5.4: Clasificación de reacciones químicas

Las reacciones que hemos examinado en las secciones anteriores se pueden clasificar en algunos tipos simples. Organizar reacciones de esta manera es útil porque nos ayudará a predecir los productos de reacciones desconocidas. Existen muchas clasificaciones diferentes de reacciones químicas, pero aquí nos enfocaremos en los siguientes tipos: síntesis, descomposición, reemplazo simple y reemplazo doble. Además, veremos que algunas de estas reacciones implican cambios en los números de oxidación de los reactivos y productos; estos se denominarán reacciones de oxidación-reducción, o reacciones “redox”.

El primer tipo de reacción que consideraremos es una reacción de síntesis (también llamada reacción de combinación). En una reacción de síntesis, los elementos o compuestos se someten a reacción y se combinan para formar una sola nueva sustancia. La reacción del metal de sodio con gas cloro para dar cloruro de sodio es un ejemplo de una reacción de síntesis donde ambos reactivos son elementos.

2 Na (s) + Cl ₂ (g) → 2 NaCl (s)

En esta reacción, el metal sodio y el gas cloro se han combinado para producir (sintetizar) la molécula más compleja, el cloruro de sodio. Otro ejemplo de una reacción de síntesis, donde los compuestos están involucrados como reactivos, es la reacción de la molécula orgánica eteno (una molécula basada en carbono —cubierta con más profundidad en el Capítulo 14) con HBr para producir la molécula orgánica bromoetano.

En este ejemplo, dos compuestos moleculares (el compuesto orgánico, eteno y bromuro de hidrógeno) se han combinado para producir (sintetizar) la nueva molécula, el bromoetano. De manera similar, la reacción de síntesis también puede implicar elementos que reaccionan con compuestos.

En las reacciones de descomposición, un solo compuesto se descompondrá para formar dos o más sustancias nuevas. Las sustancias formadas pueden ser elementos, compuestos o una mezcla de ambos elementos y compuestos. A continuación se muestran dos ejemplos simples de reacciones de descomposición.

Cu ₂ S (s) → 2 Cu (s) + S (s)

CaCo ₃ (s) → CaO (s) + CO ₂ (g)

En una reacción de reemplazo único (también llamada reacción de desplazamiento único) un elemento y un compuesto reaccionarán para que sus elementos sean cambiados. En otras palabras, un elemento normalmente desplazará a otro elemento desde dentro de un compuesto. Como regla general, los metales reemplazarán a los metales en los compuestos y los no metales generalmente reemplazarán a los no metales. A continuación se muestra un ejemplo de una sola reacción de reemplazo.

Zn (s) + CuCl ₂ (s) → ZnCl ₂ (s) + Cu (s)

En este ejemplo, el zinc elemental ha desplazado el metal, el cobre, del cloruro de cobre (II) para formar cloruro de zinc y cobre elemental. En los reactivos, el zinc era elemental y en los productos, está presente dentro del compuesto, el cloruro de zinc. Asimismo, el cobre estuvo presente en un compuesto en los reactivos y es elemental en los productos.

En otro ejemplo, el hierro metálico reaccionará con una solución acuosa de sulfato de cobre para dar cobre metálico y sulfato de hierro (II).

Fe (s) + CuSO ₄ (aq) → Cu (s) + FeSO ₄ (aq)

En esta reacción, el hierro elemental reemplaza al cobre en un compuesto con anión sulfato y se forma el metal cobre elemental; el metal reemplaza al metal. La tendencia de los metales a reemplazar a otros metales en las reacciones de reemplazo único a menudo se conoce como una serie de actividades. En la serie de actividades que se muestra a continuación, cualquier metal reemplazará a cualquier otro metal que esté a la derecha de sí mismo en la serie. Así, el hierro reemplazará al cobre, como se muestra anteriormente, pero el cobre metálico no reemplazaría al hierro del sulfato de hierro (el hierro es más activo que el cobre). La serie de actividades es útil para predecir si se producirá o no una reacción de reemplazo único dada. Obsérvese que el hidrógeno también se incluye en la tabla, aunque generalmente no se considera un “metal”. Dentro de esta tabla, los metales que ocurren antes del hidrógeno reaccionarán con los ácidos para formar gas hidrógeno y sales metálicas. El cobre, la plata, el mercurio y el oro son menos activos que el hidrógeno y no liberarán hidrógeno de ácidos simples. Los metales de los Grupos I y II de la tabla periódica (Li, Na, K, Rb, Cs, Ca, Sr y Ba) son tan reactivos que reaccionarán directamente con el agua para liberar gas hidrógeno y formar hidróxidos metálicos. Estos generalmente se conocen como “metales activos”.

La serie de actividades es útil para predecir si se producirá o no una reacción de reemplazo único dada. Obsérvese que el hidrógeno también se incluye en la tabla, aunque generalmente no se considera un “metal”. Dentro de esta tabla, los metales que ocurren antes del hidrógeno reaccionarán con los ácidos para formar gas hidrógeno y sales metálicas. El cobre, la plata, el mercurio y el oro son menos activos que el hidrógeno y no liberarán hidrógeno de ácidos simples. Los metales de los Grupos I y II de la tabla periódica (Li, Na, K, Rb, Cs, Ca, Sr y Ba) son tan reactivos que reaccionarán directamente con el agua para liberar gas hidrógeno y formar hidróxidos metálicos. Estos generalmente se conocen como “metales activos”.

Una reacción de doble reemplazo (o doble desplazamiento) dos compuestos iónicos en solución acuosa cambian los aniones y forman dos nuevos compuestos. Para que se produzca una reacción química en una reacción de doble reemplazo, uno de los nuevos compuestos que se forme debe ser insoluble en agua, formando un precipitado sólido (o un gas, a cubrir en el Capítulo 6). Si los dos nuevos compuestos que se forman son solubles en agua, entonces no se ha producido ninguna reacción. En los reactivos, había dos cationes y dos aniones en solución, y en los productos hay los mismos dos cationes y dos aniones, en la misma solución; no ha pasado nada. A continuación se muestra un ejemplo de una reacción de doble reemplazo.

BacL ₂ (aq) + Na ₂ SO ₄ (aq) → BasO ₄ (s) + 2 NaCl (ac)

En esta reacción, se forma sulfato de bario sólido como precipitado. Este es un cambio químico y esta es una reacción química válida. Para predecir si ocurrirá o no una reacción de doble reemplazo, es necesario comprender las reglas para predecir la solubilidad de los compuestos iónicos. Estas reglas serán cubiertas en una sección posterior, pero no están relacionadas con la serie de actividades discutida anteriormente.

Tabla 5.2 Serie de actividades para metales comunes

Li >	K >	Ba >	Sr >	Ca >
">Na >	">Mg >	">Al >	">Mn >	">Zn >
">Fe >	">Cd >	">Co >	">Ni >	">Sn >
">Pb >	">H >	">Cu >	">Ag >	">Hg >
">Au