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Reacción química

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Una reacción química es un proceso mediante el cual una o más sustancias (elementos o compuestos) denominadas reactivos, sufren una transformación para dar lugar a sustancias diferentes denominadas productos.

Combustión del metano.png
Proceso de combustión del metano.

Imagínese la combustión que se produce en los calentadores de agua domésticos de gas natural, cuyo componente principal es el metano. Cuando el gas sale por la válvula reacciona con dos moléculas de oxígeno (cada una de ellas con dos átomos) produciendo una molécula de dióxido de carbono y dos de agua, en fase vapor debido al calor desprendido.

La ecuación química que describe la reacción anterior es:

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

Como puede apreciarse, los átomos antes y después de la reacción son los mismos, habiéndose reorganizado en el proceso de forma diferente. De este modo, las reacciones químicas pueden distinguirse de:

  • las reacciones físicas, en las que las que los compuestos iniciales y finales son los mismos, como en los cambios de estado.
  • las reacciones nucleares en las que los átomos sufren alteraciones internas.

Del estudio de las proporciones en las que los reactivos se combinan para dar lugar a la formación de los productos se ocupa la estequiometría.

Energía

Las reacciones químicas conllevan generalmente la ruptura de los enlaces químicos de los reactivos y la formación de nuevos enlaces para obtener los productos. La ruptura de enlaces precisa generalmente la aportación de una cierta cantidad de energía, mientras que la formación de enlaces la libera; el resultado neto de dichos intercambios de energía puede ser positivo en cuyo caso la reacción es exotérmica (desprende calor) o negativo cuando la reacción es endotérmica (precisa la aportación de calor para producirse).

En algunos casos, para que la reacción comience, es necesaria la aportación de una cierta energía inicial que se denomina energía de activación, cuando ello no es necesario, y la reacción entre los productos comienza por sí sola a temperatura y presión ambientales, la reacción se denomina espontánea. Estos intercambios de calor son objeto de estudio de la termoquímica.

Entalpía de reacción.png

Volviendo a nuestro calentador de agua, como sabemos, para su encendido es necesario que provoquemos un chispa, de modo que la reacción no es espontánea, sino que inicialmente hemos de aportar una cierta energía en forma de calor. Sin embargo, una vez que se ha iniciado, la combustión se mantiene mientras siga saliendo gas. Ello se debe a que la reacción es exotérmica, de modo que parte de la energía liberada en la combustión de una molécula de metano es empleada en la activación de la combustión de la siguiente. La energía sobrante se desprende en forma de calor, elevando la temperatura del agua, y de luz, como puede apreciarse en el color azul de la llama (en realidad, ambas formas de energía son radiaciones, las primeras infrarrojas y las segundas visibles).

La energía neta absorbida o desprendida en la reacción se denomina entalpía de reacción (Δh) y se obtiene como diferencia entre las entalpías de los productos menos las de los reactivos. La ecuación termoquímica que describe la reacción es:

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + Δh (en reacciones exotérmicas Δh < 0)

Velocidad

En cuanto a la velocidad a la que se producen las reacciones químicas, es decir, la rapidez o lentitud a la que los reactivos reaccionan, es objeto de estudio de la cinética química. En aplicaciones industriales, en las que la velocidad de reacción es crítica para lograr obtener un producto en el mínimo tiempo posible es común el empleo de catalizadores, que son sustancias cuya presencia incrementa la velocidad de la reacción.

Tipos de reacciones químicas

Reacciones inorgánicas

Reacciones orgánicas

Referencias


Notas