Compuestos inorgánicos - Reacciones químicas

Los óxidos metálicos u óxidos básicos

FORMACIÓN DE LOS ÓXIDOS METÁLICOS

Los óxidos metálicos son compuestos que se forman al reaccionar el oxígeno con el metal. Esta reacción es la que produce la corrosión de los metales al estar expuestos al oxígeno del aire.

• Algunos metales se oxidan rápidamente, como es el caso de los metales al calinos: litio, sodio y potasio, entre otros.

• Algunos metales se oxidan con más lentitud, como el hierro y el cobre, en tre otros, que son metales muy corrosivos. • Algunos metales reaccionan muy lentamente con el oxígeno, como el aluminio, que es un metal muy poco corrosivo.

Un ejemplo de formación de un óxido metálico es la reacción del hierro con el oxígeno. Cuando se deja un trozo con el tiempo éste forma una capa de polvo rojizo llamado herrumbre, que el oxido de hie rro (III), llamado también óxido férrico. Esta presenta así:

Otra reacción bastante útil para el estudio de la formación de óxidos metálicos es la del oxígeno con el magnesio. Cuando una cinta de magnesio (color grisáceo) se quema con la pequeña llama de un fósforo se forma un polvo blanco, que es óxido de magnesio. La ecuación balanceada de esta reacción es la siguiente:

Propiedades de los óxidos metálicos

Los óxidos metálicos se denominan también óxidos básicos porque tienen la propiedad de reaccionar con el agua y formar bases (hidróxidos). Por ejemplo. el óxido de magnesio reacciona con el agua y forma hidróxido de magnesio.

Una base se reconoce porque cambia el color del papel tornasol (un indicador ácido-base) de rojo a azul. Se caracteriza también por tener un elevado puntto de fusión.

Los óxidos no metálicos u óxidos ácidos

FORMACIÓN DE ÓXIDOS NO METÁLICOS

Los óxidos no metálicos se forman al reaccionar un no metal con el oxígeno. Por ejemplo, la reacción del carbono (presente en la materia orgánica) con el oxígeno forma el bióxido de carbono o monóxido de carbono, como lo muestran las siguientes ecuaciones balanceadas:

Otro ejemplo es la formación del bióxido de azufre por la combustión de productos del petróleo, como lo muestra la siguiente ecuación:

Propiedades de los óxidos no metálicos

Los óxidos no metálicos reaccionan con el agua y forman ácidos, razón por la cual también se les llama óxidos ácidos. Por ejemplo, el bióxido de carbono reacciona con el agua formando el ácido carbónico, mientras que el trióxido de azufre reacciona formando ácido sulfúrico.

Un ácido se reconoce porque genera un cambio de color en el papel tornasol de azul a rosado. Los ácidos producidos por la reacción de los óxidos no metálicos con el agua se denominan especificamente oxácidos debido a que contienen oxígeno.

Los óxidos no metálicos son, por lo general, gasesos y tienen un punto de fusión muy bajo, a diferencia de los óxidos metálicos.

Los ácidos: hidrácidos y oxácidos

FORMACIÓN DE ÁCIDOS

Los ácidos se forman de dos maneras:

a) Al reaccionar un no metal con el hidrógeno se forma un hidrácido. Un ejemplo de esto es la formación del ácido clorhídrico.

b) Al reaccionar un óxido ácido con agua se forma un oxácido. Un ejemplo de esto es la formación de ácido sulfúrico.

Propiedades de los ácidos

Los ácidos son corrosivos, producen quemaduras y son buenos conductores de la electricidad. Estos compuestos tienen sabor ácido, aunque muchos de ellos no deben probarse por ser peligrosos o venenosos, por lo que se debe tener información previa antes de intentar probar cualquier sustancia. La acidez de un compuesto se puede reconer con algunos indicadores ácido-base, como el papel tornasol, el anaranjado de metilo y la fenolftaleina: el papel tornasol azul se torna rosado en presencia de ácido, mientras que el anaranjado de metilo cambia de anaranjado a rojo y la fenolftaleína se mantiene incolora.

Los ácidos participan en tres reacciones importantes que los caracterizan:

• Reaccionan con metales activos formando una sal e hidrógeno.

• Reaccionan con bases para formar una sal y agua, lo que se denomina reacción de neutralización.

• Reaccionan con óxidos metálicos para formar una sal y agua.

Las bases o hidróxidos

FORMACIÓN DE BASES

Las bases o hidróxidos se forman de dos maneras:

a) Al reaccionar un metal activo con agua se forma una base y se libera el gas hidrógeno. Un ejemplo es la formación del hidróxido de litio.

b) Al reaccionar un óxido básico con agua se forma una base. Un ejemplo es la reacción de óxido de magnesio con agua.

Propiedades de las bases

Los hidróxidos se caracterizan por tener sabor amargo, ser jabonosos al tacto, aunque no se deben probar ni tocar por ser muy irritantes y peligrosos; son muy corrosivos y buenos conductores de la electricidad en disoluciones acuosas. La basicidad de un compuesto se puede reconocer usando un indicador ácido-base, como el papel tornasol, el anaranjado de metilo y la fenolftaleina: el papel tornasol de color rosado cambia a azul, el anaranjado de metilo cambia de anaranjado a amarillo y la fenolftaleina se torna de incolora a rosado fucsia.

Las bases participan en dos reacciones importantes:

• Reaccionan forma con los ácidos para formar una sal y agua, lo que se denomina reacción de neutralización.

• Reaccionan con los oxidos no metálicos para formar una sal y agua.

Las sales: haloideas y oxisales

FORMANCION DE SALES

Las sales son compuestos que se forman par la sustitución del hidrógeno de un ácido por un metal. Esto puede ocurrir a través de varias reacciones para for sale haloideas y oxisales.

a) Una sal haleidea, es decir, una sal que no contiene oxígeno, se puede formar a través de las reacciones siguientes:

• Al reaccionar un metal con un halógeno. Ejemplo:

• Al reaccionar un metal activo con un hidrácido. Ejemplo:

• Al reaccionar un hidrácido con un óxido metálico. Ejemplo:

• Al reaccionar un hidrácido y un hidróxido (neutralización). Ejemplo:

b) Una oxisal, es decir, una sal que contiene oxigeno, se forma a través de las siguientes reacciones:

• Al reaccionar un metal activo con un oxácido. Ejemplo:

• Al reaccionar un hidróxido con un óxido no metálico. Ejemplo:

• Al reaccionar un hidróxido y un oxácido (neutralización). Ejemplo:

Propiedades de las sales

Las sales son, por lo general, sólidas, algunas tienen un sabor salado caracteristico, aunque no todas pueden probarse porque son peligrosas o venenosas. Sus disoluciones acuosas conducen la corriente eléctrica. Desde el punto de vista de las propiedades ácido-básicas se clasifican en:

• Sales neutras como el cloruro de sodio (NaCl) y el nitrato de potasio, que no cambian el color del papel tornasol.

Sales ácidas, que forman disoluciones acuosas ácidas como en el caso del cloruro de aluminio (AlCl3); tornan el papel tornasol azul en rosado.

Sales básicas, que forman disoluciones acuosas básicas como el caso del bicarbonato de sodio (NaHCO3); tornan el papel tornasol rosado en azul.

Los cambios químicos y su representación

LAS REACCIONES QUÍMICAS

Las sustancias químicas existen en la naturaleza en diferentes formas, bien sea elementales o compuestas. Estas sustancias son capaces de sufrir cambios en su naturaleza al reaccionar con otras, y generar nuevas sustancias. Una reacción química es un proceso en el que una o varias sustancias se transforman en otra u otras con propiedades características diferentes. Por ejemplo, cuando una disolución de cloruro de sodio entra en contacto con una disolución de nitrato de plata se forma un precipitado bianco de cloruro de plata.

En toda reacción hay sustancias que reaccionan y sustancias que se forman.

• Las sustancias que reaccionan se denominan reaccionantes o reactivos. En el ejemplo dado, el cloruro de sodio y el nitrato de plata son las sustancias reaccionantes; ambas son sales con caracteristicas específicas.

• Las sustancias que se generan en una reacción se denominan productos o sustancias resultantes. En el ejemplo dado, el cloruro de plata es el producto, un precipitado de color blanco, diferente a las sales que le dieron origen.

Los cambios químicos alteran la estructura interna de las sustancias reaccionantes, lo cual no es visible ante nuestros ojos, pero que es necesario representar con una simbologia adecuada con el propósito de interpretar el fenómeno en un lenguaje escrito. La expresión escrita de una reacción química es una representación gráfica que se denomina ecuación química, en la que se colocan los simbolos o fórmulas de los reaccionantes y productos separándolos con una flecha dirigida hacia estos últimos. Las ecuaciones químicas se escriben en forma ajustada o balanceada con el fin de expresar el principio de la conservación de la materia. La ecuación química de la reacción dada como ejemplo es la siguiente:

¿Cómo reconocer cuándo ocurre un cambio químico?

Un cambio químico puede confundirse a veces con un simple cambio fisico, como cuando se coloca una pastilla de Alka-Seltzer en agua. La pastilla, que contiene bicarbonato de sodio, en realidad reacciona con el agua: se observa una efervescencia debido a la liberación de dióxido carbono, una nueva sustancia. Sin embargo, para muchas personas la pastilla simplemente se disuelve en agua, así como se disuelve el cloruro de sodio o sal de mesa en agua y forma agua salada. La diferencia es que en el primer caso ha ocurrido un cambio químico, mientras que en el segundo ha ocurrido un cambio físico.

Las reacciones químicas generan nuevas sustancias con propiedades fisicas diferentes a las primeras. Algunas evidencias de que ha ocurrido una reacción química son las siguientes:

• Formación de precipitado, como cuando se forma el cloruro de plata.

• Formación de un gas, como al reaccionar el Alka-Seltzer con agua.

• Cambio de color, como al oxidarse el hierro.

• Cambio de olor, como al podrirse una carne.

• Cambio de temperatura, como al raspar un fósforo con una superficie áspera.

Tipos de reacciones químicas

CLASIFICACION DE LAS REACCIONES

Las reacciones ocurren de diferentes formas: esto permite clasificarlas en su mayoría en cuatro tipos, de acuerdo con lo que le ocurre a reaccionantes y productos. A saber:

• Combinación: es un tipo de reacción en la que dos o más sustancias puras (elementos o compuestos) se unen para formar una sustancia compuesta, es decir, dos reactivos se combinan para formar un solo producto: también se denomina sintesis. Algunos ejemplos de este tipo de reacción son las reacciones de las sustancias elementales con el oxígeno para formar óxidos, y las reacciones de los óxidos con el agua para formar ácidos o bases. Por ejemplo, el magnesio se combina con el oxígeno para formar óxido de magnesio.

• Descomposición: es una reacción en la que una sustancia compuesta se descompone para dar origen a dos o más sustancias elementales o compuestas, es decir, un solo reactivo se descompone para formar dos o más sustancias. Algunas de estas reacciones son las que se dan por descomposición térmica o por électrólisis; éste es el caso del agua que se descompone electrolíticamente en hidrógeno y oxígeno, o el del carbonato de calcio, que se descompone térmicamente en óxido de calcio y dióxido de carbono.

• Desplazamiento: es una reacción en la que ocurre la sustitución o desplazamiento de un elemento que forma parte de un compuesto por otro. Estas reacciones se conocen también como desplazamiento sencillo. Algunas de estas reacciones son la sustitución de un metal por otro en un compuesto o el desplazamiento del hidrógeno de un ácido por un metal. El desplazamiento de un metal por otro depende de la actividad de éste, lo cual se puede determinar por su ubicación en la denominada "serie de actividades químicas". Por ejemplo, el zinc puede desplazar al cobre porque es mas activo que éste.

• Doble descomposición: llamada también doble desplazamiento, es un tipo de reacción en la que dos sustancias compuestas forman des nuevas sustancias intercambiando sus componentes. Algunos ejemplos son la reacción de ácidos y bases para producir sal y agua o la reacción entre dos sales para formar dos sales diferentes. Particularmente, el cloruro de sodio puede reaccionar con el nitrato de plata para formar nitrato de sodio y cloruro de plata, como se muestra a continuación, donde se puede observar el doble desplazamiento de los metales de estas sales:

Energía asociada a las reacciones químicas

TIPOS DE ENERGÍA EN LOS CAMBIOS QUÍMICOS

Al ocurrir una reacción química pueden producirse cambios relacionados con la absorción y liberación de energia en cualquiera de sus formas: térmica, eléctrica o lumínica. La rama de la química que se encarga de estudiar los cambios de energía asociados a las reacciones químicas se denomina termodinámica.

Energía térmica en los cambios químicos

Algunas reacciones liberan o consumen energía térmica o calor. Éstas se clasifican como reacciones exotérmicas o endotérmicas.

• Una reacción exotérmica es aqueIla que desprende calor al medio, de modo que ocurre un aumento de temperatura a su alrededor. Esto se puede evidenciar al tocar el recipiente donde ocurre la reacción. La mayoría de las reacciones químicas son exotérmicas, particularmente las reacciones de combustión.

• Una reacción endotérmica es aque Ila que absorbe calor del medio, por lo que ocurre un descenso de la temperatura a su alrededor. Este tipo de reacción, por lo general, requiere el suministro de energía térmica para que pueda ocurrir.

Las reacciones endotérmicas son poco comunes. Algunos ejemplos son la descomposición térmica del clorato de potasio (KCIO3) y del monóxido de mercurio (HgO).