5.6: Predecir productos a partir de reacciones químicas
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Parte del atractivo de la química es que las cosas no siempre salen como esperas. Planeas una reacción, anticipas los productos y, muy a menudo, ¡los resultados te asombran! El ejercicio, entonces, es tratar de averiguar qué se formó, por qué, y si su observación lleva a otras generalizaciones útiles. El primer paso en este proceso de descubrimiento es anticipar o predecir los productos que probablemente se formarán en una reacción química dada. Las pautas que describimos aquí predicen con precisión los productos de la mayoría de las clases de reacciones químicas simples. A medida que tu experiencia en química crece, sin embargo, ¡comenzarás a apreciar lo inesperado!
En reacciones de síntesis simples que implican reacción de elementos, como el metal aluminio que reacciona con gas cloro, el producto será un compuesto simple que contiene ambos elementos. En este caso, es más fácil considerar las cargas comunes que los elementos adoptan como iones y construir su producto en consecuencia. El aluminio es un elemento del Grupo III y típicamente formará un ion +3. El cloro, siendo el Grupo VII, aceptará un electrón y formará un monoanión. Al juntar estas predicciones, es probable que el producto sea AlCl 3. De hecho, si se permite que reaccionen el metal aluminio y el gas cloro, el AlCl 3 sólido es el producto predominante.
2 Al (s) + 3 Cl 2 (g) → 2 AlCl 3 (s)
La reacción de síntesis que involucra el gas hidrógeno no metálico y el bromo se puede abordar de manera similar. El producto contendrá ambos elementos. El hidrógeno, Grupo I, tiene un electrón de valencia y formará un enlace covalente. El bromo, Grupo VII, tiene siete electrones de valencia y formará un enlace covalente. El producto probable es, por lo tanto, HBr, con un enlace covalente entre el hidrógeno y el bromo.
H 2 (g) + Br 2 (g) < → 2 HBr (g)
Para una reacción de reemplazo único, recuerde que (en general) los metales reemplazarán a los metales y los no metales reemplazarán a los no metales. Para la reacción entre el cloruro de plomo (IV) y el gas flúor, el flúor reemplazará al cloro, conduciendo a un compuesto entre plomo y flúor y la producción de cloro elemental. El plomo puede ser visto como un “espectador” en la reacción y es probable que el producto sea fluoruro de plomo (IV). A continuación se muestra la ecuación completa.
PbCl 4 (s) + 2 F 2 (g) → PbF 4 (s) + 2 Cl 2 (g)
En reacciones de reemplazo único en las que se espera que los metales (o carbono o hidrógeno) reemplacen a los metales, primero debe verificar la serie de actividades para ver si se anticipa alguna reacción. Recuerde que los metales sólo pueden reemplazar a los metales que son menos activos que ellos mismos (a la derecha en la Tabla). Si se predice que ocurrirá la reacción, use las mismas pautas generales que usamos anteriormente. Por ejemplo, hierro sólido reaccionando con ácido sulfúrico acuoso (H 2 SO 4). En esta reacción la pregunta es si el hierro desplazará al hidrógeno y formará gas hidrógeno. Consultando la serie de actividades, vemos que el hidrógeno está a la derecha del hierro, lo que significa que se espera que ocurra la reacción. A continuación, razonamos que el hierro reemplazará al hidrógeno, conduciendo a la formación de sulfato de hierro, donde el sulfato es el ion “espectador”. La formación de gas hidrógeno requiere un cambio en el número de oxidación en el hidrógeno de +1 a cero. Por lo tanto, se deben reducir dos átomos de hidrógeno (una disminución en el número de oxidación) y los dos electrones requeridos para la reducción deben provenir del hierro. Por lo tanto, es más probable que la carga en el hierro sea +2 (comienza en cero y dona dos electrones a los hidrógenos). El producto final es, por lo tanto, muy probablemente sulfato de hierro (II). A continuación se muestra la ecuación completa.
Fe (s) + H 2 SO 4 (aq) → FESO 4 (aq) + H 2 (g)
Las reacciones de descomposición son las más difíciles de predecir, pero hay algunas tendencias generales que son útiles. Por ejemplo, la mayoría de los carbonatos metálicos se descompondrán al calentarse para producir el óxido metálico y el dióxido de carbono.
NiCo 3 (s) → NiO (s) + CO 2 (g)
Los hidrogenocarbonatos metálicos también se descomponen al calentarse para dar el carbonato metálico, el dióxido de carbono y el agua.
2 NaHCO 3 (s) → Na 2 CO 3 (s) + H 2 O (g) + CO 2 (g)
Finalmente, muchos compuestos que contienen oxígeno se descompondrán al calentarse para producir oxígeno gaseoso y “otros compuestos”. Identificar estos compuestos y construir una comprensión de por qué y cómo se forman es uno de los desafíos de la química. Algunos ejemplos:
H 2 O 2 (aq) → O 2 (g) + H 2 O (l)
2 HGo (s) → O 2 (g) + 2 Hg (l)
2 KClO 3 (s) → 3 O 2 (g) + 2 KCl (s)
Los productos potenciales en las reacciones de doble reemplazo son simples de predecir; los aniones y cationes simplemente se intercambian. Recuerde, sin embargo, que uno de los productos debe precipitar, de lo contrario no se ha producido ninguna reacción química. Para la reacción entre nitrato de plomo (II) y yoduro de potasio, se prevé que los productos sean yoduro de plomo (II) y nitrato de potasio. No se produce redox, y el producto, yoduro de plomo, precipita de la solución como un sólido amarillo brillante. La cuestión de cómo se predice este tipo de tendencia de solubilidad se aborda en la siguiente sección.
Pb (NO 3) 2 (aq) + 2 KI (aq) < → PbI 2 (s) + 2 KNO 3 (aq)