Química · 4.º y 5.º año · CABA

Reacciones químicas

De lo que se ve a lo que se escribe: una clase interactiva, 28 animaciones, 15 láminas para descargar, simuladores y 35 ejercicios resueltos.

CLASE INTERACTIVA

La clase completa, para proyectar o para hacer solo

31 diapositivas con 21 consignas: evidencias con su contraejemplo, moléculas que se reagrupan, balanceo guiado del metano y clasificación de tipos.

Modo clasePara proyectar: el curso vota antes de destapar.
Modo alumnoCon marcador y resumen final con puntaje.

La versión de estudio recorre la misma clase en pestañas, con simulador de balanceo y autoevaluación, pensada para repasar desde el celular.

1Cuándo hay una reacción química

Como se distingue un cambio químico de uno físico, que pistas observables lo delatan y que esta pasando con los átomos mientras tanto.

Leer la explicación

Resumen

Una reacción química ocurre cuando se forman sustancias nuevas a partir de las anteriores. Para reconocerla, conviene relacionar lo que observamos, el comportamiento de las partículas y su representación simbólica.

Explicación

Cuando ocurre un cambio, primero podemos describir qué observamos. En “Cambio físico o químico”, el agua que hierve cambia de estado, pero sigue siendo agua: no se forma una sustancia nueva. En cambio, al quemarse el papel aparecen sustancias diferentes, junto con cambios como emisión de luz y formación de gases. En “Las pistas de que hubo reacción” se muestran algunas señales posibles: formación de gas, precipitado, cambio de color, cambio de temperatura o emisión de luz. Ninguna de estas señales, por sí sola, demuestra necesariamente que ocurrió una reacción química.

Para entender qué sucede a una escala que no podemos observar directamente, hay que pensar en las partículas. En una reacción, algunos enlaces químicos se rompen y se forman otros; los átomos se reagrupan de una manera diferente y se originan sustancias nuevas. Como muestra “Qué les pasa a los átomos”, los átomos no aparecen ni desaparecen.

Finalmente, en el nivel simbólico, una reacción se representa mediante una ecuación química, por ejemplo: 2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l). Las ecuaciones indican qué sustancias reaccionan, cuáles se forman y en qué proporción. “Reacciones de todos los días” permite relacionar esta idea con procesos conocidos, como la oxidación del hierro, la cocción, la fotosíntesis y el funcionamiento de las pilas.

Errores frecuentes

  • “Si un cambio se puede revertir, es físico.” La reversibilidad no alcanza para distinguirlos: existen reacciones químicas reversibles. Lo importante es determinar si se formaron sustancias nuevas.
  • “Las burbujas siempre indican una reacción química.” No necesariamente: al hervir agua se forman burbujas de vapor sin producir una sustancia nueva. Una reacción también puede producir un gas, pero hay que analizar qué sustancia se formó.
  • “En una reacción desaparece materia.” Los átomos se conservan: se reagrupan y forman sustancias diferentes. Por eso una ecuación química debe respetar la misma cantidad de átomos de cada elemento en ambos lados.

Para pensar

  • ¿Qué observaciones necesitarías reunir para decidir con mayor confianza si un cambio es químico y no solamente un cambio de estado?
  • ¿Por qué dos procesos que producen una señal similar, como un cambio de temperatura, pueden corresponder a fenómenos diferentes?

Idea clave

Reconocer una reacción química requiere relacionar las evidencias observables con el reagrupamiento de los átomos y con la ecuación que representa ese cambio.

Cambio físico o químico

Agua que hierve contra papel que se quema. En uno cambia el estado, en el otro cambia la sustancia.

Las pistas de que hubo reacción

Gas, precipitado, cambio de color, cambio de temperatura y luz. Ninguna sola alcanza como prueba, y se explica por qué.

Qué les pasa a los átomos

El nivel submicroscópico: los enlaces se rompen, los átomos se reagrupan y no aparece ni desaparece ninguno.

Reacciones de todos los días

Oxidación del hierro, cocción, fotosíntesis y pilas. Para que la idea no quede encerrada en el laboratorio.

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2La ecuación química

El lenguaje simbolico: como se lee una ecuación, que dice cada número y como se pasa de una frase en castellano a la ecuación escrita.

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Resumen

La ecuación química es la representación simbólica de una reacción. Con fórmulas, coeficientes, subíndices y símbolos de estado indica qué reactivos se transforman en qué productos y en qué proporción.

Explicación

Una misma reacción se puede describir en tres niveles. En lo macroscópico, una cinta de magnesio arde con una llama blanca muy intensa y deja un polvo blanco: óxido de magnesio. En lo submicroscópico, los átomos de magnesio ceden electrones a los átomos de oxígeno, que antes estaban unidos de a dos en moléculas de O2; se forma una red de iones Mg2+ y O2−. En lo simbólico, esa reacción se escribe así:

2 Mg(s) + O2(g) → 2 MgO(s)

A la izquierda de la flecha están los reactivos (Mg y O2) y a la derecha el producto (MgO). La flecha se lee “da” o “produce”, como muestra “Cómo se lee una ecuación”. El número 2 delante de Mg y de MgO es un coeficiente: indica que por cada molécula de O2 reaccionan dos átomos de magnesio y se forman dos unidades de MgO. El subíndice 2 de O2 es parte de la fórmula: dice que cada molécula de oxígeno tiene dos átomos, y no se puede cambiar sin cambiar la sustancia (“Coeficiente y subíndice”). Los símbolos (s) y (g) indican sólido y gas; en “Los símbolos (s), (l), (g) y (ac)” se ve qué agrega cada uno. La ecuación está balanceada: hay 2 átomos de Mg y 2 de O de cada lado, porque los átomos no aparecen ni desaparecen. Para pasar de un enunciado a una ecuación bien escrita, está “De la frase a la ecuación”.

Errores frecuentes

  • “La flecha es un signo igual.” La flecha indica una transformación: los reactivos dejan de existir como tales y se forman productos distintos. Se lee “da”, no “es igual a”.
  • “2 H2O y H2O2 son lo mismo.” El coeficiente 2 de 2 H2O indica dos moléculas de agua; el subíndice 2 del oxígeno en H2O2 define otra sustancia, el peróxido de hidrógeno (agua oxigenada). El coeficiente cuenta partículas; el subíndice dice cuántos átomos hay en cada una.
  • “NaCl(ac) y NaCl(l) son lo mismo.” (ac) indica que la sal está disuelta en agua; (l) indica cloruro de sodio puro fundido, algo que ocurre recién a más de 800 °C. En uno hay agua y en el otro no.

Para pensar

  • ¿Cómo relacionarías los coeficientes de una ecuación con lo que se mide en un experimento, como la masa de un reactivo?
  • ¿Por qué importa indicar los estados de agregación en una ecuación química?

Idea clave

La ecuación química representa con símbolos qué sustancias se transforman, en cuáles y en qué proporción, sin que se pierda ni se cree ningún átomo.

Cómo se lee una ecuación

Reactivos, flecha, productos. La flecha se lee 'da', no 'igual', y eso importa.

Coeficiente y subíndice

El error más caro de todo el tema: 2 H2O no es lo mismo que H2O2. Uno cuenta moléculas, el otro define la sustancia.

Los símbolos (s), (l), (g) y (ac)

Qué información agregan y por qué el (ac) no es lo mismo que el (l).

De la frase a la ecuación

Tres enunciados en castellano traducidos paso a paso, incluida la parte de escribir bien las fórmulas.

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3Conservación de la masa y balanceo

De donde sale la ley de Lavoisier, por que obliga a balancear y un método que funciona siempre, sin tanteo a ciegas.

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Resumen

En una reacción química la masa total se conserva porque los átomos no se destruyen: se reorganizan. En la ecuación eso se representa ajustando los coeficientes estequiométricos, sin alterar las fórmulas.

Explicación

Nivel macroscópico. Cuando una reacción ocurre en un recipiente cerrado —como hizo Antoine Lavoisier con su balanza—, la masa total de los reactivos es igual a la de los productos. Si el sistema no intercambia materia con el entorno, nada desaparece: 16 g de metano gaseoso reaccionan con 64 g de oxígeno y producen 44 g de dióxido de carbono y 36 g de vapor de agua (16 + 64 = 44 + 36 = 80 g).

Nivel submicroscópico. En toda transformación química se rompen enlaces y se forman otros nuevos, pero cada átomo sigue existiendo. Por eso antes y después de reaccionar hay exactamente la misma cantidad de átomos de cada elemento.

Nivel simbólico. La conservación se escribe como una ecuación balanceada. Los subíndices definen qué sustancia es cada una, así que no se tocan: solo se ajustan los coeficientes enteros que van delante de cada fórmula. Por ejemplo, la combustión completa del metano:

CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(g)

ElementoÁtomos en reactivosÁtomos en productos
C1 (en CH4)1 (en CO2)
H4 (en CH4)4 (2 × 2 en H2O)
O4 (2 × 2 en O2)4 (2 en CO2 + 2 × 1 en H2O)

Errores frecuentes

  • «Cuando se quema un tronco se pierde masa, porque solo quedan cenizas». En un sistema abierto el dióxido de carbono y el vapor de agua se dispersan en el aire. Si se juntaran en un recipiente cerrado el humo, los gases y las cenizas, la masa final sería igual a la del tronco más la del oxígeno consumido.
  • «Para balancear se pueden cambiar los subíndices». Los subíndices indican la proporción fija de átomos de una sustancia. Si se cambia H2O por H2O2 para ajustar los oxígenos, ya no es agua sino peróxido de hidrógeno (agua oxigenada), otra sustancia con otras propiedades. Solo se modifican los coeficientes.
  • «La suma de coeficientes tiene que dar igual de los dos lados». Los coeficientes indican proporciones de moléculas (o de moles), no cantidades de átomos. En N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g) la suma pasa de 4 a 2. Lo que se mantiene es el número de átomos de cada elemento, no el de moléculas.

Para pensar

  • Si se calienta lana de acero sobre una balanza abierta hasta que se pone incandescente, ¿por qué la balanza marca más después, en lugar de menos como pasa con el tronco?
  • ¿Por qué los coeficientes de una ecuación balanceada pueden leerse como moles, pero nunca directamente como gramos?

Idea clave

En toda reacción química se conservan la masa y la cantidad de átomos de cada elemento. Balancear es ajustar solo los coeficientes para reflejar ese reordenamiento, sin cambiar la identidad de las sustancias.

La balanza de Lavoisier

El experimento en recipiente cerrado y la conclusión: la masa total no cambia. Por qué hacía falta cerrarlo.

Por qué no se tocan los subíndices

Balancear cambiando un subíndice arregla la cuenta y rompe la sustancia. Se ve con el agua y el agua oxigenada.

Balancear la combustión del metano

El caso clásico, átomo por átomo, con la tabla de conteo al costado.

Un método que no falla

El orden conveniente: primero los que aparecen en una sola sustancia, el oxígeno al final, y por qué.

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4Tipos de reacción

Síntesis, descomposición, sustitución simple y doble, y combustión. La clasificacion sirve para predecir productos, no para memorizar nombres.

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Clasificación de las reacciones

TipoEsquema generalEjemploPista para reconocerlo
SíntesisA + B → AB2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l)Hay un solo producto a la derecha de la flecha.
DescomposiciónAB → A + B2 HgO(s) → 2 Hg(l) + O2(g)Hay un solo reactivo a la izquierda de la flecha.
Sustitución simpleA + BC → AC + BCu(s) + 2 AgNO3(ac) → Cu(NO3)2(ac) + 2 Ag(s)Un elemento libre reacciona con un compuesto en solución.
Sustitución dobleAB + CD → AD + CBPb(NO3)2(ac) + 2 KI(ac) → PbI2(s) + 2 KNO3(ac)Dos compuestos en solución intercambian cationes y aniones.
CombustiónCombustible + O2 → óxidosCH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(g)El O2(g) siempre aparece como reactivo.

Síntesis y descomposición

Los dos casos opuestos, con el esquema general A + B da AB y su inverso.

Sustitución simple y doble

Un elemento que desplaza a otro y el intercambio de pares. Aparece la idea de reactividad relativa.

Combustión completa e incompleta

Mismo combustible, distinto oxígeno disponible, productos distintos. De acá sale el monóxido de carbono.

Cómo reconocer el tipo

Un árbol de decisión corto aplicado a seis ecuaciones.

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5Estequiometría

La ecuación balanceada leida como receta: relaciones en moles, el paso a gramos, el reactivo limitante y el rendimiento.

La ecuación como receta

Los coeficientes son proporciones. Se ve primero con moléculas sueltas y recién después con moles.

Del mol a los gramos

El camino gramos - moles - moles - gramos, con la masa molar como puente en los dos extremos.

El reactivo limitante

Por qué sobra uno de los dos y cómo se decide cuál manda. La analogía de los sandwiches, hecha bien.

Rendimiento real y teórico

Por qué en la práctica sale menos de lo calculado y cómo se expresa esa diferencia.

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6Energía de la reacción

Toda reacción intercambia energía con el entorno. De donde sale esa energía, como se lee un diagrama y que es la energía de activación.

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Resumen

Toda reacción química intercambia energía con el entorno, porque romper enlaces consume energía y formarlos la libera. El balance entre las dos cosas define si el sistema absorbe o libera energía.

Explicación

Nivel macroscópico. Cuando tocás el recipiente donde ocurre una reacción y notás que se calienta o se enfría, estás percibiendo el intercambio de energía. Para describirlo hay que distinguir el sistema (las sustancias que reaccionan) del entorno (el solvente, el recipiente, el aire, tu mano). Lo muestra la animación «Exotérmica o endotérmica».

Nivel submicroscópico. Reaccionar es desarmar unas uniones entre átomos y armar otras. Romper un enlace siempre requiere absorber energía; formar un enlace siempre la libera («Romper cuesta, formar devuelve»).

Nivel simbólico. El balance se expresa con la variación de entalpía, ΔH, y el signo se toma desde el punto de vista del sistema. Si el sistema cede energía al entorno, ΔH < 0 y la reacción es exotérmica. Si absorbe energía del entorno, ΔH > 0 y es endotérmica.

En los diagramas de energía («Leer el diagrama de energía» y la lámina de diagramas exotérmico y endotérmico), ΔH es la diferencia de altura entre reactivos y productos. Además, casi toda reacción necesita un empujón inicial para que los choques rompan los primeros enlaces: la energía de activación, Ea.

Ejemplos cotidianos

ProcesoTipoEcuaciónQué se observaΔH
Combustión del metano (gas natural)ExotérmicaCH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(l)La hornalla da llama y calienta lo que está alrededor.≈ −890 kJ por mol de CH4
Disolución de nitrato de amonio (compresa fría)EndotérmicaNH4NO3(s) → NH4+(ac) + NO3(ac)Al romper la bolsa interna, la compresa se enfría.≈ +26 kJ por mol de NH4NO3

La disolución no es estrictamente una reacción química (no se forman sustancias nuevas), pero sigue la misma lógica energética y es el ejemplo endotérmico más fácil de tocar.

Errores frecuentes

  • «Romper enlaces libera energía». Es al revés: romper un enlace siempre requiere energía. La energía se libera cuando se forman los enlaces nuevos de los productos.
  • «Si el recipiente se enfría, el sistema pierde calor». El recipiente es parte del entorno. Si se enfría, es porque le cede energía al sistema, así que el sistema gana energía: la reacción es endotérmica.
  • «Un catalizador cambia el ΔH». El catalizador ofrece otro camino con menor Ea, pero no cambia la energía de los reactivos ni la de los productos, así que ΔH sigue igual.

Para pensar

  • La oxidación de los alimentos en las células libera mucha energía. ¿Por qué no nos quemamos por dentro después de comer?
  • Si la oxidación de la madera o del plástico no tuviera energía de activación, ¿qué pasaría con esos materiales en contacto con el aire?

Idea clave

El signo del ΔH depende del balance entre la energía que cuesta romper los enlaces de los reactivos y la que se libera al formar los de los productos.

Romper cuesta, formar devuelve

El balance entre las dos cosas es lo que define el signo. Sin esto el resto queda como una regla suelta.

Exotérmica o endotérmica

Dos experiencias contrastadas y el criterio del sistema y el entorno, que es donde se confunden los signos.

Leer el diagrama de energía

Reactivos, productos y la diferencia entre los dos niveles. Cómo se ve un caso y el otro.

La energía de activación

Por qué una reacción que libera energía igual necesita un empujón para arrancar.

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7Velocidad y equilibrio

Que hace que una reacción sea rápida o lenta, que hace un catalizador y que pasa cuando la reacción también va para el otro lado.

Qué cambia la velocidad

Temperatura, concentración, superficie de contacto. Cada factor explicado por choques entre partículas, no como lista.

Qué hace un catalizador

Baja la barrera, no cambia los productos ni se consume. Se ve sobre el diagrama de energía del bloque anterior.

Reacciones reversibles

La doble flecha: hay reacciones que no terminan, siguen en las dos direcciones.

El equilibrio químico

Las dos velocidades se igualan y las cantidades se estancan. Equilibrio no significa cantidades iguales ni reacción detenida.

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