4 formas de ajustar reacciones químicas

       Existen diferentes formas de ajustar o balancear una reacción química según la complejidad o tipo de reacción que tengamos.

         La finalidad del ajuste es conseguir que a cada lado de la flecha exista el mismo número de átomos de cada tipo. Para ello no se pueden modificar las moléculas solo la cantidad de estas, es decir, solo podemos modificar los coeficientes estequiométricos.

1. Primera forma: por tanteo.

Se utiliza para reacciones sencillas y es adecuado para 2º y 3º de ESO.

MnO₂ + HCl  →  MnCl₂ + Cl₂ + H₂O

"En esta reacción se combinan óxido de manganeso (IV) y ácido clorhídrico para dar cloruro de manganeso (II), cloro molecular y agua".

Procedimiento: 

Se va comparando de izquierda a derecha átomo por átomo el número que hay de estos a cada lado de la flecha.

En el ejemplo se comienza por el Mn: vemos que a la izquierda hay 1 átomo de Mn y a la derecha hay también 1 átomo, está ajustado.

Después miramos el O: vemos que a la izquierda hay dos átomos de O y a la derecha solo hay 1 por tanto debemos poner un 2 en la molécula de agua:

MnO₂ + HCl  →  MnCl₂ + Cl₂ +  2H₂O

Seguimos con el H: a la izquierda hay 1 solo átomo mientras que a la derecha hay 2x2=4 átomos; por lo tanto debemos colocar un 4 en el ácido clorhídrico:

MnO₂ +  4HCl  →  MnCl₂ + Cl₂ +  2H₂O

Finalmente el Cl: como hemos puesto 4 moléculas de ácido clorhídrico hay 4 átomos de Cl a la izquierda, a la derecha hay 2 átomos de la molécula de cloruro de manganeso y 2 átomos más de la molécula de cloro, 4 en total, con lo que está ajustado y no tenemos que poner nada más.

La reacción ajustada queda así:

MnO₂ +  4HCl  →  MnCl₂ + Cl₂ +  2H₂O

2. Segunda forma: método aritmético.

Se usa a partir de 4º de ESO pues es necesario tener conocimientos de resolución de ecuaciones. Se usa para reacciones químicas más complejas.

C₆H₁₂O₆ + O₂ →  CO₂ + H₂O

"La glucosa reacciona con el oxígeno molecular para dar dióxido de carbono y agua".

Procedimiento:

Para realizar el ajuste según este método primero se asignan letras a cada coeficiente estequiométrico: 

a C₆H₁₂O₆ + b O₂ →  c CO₂ + d H₂O

Después usando estos coeficientes se hacen ecuaciones para cada tipo de átomo y la cantidad que hay en cada molécula, de esta forma: la cantidad de átomos por el coeficiente que hay a la izquierda (reactivos) se iguala a la cantidad que hay en la derecha (productos)  y ya tenemos una ecuación.

C: 6a = c

H: 12a = 2d

O: 6a + 2b = 2c + d

Para resolver el sistema de ecuaciones se asigna un valor a alguna incógnita, por ejemplo: a=1

Tras resolverlo las incógnitas quedan así:

a=1

c=6

d=6

b= 6

Con lo que la ecuación ajustada queda:

 C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ →  6 CO₂ + 6 H₂O

3. Tercera forma: método del ion-electrón en medio ácido.

Este método se usa a partir de 2º de bachillerato para reacciones de oxidación-reducción.

KNO₂  +  H₂SO₄ +  KMnO₄→  KNO₃ + K₂SO₄ + MnSO₄

"El nitrito de potasio reacciona con ácido sulfúrico (medio ácido) y permanganato de potasio para dar nitrato de potasio, sulfato de potasio y sulfato de manganeso (II)".

Procedimiento:

1º. Identificar con qué número de oxidación se encuentra cada átomo de cada compuesto en los reactivos y productos, con el fin de averiguar qué elementos cambian su número de oxidación.

	Reactivos	Productos
K	+1, +1	+1, +1
N	+3	+5
O	-2, -2, -2	-2, -2, -2
H	+1	+1
S	+6	+6
Mn	+7	+2

Observamos que el N y el Mn son los que cambian sus número de oxidación.

2º. Lo siguiente es ver que cuál de ellos se oxídará y cual se reducirá.

Se oxida el N pues pierde electrones en la reacción.

Se reduce el Mn pues gana electrones en la reacción.

3º. Se escriben las semirreacciones de oxidación y reducción, para ello hay que dividir los compuestos implicados en la oxidación y reducción en iones:

Oxidación:     NO₂^-    →    NO₃^- 
Reducción:   MnO₄^-    →    Mn⁺²

4º. A continuación se ajustan estas semirreacciones añadiendo moléculas de agua para compensar el oxígeno y protones por estar en medio ácido, para compensar los hidrógenos del agua y finalmente se compensan las cargas con electrones.

Oxidación: NO₂^-  +   H₂O   →    NO₃^- + 2 H⁺  +  2e^-

Reducción:   MnO₄^-   + 8 H⁺  +  5e^-→    Mn⁺²  + 4 H₂O

5º. Estas dos semirreacciones ocurren simultáneamente con lo que el número de electrones que se transfieren debe ser el mismo en las dos. Para conseguir esto se multiplica cada semirreacción por el número de electrones que se transfiere en la otra.

6º. Después se suman las dos semirreacciones de manera que los electrones se contrarrestan puesto que quedan 10 en cada lado:

Oxidación:   [  NO₂^-  +   H₂O   →    NO₃^-  +  2 H⁺  +  2e^-  ] x 5

Reducción:  [ MnO₄^-   + 8 H⁺  +  5e^-→    Mn⁺²  + 4 H₂O ] x 2
_______________________________________________________________________

5 NO₂^-  +   5 H₂O +  2 MnO₄^-   + 16 H⁺ →   5 NO₃^-  +  10 H⁺  +  2 Mn⁺²  + 8 H₂O 

7º. Ahora debemos simplificar las moléculas de agua y los protones a cada lado de la reacción y ya tenemos la reacción iónica ajustada:

5 NO₂^-  +  2 MnO₄^-   + 6 H⁺ →   5 NO₃^-   +  2 Mn⁺²  + 3 H₂O 

8º. El último paso es pasar a la reacción ajustada, para ello hay que tener en cuenta que los protones son los que tendrán las sustancias ácidas, añadir el agua y ajustar por tanteo alguna sustancia que no esté ajustada si fuese necesario:

5 KNO₂  + 3 H₂SO₄ + 2 KMnO₄ → 5  KNO₃ + K₂SO₄ + 2 MnSO₄ + 3 H₂O

4. Cuarta forma: método del ion-electrón en medio básico.

Este método se usa también a partir de 2º de bachillerato para reacciones de oxidación-reducción, es muy similar al anterior, la diferencia se encuentra a la hora de ajustar las semirreacciones (4º paso).

MnO₂  +  KOH +  KClO₃→  KMnO₄ + KCl + H₂O

"El óxido de manganeso (VI) reacciona con hidróxido de potasio y clorato de potasio  para dar permanganato potásico, cloruro de potasio y agua".

Procedimiento:

1º. Identificar con qué número de oxidación se encuentra cada átomo de cada compuesto en los reactivos y productos, con el fin de averiguar qué elementos cambian su número de oxidación.

	Reactivos	Productos
Mn	+4	+7
O	-2, -2, -2	-2, -2, -2
K	+1, +1	+1, +1
H	+1	+1
Cl	+5	-1

Observamos que el Mn y el Cl son los que cambian sus número de oxidación.

2º. Lo siguiente es ver que cuál de ellos se oxidará y cual se reducirá.

Se oxida el Mn pues pierde electrones en la reacción.

Se reduce el Cl pues gana electrones en la reacción.

3º. Se escriben las semirreacciones de oxidación y reducción, para ello hay que dividir los compuestos implicados en la oxidación y reducción en iones:

Oxidación:      MnO₂  →   MnO₄^- 
Reducción:       ClO₃^-   →    Cl^-       

4º. A continuación se ajustan estas semirreacciones añadiendo la cantidad de moléculas de agua necesarias para compensar el oxígeno en el lado donde hay exceso de oxígeno e iones hidroxilo suficientes para compensar los hidrógenos del agua pues estamos en medio básico y finalmente se compensan las cargas con electrones:

Oxidación:       MnO₂    +  4 OH^-     →   MnO₄^-  +   2 H₂O  +  3 e^-

Reducción:      ClO₃^-  + 3 H₂O   +  6 e^-  →    Cl^-    +  6 OH^-           

5º. Estas dos semirreacciones ocurren simultáneamente con lo que el número de electrones que se transfieren debe ser el mismo en las dos. Para conseguir esto se multiplica la primera semirreacción por 2, de manera que los electrones que se transfieren son 6.

6º. Después se suman las dos semirreacciones de manera que los electrones se contrarrestan puesto que quedan 6 en cada lado:

Oxidación:      [  MnO₂   +  4 OH^-     →   MnO₄^-  +   2 H₂O  +  3 e^-  ] x 2

Reducción:         ClO₃^-  + 3 H₂O   +  6 e^-  →    Cl^-    +  6 OH^-          

_______________________________________________________________________

2 MnO₂   +  8 OH^-  +   ClO₃^-  + 3 H₂O  →  2 MnO₄^-  +   4 H₂O  +   Cl^-    +  6 OH^-

7º. Ahora debemos simplificar las moléculas de agua y los hidroxilos a cada lado de la reacción y ya tenemos la reacción iónica ajustada:

2 Mn⁺⁴   +  2 OH^-  +   ClO₃^-   →  2 MnO₄^-  +   H₂O  +   Cl^-    

8º. El último paso es pasar a la reacción ajustada, para ello hay que tener en cuenta que los hidroxilos son los que tendrán las sustancias básicas:

2 MnO₂  +  2 KOH +  KClO₃→  2 KMnO₄ + KCl + H₂O

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Ver: De la regla de tres a los factores de conversión.