“REACTIVIDAD QUÍMICA”

REACTIVIDAD DE LOS PRODUCTOS QUÍMICOS

• Reacción química → emisión o absorción de energía (calor)

• Reacciones endotérmicas vs. Reacciones exotérmicas– Experimento reacción endotérmica con nitrato amónico

– Experimento reacción exotérmica con NaOH

• Riesgo → velocidad de reacción elevada

• Parámetros termodinámicos → permiten expresar y relacionar cuantitativamente diversos aspectos de la energía asociada a

las reacciones químicas

• Reactividad química → capacidad o facilidad de una sustancia química para reaccionar químicamente con otras sustancias en

condiciones ambientales normales (ácido-base, oxidación-reducción)

FACTORES FISICOQUÍMICOS QUE AFECTAN A

LAS REACCIONES QUÍMICAS

• Estabilidad compuestos → resistencia de sus enlaces

• Los átomos susceptibles de transformarse en iones dan lugar a reacciones muchas veces violentas (sodio o fluor con agua)

• ENERGÍA DE ACTIVACIÓN → cantidad mínima de energía capaz de iniciar una reacción (experimentos con lana de acero y gasolina)

• DESARROLLO DE LAS REACCIONES QUÍMICAS → Una reacción química tiene lugar a través de una serie de etapas intermedias con formación de especies química de vida muy

corta (10-10s).

• CATALIZADORES →hacen más rápido el desarrollo de la reacción y disminuyen la energía de activación

• INHIBIDORES → evitan el desarrollo de una reacción o la ralentizan

• REACTIVOS SÓLIDOS → reactividad controlada por el estado de división

– Experimento con Cu en diferentes estados de molienda

• TEMPERATURA → papel fundamental en la velocidad de las reacciones.

K=Ae-E/RT . 10ºC aumentan 2-3 veces la velocidad

• CONCENTRACIÓN DE LOS REACTIVOS: la velocidad de una reacción

está también en función de las concentraciones o presiones parciales de

los reactivos, aumentando al hacerlo éstas

– Experimento peligrosidad por dilución con sulfurico

• ENERGÍAS ELECTROMAGNÉTICAS: en función de su longitud de onda,

pueden excitar los electrones y modificar el estado de una molécula

• GOLPES Y ROZADURAS: provocan la compresión de los átomos y

aumentos de temperatura que pueden iniciar de forma violenta una reacción.

En este sentido, las substancias cristalizadas son, en general, más sensibles

que en solución.

PREVISIÓN DE LAS REACCIONES

QUÍMICAS

• La previsión de las reacciones químicas es una tarea difícil por la cantidad de parámetros que se ponen en juego

• Ciertas sustancias pueden sufrir una combustión completa o parcial incluso en ausencia de aire

• Balance de oxígeno →estimación del oxígeno en una molécula CxHyOzNpXq → B0= z-2x-0.5(y-q)

• Si B0 <0 hay defecto de oxígeno y combustión incompleta, si B0 ≥ 0 la combustión puede ser completa. Una sustancia con B0 ≥ 0 no puede ser apagada con medios de extinción que solamente impidan la presencia de oxígeno

• A pesar de la reputación del TNT como buen explosivo necesita un oxidante externo para reaccionar

• El ácido fórmico sin embargo tiene todo el oxígeno que necesita para su combustión

• Examen de los grupos químicos de las moléculas: cuando se conoce la fórmula química de un compuesto, el examen de los grupos químicos que lo constituyen puede dar una idea bastante aproximada de su reactividad

REACCIONES QUÍMICAS PELIGROSAS

• Reacciones potencialmente peligrosas

• 1. Reacciones con el agua

• 2. Reacciones con el aire

• 3. Reacciones entre sustancias incompatibles

• 4. Reacciones con los ácidos

• 5. Formación de peróxidos

• 6. Reacciones de polimerización

• 7. Reacciones de descomposición

REACCIONES VIOLENTAS CON EL AGUA

Los elementos metálicos alcalinos del grupo 1 de la Tabla Periódica son todos ellos sólidos que en

contacto con el agua provocan la rápida descomposición de ésta para combinarse

vigorosamente con el anión (OH) -creando los correspondientes hidróxidos estables y liberando

hidrógeno.

EXPERIMENTO

El calor de reacción en el caso del sodio es suficiente para inflamar el hidrógeno.

2 Na + 2 H2O → 2 NaOH + H2

REACIONES VIOLENTAS CON EL AIRE

• El fósforo blanco es un sólido cereo blanco o amarillo de olor similar al ajo. No ocurre naturalmente, pero es manufacturado de rocas de fósforo.

• El fósforo blanco reacciona rápidamente con oxígeno, encendiéndose fácilmente a temperaturas de 10 a 15 grados a temperatura ambiente

Reacciones entre sustancias incompatibles

El caso más importante es el de las sustancias que tienen

elevada afinidad y cuya mezcla provoca reacciones violentas

tanto por calentamiento, como por emisión de gases

inflamables o tóxicos :

Reacciones con los ácidosLa adición de ácidos a efectos de reducir el pH de un medio o simplemente para

limpieza, debe realizarse conociendo previamente si existe incompatibilidad entre

los componentes del medio y el ácido adicionado

EXPERIMENTO con HCl y CO3Ca

FORMACIÓN DE PERÓXIDOS

• Sustancias orgánicas que contienen la estructura bivalente -O-O- y pueden

considerarse derivados del peróxido de hidrógeno, en el que uno o ambos

átomos de hidrógeno han sido sustituidos por radicales orgánicos

• son sustancias térmicamente inestables que pueden sufrir una

descomposición exotérmica autoacelerada

i.ser susceptibles de experimentar una descomposición explosiva

ii. arder rápidamente

iii. ser sensibles a los choques o a la fricción

iv. reaccionar peligrosamente con otras sustancias

v. ser tóxicos, oxidantes y corrosivos

•Están disponibles como sólidos (usualmente polvos finos), líquidos o pastas.

Algunos materiales, como agua, bebidas minerales incoloras, y algunos ésteres,

eftalatos, no reaccionan con peróxidos orgánicos y se usan a menudo para diluirlos

• Las mezclas diluidas o formulaciones tienen menos probabilidad de explotar

cuando se exponen al calor o a golpe físico que el peróxido orgánico no diluido

• Es el oxigeno doble del grupo "peróxido" que hace a los peróxidos orgánicos útiles y peligrosos

• El grupo peróxido es químicamente inestable. Fácilmente se puede descomponer, liberando calor en una proporción que aumenta según aumenta la temperatura

• Muchos peróxidos orgánicos liberan vapores inflamables cuando se descomponen

• Algunos compuestos orgánicos e inorgánicos son capaces de reaccionar con oxígeno atmosférico para formar peróxidos potencialmente explosivos. La luz y el calor aceleran esta formación. Las sustancias que han sufrido la peroxidación son sensibles al golpe mecánico o térmico y pueden reaccionar violentamente (explosión) . CUIDADO CON LAS ROSCAS DE LOS BOTES!!!!!!

• Generalizando, las clases de químicos que pueden formar peróxidos incluyen aldehídos, éteres y numerosos compuestos de hidrocarburos no saturados (hidrocarburos que tienen enlaces dobles o triples). En este grupo se incluyen los compuestos de vinilo acetileno, hidrocarburos cíclicos no saturados como tetrahidronaftalenos o diciclopentadienos

EXPERIMENTO Zn (50g) + peroxido de Na (15g)

El Peróxido de Sodio reacciona con el agua en una reacción exotérmica:– Na2O2 + 2 H2O ----> 2 NaOH + H2O2

El Peroxido de Hidrógeno producido se descompone en agua y en Oxígeno bajo la influencia catalizadora del Hidróxido de Sodio en una reacción que es igualmente exotérmica. La alta temperatura producida entonces sirve para encender la mezcla de reactivos (Zinc y Peróxido de Sodio)

Na2O2 + Zn -----> ZnO + Na2O

Reacciones de polimerización

•Algunos monómeros pueden polimerizarse rápidamente provocando una

explosión o rotura de los frascos

• La polimerización puede tener lugar por calentamiento, exposición a la luz,

impurezas ácidas o metálicas, choques, etc.

•El almacenamiento de monómeros debe realizarse en pequeñas cantidades,

conteniendo estabilizadores o inhibidores de polimerización y lejos de productos

susceptibles de liberar trazas de ácidos y bases

• acetato de vinilo, acroleína, acrilonitrilo, 1,3-butadieno, óxido de etileno,

estireno

Reacciones de descomposición

•El almacenamiento prolongado de productos inestables entraña la posibilidad de

su descomposición que, en ciertas circunstancias, como choque, calentamiento o

desplazamiento simple, puede generar una explosión

•El cloruro de aluminio acumula el ácido formado por descomposición a causa

de la humedad absorbida a lo largo del tiempo. Cuando se abre el recipiente,

puede ocurrir la rotura del mismo y la proyección de su contenido.

•La apertura de un recipiente que ha permanecido largo tiempo cerrado sin usarse

es una operación que debe realizarse con precauciones, especialmente, la

apertura de frascos esmerilados cuyo tapón haya quedado trabado.

•Los productos líquidos inestables es recomendable guardarlos en ampollas

selladas.

CuCO3 → CuO + CO2

• Las reacciones más peligrosas son las fuertemente

exotérmicas

• La generación de calor tiene un importante efecto de

feedback aumentando la velocidad de reacción (ley de

Arrhenius) y de esta manera produciéndose más calor

en menos tiempo

• Dada la dificultad en predecir con exactitud el

comportamiento de un sistema se realizan pruebas

experimentales mediante calorímetros que permiten

conocer la variación de la actividad exotérmica con la

temperatura

Para valorar la probabilidad de pérdida de control de una reacción exotérmica

hay que tener en cuenta como factores básicos:

– La temperatura inicial

– El potencial energético del sistema, es decir, la cantidad de calor que liberarían las reacciones químicas que se consideran posibles.

– Otras fuentes de calor que puedan generarse

– La cinética de la reacción, que determina la velocidad de liberación del potencial energético del sistema.

– La capacidad de eliminación de calor del sistema, bien sea por intercambio de calor con el exterior o por ebullición de la mezcla de reacción