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1.3 BALANCEO DE ECUACIONES QUIMICAS

Para manifestar un cambio en la materia, se utiliza una ecuación química, es decir, la forma que representa cómo se altera la naturaleza de los elementos o cómo reacciona uno al contacto con otros. Si deseamos comprender estas alteraciones, debemos ser capaces de equilibrar o balancear las ecuaciones químicas. (QUIMICA1)

El balanceo de las ecuaciones químicas, consiste en establecer la cantidad de sustancias que intervienen en una reacción química para que correspondan con la cantidad de sustancias producidas, es decir, que los elementos que reaccionan en el primer miembro de la ecuación son los mismos que quedan después de la reacción en el segundo miembro de la ecuación. (ejemplode.com, 2016)

1.3.1 Por tanteo

Ejemplo de balanceo por tanteo de neutralización del sulfato de sodio con el ácido clorhídrico:

1.       Tomamos en consideración los radicales de las sustancias que reaccionan, así como las que se producen. Veamos las siguiente reacción de neutralización del sulfato de sodio con el ácido clorhídrico:

Na₂SO₃ + HCl -- > NaCl + H₂O + SO₂

Como podemos ver, tenemos del lado izquierdo de la ecuación las sustancias reaccionantes: sulfato de sodio (Na₂SO₃) y ácido clorhídrico (HCl). Del lado derecho, tenemos los productos de la reacción: Cloruro de sodio o sal común (NaCl), Agua (H₂O) y óxido de azúfre (SO₂).

Podemos ver en esta ecuación las sustancias que reaccionan y las que se producen, con sus respectivas fórmulas. Sin embargo, para saber si esta ecuación está balanceada, debemos contar el número de átomos de uno y otro lado; si el total es el mismo de ambos lados entonces consideramos que la ecuación está balanceada. Así tenemos:

2 + 1 + 3 + 1+ 1 -- > 1 + 1 + 2 + 1 + 1 + 2

Na₂SO₃ + HCl -- > NaCl + H₂O + SO₂

Como podemos ver, el número de átomos en el primer miembro de la ecuación es menor que el segundo, por lo que la ecuación está desbalanceada.

2.       Comenzaremos por identificar el número de átomos de cada elemento en ambos lados de la ecuación:

Lado izquierdo: Na = 2; S = 1; O = 3; H = 1; Cl = 1

Lado derecho :  Na = 1; S = 1; O = 3; H = 2; Cl = 1

Así tenemos que del lado derecho de nuestra ecuación nos falta un átomo de sodio, mientras que sobra un átomo de hidrógeno.

3.       Para balancear una ecuación al tanteo, tenemos que seguir las siguientes reglas:

a.        No agregaremos elementos que no pertenezcan a la ecuación.

b.       No modificaremos los radicales de los elementos de la ecuación, es decir, si de un lado el hidrógeno tiene un radical 2, debe seguir con el radical 2.

c.        Sí podemos expresar al aumento de átomos agregando el número de átomos de alguno de los compuestos de la mezcla. Así, si queremos expresar que hay 4 átomos de ácido clorhídrico, escribiremos 4HCl.

d.       Es conveniente comenzar el balanceo por los elementos que sólo aparecen una vez en cada miembro, dejando al último los que aparecen más de una vez, si es necesario.

e.       El hidrógeno y el oxígeno son de los últimos elementos a considerar para el balanceo.

4.       No tenemos un lugar definido para comenzar nuestro balanceo, así que podemos comenzar por cualquiera de los miembros de la ecuación. Comenzaremos con los átomos de sodio. Como vemos, en el primer miembro hay dos átomos de sodio para reaccionar en la molécula de sulfato de sodio, mientras que del lado derecho, en la sustancia producida, el cloruro de sodio, sólo hay un átomo de sodio. Esto significa que para equilibrar el sodio y que haya dos átomos en el resultado, debe haber dos moléculas de cloruro de sodio en el lado derecho de la reacción. Así tendríamos:

2 + 1 + 3 + 1+ 1 -- > 2 +2 + 2 + 1 + 1 + 2

Na₂SO₃ + HCl -- > 2NaCl + H₂O + SO₂

5.       Como vemos, ya tenemos la misma cantidad de átomos de sodio. Pero nuestra ecuación sigue desequilibrada. En efecto, ahora tenemos:

Lado izquierdo: Na = 2; S = 1; O = 3; H = 1; Cl = 1

Lado derecho :  Na = 2; S = 1; O = 3; H = 2; Cl = 2

6.       Ahora tenemos dos átomos de cloro en el resultado y sólo uno en los reactivos. Si consideramos que el resultado de la reacción produce dos átomos de sal, y sólo hay un átomo de cloro en la molécula que reacciona, significa que ahora debemos considerar que actúan dos moléculas del compuesto que contiene el cloro, o sea, dos moléculas de ácido clorhídrico. Para comprobar si nuestra suposición es cierta, agregamos a nuestra fórmula la indicación de que están reaccionando dos átomos de HCl y volvemos a contar los átomos:

2 + 1 + 3 + 2 + 2 -- > 2 +2 + 2 + 1 + 1 + 2

Na₂SO₃ + 2HCl -- > 2NaCl + H₂O + SO₂

7.       Ahora ya tenemos el mismo número de átomos reaccionando de uno y otro lado de la ecucación. Finalmente revisamos que en ambos lados exista el mismo número de átomos de cada elemento:

Lado izquierdo: Na = 2; S = 1; O = 3; H = 2; Cl = 2

Lado derecho :  Na = 2; S = 1; O = 3; H = 2; Cl = 2

Tenemos el mismo número de átomos de cada elemento en ambos lados de la ecuación, lo que significa que nuestra fórmula está correctamente balanceada. También podemos apreciar que al comenzar a balancear por los elementos que sólo aparecen una vez, otros átomos, en este caso el hidrógeno, cambia sus valores dependiendo de la molécula en la que se encuentra combinado y la cantidad de moléculas que actúan en la ecuación, equilibrándose también junto con el resto de elementos.

1.3.2 Por algebraico

Ejemplo de balanceo por método algebraico

1. Escribir la ecuación de forma correcta. Ca3(PO4)2+ SiO2+ C → CaSiO3+ P4

+ CO2. Si la ecuación tiene paréntesis se eliminan. Ca3P2O8+ SiO2+ C → CaSiO3+ P4+ CO3.

Asignar de forma arbitraria una literal a cada formula, generalmente se usan las primeras letras del alfabeto (mayúsculas, es decir, A, B, C, D, etc.). Ca3P2O8+ SiO2+ C → CaSiO3+ P4+ COA+B+C→D+E+F

4. Se plantea una ecuación por cada uno de los elementos presentes en la ecuación, se realiza poniendo tantas veces la literal como cantidad del elemento en cuestión. La flecha de reacción se cambia a singo =

Para el Ca 3A = D …………………… (Ecuación 1)

Para el P 2A = 4E …………………… (Ecuación 2)

Para el O 8A + 2B = 3D + F …………………… (Ecuación 3)

Para el Si B = D …………………… (Ecuación 4)

Para el C C = F …………………… (Ecuación 5)

5. Asignar un valor a la literal que aparezca en la mayoría de las ecuaciones (el que unoquiera).

A = 2

6. Sustituir ese valor, en las otras ecuaciones iniciando por la más sencilla. Con este procesose determinan los valores de las otras literales

.En la ecuación 1,tenemos, 3(2) = D;D=6

 En la ecuación 2,tenemos, 2(2) = 4E; 4 = 4E;E=1

 En la ecuación 3,tenemos, 8(2) + 2(6) = 3(6) + F; 16 + 12 = 18 + F; 16 + 12 – 18 = F; F=10

 En la ecuación 4,tenemos, B = (6);B=6

 En la ecuación 5,tenemos, C = (10);C=10

 A=2, B=6, C=10, D=6, E=1, F=107.

 Se toman los valores obtenidos y se traspasan a la ecuación: 2Ca3P2O8+ 6SiO2+ 10C → 6CaSiO3+4+ 10CO

 

 8. Si se tienen que disminuir los valores, y si no se puede ya, ya no hacer nada.9. Si la ecuación se tuvo que hacer eliminando paréntesis, se tienen que volver a restablecer: 2Ca3(PO4)2+ 6SiO2+ 10C → 6CaSiO3+ P4+ 10CO10.

Verificar si los resultados coincidieron con la ecuación obtenida. (Alvarez)

1.3.3 Por redox

La oxidación se refiere a:     

• La ganancia de oxígeno por parte de una molécula
• La pérdida de hidrógeno en una molécula
• La pérdida de electrones que sufre un átomo o grupo de átomos
• Aumentando en consecuencia su número de oxidación

La reducción se refiere a:    

• La pérdida de oxígeno por parte de una molécula
• La ganancia de hidrógeno en una molécula
• La ganancia de electrones que sufre un átomo o grupo de átomos
• Disminución o reducción en su número de oxidación

Los procesos de oxidación y reducción suceden simultáneamente y nunca de manera aislada, por lo que se denominan reacciones redox.

Ejemplo de balanceo por método redox

Paso 1. Asignar el número de oxidación de todos los elementos presentes en la reacción y reconocer los elementos que se oxidan y reducen.

Nota: Todo elemento libre tiene número de oxidación cero.

• Por ejemplo:       Cu ⁰    +   H¹⁺N⁵⁺ O₃^2-    →     Cu²⁺(N⁵⁺O₃^2- )₂    +   H₂¹⁺ O^2-   +   N²⁺O^2-

Paso 2. Escribir las semirreacciones de oxidación y reducción con los electrones de intercambio.

                Cu ⁰   →   Cu²⁺  +   2e^-                                     semirreacción de oxidación

   N⁵⁺   +   3e^-    →     N²⁺                                                semirreacción de reducción

Paso 3. Balancear el número de átomos en ambos lados de las semirreacciones. En este caso están balanceados:

Cu 0	→	Cu2+   +   2e-
N5+   +   3e-	→	N2+

Paso 4.  Igualar el número de electrones ganados y cedidos: 

3[Cu0	→	Cu2+   +   2e-]
2[N5+   +   3e-	→	N2+]

3Cu0	→	3Cu2+   +   6e-]
2N5+   +   6e-	→	2N2+

Nota: El número de electrones ganados debe ser igual al número de electrones cedidos.

Paso 4. Colocar los coeficientes encontrados en la ecuación original donde se verificó el cambio del número de oxidación:

 Cu ⁰    +  HNO₃     →   3Cu(NO₃)₂       +   H₂O   +  2NO

Paso 5. Completar el balanceo ajustando el número de átomos en ambos lados de la reacción:

3Cu⁰    +  8HNO₃     →   3Cu(NO₃)₂      +   4H₂O   +  2NO

(prepa8.unam.mx)

 1.4 Factores que afectan la velocidad de reacción

La velocidad de las reacciones depende de las diferentes naturalezas de las sustancias que intervienen. Por ejemplo, el hierro se oxida por que entra en contacto con el aire muy lentamente, pero de manera más rápida que la del plomo. En cambio, el sodio metálico reacciona de manera violenta con el agua, y el calcio sin embargo, lo reacciona de manera bastante lenta. Como vemos cada sustancia tiene su particular comportamiento.

La velocidad de reacción depende también de las características químicas de las diferentes sustancias que participan del proceso de la reacción, así como también de su estado físico, concentración de reactivos, temperatura e incluso de la presencia o no de catalizadores.

Entre otros.

1.4.1 Factores que afectan la velocidad de reaccion

• El estado físico: el estado físico de los reactivos condicionará la velocidad de las reacciones. Bastantes reacciones tienen lugar en estado gaseoso preferentemente, o también en disolución, pues así las moléculas poseen mayor libertad de movimiento y se ponen de manera más sencilla en contacto con otras. Por lo general, las reacciones químicas que tienen lugar en disolución donde participan iones, como por ejemplo, las reacciones de precipitaciones o las de neutralización entre ácidos y bases, suelen ser bastante más rápidas que las reacciones en las cuales debe romperse un enlace químico de tipo covalente. En las reacciones heterogéneas, la velocidad de reacción es dependiente de la superficie de contacto entre las dos fases, siendo mayor cuando mayor sea el estado de división. De esta manera, un fragmento compacto de madera o de otra sustancia, como el carbón, arderá de manera más lenta que si se encontrara pulverizado, así el contacto del oxígeno que se encuentra en el aire, con los combustibles será mucho mayor, pudiendo incluso el carbón hecho polvo, llegar a arder con una velocidad altamente explosiva. Así también, el cinc en polvo reacciona con ácidos, como el ácido clorhídrico de manera más rápida, que si éste estuviese en virutas.
• concentración de los reactivos. Se puede comprobar científicamente que la velocidad crece cuando lo hacen las concentraciones de las especies reaccionantes. Por lo general, en la mayoría de las reacciones, la velocidad es dependiente de la concentración que haya de los reactivos, sin embargo, existen casos en los que la velocidad de reacción depende de las concentraciones de cada especie que no aparecen en la ecuación estequiométrica de la reacción problema. Eso es debido, a que el mecanismo por el cual tienen lugar dichas reacciones, es decir, la forma como los reactivos se transforman en productos, tiene lugar de una manera compleja. Por lo cual, la comprobación científica de la velocidad de reacción proporcionará una información de utilidad para poder conocer el mecanismo de la reacción.
• La temperatura suele afectar de una manera bastante notable a la velocidad de las reacciones químicas. Por lo general, un aumento de la temperatura condiciona un aumento de la velocidad de la reacción. Cuando las temperaturas están próximas a la temperatura que hay en el ambiente, un aumento de 10ºC multiplicaría la velocidad de la reacción por dos. En algunas reacciones de tipo biológicas, este factor podría tener una diferencia mucho mayor.

·         catalizadores. Un catalizador, es una sustancia que aumenta la velocidad de una reacción química, participando en la misma reacción pero sin consumirse, por lo tanto, la cantidad de catalizadores que hay, es mínima, tanto al principio, como al final del proceso. Los catalizadores no afectan al estado del equilibrio de un sistema química, pues únicamente aumenta la velocidad con la que se llega al estado de equilibrio. Por otro lado, los catalizadores son específicos de cada reacción, es decir, que un mismo catalizador no puede causar el mismo efecto para todo tipo de reacciones.

(Méndez, 2010)

·         La presión, por su parte, también incide en la velocidad de reacción. Así, la velocidad de las reacciones de gaseosos aumenta notoriamente con la presión, que prácticamente es lo mismo a aumentar la concentración del gas. (DefinicionABC)

Bibliografía

Alvarez, G. A. (s.f.). https://es.scribd.com. Obtenido de https://es.scribd.com: https://es.scribd.com/doc/45899731/Balanceo-de-ecuaciones-metodo-algebraico

DefinicionABC. (s.f.). http://www.definicionabc.com. Obtenido de http://www.definicionabc.com: http://www.definicionabc.com/ciencia/velocidad-de-reaccion.php

ejemplode.com, R. (2016). http://www.ejemplode.com. Obtenido de http://www.ejemplode.com: http://www.ejemplode.com/38-quimica/3946-ejemplo_de_balanceo_de_ecuaciones_por_tanteo.html

Méndez, Á. (14 de Septiembre de 2010). http://quimica.laguia2000.com. Obtenido de http://quimica.laguia2000.com: http://quimica.laguia2000.com/reacciones-quimicas/factores-que-afectan-a-la-velocidad-de-reaccion

prepa8.unam.mx. (s.f.). http://prepa8.unam.mx. Obtenido de http://prepa8.unam.mx: http://prepa8.unam.mx/academia/colegios/quimica/infocab/unidad121.html

QUIMICA1. (s.f.). http://portalacademico.cch.unam.mx. Obtenido de http://portalacademico.cch.unam.mx: http://portalacademico.cch.unam.mx/alumno/aprende/quimica1/balanceoecuaciones

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