Química 10.º

Tipos de reacciones

50 min · DBA 3

Lo que vas a aprender
  • Reconocer en una ecuación dada si la reacción es de síntesis, descomposición, desplazamiento simple, doble desplazamiento o combustión, por la forma de reactivos y productos.
  • Identificar la neutralización y la precipitación como casos de doble desplazamiento y decir qué las distingue.
  • Comprobar el balanceo de ecuaciones de cada tipo y completar sus coeficientes.

Para qué

¿Para qué sirve esto?

Hay millones de reacciones químicas, pero muchas se parecen. Igual que en biología se agrupan los seres vivos para estudiarlos, en química se agrupan las reacciones por la forma de su ecuación: cuántos reactivos hay, cuántos productos y quién se une con quién. Si reconoces la forma, puedes predecir los productos de una reacción que no has visto nunca, y saber qué buscar en el laboratorio: un gas, un sólido que aparece o una disolución que deja de ser ácida.

Antes de empezar necesitas saber balancear por tanteo y reconocer las familias de compuestos de la unidad anterior: óxidos, hidróxidos, ácidos y sales.

Explicación

Cuatro formas básicas

Para ver la forma, usa letras en lugar de fórmulas: A y B son elementos o grupos, y AB es un compuesto formado por ellos.

Síntesis o combinación: A + B → AB. Dos o más reactivos se unen en un solo producto. Así se forman el amoníaco a partir de nitrógeno e hidrógeno, un hidróxido a partir de un óxido básico y agua, o un oxácido a partir de un óxido ácido y agua, como viste en la unidad de nomenclatura.

Descomposición: AB → A + B. Es la inversa: un solo reactivo se separa en dos o más productos. Muchas veces hay que darle energía, por ejemplo calor (Δ) o corriente eléctrica. El carbonato de calcio que se calienta y da óxido de calcio y dióxido de carbono es una descomposición.

Desplazamiento simple: A + BC → AC + B. Un elemento libre reacciona con un compuesto, toma el lugar de uno de sus elementos y lo deja libre. Un metal desplaza a otro metal de su sal, o desplaza al hidrógeno de un ácido. La señal para reconocerla: a cada lado hay un elemento solo y un compuesto.

Doble desplazamiento: AB + CD → AD + CB. Dos compuestos intercambian sus compañeros: la parte positiva de uno se une con la parte negativa del otro. Suele ocurrir entre sustancias disueltas en agua. Para que la reacción se note, uno de los productos tiene que «salirse» de la disolución: un sólido, un gas o agua.

Dos casos de doble desplazamiento con nombre propio

Neutralización: ácido + hidróxido → sal + agua. El H⁺ del ácido se une con el OH⁻ del hidróxido y forma agua; las partes que sobran forman una sal. Es un doble desplazamiento, pero tiene nombre propio porque el ácido y la base se anulan entre sí. Ya la usaste en la lección de sales.

Precipitación. Se mezclan dos disoluciones y aparece un sólido que se va al fondo: el precipitado, que en la ecuación se marca con (s). El intercambio de compañeros juntó dos iones que forman una sal que no se disuelve en agua. El cloruro de plata, AgCl, y el sulfato de bario, BaSO₄, son precipitados típicos.

Combustión

Combustión: combustible + O₂ → productos de oxidación. Una sustancia reacciona rápidamente con oxígeno y libera energía como calor y luz. Cuando el combustible es un hidrocarburo (solo carbono e hidrógeno) y hay suficiente oxígeno, la combustión es completa y los productos son siempre CO₂ y H₂O. Para balancearla, ajusta el carbono, después el hidrógeno y el oxígeno al final.

Una reacción puede tener dos nombres

Las clases no son cajones cerrados. Una neutralización es también un doble desplazamiento. La combustión del carbono, que da CO₂, es al mismo tiempo una síntesis. Además, todos los desplazamientos simples, todas las combustiones y muchas síntesis y descomposiciones son reacciones de óxido-reducción: en ellas unos átomos pierden electrones y otros los ganan. Ese criterio, que mira los electrones y no la forma, es el tema de la próxima lección.

Para clasificar, mira la ecuación en este orden:

  1. ¿Uno de los reactivos es O₂ y los productos son óxidos, como CO₂ y H₂O? Combustión.
  2. ¿Hay un solo producto? Síntesis. ¿Hay un solo reactivo? Descomposición.
  3. ¿Hay un elemento libre a cada lado? Desplazamiento simple.
  4. ¿Dos compuestos que intercambian compañeros? Doble desplazamiento; y si son un ácido y un hidróxido, neutralización; si sale un sólido, precipitación.

Ejemplo resuelto

Síntesis y descomposición

Comprueba el balanceo y clasifica N₂ + 3H₂ → 2NH₃, CaO + H₂O → Ca(OH)₂, 2HgO → 2Hg + O₂ y CaCO₃ → CaO + CO₂.

Ver la solución paso a paso
  1. Dos reactivos y un solo producto: síntesis.

    $$\mathrm{N_{2} + 3H_{2} \rightarrow 2NH_{3}}$$

  2. Un óxido básico con agua forma un hidróxido, un solo producto: síntesis.

    $$\mathrm{CaO + H_{2}O \rightarrow Ca(OH)_{2}}$$

  3. Un solo reactivo que se separa en dos sustancias: descomposición.

    $$\mathrm{2HgO \rightarrow 2Hg + O_{2}}$$

  4. Un solo reactivo, dos productos: descomposición. Comprobamos también que los oxígenos cuadran, uno en el CaO y dos en el CO₂:

    $$\text{átomos de O en }\mathrm{CaCO_{3}} = \text{átomos de O en }\mathrm{CaO} + \text{átomos de O en }\mathrm{CO_{2}}$$

  5. Y el balanceo completo:

    $$\mathrm{CaCO_{3} \rightarrow CaO + CO_{2}}$$

Respuesta: Las dos primeras son síntesis y las dos últimas, descomposiciones. Las cuatro están balanceadas.

Ejemplo resuelto

Desplazamiento simple

Comprueba el balanceo de Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂, Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu y Cu + 2AgNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2Ag, y di qué elemento desplaza a cuál.

Ver la solución paso a paso
  1. El zinc toma el lugar del hidrógeno del ácido y queda H₂ libre:

    $$\mathrm{Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_{2} + H_{2}}$$

  2. El hierro toma el lugar del cobre en el sulfato; el cobre queda libre:

    $$\mathrm{Fe + CuSO_{4} \rightarrow FeSO_{4} + Cu}$$

  3. El cobre desplaza a la plata. Como el Cu(NO₃)₂ lleva dos nitratos, hacen falta 2AgNO₃ y salen 2Ag. Los oxígenos:

    $$2 \cdot \text{átomos de O en }\mathrm{AgNO_{3}} = \text{átomos de O en }\mathrm{Cu(NO_{3})_{2}}$$

  4. Y el balanceo completo:

    $$\mathrm{Cu + 2AgNO_{3} \rightarrow Cu(NO_{3})_{2} + 2Ag}$$

Respuesta: Las tres están balanceadas. El Zn desplaza al H, el Fe al Cu y el Cu a la Ag: en cada lado hay un elemento libre y un compuesto.

Ejemplo resuelto

Doble desplazamiento, neutralización y precipitación

Comprueba el balanceo y clasifica HCl + NaOH → NaCl + H₂O, H₂SO₄ + 2KOH → K₂SO₄ + 2H₂O, AgNO₃ + NaCl → AgCl(s) + NaNO₃ y BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄(s) + 2NaCl.

Ver la solución paso a paso
  1. Un ácido y un hidróxido dan una sal y agua: neutralización.

    $$\mathrm{HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_{2}O}$$

  2. Otra neutralización. El ácido trae dos H⁺, así que hacen falta dos OH⁻: 2KOH y 2H₂O.

    $$\mathrm{H_{2}SO_{4} + 2KOH \rightarrow K_{2}SO_{4} + 2H_{2}O}$$

  3. Dos sales intercambian compañeros: la plata queda con el cloruro y el sodio con el nitrato. Se forma un sólido, el AgCl: precipitación.

    $$\mathrm{AgNO_{3} + NaCl \rightarrow AgCl + NaNO_{3}}$$

  4. El bario queda con el sulfato y forma el sólido BaSO₄: precipitación. Los dos sodios del Na₂SO₄ piden 2NaCl:

    $$\text{átomos de Na en }\mathrm{Na_{2}SO_{4}} = 2 \cdot \text{átomos de Na en }\mathrm{NaCl}$$

  5. Y el balanceo completo:

    $$\mathrm{BaCl_{2} + Na_{2}SO_{4} \rightarrow BaSO_{4} + 2NaCl}$$

Respuesta: Las cuatro son de doble desplazamiento: las dos primeras son neutralizaciones y las dos últimas, precipitaciones. Todas están balanceadas.

Ejemplo resuelto

Combustión completa

Comprueba el balanceo de la combustión del metano, CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O, y la del propano, C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O.

Ver la solución paso a paso
  1. En el metano, los oxígenos de la derecha son dos del CO₂ y uno en cada agua: cuatro, los de las dos moléculas de O₂.

    $$\text{átomos de O en }\mathrm{CO_{2}} + 2 \cdot \text{átomos de O en }\mathrm{H_{2}O} = 2 \cdot \text{átomos de O en }\mathrm{O_{2}}$$

  2. El balanceo completo del metano:

    $$\mathrm{CH_{4} + 2O_{2} \rightarrow CO_{2} + 2H_{2}O}$$

  3. En el propano, tres carbonos dan 3CO₂ y ocho hidrógenos dan 4H₂O. Los oxígenos de la derecha son seis más cuatro, los de cinco moléculas de O₂:

    $$3 \cdot \text{átomos de O en }\mathrm{CO_{2}} + 4 \cdot \text{átomos de O en }\mathrm{H_{2}O} = 5 \cdot \text{átomos de O en }\mathrm{O_{2}}$$

  4. El balanceo completo del propano:

    $$\mathrm{C_{3}H_{8} + 5O_{2} \rightarrow 3CO_{2} + 4H_{2}O}$$

Respuesta: Las dos están balanceadas. Son combustiones completas: un hidrocarburo con O₂ da CO₂ y H₂O.

Práctica

¿Qué patrón sigue?Zn+2 HClZnCl₂+H₂A + B → ABAB → A + BA + BC → AC + BAB + CD → AD + CBCombustiónSin resolver: la escena lo corrige con «Comprobar».

Mira qué se separa y qué se une, y elige la forma de la reacción del zinc con el ácido clorhídrico: un elemento solo, el zinc, toma el lugar del hidrógeno en el compuesto.

¿Verdadero o falso? Esta descomposición del clorato de potasio está balanceada: $\mathrm{2KClO_{3} \rightarrow 2KCl + 3O_{2}}$

¿Verdadero o falso? Este desplazamiento simple está balanceado: $\mathrm{Zn + HCl \rightarrow ZnCl_{2} + H_{2}}$

¿Verdadero o falso? Esta combustión está balanceada: $\mathrm{C_{3}H_{8} + O_{2} \rightarrow CO_{2} + H_{2}O}$

En la síntesis N₂ + 3H₂ → ? NH₃, ¿qué coeficiente lleva el amoníaco?

En la precipitación BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄ + ? NaCl, ¿qué coeficiente va en lugar del signo de interrogación?

En la neutralización H₃PO₄ + 3NaOH → Na₃PO₄ + ? H₂O, ¿qué coeficiente lleva el agua?

En la combustión del propano, C₃H₈ + 5O₂ → ? CO₂ + 4H₂O, los oxígenos del O₂ terminan en el CO₂ y en el agua. ¿Qué coeficiente lleva el CO₂?

En el doble desplazamiento AgNO₃ + NaCl → AgCl + NaNO₃, ¿cuántos átomos de oxígeno hay del lado de los productos?

Al mezclar una disolución de AgNO₃ con una de NaCl ocurre AgNO₃ + NaCl → AgCl(s) + NaNO₃. ¿Por qué se clasifica como precipitación?

La neutralización HCl + NaOH → NaCl + H₂O también es un doble desplazamiento. ¿Qué la hace un caso especial?

Reto

Síntesis, descomposición o desplazamiento simple.

Cuenta los reactivos y los productos. ¿Hay un solo producto, un solo reactivo o un elemento libre a cada lado?

Reto

Neutralización, precipitación o combustión.

¿Reaccionan un ácido y un hidróxido? ¿Sale un sólido (s)? ¿Un combustible reacciona con O₂?

Reto

Une cada forma de ecuación con su nombre.

A, B, C y D son elementos o grupos de átomos.

Cierre

En resumen

  • Síntesis: varios reactivos forman un solo producto. Descomposición: un solo reactivo se separa en varios productos.

  • Desplazamiento simple: un elemento libre toma el lugar de otro en un compuesto; a cada lado hay un elemento solo y un compuesto.

  • Doble desplazamiento: dos compuestos intercambian compañeros. La neutralización (ácido + hidróxido → sal + agua) y la precipitación (se forma un sólido) son casos de este tipo.

  • Combustión: un combustible reacciona con O₂; si es un hidrocarburo y la combustión es completa, los productos son CO₂ y H₂O.

  • Una misma reacción puede tener dos nombres, y muchas son también de óxido-reducción.

Vocabulario

Síntesis

Reacción en la que dos o más sustancias se combinan y forman un solo producto.

Descomposición

Reacción en la que una sola sustancia se separa en dos o más sustancias más sencillas.

Desplazamiento simple

Reacción en la que un elemento toma el lugar de otro dentro de un compuesto y lo deja libre.

Doble desplazamiento

Reacción entre dos compuestos que intercambian sus partes positivas y negativas.

Precipitado

Sólido que se forma al mezclar dos disoluciones y que se separa del líquido.

Combustión

Reacción rápida de una sustancia con el oxígeno que desprende energía; la de un hidrocarburo, cuando es completa, da dióxido de carbono y agua.

Guía para el docente

Tiempos

Preguntas para el salón

Errores típicos

Tarea sugerida

Para cada tipo de reacción de la lección, buscar en la lección una ecuación, comprobar su balanceo contando átomos y explicar en una frase qué señal de la ecuación permite clasificarla.