, en la reacción $2\,\text{Na}(s) + \text{Cl}_2(g) \rightarrow 2\,\text{NaCl}(s)$, identifica cuál especie se oxida y cuál se reduce.
Para la reacción $\text{Mg}(s) + 2\,\text{HCl}(aq) \rightarrow \text{MgCl}2(aq) + \text{H}2(g)$, asigna los números de oxidación de Mg, H y Cl en ambos lados de la…
Para la reacción $\text{Mg}(s) + 2\,\text{HCl}(aq) \rightarrow \text{MgCl}_2(aq) + \text{H}_2(g)$, asigna los números de oxidación de Mg, H y Cl en ambos lados de la ecuación. Identifica la especie oxidada y la reducida, el agente oxidante y el agente reductor.
Cómo distinguirlas y aplicarlas
Para clasificar una reacción desconocida, hazte estas preguntas en orden:
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¿Hay un elemento libre como reactivo o producto? Probablemente es redox. Confírmalo con los números de oxidación.
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¿Hay un ácido y una base, y sale agua? Es ácido-base.
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¿Dos disoluciones forman un sólido insoluble (según las reglas)? Es precipitación.
Un caso especial: cuando un metal se mete en una disolución de otro metal, hay un sólido que aparece, pero no es precipitación.
Ahora cierra el círculo con la pregunta del comienzo: cuando Sofia ve el vaso turbio, el sólido se formó porque dos iones ($\text{Pb}^{2+}$ y $\text{I}^-$) se unieron en un compuesto insoluble. Sin cambios de números de oxidación, es una precipitación.
Una técnica de laboratorio tiene cuatro vasos sin etiqueta, cada uno con una disolución acuosa transparente e incolora de una de estas sustancias: $\text{NaOH}$,…
Una técnica de laboratorio tiene cuatro vasos sin etiqueta, cada uno con una disolución acuosa transparente e incolora de una de estas sustancias: $\text{NaOH}$, $\text{HNO}_3$, $\text{Na}_2\text{SO}_4$ o $\text{Pb(NO}_3)_2$. Mezcla pares y anota los resultados:
| Mezcla | Observación |
|---|---|
| A + B | Se forma un sólido blanco |
| A + C | Sin cambio visible; la mezcla se siente tibia |
| B + D | Se forma un sólido blanco |
| C + D | Sin cambio visible |
Supón que $\text{Pb(OH)}_2$ y $\text{PbSO}_4$ son sólidos blancos insolubles. Identifica A, B, C y D, y escribe una ecuación iónica neta balanceada para cada una de las tres mezclas que muestran reacción. Clasifica el tipo de cada reacción.
Emma deja caer una tira de cobre metálico en una disolución de nitrato de plata, $\text{AgNO}3(aq)$, y después de una hora ve un sólido gris con aspecto de plumas sobre…
Emma deja caer una tira de cobre metálico en una disolución de nitrato de plata, $\text{AgNO}_3(aq)$, y después de una hora ve un sólido gris con aspecto de plumas sobre la tira, mientras la disolución se vuelve azul pálido. (a) Escribe la ecuación iónica neta balanceada. (b) Asigna los números de oxidación e identifica qué se oxida y qué se reduce. (c) Explica cómo cada observación respalda tu ecuación. (d) Explica por qué esta reacción es redox y no de precipitación, aunque se forme un sólido.
Resumen
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Tres tipos: precipitación (se forma un sólido insoluble), ácido-base (ácido + base → sal + agua) y redox (se transfieren electrones).
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Las reglas de solubilidad predicen el precipitado: $\text{Na}^+$, $\text{K}^+$, $\text{NH}_4^+$ y $\text{NO}_3^-$ siempre son solubles.
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La ecuación iónica neta muestra solo lo que reacciona; los iones espectadores se quitan.
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En redox, LEO says GER: la oxidación pierde electrones (el número de oxidación sube) y la reducción los gana (baja).
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El agente reductor es el que se oxida; el agente oxidante es el que se reduce.
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Un sólido no siempre indica precipitación: si cambian los números de oxidación, es redox.