4.4: Ecuaciones Iónicas

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Objetivos de aprendizaje

Comprender qué información se obtiene por cada tipo de ecuación iónica

Las ecuaciones químicas discutidas en el Capítulo 3 mostraron las identidades de los reactivos y los productos y dieron las estequiometrías de las reacciones, pero nos contaron muy poco sobre lo que estaba ocurriendo en solución. En contraste, las ecuaciones que muestran solo las especies hidratadas enfocan nuestra atención en la química que se está produciendo y nos permiten ver similitudes entre reacciones que de otra manera no serían aparentes.

Consideremos la reacción del nitrato de plata con dicromato de potasio. Como aprendió en el Ejemplo 4.3.3, cuando se mezclan soluciones acuosas de nitrato de plata y dicromato de potasio, el dicromato de plata se forma como un sólido rojo. La ecuación química general

\[2AgNO_3(aq) + K_2Cr_2O_7(aq) \rightarrow Ag_2Cr_2O_7(s) + 2KNO_3(aq) \]

Aunque Ecuación\(\ref{8.4.1}\) da la identidad de los reactivos y los productos, no muestra las identidades de las especies reales en solución. Debido a que las sustancias iónicas como AgnO ₃ y K ₂ _{Cr 2} O ₇ son electrolitos fuertes, se disocian completamente en solución acuosa para formar iones. En contraste, debido a que Ag ₂ _{Cr 2} O ₇ no es muy soluble, se separa de la solución como un sólido. Para saber qué ocurre realmente en solución, es más informativo escribir la reacción como una ecuación iónica completa, mostrando qué iones y moléculas están hidratados y cuáles están presentes en otras formas y fases:

\[2Ag^+(aq) + 2NO_3^-(aq) + 2K^+(aq) + Cr_2O_7^{2-}(aq) \rightarrow Ag_2Cr_2O_7(s) + 2K^+(aq) + 2NO_3^-(aq)\]

Tenga en cuenta que los iones K ⁺ (aq) y NO ₃ ⁻ (aq) están presentes en ambos lados de la ecuación, y sus coeficientes son los mismos en ambos lados. Estos iones se llaman iones espectadores porque no participan en la reacción real. La cancelación de los iones del espectador da la ecuación iónica neta, que muestra solo aquellas especies que participan en la reacción química:

\[2Ag^+(aq) + Cr_2O_7^{2-}(aq) \rightarrow Ag_2Cr_2O_7(s)\]

Tanto la masa como la carga deben conservarse en las reacciones químicas porque los números de electrones y protones no cambian. Para que se conserve la carga, la suma de las cargas de los iones multiplicadas por sus coeficientes debe ser la misma en ambos lados de la ecuación. En Ecuación\(\PageIndex{2}\), la carga del lado izquierdo es 2 (+1) + 1 (−2) = 0, que es la misma que la carga de una unidad de fórmula neutra Ag ₂ _{Cr 2} O ₇.

Al eliminar los iones del espectador, podemos enfocarnos en la química que tiene lugar en una solución. Por ejemplo, la ecuación química general para la reacción entre fluoruro de plata y dicromato de amonio es la siguiente:

\[2AgF(aq) + (NH_4)_2Cr_2O_7(aq) \rightarrow Ag_2Cr_2O_7(s) + 2NH_4F(aq) \]

La ecuación iónica completa para esta reacción es la siguiente:

\[2Ag^+(aq) + 2F^-(aq) + 2NH_4^+(aq) + Cr_2O_7^{2-}(aq) \rightarrow Ag_2Cr_2O_7(s) + 2NH_4^+(aq) + 2F^-(aq) \]

Debido a que dos iones NH ₄ ⁺ (aq) y dos F ⁻ (aq) aparecen en ambos lados de la Ecuación\(\ref{8.4.5}\), son iones espectadores. Por lo tanto, pueden cancelarse para dar la ecuación iónica neta (Ecuación\(\PageIndex{6}\)), que es idéntica a la Ecuación\(\PageIndex{5}\):

\[2Ag^+(aq) + Cr_2O_7^{2-}(aq) \rightarrow Ag_2Cr_2O_7(s) \]

Si observamos las ecuaciones iónicas netas, se hace evidente que muchas combinaciones diferentes de reactivos pueden dar como resultado la misma reacción química neta. Por ejemplo, podemos predecir que el fluoruro de plata podría ser reemplazado por nitrato de plata en la reacción anterior sin afectar el resultado de la reacción.

Ejemplo\(\PageIndex{1}\)

Escriba la ecuación química general, la ecuación iónica completa y la ecuación iónica neta para la reacción de nitrato de bario acuoso con fosfato de sodio acuoso para dar fosfato de bario sólido y una solución de nitrato de sodio.

Dado: reactivos y productos

Preguntado por: ecuaciones globales, iónicas completas y netas

Estrategia:

Escribe y equilibra la ecuación química general. Escribir todos los reactivos solubles y productos en su forma disociada para dar la ecuación iónica completa; luego cancelar las especies que aparecen en ambos lados de la ecuación iónica completa para dar la ecuación iónica neta.

Solución

A partir de la información dada, podemos escribir la ecuación química desequilibrada para la reacción:

\[Ba(NO_3)_2(aq) + Na_3PO_4(aq) \rightarrow Ba_3(PO_4)_2(s) + NaNO_3(aq) \notag \]

Debido a que el producto es Ba ₃ (PO ₄) ₂, que contiene tres iones Ba ² ⁺ y dos iones PO ₄ ³⁻ por unidad de fórmula, podemos equilibrar la ecuación mediante inspección:

\[ 3Ba(NO_3)_2(aq) + 2Na_3PO_4(aq) \rightarrow Ba_3(PO_4)_2(s) + 6NaNO_3(aq) \notag \]

Esta es la ecuación química equilibrada global para la reacción, mostrando los reactivos y productos en su forma no disociada. Para obtener la ecuación iónica completa, escribimos cada reactivo soluble y producto en forma disociada:

\[ 3Ba^{2+}(aq) + 6NO_3^-(aq) + 6Na^+(aq) + 2PO_4^{3-}(aq) \rightarrow Ba_3(PO_4)_2(s) + 6Na^+(aq) + 6NO_3^-(aq) \notag\]

Los seis iones NO ₃ ⁻ (aq) y los seis iones Na ⁺ (aq) que aparecen en ambos lados de la ecuación son iones espectadores que pueden cancelarse para dar la ecuación iónica neta:

\[3Ba^{2+}(aq) + 2PO_4^{3-}(aq) \rightarrow Ba_3(PO_4)_2(s) \notag \]

Ejercicio\(\PageIndex{1}\)

Escriba la ecuación química general, la ecuación iónica completa y la ecuación iónica neta para la reacción del fluoruro de plata acuoso con fosfato de sodio acuoso para dar fosfato de plata sólido y una solución de fluoruro de sodio.

Contestar

ecuación química general:

\[3AgF(aq) + Na_3PO_4(aq) \rightarrow Ag_3PO_4(s) + 3NaF(aq) \notag \]

ecuación iónica completa:

\[3Ag^+(aq) + 3F^-(aq) + 3Na^+(aq) + PO_4^{3-}(aq) \rightarrow Ag_3PO_4(s) + 3Na^+(aq) + 3F^-(aq) \notag \]

ecuación iónica neta:

\[3Ag^+(aq) + PO_4^{3-}(aq) \rightarrow Ag_3PO_4(s) \notag \]

Hasta el momento, siempre hemos indicado si ocurrirá una reacción cuando se mezclen las soluciones y, de ser así, qué productos se formarán. A medida que avance en química, sin embargo, necesitará predecir los resultados de mezclar soluciones de compuestos, anticipar qué tipo de reacción (si la hay) ocurrirá y predecir las identidades de los productos. Los estudiantes tienden a pensar que esto significa que se supone que deben “solo saber” lo que sucederá cuando se mezclen dos sustancias. Nada podría estar más lejos de la verdad: es posible un número infinito de reacciones químicas, y ni tú ni nadie más podrían memorizarlas todas. En cambio, debe comenzar por identificar las diversas reacciones que podrían ocurrir y luego evaluar cuál es el resultado más probable (o menos improbable).

El paso más importante para analizar una reacción desconocida es anotar todas las especies, ya sean moléculas o iones disociados, que realmente están presentes en la solución (sin olvidar el propio disolvente) para que pueda evaluar qué especies tienen más probabilidades de reaccionar entre sí. La manera más fácil de hacer ese tipo de predicción es intentar colocar la reacción en una de varias clasificaciones familiares, refinamientos de los cinco tipos generales de reacciones introducidas en el Capítulo 3 (reacciones ácido-base, intercambio, condensación, escisión y oxidación-reducción). En las secciones siguientes, discutimos tres de los tipos de reacciones más importantes que ocurren en soluciones acuosas: reacciones de precipitación (también conocidas como reacciones de intercambio), reacciones ácido-base y reacciones de oxidación-reducción.

Resumen

La ecuación química para una reacción en solución se puede escribir de tres maneras. La ecuación química general muestra todas las sustancias presentes en sus formas no disociadas; la ecuación iónica completa muestra todas las sustancias presentes en la forma en que realmente existen en solución; y la ecuación iónica neta se deriva de la iónica completa al omitir todos los iones del espectador, iones que ocurren en ambos lados de la ecuación con los mismos coeficientes. Las ecuaciones iónicas netas demuestran que muchas combinaciones diferentes de reactivos pueden dar la misma reacción química neta.

Llave para llevar

Una ecuación iónica completa consiste en la ecuación iónica neta y los iones del espectador.

Problema Conceptual

¿Qué información se puede obtener de una ecuación iónica completa que no se puede obtener de la ecuación química general?

Colaboradores

Modified by Joshua Halpern (Howard University)