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BIOLOGÍA
el mismo número de electrones en sus capas externas,
de modo que se observa periodicidad (recurrencia) de las
propiedades químicas al avanzar en la tabla desde los
elementos más sencillos hasta los más complejos. Helio,
neón, argón, etc. son gases nobles y su propiedad particular de ausencia de reactividad se repite cada vez que
se llega al grupo cuyos integrantes tienen completa su
capa electrónica externa. Existe una relación similar en el
caso de los metales litio, sodio, potasio y otros, los cuales
poseen en su capa externa un electrón que tienden a ceder durante la interacción con otros átomos. La disposición de los átomos dentro de una tabla de este tipo
confiere orden a los ciento y tantos elementos conocidos
y presenta, de modo sencillo, la relación que hay entre la
estructura atómica y la función química al avanzar de los
átomos más simples a los más complejos.
2.2 LAS REACCIONES QUÍMICAS Y
EL CONCEPTO DE EQUILIBRIO
Las reacciones químicas se representan por medio de
ecuaciones en las que las moléculas reactivas (reactivos) se escriben a la izquierda y los productos, a la derecha. Una flecha señala el sentido de la reacción. Las
sustancias que participan en la reacción se representan
por medio de fórmulas empíricas, una forma abreviada
de representar la constitución de las moléculas de cada
una. Cada elemento de la molécula se escribe como un
símbolo característico (p.e. H para hidrógeno y O para
oxígeno) y el número de átomos se expresa por medio de
un subíndice a la derecha de cada símbolo (p. ej. H2O).
El número de moléculas participantes se indica como un
coeficiente numérico a la izquierda de cada molécula (p.
ej.2H2O).
Algunas reacciones son de descomposición sencilla
y se escriben como AB →A + B. Otras son de combinación sencilla: A + B → AB. Las reacciones más complejas
pueden incluir la interacción de dos o más moléculas para formar productos muy diferentes a las moléculas reactivas: A + B → C + D. En todas estas reacciones, los
números y los tipos de átomos que aparecen a la izquierda deben quedar debidamente balanceados a la
derecha.
Son pocas las reacciones en las que se agotan por
completo los reactivos; lo más común es que se llegue a
un estado de equilibrio en el que la interacción de los
reactivos para formar los productos queda compensada
por la reacción inversa, en la cual los productos interactúan para formar los reactivos. La ley de acción de masas afirma que, en el equilibrio, el producto de las
concentraciones molares de las moléculas del lado derecho de la ecuación, dividido entre el producto de las concentraciones molares de los reactivos, siempre será una
constante. (Las concentraciones molares se explican
más adelante.) Si la reacción tiende a alcanzar el equilibrio con una mayor cantidad del producto, su constante
de equilibrio es grande. Si los reactivos tienden a predominar (es decir, si la reacción avanza poco hacia la derecha), la constante de equilibrio es pequeña. Si se
agregaran al sistema algunas moléculas de reactivo o de
producto, la reacción se alteraría para alcanzar de nuevo
un estado en el cual las concentraciones volvieran a quedar en una proporción equivalente a la constante de equilibrio. En la ecuación A + B →C + D, la ley de acción de
masas se representaría como
donde [ ] representa las concentraciones molares y k es
la constante de equilibrio.
La concentración es una medida de la cantidad de
una sustancia determinada en un volumen dado. Como la
tendencia de casi todas las reacciones a ocurrir se basa
en parte en el grado de hacinamiento de las moléculas
reactivas, la concentración es un factor importante en la
determinación de los fenómenos químicos. Una manera
común de expresar la concentración de una solución es
en moles de soluto por litro de solución (molaridad). Un
mol, que es el peso molecular de una molécula expresado en gramos, puede concebirse mentalmente como un
número específico de átomos o moléculas. Un mol de
cualquier compuesto contiene 6.02 x 1023 moléculas.
Entonces, 1 mol de H2O contiene el mismo número de
moléculas que 1 mol de CO2; lo mismo podría decirse si
se tratara de 2 moles o de VÍ3 mol de esas sustancias. Siguiendo un razonamiento semejante, una solución
1 molar (1 M) contiene el doble de moléculas de soluto
que una solución 0.5 M. Como las moléculas son las unidades asociadas con las transformaciones químicas, la
concentración molar garantiza la cuantificación uniforme
de las unidades interactuantes y es más significativa que
los pesos absolutos al evaluar las interacciones químicas.
En algunos casos se prefiere el uso de la normalidad (/v) en vez de la molaridad para expresar la concentración. Como la normalidad equivale a la molaridad
dividida entre la valencia o potencia química de una
molécula, representa de modo más exacto la reactividad
química de las sustancias en solución. Se necesita la mitad de las sustancias con potencia de combinación 2,
comparadas con las sustancias de valencia 1, para lograr
un efecto determinado.
EJEMPLO 5 La base NaOH reacciona con el ácido
H2SO4 para formar agua y la sal Na¡SO4. He aquf la ecuación balanceada de esta reacción
2NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + H2O
Si se tuviera que usar un litro de NaOH 1 M bastarla con un