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Contenido principal

Ecuaciones moleculares, iónicas completas e iónicas netas

Introducción

Como estudiante aplicado de química, probablemente te encuentres con un montón de reacciones que suceden en solución acuosa (¡tal vez ya te estés ahogando en ellas!). Cuando hay iones implicados en una reacción, la ecuación para la reacción se puede escribir con varios niveles de detalle. Según qué parte de la reacción te interese, podrías escribir una ecuación molecular, una ecuación iónica completa o una ecuación iónica neta.

Definiciones de ecuaciones moleculares, iónicas completas e iónicas netas

En ocasiones una ecuación molecular simplemente se conoce como una ecuación balanceada. En una ecuación molecular, todos los compuestos iónicos y ácidos se representan como compuestos neutros usando su fórmula molecular. El estado de cada substancia se indica entre paréntesis después de la fórmula.
Consideremos la reacción que ocurre entre start text, A, g, N, O, end text, start subscript, 3, end subscript y start text, N, a, C, l, end text. Cuando se mezclan las soluciones acuosas de start text, A, g, N, O, end text, start subscript, 3, end subscript y start text, N, a, C, l, end text, se forma start text, A, g, C, l, end text en estado sólido y start text, N, a, N, O, end text, start subscript, 3, end subscript en estado acuoso. Con esta información, podemos escribir una ecuación molecular balanceada para la reacción:
start text, A, g, N, O, end text, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, plus, start text, N, a, C, l, end text, left parenthesis, a, c, right parenthesis, right arrow, start text, A, g, C, l, end text, left parenthesis, s, right parenthesis, plus, start text, N, a, N, O, end text, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis
Sin embargo, si pudiéramos hacer un acercamiento al contenido del vaso de precipitados, no encontraríamos moléculas reales de start text, A, g, N, O, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, N, a, C, l, end text o start text, N, a, N, O, end text, start subscript, 3, end subscript. Dado que start text, A, g, N, O, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, N, a, C, l, end text y start text, N, a, N, O, end text, start subscript, 3, end subscript son compuestos iónicos solubles, se disocian en sus iones constituyentes en el agua. Por ejemplo, start text, N, a, C, l, end text se disocia en un ion de start text, N, a, end text, start superscript, plus, end superscript por cada ion de start text, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript; estos iones se estabilizan por interacciones ion-dipolo con las moléculas de agua circundantes.
Imagen de cloruro de sodio cristalino junto a una imagen de los iones sodio y cloruro disociados en el agua. Cada ion cloruro interactúa con múltiples moléculas de agua por medio del dipolo positivo del agua, y cada ion sodio interactúa con las moléculas de agua a través del dipolo negativo del agua.
El cloruro de sodio se disocia en iones de sodio y cloruro en el agua, y estos iones son solvatados por las moléculas de agua altamente polares. Crédito de la imagen: "Sales: Figura 1" de OpenStax Anatomy and Physiology, CC BY 4.0.
A partir de la fórmula molecular, podemos volver a escribir los compuestos iónicos solubles como iones disociados para obtener la ecuación iónica completa:
start text, A, g, end text, start superscript, plus, end superscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, plus, start color #11accd, start text, N, O, end text, start subscript, 3, end subscript, start superscript, minus, end superscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, end color #11accd, plus, start color #ca337c, start text, N, a, end text, start superscript, plus, end superscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, end color #ca337c, plus, start text, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, right arrow, start text, A, g, C, l, end text, left parenthesis, s, right parenthesis, plus, start color #ca337c, start text, N, a, end text, start superscript, plus, end superscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, end color #ca337c, plus, start color #11accd, start text, N, O, end text, start subscript, 3, end subscript, start superscript, minus, end superscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, end color #11accd
Observa que no cambiamos la representación de start text, A, g, C, l, end text, left parenthesis, s, right parenthesis puesto que start text, A, g, C, l, end text es insoluble en agua. Como regla general, los compuestos iónicos solubles, ácidos fuertes y bases fuertes se deben separar en sus iones constituyentes en una ecuación iónica completa, mientras que las sales insolubles y ácidos débiles deben permanecer como una unidad.
Si miramos nuestra ecuación iónica completa más de cerca, vemos que start color #11accd, start text, N, O, end text, start subscript, 3, end subscript, start superscript, minus, end superscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, end color #11accd y start color #ca337c, start text, N, a, end text, start superscript, plus, end superscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, end color #ca337c se encuentran a ambos lados de la flecha de la reacción. Las especies iónicas que permanecen sin cambio como durante esta reacción se conocen como iones espectadores. Dado que los iones espectadores aparecen en ambos lados de la ecuación, los podemos cancelar, tal como podemos cancelar términos iguales en cada lado de una ecuación matemática:
start text, A, g, end text, start superscript, plus, end superscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, plus, start cancel, start color #11accd, start text, N, O, end text, start subscript, 3, end subscript, start superscript, minus, end superscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, end color #11accd, end cancel, plus, start cancel, start color #ca337c, start text, N, a, end text, start superscript, plus, end superscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, end color #ca337c, end cancel, plus, start text, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, right arrow, start text, A, g, C, l, end text, left parenthesis, s, right parenthesis, plus, start cancel, start color #ca337c, start text, N, a, end text, start superscript, plus, end superscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, end color #ca337c, end cancel, plus, start cancel, start color #11accd, start text, N, O, end text, start subscript, 3, end subscript, start superscript, minus, end superscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, end color #11accd, end cancel
Estos nos deja la ecuación iónica neta, que solo muestra las especies realmente implicadas en la reacción química:
start text, A, g, end text, start superscript, plus, end superscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, plus, start text, C, l, end text, start superscript, −, end superscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, right arrow, start text, A, g, C, l, end text, left parenthesis, s, right parenthesis
Esta ecuación iónica neta nos dice que el cloruro de plata se produce a partir de los iones disueltos de start text, A, g, end text, start superscript, plus, end superscript y start text, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript, independientemente de la fuente de estos iones. En comparación, la ecuación iónica completa nos habla de todos los iones presentes en solución durante la reacción, y la reacción molecular nos informa de los compuestos iónicos que se usaron como fuente de start text, A, g, end text, start superscript, plus, end superscript y start text, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript para la reacción.
Consejo para resolver problemas: por convención, una ecuación iónica neta se escribe con los valores enteros mínimos posibles como coeficientes estequiométricos. Esto significa que podríamos tener que dividir todos los coeficientes estequiométricos entre un común divisor como último paso para obtener la forma final de la ecuación iónica neta.

Resumen

Una ecuación iónica neta muestra solo las especies químicas involucradas en la reacción, mientras que la ecuación iónica completa también incluye a las especies espectadoras. Podemos encontrar la ecuación iónica neta para una reacción dada usando los siguientes pasos:
  1. Escribe la ecuación molecular balanceada para la reacción, incluyendo el estado de cada sustancia.
  2. Usa tu conocimiento de las reglas de solubilidad, ácidos y bases fuertes para volver a escribir la ecuación molecular como una ecuación iónica completa que muestra cuáles son los compuestos que están disociados en iones.
  3. Identifica y cancela los iones espectadores (los iones que aparecen en ambos lados de la ecuación).

¡Inténtalo!

El ácido sulfúrico, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, es un ácido fuerte que se disocia completamente en iones start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript y start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, 2, minus, end superscript en solución acuosa. El hidróxido de sodio, start text, N, a, O, H, end text, left parenthesis, a, c, right parenthesis, es una base fuerte que se disocia completamente en iones start text, N, a, end text, start superscript, plus, end superscript y start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript en solución acuosa. Cuando se combinan start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis y start text, N, a, O, H, end text, left parenthesis, a, c, right parenthesis, los productos son agua y sulfato de sodio acuoso, start text, N, a, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis. Esta reacción está representada por la siguiente ecuación molecular.
HX2SOX4(ac)+2NaOH(ac)2HX2O(l)+NaX2SOX4(ac)\ce{H2SO4}(ac) + \ce{2NaOH}(ac) \rightarrow \ce{2H2O}(l) + \ce{Na2SO4}(ac)
¿Cuál de las siguientes es la ecuación iónica neta balanceada para la reacción entre start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis y start text, N, a, O, H, end text, left parenthesis, a, c, right parenthesis?
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