Tipos de reacciones químicas

Introduce un alambre de cobre en una disolución de nitrato de plata: crecen cristales de plata sobre él y el líquido se vuelve azul. El cobre ha ocupado el lugar de la plata.

Se conocen millones de reacciones, pero la mayoría sigue unos pocos patrones. Aprenderlos permite predecir los productos antes de verlos. Algunos libros clasifican las reacciones según lo que ocurre con las fórmulas: unión, separación o intercambio. Otros se fijan en las partículas: formación de sólidos, transferencia de protones o de electrones. Ambas clasificaciones se superponen y conviene conocer las dos.

Unir y separar

En una reacción de síntesis, o combinación, dos o más sustancias se unen para formar un solo producto: A + B → AB. El nitrógeno y el hidrógeno se combinan para producir amoníaco, N₂ + 3H₂ → 2NH₃, la vía industrial de obtención de esta sustancia. El hierro y el oxígeno forman óxido de hierro(III). Una reacción de descomposición va en sentido contrario: una sustancia se separa en dos o más, AB → A + B. El peróxido de hidrógeno se descompone lentamente en agua y oxígeno, 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂, y la piedra caliza calentada en un horno se descompone en cal y dióxido de carbono.

Intercambiar compañeros

En una reacción de desplazamiento simple, un elemento ocupa el lugar de otro en un compuesto: A + BC → AC + B. El cobre metálico en una disolución de nitrato de plata es el ejemplo clásico: Cu + 2AgNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2Ag. Los átomos de cobre se convierten en iones de cobre azules en la disolución y los iones de plata salen como metal. El magnesio en ácido clorhídrico desplaza al hidrógeno y produce burbujas: Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂.

En una reacción de doble desplazamiento, dos compuestos intercambian compañeros: AB + CD → AD + CB. Al mezclar disoluciones transparentes de nitrato de plata y cloruro de sodio aparece de inmediato un sólido blanco, porque el cloruro de plata no se disuelve en agua: AgNO₃ + NaCl → AgCl + NaNO₃. Una reacción que produce un sólido a partir de disoluciones, como esta, se llama reacción de precipitación. Los químicos las predicen mediante reglas de solubilidad: listas breves que indican qué compuestos iónicos se disuelven y cuáles no.

Combustión, neutralización y transferencia de electrones

Una reacción de combustión ocurre cuando un combustible reacciona rápidamente con oxígeno y desprende calor y, por lo general, luz. Si el combustible contiene solo carbono e hidrógeno, o carbono, hidrógeno y oxígeno, su combustión completa produce dióxido de carbono y agua, como sucede con el metano, el propano y el etanol. Una reacción de neutralización ocurre cuando un ácido reacciona con una base para formar una sal y agua: HCl + NaOH → NaCl + H₂O. Las tabletas antiácidas actúan así sobre el ácido del estómago; el curso de ácidos y bases lo explica con detalle.

Muchos de estos patrones comparten algo más profundo: se transfieren electrones de una sustancia a otra. Cuando el sodio reacciona con cloro, cada átomo de sodio pierde un electrón y cada átomo de cloro gana uno. La pérdida de electrones se llama oxidación y la ganancia, reducción. Como no puede ocurrir una sin la otra, estas reacciones se llaman de oxidación-reducción, o redox. La combustión, la oxidación del hierro y el desplazamiento simple son reacciones redox. La precipitación y la neutralización no lo son, porque ningún elemento cambia su número de oxidación.