Fundamentos de Cinética, Nomenclatura y Compuestos Químicos Clave

Velocidad de una Reacción

Se refiere a la cantidad de sustancias reactantes que se consume o de productos que se forman en un tiempo determinado (V_r: Δm/Δt, es decir, cambio de masa por unidad de tiempo, ej. g/s).

Clasificación de las Reacciones Químicas

Reacciones de Combinación o Síntesis

En ellas se forman uno o varios compuestos más complejos a partir de elementos o compuestos preexistentes más sencillos.

Reacciones de Descomposición

Al contrario que en el caso anterior, en esta ocasión tiene lugar la escisión de un compuesto en varios elementos o compuestos más sencillos.

Reacciones de Sustitución o Desplazamiento Simple

En ellas, un elemento desplaza a otro en un compuesto. Pueden ser de oxidación-reducción o precipitación según las especies químicas presentes.

Reacciones de Doble Desplazamiento o Metátesis

Como su nombre indica, existe un «intercambio» de elementos o grupos de elementos entre dos compuestos que reaccionan.

Factores que Afectan la Velocidad de Reacción

Naturaleza de los Reactantes

La naturaleza de los reactantes no es un factor cinético en sí mismo, sino un factor termodinámico que está relacionado con la estructura interna de las sustancias y con su tendencia intrínseca a reaccionar.

Concentración de los Reactantes

En la mayoría de los casos, una reacción química aumenta su rapidez al incrementarse la concentración de uno o más de sus reactivos.

Grado de Subdivisión de los Reactantes

El grado de subdivisión de un material está relacionado con su área superficial. A mayor área superficial (mayor subdivisión), mayor velocidad de reacción, especialmente en reacciones heterogéneas.

Presencia de un Catalizador

Un catalizador es una sustancia que modifica la rapidez de una reacción química sin que ella misma se consuma en el proceso o sufra algún cambio químico permanente. Los catalizadores actúan disminuyendo la energía de activación.

• Catalizadores positivos: Aceleran la rapidez de una reacción.
• Catalizadores negativos (o inhibidores): Disminuyen la rapidez de una reacción.

Temperatura de la Reacción

La rapidez de la mayoría de las reacciones químicas aumenta significativamente al ocurrir un incremento de la temperatura. Es por ello que los alimentos se descomponen más rápido a temperatura ambiente que en el refrigerador.

Conceptos Fundamentales y Nomenclatura Química

Leyes Ponderales y Composición

Ley de la Composición Constante (Ley de Proust)

Todo compuesto químico en estado de pureza contiene los mismos elementos en una proporción en masa invariable, independientemente de su origen o método de preparación.

Compuestos Químicos y su Representación

Definición de Compuestos Químicos

Son sustancias puras formadas por la unión química de dos o más elementos diferentes, en proporciones fijas y definidas.

Fórmulas Químicas

Son representaciones simbólicas de los compuestos químicos. Indican los elementos que forman el compuesto y la proporción en la que se encuentran sus átomos, mediante el uso de símbolos químicos y subíndices numéricos.

Nomenclatura Química

IUPAC

La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC, por sus siglas en inglés: International Union of Pure and Applied Chemistry) es el organismo internacional encargado de establecer y actualizar las reglas y estándares para el lenguaje químico, incluyendo la nomenclatura de los compuestos.

Definición y Tipos de Nomenclatura

La nomenclatura química es el conjunto de reglas sistemáticas que se utilizan para nombrar y escribir las fórmulas de las sustancias químicas de manera unívoca.

Sistemas de Nomenclatura Comunes:

• Nomenclatura tradicional o clásica: Utiliza prefijos (hipo-, per-) y sufijos (-oso, -ico) según los estados de oxidación del elemento.
• Nomenclatura de Stock: Indica el estado de oxidación del elemento metálico o central con números romanos entre paréntesis.
• Nomenclatura estequiométrica o sistemática: Utiliza prefijos numerales griegos (mono-, di-, tri-, tetra-, etc.) para indicar el número de átomos de cada elemento presente en la molécula.

Principales Tipos de Compuestos Inorgánicos

Óxidos

Son compuestos binarios formados por la combinación de un elemento químico con el oxígeno (generalmente con el oxígeno actuando con número de oxidación -2).

Clasificación de Óxidos:

• Óxidos básicos o metálicos: Resultan de la combinación de un metal con oxígeno. Ejemplo: Metal + Oxígeno → Óxido básico.
• Óxidos ácidos o no metálicos (también llamados tradicionalmente anhídridos): Resultan de la combinación de un no metal con oxígeno. Ejemplo: No metal + Oxígeno → Óxido ácido.

Reglas Generales para Formular Compuestos Binarios (ej. Óxidos)

1. Se escribe primero el símbolo del elemento menos electronegativo (generalmente el metal o el que se encuentra más a la izquierda/abajo en la tabla periódica) y luego el del elemento más electronegativo (ej. oxígeno).
2. Se determinan los números de oxidación de los elementos.
3. Se intercambian los valores absolutos de los números de oxidación y se escriben como subíndices del otro elemento.
4. Si el subíndice es 1, no se escribe.
5. Si los subíndices son múltiplos de un mismo número, se simplifican a la menor relación entera posible (excepto en peróxidos y algunos otros casos especiales).

Bases o Hidróxidos

Son compuestos ternarios que, según la teoría de Arrhenius, en disolución acuosa liberan iones hidroxilo (OH^-). Generalmente resultan de la combinación de un óxido básico con agua.

Óxido básico + Agua → Base (Hidróxido)

Fórmula general: M(OH)_n, donde M es un metal y n es su número de oxidación.

Oxácidos

Son compuestos ternarios que, según la teoría de Arrhenius, en disolución acuosa liberan iones hidrógeno (H⁺). Generalmente resultan de la combinación de un óxido ácido (anhídrido) con agua.

Óxido ácido + Agua → Oxácido

Fórmula general: H_aX_bO_c, donde X es un no metal o metal de transición en alto estado de oxidación.

Diferenciación entre Compuestos Orgánicos e Inorgánicos

Compuestos Orgánicos

Son sustancias químicas que contienen carbono como elemento principal, usualmente enlazado covalentemente con hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre y/o fósforo. Forman la base de la química de los seres vivos. Ejemplo: Metanol o alcohol metílico (CH₃OH).

Compuestos Inorgánicos

Son todos aquellos compuestos químicos que no son clasificados como orgánicos. Incluyen la mayoría de los compuestos que no contienen enlaces carbono-hidrógeno. Ejemplo: Cloruro de sodio (NaCl).

Lista de Iones Comunes

(Anteriormente denominados "radicales" en algunos contextos más antiguos para referirse a grupos de átomos con carga)

• OCN^-: Cianato
• N^3-: Nitruro
• NO₂^-: Nitrito
• NO₃^-: Nitrato
• P^3-: Fosfuro
• PO₃^3-: Fosfito
• PO₄^3-: Fosfato
• HPO₄^2-: Fosfato ácido (o Hidrogenofosfato)
• H₂PO₄^-: Fosfato diácido (o Dihidrogenofosfato)
• AsO₃^3-: Arsenito
• AsO₄^3-: Arseniato
• O^2-: Óxido
• O₂^2-: Peróxido
• OH^-: Hidróxido
• S^2-: Sulfuro
• HS^-: Sulfuro ácido (o Hidrogenosulfuro)
• SO₃^2-: Sulfito
• SO₄^2-: Sulfato
• HSO₃^-: Sulfito ácido (o Hidrogenosulfito)
• HSO₄^-: Sulfato ácido (o Hidrogenosulfato)
• S₂O₃^2-: Tiosulfato
• SCN^-: Tiocianato (o Sulfocianuro)
• F^-: Fluoruro
• Cl^-: Cloruro
• Br^-: Bromuro
• I^-: Yoduro
• ClO^-: Hipoclorito
• ClO₂^-: Clorito
• ClO₃^-: Clorato
• ClO₄^-: Perclorato
• CrO₄^2-: Cromato
• Cr₂O₇^2-: Dicromato
• MnO₄^2-: Manganato
• MnO₄^-: Permanganato
• [Fe(CN)₆]^3-: Ferricianuro (o Hexacianoferrato(III))
• [Fe(CN)₆]^4-: Ferrocianuro (o Hexacianoferrato(II))
• ZnO₂^2-: Cincato
• MoO₄^2-: Molibdato
• TiO₄^2-: Titanato (Nota: existen varios aniones titanato, como TiO₃^2- (metatitanato) o TiO₄^4- (ortotitanato). TiO₄^2- es menos común o puede referirse a un peroxotitanato.)
• H₃O⁺: Hidronio (o Oxonio)
• NH₄⁺: Amonio
• HCO₃^-: Bicarbonato (o Hidrogenocarbonato)
• SiO₃^2-: Silicato (específicamente Metasilicato)
• C^4-: Carburo (iónico, ej. en Be₂C)
• CN^-: Cianuro