Cuándo hay una reacción química
- Un vaso con hielo se deja sobre la mesa y al rato hay agua líquida. Después ese vaso se olvida al sol y al otro día esta vacío. ¿Hubo alguna reacción química?
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No, ninguna de las dos veces. Primero el hielo se fundio y después el agua se evaporo: en los dos casos la sustancia sigue siendo agua, lo único que cambio es el estado. Son dos cambios físicos.
- Al mezclar bicarbonato con vinagre salen muchas burbujas. Al abrir una botella de gaseosa también. ¿Por qué uno es una reacción química y el otro no?
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En el bicarbonato con vinagre las burbujas son de un gas que no existia antes: se formo a partir de las dos sustancias, que se consumieron. En la gaseosa el dióxido de carbono ya estaba, disuelto a presión, y al abrir la botella simplemente se escapa. No se formo ninguna sustancia nueva.
- Un alambre de cobre se dobla hasta romperlo. Otro alambre igual se deja a la intemperie hasta que se cubre de una capa verdosa. Clasificá los dos casos y justifica.
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Doblar y romper es un cambio físico: los pedazos siguen siendo cobre. La capa verdosa es un cambio químico: el cobre reaccionó con el oxígeno, el agua y el dióxido de carbono del aire y formo compuestos nuevos, que son los del color verde.
- Alguien dice: 'si se puede volver atrás es físico, y si no se puede es químico'. Dá un contraejemplo y proponé un criterio mejor.
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El contraejemplo más simple es cualquier reacción reversible: la formación del amoníaco a partir de nitrógeno e hidrógeno va y viene en las dos direcciones, y es química. El criterio bueno es preguntarse si las sustancias que quedaron son las mismas que habia: si son otras, es un cambio químico.
- ¿En la formación de agua a partir de hidrógeno y oxígeno, qué cosas cambian y qué cosas se mantienen exactamente iguales?
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Cambian los enlaces: se rompen los del H2 y los del O2 y se forman los del agua. Cambian entonces las sustancias y sus propiedades. Se mantienen los átomos: la misma cantidad de hidrógenos y de oxígenos, con los mismos nucleos. Por eso también se mantiene la masa total.
La ecuación química
- Leé en voz alta esta ecuación sin usar la palabra 'igual': N2 + 3 H2 -> 2 NH3.
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Una molécula de nitrógeno más tres de hidrógeno dan dos de amoníaco. La flecha se lee 'da' o 'produce', nunca 'igual', porque no es una igualdad sino una transformación en un sentido.
- ¿Cuál es la diferencia entre 2 H2O y H2O2? ¿Cuántos átomos de cada elemento hay en cada caso?
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2 H2O son dos moléculas de agua, separadas: en total 4 hidrógenos y 2 oxígenos, repartidos de a uno por molécula. H2O2 es una sola molécula de agua oxigenada, con 2 hidrógenos y 2 oxígenos unidos entre si. El 2 grande de adelante es un coeficiente y cuenta moléculas; el 2 chico es un subíndice y define la sustancia.
- ¿Qué información agrega escribir NaCl(ac) en vez de NaCl(s)? ¿Y por qué NaCl(ac) no es lo mismo que NaCl(l)?
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(ac) dice que la sal esta disuelta en agua, o sea que hay dos sustancias y los iones están separados y rodeados de moléculas de agua. (s) dice que esta como cristal sólido. NaCl(l) sería sal fundida, sin agua, a más de 800 grados: una sola sustancia en estado líquido. Acuoso no es un estado de agregación.
- Traducí a ecuación: el magnesio sólido reacciona con oxígeno gaseoso y produce óxido de magnesio sólido. Balanceala.
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Mg(s) + O2(g) -> MgO(s), y balanceada queda 2 Mg(s) + O2(g) -> 2 MgO(s). El magnesio actua con carga 2+ y el oxígeno con 2-, así que la formula del óxido es MgO, con subíndices 1 y 1.
- Un compañero escribe, para la reacción entre zinc y ácido clorhídrico: Zn + HCl -> ZnCl + H. Marcá los dos errores.
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Primero, el cloruro de zinc es ZnCl2 y no ZnCl: el zinc actua con carga 2+ y hacen falta dos cloruros. Segundo, el hidrógeno libre es diatomico, H2, nunca H suelto. Recien después de corregir las dos fórmulas tiene sentido balancear: Zn + 2 HCl -> ZnCl2 + H2.
Conservación de la masa y balanceo
- Se queman 10 g de magnesio en un recipiente cerrado y se obtienen 16,6 g de óxido de magnesio. ¿Cuánto oxígeno reaccionó? ¿Qué ley usaste?
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6,6 gramos. Por la ley de conservación de la masa, la masa total de los reactivos es igual a la de los productos: 16,6 menos 10 da 6,6. Que el recipiente este cerrado es lo que permite hacer la cuenta, porque si no el oxígeno entraria sin que se lo mida.
- Si se quema un tronco al aire libre, las cenizas pesan mucho menos que la madera. ¿Contradice eso la ley de conservación de la masa?
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No. El sistema esta abierto y buena parte de la madera se fue como gases, sobre todo dióxido de carbono y vapor de agua, que tienen masa pero ya no están sobre la balanza. Si se pudiera pesar todo lo que salio, la suma daria igual que al principio.
- Balanceá: C2H6 + O2 -> CO2 + H2O.
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2 C2H6 + 7 O2 -> 4 CO2 + 6 H2O. Se empieza por el carbono (2 por cada etano, o sea 4 con el coeficiente 2), sigue el hidrógeno (12 en total, o sea 6 aguas) y el oxígeno queda al final: 8 en los CO2 más 6 en las aguas dan 14, o sea 7 moléculas de O2.
- Para balancear Fe + O2 -> Fe2O3, alguien propone escribir Fe + O2 -> FeO2 así 'cierra más rápido'. Explicá por qué no sirve.
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Porque FeO2 no es la sustancia que se forma. El subíndice es parte de la identidad del compuesto: el óxido de hierro de la herrumbre es Fe2O3, y cambiarle el subíndice equivale a hablar de otra sustancia. Balancear se hace con coeficientes: 4 Fe + 3 O2 -> 2 Fe2O3.
- ¿Por qué conviene dejar el oxígeno para el final al balancear una combustión?
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Porque en una combustión el oxígeno aparece repartido en dos productos, el dióxido de carbono y el agua. Cualquier coeficiente que se toque después lo vuelve a desbalancear, así que ajustarlo antes obliga a rehacerlo. Los elementos que están en una sola sustancia de cada lado van primero.
Tipos de reacción
- Clasificá: 2 H2O -> 2 H2 + O2.
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Descomposición: una sola sustancia se separa en dos más simples. Es la inversa de la síntesis del agua.
- Clasificá: Zn + CuSO4 -> ZnSO4 + Cu. ¿Qué quiere decir que el zinc sea 'más reactivo' que el cobre?
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Sustitución simple: un elemento libre, el zinc, desplaza a otro, el cobre, de su compuesto. Que sea más reactivo significa que cede electrones con más facilidad, así que la reacción ocurre en ese sentido y no al revés: si se pone cobre en sulfato de zinc no pasa nada.
- ¿Cuál es la diferencia entre una combustión completa y una incompleta, y por qué la incompleta es peligrosa?
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En la completa hay oxígeno suficiente y los productos son dióxido de carbono y agua. En la incompleta falta oxígeno y aparecen monóxido de carbono y hollin. El monóxido de carbono es peligroso porque no tiene olor ni color y se une a la hemoglobina mucho mejor que el oxígeno, así que impide transportarlo.
- Predecí los productos: AgNO3(ac) + NaCl(ac) -> ... ¿Qué tipo es y qué se ve?
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Sustitución doble: los pares se intercambian y queda AgCl(s) + NaNO3(ac). Se ve que la mezcla se pone blanca y turbia, porque el cloruro de plata es insoluble y precipita. El (s) que sale de dos (ac) es la marca de un precipitado.
- Una reacción tiene un solo producto. ¿Qué tipo puede ser, y qué tipo seguro no es?
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Puede ser una síntesis, que es justamente varias sustancias que dan una sola. Seguro no es una descomposición, que da más de un producto, ni una sustitución doble, que siempre da dos compuestos.
Estequiometría
- ¿En 2 H2 + O2 -> 2 H2O, cuántos moles de agua se obtienen a partir de 6 moles de hidrógeno, si sobra oxígeno?
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6 moles de agua. Los coeficientes dicen que por cada 2 moles de H2 salen 2 de agua, o sea una relación 1 a 1. Si sobra oxígeno, el hidrógeno manda.
- ¿Por qué no se puede pasar directamente de gramos de reactivo a gramos de producto usando los coeficientes?
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Porque los coeficientes son proporciones de moles o de moléculas, no de masa. Hay que pasar primero de gramos a moles con la masa molar, usar la relación de la ecuación en moles, y recién ahi volver a gramos con la masa molar del producto.
- Se hacen reaccionar 4 moles de H2 con 1 mol de O2. ¿Cuál es el reactivo limitante y cuánto sobra del otro?
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El oxígeno es el limitante. La relación necesaria es 2 de H2 por cada 1 de O2, así que 1 mol de O2 consume 2 de H2 y sobran 2 moles de hidrógeno. Se forman 2 moles de agua.
- Un cálculo predice 25 g de producto y en el laboratorio se obtienen 21 g. ¿Cuál es el rendimiento? Nombrá dos causas posibles.
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84 por ciento: 21 dividido 25, por 100. Las causas tipicas son que la reacción no llego a completarse, que hubo reacciones secundarias que consumieron reactivo, o que se perdio producto al filtrarlo, trasvasarlo o secarlo.
- ¿Si se duplican las cantidades de todos los reactivos, se duplica el rendimiento porcentual?
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No. Al duplicar los reactivos se duplica la cantidad de producto esperada y también la obtenida, así que el porcentaje se mantiene parecido. El rendimiento porcentual es una relación entre lo obtenido y lo esperado, no una cantidad.
Energía de la reacción
- Al disolver una sal en agua el vaso se enfría. ¿La reacción es exotérmica o endotérmica? ¿Desde dónde se lo mira?
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Endotérmica: el sistema absorbe energía del entorno. El vaso se enfría porque esa energía se la esta sacando al agua y al vidrio, que son el entorno. La confusión tipica sale de mirar el termometro y no preguntarse quien gano y quien perdio energía.
- ¿Si formar enlaces libera energía, por qué hay reacciones que absorben energía en total?
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Porque hay que romper enlaces antes de formar otros, y romper cuesta energía. El signo final depende del balance: si la energía liberada al formar los enlaces nuevos es menor que la que costo romper los viejos, la reacción resulta endotérmica.
- En un diagrama de energía, los productos quedan más abajo que los reactivos. ¿Qué tipo de reacción es y qué se siente al tocar el recipiente?
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Es exotérmica: el sistema término con menos energía y la diferencia se libero al entorno. El recipiente se siente caliente.
- La combustión del papel libera energía. ¿Por qué entonces una hoja no se prende fuego sola sobre el escritorio?
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Porque hace falta superar la energía de activación: hay que romper enlaces primero, y eso necesita un aporte inicial. El fosforo o la chispa dan ese empujón. Que una reacción libere energía en total no dice nada sobre lo fácil que es arrancarla.
- ¿Un catalizador hace que una reacción exotérmica libere más energía?
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No. El catalizador baja la energía de activación, o sea que hace más fácil llegar, pero no cambia el nivel de los reactivos ni el de los productos. La energía liberada en total es exactamente la misma; lo que cambia es la velocidad.
Velocidad y equilibrio
- ¿Por qué la leche dura mucho más en la heladera que afuera?
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Porque al bajar la temperatura las partículas se mueven más despacio y chocan con menos frecuencia y menos energía. Las reacciones que descomponen la leche, y el crecimiento de los microorganismos que las producen, se vuelven mucho más lentos.
- Un comprimido efervescente entero tarda más en disolverse que el mismo comprimido molido. ¿Por qué?
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Porque molido tiene mucha más superficie de contacto con el agua. La reacción ocurre en la superficie, así que cuanta más superficie expuesta, más choques por segundo y más rápido va.
- ¿Qué significa la doble flecha en N2 + 3 H2 <-> 2 NH3?
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Que la reacción ocurre en las dos direcciones al mismo tiempo: se forma amoníaco a partir de nitrógeno e hidrógeno, y al mismo tiempo el amoníaco se descompone. La reacción no termina, llega a un equilibrio.
- ¿En el equilibrio químico, las cantidades de reactivos y productos son iguales?
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No, y es la confusión más común. Lo que se iguala son las velocidades de las dos reacciones opuestas, no las cantidades. En el equilibrio las cantidades dejan de cambiar, pero pueden ser muy distintas entre si.
- Se dice que en el equilibrio 'no pasa nada'. ¿Por qué es una mala descripción?
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Porque las dos reacciones siguen ocurriendo todo el tiempo, y a la misma velocidad. Lo que no cambia es el resultado neto. Por eso se lo llama equilibrio dinámico y no estatico: hay actividad, solamente que se compensa.