Balanceo de ecuaciones químicas
En la cocina de tu casa la bombona de gas alimenta el hornillo y la llama calienta la olla del café. 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
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 balanceada: $4\ \text{Al} + 3\ \text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{Al}_2\text{O}_3$.
Simbología de la ecuación química
Una ecuación química también informa del estado de cada sustancia y de las condiciones de la reacción.
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: $\text{KClO}_3 \rightarrow \text{KCl} + \text{O}_2$.
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: $\text{Al} + \text{HCl} \rightarrow \text{AlCl}_3 + \text{H}_2$.
Al hornear un ponqué, 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. Ajusta…
Al hornear un ponqué, 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. Ajusta 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) Ajusta la ecuación: $\text{Al} + \text{Fe}_2\text{O}_3 \rightarrow \text{Al}_2\text{O}_3 + \text{Fe}$.
- b) Explica por qué conviene ajustar 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) 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 ha escrito: $2\ \text{C}3\text{H}8 + 10\ \text{O}2 \rightarrow 6\ \text{CO}2 + 8\ \text{H}2\text{O}$. a) Comprueba,…
Al ajustar la combustión del propano, un alumno ha escrito: $2\ \text{C}_3\text{H}_8 + 10\ \text{O}_2 \rightarrow 6\ \text{CO}_2 + 8\ \text{H}_2\text{O}$.
- 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.
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 el hornillo, el gas de la bombona (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.
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.
Adelanto: rapidez de reacción y colisiones
Balancear una ecuación dice qué cantidades reaccionan, pero no qué tan rápido ocurre la reacción. La lana de acero tarda días en oxidarse, mientras que el gas de la bombona arde en el instante en que se enciende la llama.
Según la teoría de colisiones, para que haya reacción las partículas deben chocar con la orientación adecuada y con suficiente energía. A esos choques se les llama choques eficaces. Cuantos más choques eficaces por segundo, mayor es la rapidez de reacción.
El tema completo (factores, energía de activación y perfil energético) se estudia en CINETICA-VELOCIDAD.