Reacciones químicas: mecanismo, tipos, pH y energía de reacción

Reacción química

Reacción química. Una reacción química es un proceso mediante el cual una o varias sustancias iniciales, llamadas reactivos, se transforman en otras distintas a estas, denominadas productos.

Mecanismo de una reacción química

En toda reacción química las entidades moleculares de los reactivos (átomos, moléculas o iones) chocan entre sí y sus átomos se reorganizan. Para que un choque sea eficaz y se formen los productos, debe reunir dos requisitos principales:

• Energía suficiente: debe existir la energía necesaria para que se rompan los enlaces entre átomos de los reactivos. La energía mínima necesaria para que se produzca la reacción se llama energía de activación (Ea).
• Orientación adecuada: los choques deben producirse con una orientación que permita que, al romperse los enlaces, los átomos libres se unan de la manera requerida para la formación de los productos.

Esta explicación del mecanismo por el que transcurre una reacción química se denomina teoría de las colisiones.

Ley de conservación de la masa

Ley de conservación de la masa. En una reacción química, la suma de las masas de los reactivos es igual a la suma de las masas de los productos. Esta ley fue enunciada por Lavoisier.

Hipótesis de Avogadro

Hipótesis de Avogadro. Volúmenes iguales de cualquier gas, medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura, contienen el mismo número de moléculas.

Tipos de reacciones químicas

Tipos de reacciones químicas. Pueden clasificarse según diferentes criterios:

• Según el mecanismo de intercambio:
  • De síntesis
  • De descomposición
  • De desplazamiento (simple)
  • De doble desplazamiento
• Según las partículas intercambiadas:
  • Ácido-base o de neutralización
  • Oxidación-reducción (redox)
  • De precipitación
  • De combustión

Reacciones ácido-base

Reacciones ácido-base: neutralización.

Teoría de Arrhenius

Teoría de Arrhenius. Según esta teoría, la neutralización es una reacción en disolución acuosa en la que una sustancia llamada ácido cede hidrones (H+) a otra sustancia denominada base.

Escala de pH

Escala pH. El pH es una medida de la acidez o basicidad (alcalinidad) de una disolución. La escala de pH va de 0 a 14, como se muestra a continuación:

• Disoluciones ácidas (0–7) → pH < 7
• Disolución neutra (7) → pH = 7
• Disoluciones básicas (7–14) → pH > 7

Reacciones de combustión

Reacciones de combustión. La combustión es una reacción redox en la que una sustancia llamada combustible reacciona con oxígeno, denominado comburente, y genera dióxido de carbono y vapor de agua, en los casos de combustión completa de compuestos orgánicos que contienen carbono e hidrógeno.

Las reacciones de combustión constituyen una fuente de energía y cuentan con numerosas aplicaciones:

• Generación de electricidad en centrales térmicas.
• Fuente de energía de los motores de los automóviles.
• Respiración celular para suministrar energía a las células del cuerpo.
• Fuente de energía doméstica: calefacciones, cocinas y estufas.

Velocidad y energía de las reacciones químicas

Velocidad de reacción. La velocidad de una reacción es la rapidez con la que se consumen los reactivos o la rapidez con la que se forman los productos.

Transferencia de energía en las reacciones químicas

Transferencia de energía. Las reacciones pueden absorber o desprender energía en forma de calor:

• Reacciones endotérmicas: tienen lugar con absorción de energía en forma de calor (el sistema absorbe calor del entorno).
• Reacciones exotérmicas: transcurren con desprendimiento de energía en forma de calor (el sistema libera calor al entorno).

El calor intercambiado durante una reacción química recibe el nombre de calor de reacción, Q. Su unidad en el Sistema Internacional es el julio (J), aunque suele expresarse en kilojulios (kJ). El valor de Q se refleja en la ecuación química correspondiente, que pasa a denominarse ecuación termoquímica.

Signo de Q:

• Si Q > 0, la reacción es endotérmica.
• Si Q < 0, la reacción es exotérmica.