Reacciones químicas y balanceo

Lo esencial

• Ley de conservación de la masa (Lavoisier): en una reacción los átomos no se crean ni se destruyen, solo se reacomodan.
• Tipos de reacción: síntesis, descomposición, sustitución simple, doble sustitución, combustión y neutralización.
• Balanceo por tanteo: ajustar coeficientes, nunca subíndices.
• Oxidación-reducción: quién pierde y quién gana electrones, y cuál es el agente oxidante y el reductor.
• Energía: reacciones exotérmicas y endotérmicas.

Ecuaciones y tipos de reacción

En una ecuación química, los reactivos van a la izquierda y los productos a la derecha. Los coeficientes indican cuántas unidades participan; los subíndices forman parte de la fórmula. Los estados se indican con (s), (l), (g) y (ac).

Tipo	Patrón	Ejemplo
Síntesis (combinación)	$A + B \to AB$	$2\text{H}_2 + \text{O}_2 \to 2\text{H}_2\text{O}$
Descomposición	$AB \to A + B$	$\text{CaCO}_3 \to \text{CaO} + \text{CO}_2$
Sustitución simple	$A + BC \to AC + B$	$\text{Zn} + 2\text{HCl} \to \text{ZnCl}_2 + \text{H}_2$
Doble sustitución	$AB + CD \to AD + CB$	$\text{AgNO}_3 + \text{NaCl} \to \text{AgCl} + \text{NaNO}_3$
Combustión	combustible + $\text{O}_2 \to \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}$	$\text{CH}_4 + 2\text{O}_2 \to \text{CO}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$
Neutralización	ácido + base → sal + agua	$\text{HCl} + \text{NaOH} \to \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}$

La neutralización es un caso de doble sustitución. En la sustitución simple, un elemento más activo desplaza a otro menos activo de su compuesto.

Balanceo por tanteo

Una ecuación está balanceada cuando hay el mismo número de átomos de cada elemento en ambos lados. Orden recomendado:

1. Metales.
2. No metales distintos de H y O.
3. Hidrógeno.
4. Oxígeno, al final.

Solo se cambian coeficientes. Si cambiaras un subíndice, cambiarías la sustancia: $\text{H}_2\text{O}_2$ es agua oxigenada, no agua.

Si un coeficiente queda fraccionario (por ejemplo $\frac{13}{2}\,\text{O}_2$), multiplica toda la ecuación por 2 para que todos sean enteros y lo más pequeños posible.

Oxidación-reducción

En una reacción redox hay transferencia de electrones y cambian los números de oxidación:

Proceso	Electrones	Número de oxidación	La especie es el…
Oxidación	pierde	aumenta	agente reductor
Reducción	gana	disminuye	agente oxidante

Truco para recordarlo: "el que se oxida reduce al otro". Ambos procesos ocurren siempre juntos. La combustión, la corrosión del hierro, la respiración celular y las pilas son ejemplos de redox. Las reacciones de neutralización y de doble sustitución, en cambio, no son redox.

Energía en las reacciones

• Exotérmica: libera calor al entorno; $\Delta H < 0$. Combustiones, neutralizaciones, respiración.
• Endotérmica: absorbe energía (por lo común, calor); $\Delta H > 0$. Fotosíntesis, descomposición térmica del carbonato de calcio, electrólisis del agua.

La velocidad de una reacción aumenta con la temperatura, la concentración, el área de contacto (sólidos finamente divididos) y la presencia de un catalizador, que acelera la reacción sin consumirse. En los seres vivos, los catalizadores son las enzimas.

Ejemplo resuelto

1. Al balancear $\text{C}_3\text{H}_8 + \text{O}_2 \to \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}$ con los menores enteros, ¿cuánto suman todos los coeficientes?

a) 4 b) 10 c) 12 d) 13

Solución.

1. Carbono: 3 a la izquierda, así que $3\,\text{CO}_2$.
2. Hidrógeno: 8 a la izquierda, así que $4\,\text{H}_2\text{O}$.
3. Oxígeno a la derecha: $3(2) + 4(1) = 10$ átomos, es decir, $5\,\text{O}_2$.
4. Ecuación: $\text{C}_3\text{H}_8 + 5\text{O}_2 \to 3\text{CO}_2 + 4\text{H}_2\text{O}$.

Suma: $1 + 5 + 3 + 4 = 13$. Respuesta: d. No olvides contar el coeficiente 1 del propano.

2. En la reacción $\text{Zn} + \text{CuSO}_4 \to \text{ZnSO}_4 + \text{Cu}$, ¿cuál es el agente reductor?

a) Zn b) $\text{Cu}^{2+}$ c) $\text{SO}_4^{2-}$ d) Cu

Solución.

1. Zn pasa de 0 a $+2$: pierde electrones, se oxida.
2. Cu pasa de $+2$ (en $\text{CuSO}_4$) a 0: gana electrones, se reduce.
3. El que se oxida es el agente reductor: el Zn.

Respuesta: a. El sulfato no cambia: es un ion espectador. Es, además, una sustitución simple.

Errores comunes

• Cambiar subíndices para balancear.
• Confundir oxidación con ganar electrones (es al revés).
• Decir que el agente oxidante es el que se oxida.
• Olvidar el coeficiente 1 al sumar coeficientes.
• Pensar que un catalizador se consume o cambia el producto final.

Para recordar

• La masa se conserva: mismos átomos de cada lado.
• Balancea metales, no metales, H y al final O.
• Oxidación: pierde electrones y sube su número de oxidación; es el agente reductor.
• Exotérmica libera calor ($\Delta H < 0$); endotérmica lo absorbe.