(Ciencias de Joseleg)(Química)(Lenguaje químico)(Reacciones químicas)(Ejercicios resueltos)(Introducción)(Cambios químicos y físicos)(Las reacciones químicas)(Historia)(Ecuaciones químicas)(Patrones de reactividad)(Reacciones redox)(Otros tipos de reacciones químicas)(Referencias bibliográficas)(Versión documento Word)
Tipos de reacciones por flujo de energía
Cuando observamos ciertas reacciones químicas, podemos
comprobar que no solo hay una transformación en la naturaleza química de la
especie reactante, también hay un cambio energético. Por ejemplo, reacciones
como la del gas del cloro y el sodio metálico son evidentemente explosivas, y
no falta ser un genio para señalar que liberan grandes cantidades de energía.
Otras reacciones como la electrolisis del agua, para producir gas de oxígeno y
de hidrógeno requiere invertir una gran cantidad de energía, en este caso se da
una absorción energética.
De esto podemos
desprender una clasificación de las reacciones en torno a sus necesidades
energéticas. Las reacciones exergónicas son aquellas que liberan energía, ya sea en
forma de luz, calor, electricidad o combinaciones de las anteriores y otras
más. Las reacciones endergónicas son aquellas que absorben energía, ya sea calor, electricidad o
luz.
A parte de esto, si
tomamos las leyes cero y segunda de la termodinámica podemos decir que, dado
que la energía tiende a dispersarse con el tiempo, y que las reacciones
exergónicas hacen precisamente eso, podemos concluir que las reacciones
exergónicas tenderán a ser espontáneas, se producen naturalmente con más
facilidad ya que tienen a cumplir con más fluidez las leyes cero y segunda de
la termodinámica. Las reacciones endergónicas por otra parte, tienden a
acumular energía, y aunque generalmente no son imposibles, si requieren de
ciertas condiciones para darse, en especial se requiere un donante de energía
externo al sistema químico. A este tipo de reacciones las denominamos
generalmente no espontáneas.
De lo anterior
obtenemos generalmente una relación directa: Las reacciones exergónicas son generalmente reacciones
espontaneas; mientras que las reacciones endergónicas son
generalmente reacciones no espontáneas. Cuando se realiza el balanceo en
una reacción química, no solo debe hacerse el balanceo de
masas y balanceo de cargas, también debe realizarse el balanceo
energético.
Ahora bien,
dependiendo del tipo de energía, las reacciones exergónicas y endergónicas
pueden reclasificarse. En ese sentido lo más común es emplear las energías
térmica y lumínica. De esta manera emergen las categorías de exotérmicas y endotérmicas según
liberan o absorben calor; o exolumínicas y endolumínicas según
emiten o absorben luz.
Las reacciones químicas completas cuando todo el reactivo es
convertido al producto (o al menos infinitesimalmente). En este caso, debemos
escribir un signo = o mejor “y de hecho infinitamente más común” una flecha →, en el sentido en que se
da la trasformación, con la
punta indicando la generación
de los productos de la reacción.
En ellas los productos reactantes se van consumiendo hasta que desaparece
alguna de las especies químicas a un nivel infinitesimal. Hay reacciones que se
detienen antes de que todo el reactante se haya consumido y convertido en la
especie química producto. La paralización del proceso químico es meramente
aparente; sucede que los productos resultantes, a medida que se forman,
reaccionan entre sí para regenerar el reactivo de partida.
La notación de
doble flecha con punta incompleta de una reacción reversible en equilibrio (34) resume dos procesos que se dan de manera
simultánea (35, 36). Se dan entonces dos reacciones
independientes, simultáneamente, pero en sentido inverso. En las reacciones
reversibles se alcanza un estado en el cual la conversión entre las reacciones
opuestas se equilibra, generando un estado de aparente estabilidad. A
esta condición se la denomina equilibrio. Alcanzado el equilibrio en una
reacción química, las masas aparentes de reactivos y productos no cambia a
través del tiempo.
Ahora teniendo claro
lo anterior, es posible clasificar las reacciones químicas en reversibles o
irreversibles. Las reacciones reversibles son aquellas que tienden a establecer
equilibrios químicos entre productos y reactivos, lo cual trae como
consecuencia directa que jamás se consume todo el reactivo, pues este es
regenerado por la reacción en reversa. Las reacciones irreversibles por otro
lado solo poseen un sentido y en consecuencia es posible consumir la totalidad
del reactivo.
Las reacciones ácido
base son un poco difíciles de explicar, en el sentido de que hay al menos dos
teorías ácido-base de uso común, sin embargo, nos restringiremos exclusivamente
a la más simple y con mayor repercusión en otras áreas de la ciencia como la
bioquímica y la biología, es decir, la teoría de Bronsted-Lowry. En estas
reacciones los ácidos se definen como toda sustancia que aumenta la cantidad de
iones protio(1+) en un sistema acuoso, mientras que una base será toda
sustancia que disminuye la cantidad de iones protio(1+) en el sistema. Los
iones hidroxilo(1-) pueden ser base, pero otras como el azano “vulgarmente
llamado amoniaco” también pueden serlo. En ambos casos se captura un ion
protio(1+) transformando al ion hidroxilo(1-) en agua o al azano en
azanio “antes conocido como ion amonio”.
En la teoría de
ácidos y bases de Lewis, la acidez se define como una afinidad para atraer
electrones o a unirse a zonas donde hay electrones sin capturarlos. Esto
implica que todo agente oxidante es un ácido de Lewis, pero también lo serán
las sustancias que magnéticamente sean atraídas por zonas negativas, lo cual a
su vez implica que todo catión “sustancia cargada positivamente” es un ácido de
Lewis. Las bases de Lewis serán entonces sustancias que tienden a donar
electrones, como los metales. Bajo esta perspectiva el indicador universal de
acidez en la teoría de Bronsted-Lowry que es el ion protio(1+) es un ácido de
Lewis al poseer carga positiva y ser atraído por zonas de carga negativa.
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