2.13: El proceso de hacer y romper enlaces químicos- reacciones químicas

En la sección anterior se han discutido los compuestos químicos y los dos tipos principales de enlaces, los enlaces covalentes y los enlaces iónicos, que los mantienen unidos. A continuación se discute el proceso de elaboración y desarmado de compuestos químicos, reacciones químicas. Una reacción química ocurre cuando los enlaces químicos se rompen y se forman y los átomos se intercambian para producir especies químicamente diferentes.

Primero considere dos reacciones químicas muy simples que involucren un solo elemento, el oxígeno. En el aire muy delgado en lo alto de la estratosfera a más de 10 kilómetros sobre la superficie de la Tierra (por encima de las altitudes donde los aviones a reacción normalmente cruzan), la radiación ultravioleta de alta energía del sol\(h \nu\), representada por el símbolo, divide moléculas de oxígeno elemental, O ₂,

\[O_{2} + h \nu \rightarrow 2O\]

para producir átomos de oxígeno. Como ocurre con la mayoría de los átomos individuales, los átomos de O son reactivos y se combinan con moléculas de oxígeno para producir ozono, O ₃:

\[O + O_{2} \rightarrow O_{3}\]

Ambos procesos son reacciones químicas. En una reacción química, las sustancias a la izquierda de la flecha (leídas como “rendimientos”) son los reactivos y las de la derecha de la flecha son productos. La primera de estas reacciones establece que el enlace químico que mantiene unida una molécula de reactivo O ₂ se divide por la alta energía de la radiación ultravioleta para producir dos productos de átomos de oxígeno. En la segunda reacción, un reactivo de átomo de oxígeno, O, y un reactivo de molécula de oxígeno, O ₂, forman un enlace químico para producir un producto de ozono, O3. ¿Estas reacciones químicas muy simples son importantes para nosotros? Enfáticamente sí. Producen un escudo de moléculas de ozono en la estratosfera que a su vez absorben radiación ultravioleta que de otro modo llegaría a la superficie de la Tierra, destruyendo la vida, causando cáncer de piel y otras enfermedades que harían imposible nuestra existencia en la Tierra. Como se discute en el Capítulo 10, el uso de refrigerantes clorofluorocarbonados (Freones) ha amenazado seriamente la capa de ozono estratosférico. Es un triunfo de la química ambiental que esta amenaza se concretó a tiempo para hacer algo al respecto y un logro de la química verde para desarrollar sustitutos relativamente seguros para los químicos que amenazan el ozono.

Muchas reacciones químicas se discuten en este libro. En este punto se puede considerar una reacción química muy común, la del hidrógeno elemental con oxígeno elemental para producir agua. Un primer acercamiento a escribir esta reacción es

\[H_{2} + O_{2} \rightarrow H_{2}O\]

afirmando que el hidrógeno elemental y el oxígeno elemental reaccionan juntos para producir agua. Esta aún no es una ecuación química adecuada porque no está equilibrada. Una ecuación química equilibrada tiene el mismo número de cada tipo de átomo en ambos lados de la ecuación. Como se muestra anteriormente, hay 2 átomos de H en la única molécula H ₂ a la izquierda y 2 átomos de H en la molécula única H ₂ O producto. Eso equilibra el hidrógeno, pero deja 2 átomos de O en la molécula de O ₂ a la izquierda con solo 1 átomo de O en el producto de la molécula de H ₂ O individual. Pero, escribir la reacción a

\[2H_{2} + O_{2} \rightarrow 2H_{2}O\]

da una ecuación química equilibrada con un total de 4 átomos de H en 2 H ₂ moléculas a la izquierda, 4 átomos de H en 2 H ₂ O moléculas a la derecha y un total de 2 átomos de O en las moléculas de 2 H ₂ O a la derecha, lo que equilibra los 2 átomos de O en la molécula de O ₂ de la izquierda. Entonces la ecuación como ahora está escrita está equilibrada. Una ecuación química equilibrada siempre tiene el mismo número de cada tipo de átomo en ambos lados de la ecuación.