Cómo usar la ecuación molecular para encontrar la ecuación iónica completa y la ecuación iónica neta.

Introducción

Como un estudiante de química dedicado, probablemente verás toneladas de reacciones que ocurren en agua, ¡o tal vez estás aquí porque ya te estás ahogado en ellas! Cuando hay iones involucrados en una reacción, la ecuación química puede escribirse con varios niveles de detalle. Dependiendo de la parte de la reacción en la que estás interesado, puedes escribir una ecuación molecular, iónica completa, o iónica neta.
Estos términos son particularmente útiles para reacciones de doble desplazamiento (también conocidas como de intercambio), precipitación, de formación de gases y reacciones de neutralización, aunque técnicamente puedes usarlas para cualquier reacción que utilice agua como solvente.

Definiciones de ecuaciones moleculares, iónicas completas e iónicas netas

En ocasiones a una ecuación molecular se le llama simplemente una ecuación balanceada. En una ecuación molecular, todos los compuestos iónicos y ácidos se representan como compuestos neutros usando la forma molecular. El estado de cada substancia se indica en paréntesis después de la fórmula.
El estado de la substancia puede ser sólido (s), líquido (l), gas (g) o disuelta en agua (a, c). En los problemas verbales generalmente te darán el estado de los reactivos y, en algunas ocasiones, también el de los productos. En casos donde tengas que averiguar por ti mismo el estado de las substancias, requerirás conocer las reglas de solubilidad.
Consideremos la reacción que ocurre cuando se mezclan soluciones acuosas de N, a, C, l y A, g, N, O, start subscript, 3, end subscript. Escribimos los reactivos en el lado izquierdo de la flecha de reacción: N, a, C, l, left parenthesis, a, c, right parenthesis y A, g, N, O, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis. La reacción produce N, a, N, O, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis y A, g, C, l, left parenthesis, s, right parenthesis. ¡Con esta información, podemos escribir la ecuación molecular para esta reacción y asegurarnos de que nuestra ecuación está balanceada!
Esta es una reacción de doble desplazamiento, algunas veces llamada reacción de intercambio. También es una reacción de precipitación dado que se forma un producto sólido a partir de los iones en solución.

N, a, C, l, left parenthesis, a, c, right parenthesis, plus, A, g, N, O, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, right arrow, N, a, N, O, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, plus, A, g, C, l, left parenthesis, s, right parenthesis
Sin embargo, si nos imaginamos haciendo un zoom en los contenidos de nuestro vaso de reacción, no encontraremos moléculas de N, a, C, l, A, g, N, O, start subscript, 3, end subscript o N, a, N, O, start subscript, 3, end subscript. Dado que N, a, C, l, A, g, N, O, start subscript, 3, end subscript y N, a, N, O, start subscript, 3, end subscript son compuestos iónicos solubles, estos se disocian en agua en los iones que los constituyen. Por ejemplo, cualquier molécula de N, a, C, l estará disociada en un ion de N, a, start superscript, plus, end superscript y un ion de C, l, start superscript, minus, end superscript; estos iones están estabilizados por interacciones ion-dipolo con las moléculas de agua vecinas.
En caso que no hayas aprendido aún las reglas de solubilidad (o necesites un recordatorio rápido):
  • Todas las sales de sodio, potasio, amonio y nitratos son solubles en agua.
  • La mayoría de los cloruros son solubles excepto los haluros de plata.
Si no estás seguro de cómo descomponer los compuestos iónicos solubles en cationes y aniones, puedes revisar el artículo sobre iones poliatómicos comunes.
Imagen de cristal de cloruro de sodio junto a imagen de la disociación de iones sodio y cloruro en 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 por medio del dipolo negativo del agua, de los átomos de oxígeno
Figura 1. Imagen de cristal de cloruro de sodio junto a los iones cloruro y sodio resultantes de la disociación en agua. Cada ion está rodeado de moléculas de agua polares. Imagen de "Sales", por OpenStax Anatomía y Fisiología, CC-BY-NC-SA 4.0.
Podemos escribir los compuestos iónicos solubles como iones disociados para obtener la ecuación iónica completa, algunas veces llamada simplemente la ecuación iónica:
start color purpleC, N, a, start superscript, plus, end superscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, end color purpleC, plus, C, l, start superscript, minus, end superscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, plus, A, g, start superscript, plus, end superscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, plus, start color greenD, N, O, start subscript, 3, end subscript, start superscript, minus, end superscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, end color greenD, right arrow, start color purpleC, N, a, start superscript, plus, end superscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, end color purpleC, plus, start color greenD, N, O, start subscript, 3, end subscript, start superscript, minus, end superscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, end color greenD, plus, A, g, C, l, left parenthesis, s, right parenthesis
Observa que no cambiamos la representación de nuestro producto A, g, C, l, left parenthesis, s, right parenthesis ya que A, g, C, l es insoluble en agua. Como regla general, los compuestos iónicos solubles, ácidos fuertes y bases fuertes deben escribirse como iones disociados en la ecuación iónica completa. Sales insolubles y ácidos débiles se escriben usando la fórmula molecular neutra ya que ellos solo se disocian en menor grado en agua.
Si observamos de cerca nuestra ecuación iónica completa, vemos que start color purpleC, N, a, start superscript, plus, end superscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, end color purpleC y start color greenD, N, O, start subscript, 3, end subscript, start superscript, minus, end superscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, end color greenD están presentes en ambos lados de la flecha de reacción. A las especies iónicas tales como start color purpleC, N, a, start superscript, plus, end superscript, end color purpleC y start color greenD, N, O, start subscript, 3, end subscript, start superscript, minus, end superscript, end color greenD que no cambian durante la reacción se les llama iones espectadores. Podemos cancelar los iones espectadores de nuestra ecuación iónica completa ya que aparecen en ambos lados de la ecuación, similar a como cancelamos elementos iguales en ambas partes de una ecuación matemática:
Esto nos da nuestra ecuación iónica neta, que incluye solamente las especies involucradas en la reacción química:
La ecuación iónica neta nos dice que se puede producir cloruro de plata sólido a partir de iones C, l, start superscript, minus, end superscript y A, g, start superscript, plus, end superscript disueltos, sin importar la fuente de estos iones. En comparación, la ecuación iónica completa nos dice acerca de todos los iones en solución durante la reacción, y la ecuación molecular nos dice los compuestos iónicos que se utilizaron como fuentes de y A, g, start superscript, plus, end superscript.
Sugerencia para resolver problemas: por convención, la ecuación iónica neta se escribe con los coeficientes estequiométricos como los valores enteros más pequeños posibles. Eso significa que en ocasiones tendremos que dividir todos los coeficientes estequiométricos entre un divisor común como último paso para obtener la forma final de la ecuación iónica neta.

Resumen

La 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 usando los siguientes pasos:
  1. Escribe la ecuación molecular balanceada, incluyendo el estado de cada substancia.
  2. Usa tu conocimiento de las reglas de solubilidad, ácidos fuertes, y bases fuertes para reescribir la ecuación como la ecuación iónica completa mostrando cuales de los compuestos están disociados en iones.
    Los ácidos fuertes y bases fuertes se disocian completamente en iones en solución. Cualquier ácido o base que no es un ácido fuerte o base fuerte se llama un ácido débil (o base).
    Para aprender más, ve nuestro video sobre ácidos y bases fuertes comunes.
  3. Cancela los iones espectadores que aparecen en ambos lados de la ecuación para obtener la ecuación iónica neta.
    Asegúrate que tu ecuación iónica neta está balanceada y que la suma de las cargas positiva y negativa es la misma en ambos lados de la ecuación. Si no es el caso, regresa a tus pasos anteriores para asegurar que la ecuación iónica completa y la ecuación molecular tienen átomos y cargas balanceadas.

Créditos:

Este artículo fue adaptado de:
El artículo modificado está autorizado bajo una licencia CC-BY-NC-SA 4.0.

Referencias Adicionales:

Kotz, J. C., Treichel, P. M., Townsend, J. R. y Treichel, D. A. (2015). Ecuaciones iónicas netas. En Chemistry and Chemical Reactivity, Instructor's Edition (Química y reactividad química. Edición del instructor) (9na ed., pp. 112-114). Stamford, CT: Cengage Learning.

¡Inténtalo!

Sulfuric acid, H, start subscript, 2, end subscript, S, O, start subscript, 4, end subscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, is a strong acid that completely dissociates into H, start superscript, plus, end superscript and S, O, start subscript, 4, end subscript, start superscript, 2, minus, end superscript in aqueous solution. Sodium hydroxide, N, a, O, H, left parenthesis, a, q, right parenthesis, is a strong base that completely dissociates into N, a, start superscript, plus, end superscript and O, H, start superscript, minus, end superscript in aqueous solution. When H, start subscript, 2, end subscript, S, O, start subscript, 4, end subscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis and N, a, O, H, left parenthesis, a, q, right parenthesis are combined, the products are water and soluble sodium sulfate, N, a, start subscript, 2, end subscript, S, O, start subscript, 4, end subscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis.
H, start subscript, 2, end subscript, S, O, start subscript, 4, end subscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, plus, 2, N, a, O, H, left parenthesis, a, c, right parenthesis, right arrow, 2, H, start subscript, 2, end subscript, O, left parenthesis, l, right parenthesis, plus, N, a, start subscript, 2, end subscript, S, O, start subscript, 4, end subscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis
¿Cuál es la ecuación iónica neta para la reacción química entre H, start subscript, 2, end subscript, S, O, start subscript, 4, end subscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis y N, a, O, H, left parenthesis, a, c, right parenthesis?
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N, a, start subscript, 2, end subscript, S, O, start subscript, 4, end subscript es soluble en agua y se disocia en 2, N, a, start superscript, plus, end superscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis y S, O, start subscript, 4, end subscript, start superscript, 2, minus, end superscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis.
S, O, start subscript, 4, end subscript, start superscript, 2, minus, end superscript y N, a, start superscript, plus, end superscript son iones espectadores porque permanecen en solución durante la reacción.
La ecuación iónica completa es como sigue:
2, H, start superscript, plus, end superscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, plus, S, O, start subscript, 4, end subscript, start superscript, 2, minus, end superscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, plus, 2, N, a, start superscript, plus, end superscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, plus, 2, O, H, start superscript, minus, end superscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, right arrow, 2, H, start subscript, 2, end subscript, O, plus, 2, N, a, start superscript, plus, end superscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, plus, S, O, start subscript, 4, end subscript, start superscript, 2, minus, end superscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis
Una vez que eliminamos los iones espectadores de la ecuación iónica completa y nos aseguramos que todos los coeficientes estequiométricos están en su valor entero más bajo —podemos dividirlos todos entre 2— podemos obtener la ecuación iónica neta:
H, start superscript, plus, end superscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, plus, O, H, start superscript, minus, end superscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis, right arrow, H, start subscript, 2, end subscript, O, left parenthesis, l, right parenthesis