¿Qué es una ecuación química?

Una ecuación química es la forma como se representa una reacción química de forma escrita. En otras palabras, consiste en la representación, por medio de símbolos escritos, de las sustancias químicas que hay antes y después de que ocurra un proceso de cambio químico.

En una ecuación química, los átomos se representan por medio de sus símbolos químicos, mientras que las demás especies químicas como las sustancias homonucleares (O₂, O₃, P₄, etc.), los compuestos químicos iónicos (cloruro de sodio, bromuro de potasio, etc.) o covalentes (agua, metano, benceno, etc.), así como los iones individuales, se representan por medio de sus respectivas fórmulas moleculares o empíricas según sea el caso.

En la ecuación química se pueden observar en acción las distintas leyes de que gobiernan la estequiometría, tales como la ley de proporciones definidas y la ley de la conservación de la materia. La ley de las proporciones definidas está presente en la forma de las fórmulas moleculares y empíricas de las distintas sustancias químicas.

Por otro lado, los coeficientes estequiométricos que se utilizan para ajustar o balancear las ecuaciones químicas buscan que todos los átomos que se encontraban antes de la reacción química sigan estando presentes al culminar dicha reacción. Es decir, el proceso de ajuste de coeficientes estequiométricos garantiza que la representación de la reacción no viole la ley de la conservación de la materia al prevenir que desaparezcan o aparezcan átomos durante la reacción química.

Partes de una ecuación química

Las ecuaciones químicas se escriben de una manera análoga a las ecuaciones matemáticas. Esto en el sentido de que constan de dos miembros, uno que se escribe del lado izquierdo y otro del lado derecho, los cuales están separados por un símbolo que los relaciona entre sí. La siguiente figura muestra las distintas partes de una ecuación química que representa una reacción química genérica, cada una de las cuales se describe a continuación.

Reactantes

En una ecuación química, todas las sustancias que aparecen escritas a la izquierda de la flecha de reacción (o, más precisamente, del lado contrario al que apunta la flecha) corresponden a aquellas sustancias que están presentes antes de que la reacción ocurra. Estas sustancias se denominan reactivos o reactantes, ya que son, efectivamente, las sustancias que reaccionarán entre sí para convertirse en los productos.

Productos

En contraposición a los reactantes, todas las sustancias que se escriben del lado derecho de la flecha de reacción (o, más formalmente, del lado hacia el cual apunta la flecha) se denominan productos. Esto se debe a que son las sustancias que aparecen luego de que ya ha ocurrido la reacción química.

La flecha de reacción

La flecha de reacción es el símbolo que representa la relación entre los reactivos y los productos. De hecho, la dirección en la que apunta define cuáles sustancias corresponden a los reactivos y cuáles sustancias corresponden a los productos. En la mayoría de los casos, la flecha de reacción consiste en una flecha simple que apunta de izquierda a derecha, como la mostrada en la figura anterior. Sin embargo, estas flechas pueden dibujarse apuntando en cualquier dirección, por lo que las ecuaciones químicas no necesariamente se tienen que representar en una línea.

Además de lo anterior, también existen varios tipos de flechas que representan distintos tipos de cambios químicos.

• En algunos casos, en vez de una flecha hay dos apuntando en direcciones opuestas (⇌, ⇋, ⇄ o ⇆). Este símbolo indica que la reacción es reversible, o que puede ocurrir en ambas direcciones. A veces una de las dos flechas (la que apunta a la derecha o a la izquierda) es más larga que la otra, indicando que el equilibrio está más desplazado hacia un lado que hacia el otro.

La siguiente ecuación química representa una reacción ácido/base reversible:

• En otros casos se dibuja una sola flecha con dos puntas (⟷). Este tipo de flecha de reacción indica una clase de proceso denominado resonancia y se utiliza con frecuencia en química orgánica.

En muchos casos, las condiciones particulares en las que ocurre una reacción química se representan en la ecuación química encima o debajo de la flecha de reacción. Datos como la temperatura, la presión, la presencia de un catalizador o el solvente se representan con frecuencia en la flecha de reacción, como se muestra en la siguiente ecuación:

Coeficientes estequiométricos

Los coeficientes estequiométricos indican el número de átomos o moléculas de reactantes involucrados en una reacción química, así como el número correspondiente de átomos o moléculas que se forman de los productos. Cuando el coeficiente estequiométrico está ausente, se sobreentiende que vale 1, así como en matemática cualquier variable en una ecuación que no tenga un coeficiente se entiende que está multiplicada por 1.

Las relaciones entre los coeficientes estequiométricos en una ecuación química representan las relaciones molares entre todas las especies químicas involucradas en la reacción. Una misma reacción química se puede representar por distintas ecuaciones químicas que se diferencien en el conjunto particular de coeficientes estequiométricos. Sin embargo, en todos los casos la relación entre todos los coeficientes siempre será la misma para todas las ecuaciones químicas que representen a la misma reacción.

Debido a que hablar de medio átomo o un tercio de una molécula carece de sentido, los coeficientes estequiométricos suelen elegirse para que sea números enteros. Sin embargo, por diversas razones, a veces se prefiere utilizar coeficientes fraccionarios.

Estados de agregación

Es común que en las ecuaciones químicas también se incluya información acerca del estado de agregación, la concentración u otros datos de interés sobre cada especie química entre paréntesis y como subíndice al lado de su respectiva fórmula molecular o empírica.

Los ejemplos más comunes son:

• (s) indica que la sustancia está en estado sólido.
• (l) indica que la sustancia está en estado líquido.
• (g) indica que la sustancia está en estado gaseoso.
• (ac.) es la abreviación de acuoso e indica que la sustancia está disuelta en agua.
• (alc.) indica que la sustancia está disuelta en alcohol.

Interpretación de las ecuaciones químicas

Una ecuación química genérica como la que se presentó al principio de este artículo se interpreta como “a átomos/moléculas/iones/moles de A reaccionan con b átomos/moléculas/iones/moles de B para producir c átomos/moléculas/iones/moles de C y d átomos/moléculas/iones/moles de D”.

En la siguiente sección se presentan algunos ejemplos específicos de ecuaciones químicas, junto con su interpretación.

Ejemplos de ecuaciones químicas

Ecuación de una reacción de combustión

Esta ecuación se lee: “2 moléculas de butano gaseoso (C₄H₁₀) reaccionan con 13 moléculas de oxígeno gaseoso para producir 8 moléculas de dióxido de carbono gaseoso y 10 moléculas de agua”.

Ecuación de una reacción de precipitación

Esta ecuación representa una reacción de precipitación que puede leer: “2 moles de iones plata acuosos reaccionan con 1 mol de iones sulfuro acuosos para formar 1 mol de sulfuro de plata sólido”.

Ecuación de una reacción de combinación

Esta es la reacción de oxidación del titanio metálico para formar óxido titánico. Esta ecuación se lee: “1 átomo de titanio sólido se combina con una molécula de oxígeno gaseoso para formar una molécula de óxido titánico o dióxido de titanio”.

Referencias

Chang, R., Manzo, Á. R., López, P. S., & Herranz, Z. R. (2020). Química (10.^a ed.). New York City, NY: MCGRAW-HILL.

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Raviolo, Andrés, & Lerzo, Gabriela. (2016). Enseñanza de la estequiometría: uso de analogías y comprensión conceptual. Educación química, 27(3), 195-204. Recuperado de https://doi.org/10.1016/j.eq.2016.04.003