Propiedades básicas de las reacciones químicas

¿Qué son las reacciones químicas?

Piense en la infancia. ¿No parecían mágicos los palitos de goma y los petardos? Los palitos de globo de alguna manera producen luz sin fuego y los petardos pasaron de esos diminutos tubos de papel a luces y sonidos deslumbrantes en el cielo. Aunque estos productos parezcan desafiar a la naturaleza, en realidad pueden explicarse por reacciones químicas.

Una reacción química es un proceso en el que las moléculas interactúan para formar nuevas sustancias. Ahora, para que sea más fácil hablar sobre reacciones químicas, los científicos usarán símbolos. Aquí hay una representación básica de una reacción química: A + B -> C + D.

Las reacciones reales de los petardos y los petardos son algo complicadas, así que, para empezar, consideremos un ejemplo sencillo. Hablemos de la neutralización de ácidos y bases.

Los reactivos interactúan y se recombinan para formar nuevas moléculas.

Ácidos y bases neutralizantes

Así que consideremos la neutralización entre ácido clorhídrico (HCl) e hidróxido de sodio (NaOH). Recuerde que el ácido clorhídrico y el hidróxido de sodio son un ácido fuerte y una base fuerte. ¿Entonces que significa eso? Entonces, lo que eso significa es que ambos se van a disociar por completo. El HCl, debido a que es un ácido fuerte, donará iones de hidrógeno a la solución. Eso significa que también producirá iones de cloro. El hidróxido de sodio va a producir iones de hidróxido e iones de sodio.

Ahora, estas cosas a la izquierda de la flecha aparecen genéricamente como A y B, y aquí abajo como estos cuatro iones, se llaman reactivos (H + + Cl- + Na + + OH-). Son las cosas que van a interactuar entre sí y a recombinarse de diferentes formas. La flecha significa que se está produciendo una reacción. Eso significa que lo que esté en el lado derecho de la flecha son productos de la reacción química.

Muy bien, entonces, ¿cuáles son los productos de esta reacción química? ¿Cómo cree que estos reactivos se pueden recombinar? Bueno, ¿estos dos iones (Cl- y Na +) le resultan familiares? Eso podría formar NaCl, también conocido como sal de mesa.

Entonces eso solo deja dos iones que quedan (H + y OH-) que potencialmente podrían interactuar entre sí. ¿Qué podrían formar esos dos iones? Bueno, si agrega H + y OH- juntos, en realidad terminará con agua (H20). Entonces, esta reacción se considera una reacción de neutralización porque los iones H + y los iones OH- se han consumido entre sí para producir agua. Eso significa que hay menos iones H + en solución, lo que eleva el pH y lo acerca a siete.

Las reacciones exotérmicas ocurren espontáneamente sin tener que ingresar energía

Reacciones endotérmicas y exotérmicas

Vale genial. ¿Pero eso no plantea la cuestión de por qué ocurren las reacciones? Quiero decir, ¿por qué no lo contrario? ¿Por qué no puedo producir ácido clorhídrico e hidróxido de sodio a partir de sal de mesa y agua?

Consideremos una roca en una colina. La altura de la colina es una medida de la energía libre en el sistema. La roca tiene energía potencial . La cantidad de energía que tiene la roca depende de la altura de la colina. Ahora, si la roca se coloca aquí en el borde de la colina, naturalmente rodará colina abajo, liberando la energía potencial que había almacenado.

Si pensamos en esta situación en términos de una reacción química, se trata de una reacción espontánea que se producirá sin ningún aporte extra de energía. El glo stick es un ejemplo de reacción exotérmica . Tan pronto como rompas ese compartimento interior, los productos químicos se mezclan y la barra protectora produce luz de forma espontánea.

Por otro lado, si la roca estuviera al pie de la colina, en realidad tendría que gastar energía para empujarla hasta la cima de la colina. Si se debe agregar energía libre para que se produzca una reacción química, la reacción se denomina endotérmica . Esto significa que la reacción no se producirá de forma espontánea.

Las reacciones endotérmicas requieren una contribución de energía externa antes de que puedan tener lugar

Un petardo es un buen ejemplo de reacción endotérmica . No le pasará nada a ese petardo hasta que encienda la mecha. A menos que proporciones una chispa, el petardo no explotará.

Ahora, el ejemplo del ácido clorhídrico y el hidróxido de sodio es simple porque la reacción está fuertemente impulsada para producir sal y agua. Pero, ¿qué pasa si no es tan claro?

Equilibrio químico

La mayoría de las reacciones biológicas existen en un estado de equilibrio químico , donde tanto los reactivos como los productos existen simultáneamente porque compiten tanto las reacciones directas como las inversas. Muy bien, eso sonó complicado, pero considere este simple ejemplo. Puedo tener una reacción donde AB + C produce nuevos productos AC y B. Pero al mismo tiempo, también podría escribir una reacción química donde AC + B produce AB y C.

Estos parecen competir entre sí. Y, de hecho, podría reescribir estas dos ecuaciones en una ecuación simple (AB + C <–> AC + B), donde los reactivos de un lado son en realidad los productos del otro lado. Ahora, para representar esta idea de que la reacción química puede proceder en ambas direcciones, tanto a la izquierda como a la derecha, volvemos a dibujar las flechas de modo que las flechas apunten en ambas direcciones.

En la superficie, las reacciones incompletas parecen algo súper ineficiente, ¿verdad? Pero nuestros cuerpos en realidad no funcionarían correctamente si todas las reacciones fueran irreversibles. Considere cómo el cuerpo transporta dióxido de carbono. El dióxido de carbono (CO2) más agua (H2O) pueden producir ácido carbónico (H2CO3). Y el ácido carbónico puede descomponerse en un ion H + y un ion HCO3-, también conocido como ion bicarbonato.

El equilibrio químico es cuando las reacciones químicas pueden ocurrir en ambas direcciones.

Un ion bicarbonato es más fácil de transportar para el cuerpo. Recuerde que los iones se disuelven fácilmente en agua. Recuerde cómo el cloruro de sodio era un cristal sólido hasta que se coloca en agua. Una vez que se coloca en agua, esos cristales de sal se disuelven rápidamente y se convierten en iones que se disuelven en solución.

De manera similar, el cuerpo puede disolver el ión bicarbonato en la sangre y luego transportarlo a los pulmones, donde puede volver a transformarse en gas dióxido de carbono, que podemos exhalar.

Resumen de la lección

En resumen, una reacción química es un proceso en el que las moléculas interactúan para formar nuevas sustancias. Las reacciones químicas se pueden escribir como ecuaciones.

Sin embargo, la mayoría de las reacciones químicas en biología funcionan en oposición a su reacción contraparte. A esto se le llama equilibrio químico. Aunque los reactivos y los productos existen simultáneamente en equilibrio químico, alterar las características del medio ambiente puede cambiar las proporciones en las que existen.

Una reacción exotérmica es una reacción química que se producirá de forma espontánea. Una reacción endotérmica es una reacción química que no ocurrirá espontáneamente.