Ecuaciones y tres tipos de reacción

¿Cómo se lee una ecuación y de qué tipo es?

La ecuación química nombra qué sustancias cambian y en qué proporción. Los reactivos van a la izquierda. Los productos, a la derecha. Un signo más separa fórmulas de un mismo lado, y la flecha separa los dos lados. El coeficiente, el número delante de la fórmula, da la cantidad relativa. Si es 1, se omite. Esos números son una razón: se pueden leer como moléculas o como moles, y se buscan los enteros más pequeños. ¹

En el metano, la razón con el oxígeno, el dióxido de carbono y el agua es 1:2:1:2. Sirve igual 2:4:2:4. El estado se anota entre paréntesis: s sólido, l líquido, g gas, aq en agua. Si hace falta calor, a veces se escribe una delta sobre la flecha, como en la descomposición del carbonato de calcio sólido en óxido de calcio y $\mathrm{CO_2}$. ¹

Tres tipos

El libro agrupa muchas reacciones en precipitación, ácido-base y oxidación-reducción. Una precipitación forma uno o más sólidos a partir de sustancias disueltas. Cuando los reactivos son iónicos en agua, también se llama doble desplazamiento o metátesis: los iones se intercambian. ²

Para predecir el sólido se usa el patrón de solubilidad, no una cuenta nueva. Los nitratos se disuelven. Los carbonatos, no, salvo con cationes del grupo 1 o con amonio. Los cloruros se disuelven, con la excepción de los de plata, mercurio(I) y plomo(II). Si al cruzar los iones aparece un insoluble, hay precipitado. ²

Una reacción ácido-base transfiere $\mathrm{H^+}$ de una especie a otra. En agua, un ácido produce $\mathrm{H_3O^+}$. El HCl lo hace casi por completo: es un ácido fuerte, junto con HBr, HI, $\mathrm{HNO_3}$, $\mathrm{HClO_4}$ y $\mathrm{H_2SO_4}$. Un ácido débil solo reacciona en parte. Del acético del vinagre, en condiciones típicas, cerca del 1% está ionizado. Una base produce $\mathrm{OH^-}$. Los hidróxidos iónicos de los grupos 1 y 2, como NaOH y $\mathrm{Ca(OH)_2}$, se disocian y son bases fuertes. El amoniaco es base débil: con agua solo cerca del 1% pasa a iones. La neutralización es el caso en que un ácido y una base (no el agua) dan a menudo una sal y agua. ²

Una redox es aquella en la que uno o más elementos cambian de número de oxidación. Oxidarse es aumentar ese número. Reducirse es disminuirlo. El detalle de quién es el agente y cómo se balancea por electrones va en las fichas de óxido-reducción y de balanceo redox. ²

Ecuación iónica

Si los compuestos iónicos están disueltos, la ecuación molecular no muestra los iones. Al disociar los solubles queda la ecuación iónica completa. Los iones espectadores aparecen igual de los dos lados y se tachan. Lo que queda es la ecuación iónica neta, con los coeficientes enteros más pequeños. El sólido que no se disuelve no se parte. ¹

Ideas clave

• Reactivos a la izquierda, productos a la derecha, más entre fórmulas y una flecha en medio. El coeficiente es la cantidad relativa. El subíndice no se toca. ¹
• Precipitación: aparece un sólido insoluble. En sales, a menudo es un doble desplazamiento. ²
• Ácido-base: se transfiere $\mathrm{H^+}$. En la neutralización lo típico es sal y agua. ²
• Redox: cambia el número de oxidación de al menos un elemento. ²
• La iónica neta cancela espectadores. El sólido insoluble se queda escrito junto. ¹

Ejemplos resueltos

Cruce de carbonato y calcio

Se mezclan disoluciones de carbonato de sodio y cloruro de calcio. Los iones son $\mathrm{Na^+}$, $\mathrm{CO_3^{2-}}$, $\mathrm{Ca^{2+}}$ y $\mathrm{Cl^-}$. Los nitratos no están en juego. El carbonato de calcio no es excepción de solubilidad: los carbonatos con un catión del grupo 2 no se disuelven. El cloruro de sodio sí. Hay precipitado de $\mathrm{CaCO_3}$. La neta es $\mathrm{Ca^{2+}(aq) + CO_3^{2-}(aq) \rightarrow CaCO_3(s)}$. El sodio y el cloruro se quedan en la completa y salen de la neta. ^{2 1}

Neutralización, no precipitación

El hidróxido de magnesio sólido con ácido clorhídrico acuoso da cloruro de magnesio acuoso y agua. Hay transferencia de $\mathrm{H^+}$ y los productos son sal y agua. Es neutralización. No se clasifica como precipitación: el sólido de partida se consume y no aparece un insoluble nuevo como producto. ²

Qué no es redox en un intercambio

$\mathrm{BaCl_2(aq) + K_2SO_4(aq) \rightarrow BaSO_4(s) + 2 KCl(aq)}$ forma un sólido, así que es precipitación. Los números de oxidación de los iones no cambian: el bario sigue 2+, el sulfato sigue igual, el potasio 1+ y el cloruro 1-. No es redox. Si el enunciado solo dice "hay un sólido", no alcanza para llamarla redox. ²

Errores comunes

• Cambiar un subíndice para que "cuadren" los átomos. Eso cambia la sustancia.
• Llamar precipitación a cualquier mezcla en agua. Hace falta un producto insoluble.
• Poner al HCl y al ácido acético en la misma clase. Uno es fuerte y el otro, en condiciones típicas, casi no está ionizado.
• Dejar los iones espectadores en la neta.
• Usar "redox" para un doble desplazamiento en el que ningún elemento cambia de número de oxidación.

Cómo lo pregunta el examen

El reactivo da una descripción o una ecuación y pide el tipo. Si se forma un sólido insoluble a partir de iones disueltos, es precipitación. Si el texto dice que pasa $\mathrm{H^+}$ y aparecen sal y agua, es ácido-base, y si nombra ácido y base es neutralización. Si un elemento cambia de número de oxidación, es redox, aunque también haya agua. En la ecuación, el lado izquierdo son reactivos. Un coeficiente se puede escalar. Un subíndice, no.

Resumen

• La ecuación separa reactivos y productos con una flecha. Los coeficientes son la razón en enteros pequeños.
• s, l, g y aq indican el estado. El subíndice pertenece a la fórmula.
• Precipitación: producto insoluble. Ácido-base: transferencia de $\mathrm{H^+}$. Redox: cambia un número de oxidación.
• Los ácidos fuertes de la tabla reaccionan casi por completo. El acético y el amoniaco, cerca del 1% en condiciones típicas.
• La iónica neta borra a los espectadores y conserva el sólido que no se disuelve.