Reacciones químicas. Características, representación y clasificación

Las reacciones químicas son interacciones entre dos o más sustancias (átomos o moléculas), que dan origen a otras sustancias totalmente diferentes. En otras palabras, las reacciones químicas son cambios químicos.

El estudio de las reacciones hace parte de la cinética química, cuyos principios fueron establecidos por Jacobus Henricus Van’t Hoff.

Características de las reacciones químicas

Las características de las reacciones químicas son:

  • Durante una reacción química hay reacomodación de los átomos participantes, mediante el rompimiento de algunos enlaces y la formación de otros nuevos.
  • Cumplen la ley de la conservación de la materia. En consecuencia, la cantidad de átomos es la misma antes, durante y después de la reacción.
  • Los átomos son los mismos durante todo el proceso. Es decir, no se crean, se trasforman ni se destruyen. Excepto en procesos nucleares de fusión o fisión. Las reacciones “normales” afectan, principalmente, a las capas de valencia de los átomos.
  • Las reacciones químicas también cumplen la ley de conservación de la energía. La cantidad de energía de activación, más la energía en los reactivos, es igual a la energía en los productos más la energía liberada. En conclusión, las reacciones químicas son procesos termodinámicos.

Componentes de una reacción química

Los componentes de una reacción química son los reactivos, los productos y el catalizador cuando es necesario. Los reactivos o reactantes, son las sustancias iniciales. Los productos son las sustancias finales. Las que se forman durante el proceso. El catalizador es una sustancia o forma de energía específica, cuya función es disminuir la energía de activación necesaria y, además, no se gasta en la reacción. No siempre se requiere un catalizador.

Representación de las reacciones químicas

Para representar una reacción, los reactantes se escriben al lado izquierdo separados por el signo de suma (+); los productos van al lado derecho deparados, también, por el signo más (+). En medio de reactivos y productos se dibuja una flecha que, por lo general, indica la dirección más probable de la reacción. Las reacciones reversibles tienen dos flechas. Una hacia la derecha sobre otra hacia la izquierda. Sobre la flecha se indican los catalizadores (figura 1).

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Figura 1. Componentes de una reacción química.

Clasificación de las reacciones químicas

Las reacciones químicas se clasifican de acuerdo con la reacomodación de los átomos (Tabla 1) o de acuerdo con la energía que absorben o liberan.

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Reacciones endotérmicas

Las reacciones endotérmicas son aquellas que requieren gran cantidad de energía de activación para llevarse a cabo. La energía de activación, es la mínima cantidad de energía necesaria para desencadenar una reacción química. Por ejemplo, en la cocción de los alimentos se consume energía para transformar las sustancias orgánicas que los componen y facilitar así, la digestión al consumirlos. Es decir, parte de la energía suministrada se usa para romper enlaces. Se espera que este tipo de reacciones no ocurra espontáneamente.

Reacciones exotérmicas

Las reacciones exotérmicas son aquellas que requieren baja energía de activación y en cambio liberan mayor cantidad de energía durante el proceso. La combustión, por ejemplo, es exotérmica porque la pequeña cantidad de energía en un cerillo o en una chispa eléctrica, puede ser suficiente para desencadenar la reacción de un combustible, liberando gran cantidad de energía. Estas reacciones ocurren de manera casi espontánea.

La figura 2 muestra la energía de activación en los tipos de reacciones.

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Figura 2. Energía de activación en reacciones endotérmicas y exotérmicas.

¿Qué factores afectan la velocidad de una reacción?

Los factores que afectan la velocidad de una reacción son:

  • Pureza de los reactivos. Ciertamente, mientras mayor sea la pureza de los reactivos, mayor es la velocidad de la reacción.
  • Estado de los reactivos. Pocas veces, las reacciones ocurren en estado sólido y si ocurren lo hacen de manera muy lenta. Piense en el proceso de oxidación de una estructura metálica, por ejemplo. La mayoría de las reacciones ocurren en estado líquido o gaseoso.
  • Concentración. Las reacciones que ocurren en solución, por ejemplo, se desarrollan más rápidamente, si dichas soluciones contienen los reactivos en mayores concentraciones.
  • Temperatura. La mayoría de las reacciones se desarrollan mejor a temperaturas altas que a temperaturas bajas.
  • Presión. La presión es particularmente importante en reacciones que se desarrollan en estado gaseoso. El aumento de la presión favorece la reacción en la dirección de menor volumen. Por ejemplo la reacción
\[3H_{2}+N_{2}\longrightarrow2NH_{3}\]

indica que participan 4 volúmenes de reactivos (3 de hidrógeno y uno de nitrógeno), para formar 2 volúmenes de amoniaco. En consecuencia, el aumento de la presión sobre esta reacción, favorece la formación de amoniaco.

  • Catalizadores. Como se escribió más arriba, un catalizador disminuye la energía de activación necesaria para que se desarrolle una reacción. Un catalizador ni reacciona ni se gasta en el proceso. Los catalizadores pueden ser sustancias o ciertas formas de energía. La luz ultravioleta, por ejemplo, es usada como catalizador en muchos procesos de química orgánica.

¿Cómo se manifiestan las reacciones químicas?

Las reacciones químicas se manifiestan de diferentes maneras: por aumento de temperatura en el recipiente donde se producen; por emisión de luz; mediante formación de precipitados sólidos; por formación de burbujas de gas; por cambios de color y por combustión o explosión.

Taller de lectura

  1. ¿Qué es una reacción química?
  2. Escriba las características de las reacciones químicas.
  3. Copie, la descripción, la figura 1 que muestra los componentes de una reacción.
  4. Copie la tabla 1 con la clasificación de las reacciones químicas.
  5. Escriba las definiciones de las reacciones endotérmicas y exotérmicas.
  6. ¿A qué se llama energía de activación?
  7. Copie, con la descripción, la figura 2.
  8. Escriba los 6 factores que afectan la velocidad de una reacción.
  9. ¿Qué es un catalizador?
  10. Desarrolle el siguiente ejercicio:
  11. Copie una de las reacciones anteriores y señale los reactivos y productos.