4.1. Ecuación química: qué es y cómo se balancea

Uno de los aspectos más interesantes e importantes de la Química es el estudio de las reacciones químicas.

                                             

Es mediante las reacciones químicas que se producen nuevas sustancias a partir de otras.

Las reacciones químicas pueden producirse:

• De manera natural, como la fotosíntesis, la respiración (inhalamos oxígeno y exhalamos dioxido de carbono),  las explosiones en los volcanes, etc.
• Producidas por el hombre, tales como la producción de medicamentos, explosivos, colorantes para textiles y para alimentos, nuevos plásticos, catalizadores que aceleren otras reacciones, etc.

Una reacción química es un proceso en el cuál una o más sustancias se transforman en una o más sustancias nuevas.
¿Cómo se lee una ecuación química?

Tomemos de ejemplo la ecuación siguiente, que nos muestra la formación de agua:

2 H_2(g)  +  O_2(g)  →  2 H₂O_(l)

¿Qué es lo que estamos viendo? Observamos una flecha hacia la derecha. Esta flecha separa la reacción en dos lados: el izquierdo o de los reactivos, y el derecho, o de los productos. Lo que representa la ecuación es que aquellas sustancias a la izquierda de la flecha se transforman en las que se ven a la derecha.

Por tanto, podemos decir que: 2 moléculas de hidrógeno (H₂) reaccionan con 1 molécula de oxígeno (O₂) para transformarse en 2 moléculas de agua (H₂O). O, dicho en otras palabras, 2 moléculas de H₂ y una molécula de O₂ forman 2 moléculas de H₂O.

Sin embargo, en el mundo de las reacciones químicas no trabajamos con átomos o moléculas, sino que lo hacemos con moles. La lectura de la ecuación es similar, pero se utilizan moles para describirla. Por tanto, sería: “Dos moles de hidrógeno reaccionan con un mol de oxígeno para producir 2 moles de agua”.

CÓMO BALANCEAR UNA ECUACIÓN: ESTEQUIOMETRÍA

En química, la estequiometría, del griego “stoicheion” (elemento) y “métrón” (medida), es el cálculo de las relaciones cuantitativas entre reactivos y productos en el transcurso de una reacción química.

El primero que enunció los principios de la estequiometría fue Jeremias Benjamin Richter (1762-1807). En 1792 escribió lo siguiente: La estequiometría es la ciencia que mide las proporciones cuantitativas o relaciones de masa de los elementos químicos que están implicados.

En una reacción química se observa una modificación de las sustancias presentes: los reactivos se consumen para dar lugar a los productos. Unos enlaces se rompen y otros se forman, pero los átomos implicados se conservan.Esto es lo que llamamos la ley de conservación de la masa, que implica que el número de átomos de un determinado elemento a la izquierda de una ecuación debe coincidir con el número de átomos de ese mismo elemento a la derecha de la ecuación.

Es por ello que se utilizan coeficientes para balancear una ecuación. Si observas la ecuación anterior, verás que se ha colocado un “2” delante del H₂ en el lado de los reactivos. De esta manera, el número de átomos de hidrógeno en el lado izquierdo es cuatro, idéntico al que hay a la derecha, porque se ha colocado también un “2” delante del H₂O.

¿Cómo balanceo una ecuación?

Una ecuación química (que no es más que la representación escrita de una reacción química) balanceada  debe reflejar lo que pasa realmente antes de comenzar y al finalizar la reacción y, por tanto, debe respetar las leyes de conservación de masa. Para respetar estas reglas, se pone delante de cada especie química un número llamado coeficiente estequiométrico, que indica la proporción de cada especie involucrada (se puede considerar como el número de moléculas o de átomos, o de iones o de moles; es decir, la cantidad de materia que se consume o se transforma).

Ejemplo

En la reacción de combustión del metano (CH₄), éste se combina con oxígeno molecular (O₂) del aire para formar dióxido de carbono (CO₂) y agua (H₂O). La reacción sin ajustar (sólo representando los elementos que interactúan) será:

                                                          CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O

Esta reacción no está escrita correctamente, porque no cumple la ley de conservación de la materia. Para el elemento hidrógeno (H), por ejemplo, hay 4 átomos en los reactivos (CH₄) y sólo 2 en los productos (H₂O). Se ajusta la reacción introduciendo delante de las fórmulas químicas de cada compuesto un coeficiente estequiométrico adecuado: si se pone un 2 delante del H₂O, se respeta la conservación para el carbono (C) y el hidrógeno (H), pero no para el oxígeno (O), situación que puede corregirse poniendo otro 2 delante de O₂ en los reactivos:
                                                          CH₄ + 2 O₂ →  CO₂ + 2 H₂O

y se obtiene así, finalmente, la reacción balanceada.

Ahora podemos leer la ecuación anterior: dice que 1 mol de metano (CH₄) reacciona con 2 moles de oxígeno molecular (O₂) para dar 1 mol de dióxido de carbono(CO₂) y 2 moles de agua (H₂O). Si verificamos el número de átomos veremos que en ambos lados de la ecuación hay 1 átomo de carbono (C), 4 átomos de hidrógeno (H) y 4 átomos de oxígeno (O). La materia (la cantidad de átomos) se ha conservado una vez terminada la reacción química.

IMPORTANTE Ojo, no hay un único balanceo correcto para una acuación. En el ejemplo anterior, se pudo haber considerado el siguiente balance: 2 CH4  +  4 O2  →  2 CO2  +  4 H2O La ecuación también está correctamente balanceada, pues el número de átomos de cada elemento es idéntico a cada lado de la reacción. Sin embargo, se suelen usar números pequeños, en los que se busca que al menos una de las sustancias tenga como coeficiente un 1. El balance que le demos a la ecuación no alterará los cálculos posteriores. Lo importante es tener la ecuación balanceada, y eso se consigue teniendo el mismo número de átomos a cada lado de la ecuación.

Ejercicio 4.1 1. Balancea las siguientes ecuaciones químicas: C6H12O6(ac)  → C2H5OH (ac)  + CO2(g) Mg(s) + O2(g)  →  MgO(s) C3H8(g) + O2(g)  → CO2(g) + H2O(g) 2. ¿Está balanceada la siguiente ecuación? C7H8(l) +    9 O2(g)  →  7 CO2(g) + 4 H2O(l)