Ecuaciones químicas, ley de la conservación de la materia y balanceo por tanteo

Cuando quemas un papel parece que la materia desaparece: queda solo un poco de ceniza. Pero si se pesaran también los gases que se desprenden, la masa total sería exactamente la misma. Para representar lo que pasa en una reacción y comprobar que nada se pierde se usan las ecuaciones químicas.

En tu libro: este tema está en las páginas 208 a 215 de Saberes y pensamiento científico. Tercer grado (SEP).

Partes de una ecuación química

$$\ce{CaCO3(s) + 2HCl(ac) -> CaCl2(ac) + CO2(g) + H2O(l)}$$

• Reactivos: las sustancias iniciales, a la izquierda.
• Productos: las sustancias que se forman, a la derecha.
• Flecha: «produce». Arriba se puede indicar lo que necesita la reacción, como calor ($\Delta$) o electricidad.
• Coeficientes estequiométricos: los números delante de cada fórmula (el 2 de $\ce{2HCl}$). Indican cuántas unidades de cada sustancia participan. Si no hay número, vale 1.
• Subíndices: los números pequeños dentro de la fórmula (el 3 de $\ce{CaCO3}$). Indican cuántos átomos de cada elemento tiene la sustancia y nunca se cambian al balancear.
• Estado de agregación: (s) sólido, (l) líquido, (g) gas y (ac) disuelto en agua.

Los modelos corpusculares (esferas de colores para cada átomo) ayudan a ver cómo se separan y se reacomodan los átomos de los reactivos para formar los productos.

La ley de la conservación de la materia

En una reacción química, la materia no se crea ni se destruye, solo se transforma (principio de Lavoisier). Por eso, en una ecuación debe haber el mismo número de átomos de cada elemento en los reactivos y en los productos.

Página 210: descomposición del clorato de potasio

$$\ce{2KClO3(s) ->[\Delta] 2KCl(s) + 3O2(g)}$$

El coeficiente se multiplica por cada subíndice:

La ecuación está balanceada: se requieren 2 unidades de $\ce{KClO3}$ y se producen 2 de $\ce{KCl}$ y 3 moléculas de $\ce{O2}$.

Página 211: la cantidad de reactivo importa

El fósforo y el cloro pueden dar productos distintos según cuánto cloro haya:

$$\ce{P4 + 6Cl2 -> 4PCl3} \qquad\qquad \ce{P4 + 10Cl2 -> 4PCl5}$$

Con exceso de cloro se forma $\ce{PCl5}$ en lugar de $\ce{PCl3}$.

El balanceo por tanteo

Balancear es colocar los coeficientes para que se cumpla la conservación de la materia. Hay varios métodos (tanteo, algebraico, redox, ion-electrón); el más sencillo es el tanteo, que funciona bien con ecuaciones cortas:

1. Cuenta los átomos de cada elemento en los reactivos y en los productos.
2. Balancea primero los elementos que no son hidrógeno ni oxígeno, poniendo coeficientes.
3. Después balancea el hidrógeno y el oxígeno.
4. Verifica que todo quede igual; si no, repite.

Ejemplos del libro resueltos (páginas 212 a 215)

Ejemplo 1: tetrafluoruro de azufre y flúor

$$\ce{SF4(g) + F2(g) -> SF6(g)}$$

S: 1 y 1. F: $4 + 2 = 6$ y 6. Ya está balanceada.

Ejemplo 2: hidrógeno y yodo

$$\ce{H2(g) + I2(g) -> HI(g)}$$

Hay 2 H y 2 I a la izquierda, pero solo 1 de cada uno a la derecha. Se pone un 2 al $\ce{HI}$:

$$\ce{H2(g) + I2(g) -> 2HI(g)}$$

Coeficientes: 1, 1 y 2.

Ejemplo 3: la electrólisis del agua

$$\ce{H2O(l) ->[electricidad] H2(g) + O2(g)}$$

Hay 1 O a la izquierda y 2 a la derecha: se pone un 2 al agua. Eso deja 4 H a la izquierda, así que se pone un 2 al hidrógeno:

$$\ce{2H2O(l) ->[electricidad] 2H2(g) + O2(g)}$$

H: 4 y 4. O: 2 y 2. ✓

Ejemplo 4: óxido de mercurio

$$\ce{HgO(s) -> Hg(l) + O2(g)}$$

Para tener 2 O a la izquierda, se pone un 2 al $\ce{HgO}$; ahora hay 2 Hg, así que también se pone un 2 al mercurio:

$$\ce{2HgO(s) -> 2Hg(l) + O2(g)}$$

Ejemplo 5: clorato de potasio

$$\ce{KClO3(s) -> KCl(s) + O2(g)}$$

K y Cl están balanceados, pero hay 3 O a la izquierda y 2 a la derecha. El mínimo común múltiplo de 3 y 2 es 6: se pone un 2 al $\ce{KClO3}$ y un 3 al $\ce{O2}$, y luego un 2 al $\ce{KCl}$ para igualar K y Cl:

$$\ce{2KClO3(s) -> 2KCl(s) + 3O2(g)}$$

Un ejemplo más: la combustión del metano

$$\ce{CH4 + O2 -> CO2 + H2O}$$

1. C: 1 y 1, ya está.
2. H: 4 a la izquierda y 2 a la derecha: se pone un 2 al agua → $\ce{CH4 + O2 -> CO2 + 2H2O}$.
3. O: ahora hay $2 + 2 = 4$ a la derecha: se pone un 2 al $\ce{O2}$.

$$\ce{CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O}$$

Comprueba lo aprendido

1. ¿Qué diferencia hay entre un coeficiente y un subíndice?Ver respuestaOcultar respuesta

El coeficiente (delante de la fórmula) indica cuántas unidades de la sustancia hay y se puede cambiar al balancear; el subíndice indica cuántos átomos tiene la fórmula y nunca se cambia.

2. Balancea N₂ + H₂ → NH₃Ver respuestaOcultar respuesta

$\ce{N2 + 3H2 -> 2NH3}$. N: 2 y 2. H: 6 y 6.

3. ¿Qué dice la ley de la conservación de la materia?Ver respuestaOcultar respuesta

Que en una reacción química la materia no se crea ni se destruye: la masa y el número de átomos de cada elemento son iguales antes y después.

Practica con los ejercicios resueltos de esta unidad:

Ejercicios de reacciones químicas

Temas relacionados: tipos de reacciones químicas e historia de la química en el curso de Saberes y pensamiento científico 3. Para profundizar, revisa balanceo de ecuaciones químicas en el curso de química de preparatoria.

Referencias

• Secretaría de Educación Pública (2024). Colección Nanahuatzin. Saberes y pensamiento científico. Tercer grado. SEP, pp. 208-215.
• Chang, R. y Overby, J. (2017). Química. McGraw Hill.
• Brown, T. L., LeMay, H. E., Bursten, B. E. y Murphy, C. J. (2014). Química, la ciencia central. Pearson Educación.

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