Reacciones y Cambios

Reacciones Químicas 

por Anthony Carpi, Ph.D.

La reacción al unir dos o más elementos da como resultado la formación de un Enlaces Químicos entre átomos y la formación de un compuesto químico. ¿Pero por qué las substancias químicas reaccionan al ser unidas? La razón tiene que ver con la participación de las configuracióne de los electrons del átomo.

Gases inertes

Al final de la decada1890, el químico escocés Sir William Ramsay descubrió los siguientes elementos: helio, neón, argón, kriptón y xenón. Estos elementos, junto con el radón, fueron clasificados en el grupo VIIIA de la tabla periódica y apodados gases inertes (o nobles) por su tendencia a no reaccionar con otros elementos.

La tendencia de los gases nobles a no reaccionar con otros elementos tiene que ver con las configuraciones de sus electrones. Todos los gases nobles tienen envolturas de valencia. Esta configuración es estable y representa una configuración que otros elementos tratan de alcanzar al reaccionar juntos. En otras palabras, la razón por la cual los átomos reaccionan entre ellos es para alcanzar un estado en el cual su envoltura de valencia se llene.

Metales

Miremos la reacción del sodio con el cloro. En su estado atómico, el sodio tiene una electrón de valencia y el cloro siete.

sodium-atom chlorine-atom
Sodio Cloro

El cloro, con siete electrones de valencia , necesita un electrón adicional para completar su envoltura de valencia que tiene ocho electrones. El sodio es más complicado. Al principio parece que el sodio necesita siete electrones adicionales para complentar su envoltura de valencia. Pero esto le daría al sodio una carga eléctrica de - 7 y lo haría altamente desbalanceado en términos del número de electrones (cargas negativas) relativa al número de protones (cargas positivas). Cuando esto varía, es mucho más fácil para el sodio renunciar a su electrón de valencia y convertirse en un +1 ión. Al hacerlo, el átomo de sodio vacía su tercera valencia y entonces la envoltura externa que contiene electrones, es desir su segunda envoltura, se llena. Esto concuerda con nuestro postulado anterior de que los átomos reaccionan porque están tratando de llenar su envoltura de valencia.

sodium chloride
Cloruro de sodio

Esta característica, es decir la tendencia de perder electrones cuando entran en reacción química es común a todos los metales. El número de electrones que los átomos de metal perderán (y la carga que ellos adquirirán) es igual al número de electrones en su envoltura de valencia. Para todos los elementos del grupo A de la tabla periódica, el número de valencia de electrones es igual al número del grupo. 

Punto de Comprensión

Metals tend to __________ electrons in chemical reactions.

No metales y metaloides

Los no metales, en comparación, tienden a ganar electrones (o compartirlos) para completar su envoltura de valencia. Para todos los no metales, excepto el hidrógeno y el helio, la envoltura de valencia está completa con ocho electrones. Por consiguiente, los no metales ganan electrones correspondientes a la fórmula = 8 - (número de grupo). El cloro, en el grupo 7, ganará 8 - 7 = 1 electrón y formará un -1 ión.  

El hidrógeno y el helio sólo tienen electrones en su primera envoltura de electrones. La capacidad de su envoltura es dos. Por consiguiente, el helio, con dos electrones, ya tiene una envoltura de valencia llena y clasifica dentro del grupo de elementos que tienden a no reaccionar con otros, como los gases nobles. El hidrógeno, con un electrón de valencia, ganará un electrón cuando forma un ión negativo. Sin embargo, el hidrógeno y otros elementos de la tabla periódica denominados metaloides, pueden efectivamente formar ya sea iones positivos o negativos correspondientes al número de electrones de valencia que tengan. Por consiguiente, el hidrógeno formará un +1 ión cuando pierde su electrón y un -1 cuando gana un electrón.

Punto de Comprensión

Metalloids are elements that can form either positive or negative ions.

Reacción de la Energía

Todas las reacciones químicas están acompañadas por un cambio de energía. Algunas reacciones sueltan energía hacia sus alrededores (generalmente como calor) y son llamadas exotérmicas. Por ejemplo, el sodio y el cloro reaccionan tan violentamente que las llamas pueden ser vistas cuando la reacción exotérmica produce calor. Por otra parte, algunas reacciones necesitan absorber calor de sus alrededores para seguir adelante. Estas reacciones son llamadas endotérmicas. Un buen ejemplo de una reacción endotérmica es esa que tiene lugar en fomra instantánea dentro de una 'bolsa de frío'. Generalmente las 'bolsas de frío' comerciales contienen dos compuestos - úrea y cloruro de amonio en dos contenedores diferentes dentro de la bolsa de plástico. Cuando se dobla la bolsa y los contenedores interiores se rompen, los dos compuestos se mezclan y empiezan a reaccionar. Ya que la reacción es endotérmica, ella absorbe el calor de sus alrededores y la bolsa se enfría.  

Las reacciones que prosiguen inmediatamente cuando dos substancias se mezclan (tal como la reacción del sodio con el cloro o la úrea con el cloruro de amonio) son llamadas reacciones espontáneas. No todas las reacciones proceden espontáneamente. Por ejemplo, piense en un fósforo. Cuando se enciende un fósforo se causa una reacción entre los químicos de la cabeza del fósforo y el oxígeno del aire. Pero el fósforo no se encenderá espontáneamente, primero necesita la entrada de la energía, llamada la energía activadora de la reacción. En el caso del fósforo, usted provee la energía activadora como el calor al golpear el fósforo en la caja. Después que la energía activadora se absorbe y la reacción empieza, la reacción continúa hasta que usted apague la llama o se le acabe el material que produce la reacción. 

Resumen

Explorando el porque y como de las reacciones químicas, este módulo describe propiedades de los gases inertes o "nobles". También explica como diferentes elementos pueden alcanzar una configuración estable al enlazar para llenar sus capas de valencia con electrones, resultando en un compuesto químico. Se discute también la diferencia entre reacciones exotérmicas y endotérmicas.

  • NGSS
  • HS-C5.4, HS-PS1.A2, HS-PS1.A3, HS-PS1.B3

Anthony Carpi, Ph.D. “Reacciones Químicas ” Visionlearning Vol. CHE-1 (6), 2003.

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