Reacciones químicas

Las moléculas, como aquellas que componen tu cuerpo, son solo colecciones de átomos que están unidos por enlaces químicos. En muchos sentidos, se parecen bastante a los juegos de contrucción de Tinkertoy®. De hecho, si llevas química orgánica, es probable que compres un equipo para modelar moléculas que se ve sospechosamente similar a los Tinkertoys®.

Así como puedes armar las ruedas de los Tinkertoys® de diferentes maneras al usar diferentes conectores en forma de palitos, también puedes unir átomos de diferentes maneras al formar distintos conjuntos de enlaces químicos. El proceso de reorganizar átomos al romper un conjunto de enlaces quimicos y formar un conjunto nuevo se conoce como una reacción química.

Las reacciones químicas suceden cuando se rompen o se forman enlaces químicos entre los átomos. Las sustancias que participan en una reacción química se conocen como los reactivos, y las sustancias que se producen al final de la reacción se conocen como los productos. Se dibuja una flecha entre los reactivos y los productos para indicar la dirección de la reacción química, aunque una reacción química no siempre es una "vía de un solo sentido", como veremos más adelante en la siguiente sección.

Por ejemplo, la reacción de descomposición del peróxido de hidrógeno ($\text{H}_{2}$start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript$\text{O}_{2}$start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript) en agua y oxígeno se puede escribir de la siguiente manera:

$2 \text{H}_{2}$2, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript$\text{O}_{2} \text{(peróxido de hidrógeno)}$start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, left parenthesis, p, e, r, o, with, \', on top, x, i, d, o, space, d, e, space, h, i, d, r, o, with, \', on top, g, e, n, o, right parenthesis, end text $\rightarrow$right arrow $2\text{H}_{2}\text O \text{(agua)}$2, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, start text, left parenthesis, a, g, u, a, right parenthesis, end text + $\text{O}_{2}\text{(oxígeno)}$start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, left parenthesis, o, x, ı, with, \', on top, g, e, n, o, right parenthesis, end text

En este ejemplo, el peróxido de hidrógeno es nuestro reactivo, y se descompone en agua y oxígeno, nuestros productos. Los átomos que comenzaron en las moléculas de peróxido de hidrógeno se reacomodaron para formar moléculas de agua ($\text{H}_{2}\text O$start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text) y oxígeno ($\text O_2$start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript).

Tal vez hayas notado los números adicionales en la reacción química anterior: el $2$2 en frente del peróxido de hidrógeno y el agua. Estos números se llaman coeficientes y nos dicen cuánto de cada molécula participa en la reacción. Se deben incluir con el fin de que nuestra ecuación esté balanceada, es decir que el número de átomos de cada elemento sea igual en los dos lados de la ecuación.

Las ecuaciones deben estar balanceadas para reflejar la ley de la conservación de la materia, que dice que no se crean ni se destruyen átomos durante el curso de una reacción química normal. Puedes aprender más sobre el balanceo de ecuaciones en el tutorial de balanceo de ecuaciones químicas.

Algunas reacciones químicas simplemente ocurren en una dirección hasta que los reactivos se terminan. Estas reacciones se conocen como irreversibles. Sin embargo, otras reacciones se clasifican como reversibles. Las reacciones reversibles suceden en dirección hacia adelante y hacia atrás.

En una reacción reversible, los reactivos se convierten en productos, pero también los productos se convierten en reactivos. De hecho, tanto la reacción hacia adelante como la opuesta suceden al mismo tiemo. Este ir y venir continúa hasta llegar a un equilibrio relativo entre reactivos y productos, un estado que se conoce como equilibrio. En él, las reacciones hacia adelante y hacia atrás siguen sucediendo, pero las concentraciones relativas de los productos y reactivos dejan de cambiar.

Cada reacción tiene su punto de equilibrio característico, que podemos describir con un número llamado la constante de equilibrio. Para saber de dónde viene la constante de equilibrio y cómo calcularla para una reacción en particular, revisa el tema sobre equilibrio.

Cuando una reacción se clasifica como reversible, generalmente se escribe con una pareja de flechas hacia adelante y hacia atrás que muestran que puede darse en ambos sentidos. Por ejemplo, en la sangre humana el exceso de iones hidrógeno ($\text H^+$start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript) se une a iones bicarbonato ($\text{HCO}_{3}$start text, H, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript$^{-}$start superscript, minus, end superscript), para formar ácido carbónico ($\text{H}_{2}$start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript$\text{CO}_{3}$start text, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript):

$\text{HCO}_{3}$start text, H, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript$^{-}$start superscript, minus, end superscript + $\text{H}^{+}$start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript $\rightleftharpoons$\rightleftharpoons $\text{H}_{2}$start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript$\text{CO}_{3}$start text, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript

Dado que esta es una reacción reversible, si se agregara ácido carbónico al sistema, algo de este se convertiría en iones bicarbonato e hidrógeno para restaurar el equilibrio. De hecho, este sistema de amortiguamiento juega un papel clave en mantener estable y sano el pH de tu sangre.