Reacciones y ecuaciones químicas

Regresar al índice [Carga y lenguaje químico]

Una reacción química es un proceso mediante el cual una o más sustancias iniciales se transforman en otras distintas, implicando un cambio en su identidad química y en su estado energético. Todo cambio en la identidad de las sustancias está acompañado por un cambio en su energía.

El cambio de identidad de las sustancias no implica un cambio en la identidad de los átomos, que se mantienen invariantes; por ello, el número de átomos se conserva durante la reacción. El modelo que empleamos para representar las reacciones químicas se denomina ecuación química, la cual incorpora una serie de símbolos adicionales que deben tenerse en cuenta para su correcta interpretación.

Figura 2. La [Ecuación química] lenguaje de transformación de la materia, donde reactantes y productos se separan por una flecha. Los coeficientes estequiométricos indican proporciones cuantitativas. También incluye condiciones de reacción y el calor de reacción (ΔH°), integrando identidad, cantidad y energía para describir y predecir cambios químicos.

Figura 2. [La ecuación química 2] Las ecuaciones químicas pueden representarse con esferas (modelo daltoniano) o con símbolos atómicos, mostrando la misma idea: reorganización de átomos. Se cumple la ley de conservación de la masa, donde los átomos no se crean ni destruyen. Los reactantes se transforman en productos, pero los átomos permanecen, reorganizados en nuevas combinaciones.

El cambio químico

El cambio en la naturaleza puede clasificarse en dos grandes categorías: los cambios físicos y los cambios químicos. Los primeros se caracterizan porque no alteran la identidad de una sustancia. Por ejemplo, acelerar una pieza de hierro hasta una rapidez de 700 km/h no modifica la composición de los átomos que la conforman. En contraste, los cambios químicos sí transforman la naturaleza íntima de la materia. Cuando el hierro reacciona con oxígeno, su estructura metálica y brillante se altera para formar un polvo rojo ocre conocido como óxido de hierro(III).

Figura 3. La [Puerta de Ishtar] simboliza el origen de la química como arte de síntesis, donde los artesanos transformaron arcillas y minerales en cerámica vidriada, un material no natural y más valioso. Desde entonces, la humanidad ha creado vidrio, acero, plásticos, fibras y fármacos, mostrando que la química humana no solo explica la materia: la recrea y transforma.

Figura 4. [Pegamento de alquitrán] La química es una de las ciencias más antiguas, anterior incluso a la humanidad moderna. Los neandertales ya practicaban un pensamiento químico al sintetizar alquitrán de resina mediante destilación anaeróbica, mostrando control técnico y transmisión de conocimiento. Así, la química no nació en laboratorios, sino junto al fuego primitivo, cuando el ser humano aprendió a transformar la materia y crear cultura.

Las reacciones químicas son representaciones de estos procesos de transformación. Dado que una reacción es un fenómeno empírico, resulta necesario construir un modelo teórico que nos permita entenderlo y controlarlo. La civilización humana depende directamente del dominio de los procesos químicos, fundamentales para la fabricación de materiales que sustentan nuestra vida cotidiana —incluyendo los que hacen posible escribir este mismo texto—. Sin embargo, es importante recordar que, por preciso que sea, el modelo no debe confundirse con el proceso real.

Así, debemos distinguir entre dos nociones complementarias: la reacción química, entendida como un proceso universal e inmutable que ocurre de la misma forma en cualquier época o laboratorio; y la ecuación química, que constituye un sistema simbólico y normativo basado en la teoría atómica, empleado para describir y comunicar dicho proceso.

Sintaxis

Si la fórmula molecular constituye la gramática química, la ecuación química representa la sintaxis que permite expresar ideas completas. La química estudia el cambio en las sustancias, y una propiedad química implica precisamente una modificación en la identidad. Por ello, la ecuación química es el medio que nos permite describir y narrar procesos químicos completos.

1. Produce. La flecha de dirección indica el sentido químico del cambio. Su forma más sencilla es la flecha de “produce” (→), pero existen otras variaciones: la flecha inversa (←) para representar el proceso en sentido contrario, la flecha doble (↔) para indicar que el proceso puede ocurrir en ambos sentidos, y la flecha de equilibrio (⇌) para sistemas donde se establece un equilibrio químico entre reactivos y productos.

2. Sustancias. Basándonos en la flecha de “produce” (→), las sustancias hacia las que apunta el sentido químico se denominan productos. En este contexto, representan el estado final del sistema, por lo que sus parámetros se consideran positivos por definición, ya que se forman a medida que la reacción avanza.

Por el contrario, las sustancias desde las cuales parte la flecha se denominan reactivos, y corresponden al estado inicial del sistema. Sus parámetros se consideran negativos, ya que se consumen progresivamente durante el avance de la reacción.

3. coeficiente estequiométrico. Los coeficientes estequiométricos indican cuántas entidades de cada especie participan para que se complete un evento de reacción. Por ejemplo, si en el proceso aparece 2 H₂O, significa que se requieren dos moléculas completas de agua para que la reacción ocurra.

A nivel molecular, los números estequiométricos son parámetros cuantizados, es decir, no pueden ser fraccionarios ni decimales, ya que solo es posible tener un número entero de moléculas. No se puede tener “media molécula” o “un tercio” de molécula en un evento individual de reacción.

4. Mezclas. Los signos de adición (+) a ambos lados de la ecuación no representan sumas matemáticas, sino procesos reales de combinación; se interpretan como mezclas. A la izquierda de la flecha (→) corresponden a la mezcla de reacción, y a la derecha, a la mezcla de productos. Estas mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas.

5. Estados de agregación. Se indican entre paréntesis a la derecha de las identidades químicas. Los más comunes son: (s) sólido, (l) líquido, (g) gaseoso y (aq) disuelto en agua (acuoso). También pueden aparecer notaciones como (cr) para sólido cristalino o indicaciones de fase específica según el contexto.

Esta información es importante por dos razones: primero, algunas reacciones solo ocurren si las sustancias se encuentran en determinados estados de agregación; segundo, los cálculos de energía son sensibles a estos estados, de modo que, aun cuando reaccionen las mismas sustancias, la energía de reacción puede variar si estas se encuentran en fases distintas.

6. Catalizadores. Cuando se indica una sustancia química sobre la flecha de reacción y esta no afecta el balance de materia en los productos, se trata de un catalizador. Un catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de una reacción química sin consumirse de manera permanente en el proceso. Funciona al proporcionar una ruta alternativa de reacción con menor energía de activación, facilitando así la transformación de los reactivos en productos.

Esto puede lograrse mediante diversos mecanismos, por ejemplo, la formación de intermediarios efímeros que permiten descomponer el proceso global en etapas más favorables. Un caso industrial relevante es el proceso Haber-Bosch, donde el hierro actúa como catalizador para la síntesis de amoníaco (NH₃), facilitando la combinación de nitrógeno e hidrógeno bajo condiciones controladas.

7. Parámetros físicos. Junto con los catalizadores, por encima o por debajo de la flecha de reacción pueden aparecer otros símbolos, como presión, radiación (indicando longitud de onda, ya sea en el rango visible o invisible) y otros parámetros propios del lenguaje de la física. Estos representan las condiciones físicas del sistema.

Esto se debe a que muchas reacciones químicas no dependen únicamente de la identidad de las sustancias, sino también del entorno energético y físico en el que ocurren. Factores como la energía suministrada, la presión o la radiación incidente pueden modificar la energía de activación, favorecer ciertos mecanismos de reacción o incluso permitir que la reacción ocurra. Por ello, estas condiciones se incluyen explícitamente para describir de manera completa el proceso químico.

8. Parámetros energéticos. Los parámetros energéticos suelen ubicarse a la derecha de la ecuación. De todos ellos, el más común es el cambio de entalpía de la reacción (ΔH), también conocido como calor de reacción en procesos a presión constante. Bajo estas condiciones, este parámetro permite determinar si una reacción es endotérmica (absorbe energía, ΔH > 0) o exotérmica (libera energía, ΔH < 0).

10. Rutas. En ocasiones, y especialmente en bioquímica, los “produce” pueden presentar combinaciones y bifurcaciones complejas, es decir, acoplamientos de reacción. Esto se debe a que muchos procesos biológicos no ocurren como reacciones aisladas, sino como redes interconectadas donde el producto de una reacción se convierte en el reactivo de otra.

Figura 5. [Ciclo de Krebs] El ciclo de Krebs es una ruta metabólica en la matriz mitocondrial que oxida acetil-CoA para generar energía. Produce NADH, FADH₂ y ATP, liberando CO₂. Sus reacciones regeneran oxaloacetato, cerrando el ciclo. Además, conecta el metabolismo energético con la síntesis de biomoléculas, siendo esencial para el funcionamiento celular.

Un ejemplo claro es el ciclo de Krebs, donde una serie de reacciones secuenciales transforma moléculas orgánicas mientras libera energía en etapas intermedias. En este ciclo, ciertos compuestos se generan y consumen de forma continua, y algunas reacciones están acopladas energéticamente, de modo que procesos no favorables ocurren gracias a la energía liberada por otros. Esto da lugar a rutas ramificadas y cíclicas, donde múltiples productos pueden originarse a partir de una misma etapa, reflejando la complejidad del metabolismo celular.

De hecho, el metabolismo puede considerarse una forma primitiva de computación química, donde los flujos de energía y los intercambios moleculares procesan información de manera análoga a los circuitos de una computadora cuántica o a las redes neuronales artificiales. En ambos casos, los sistemas operan mediante interacciones distribuidas y no lineales, donde pequeños cambios locales pueden generar grandes efectos globales. Esta visión interdisciplinaria permite entender el metabolismo, la termodinámica biológica y la inteligencia artificial como manifestaciones distintas de un mismo principio: la autoorganización de la información en sistemas complejos.

Del mismo modo, en el ámbito de la biología molecular y la química médica, las enfermedades complejas no pueden explicarse mediante los modelos simples de la genética mendeliana clásica, donde un solo gen o alelo es responsable de un defecto específico. La bioquímica médica tradicional se centraba en este tipo de trastornos monogénicos, en los que una mutación puntual alteraba la síntesis de una enzima o proteína clave, provocando enfermedades como la fenilcetonuria o la anemia falciforme. Sin embargo, muchos trastornos modernos —metabólicos, inmunológicos o neurodegenerativos— no responden a este esquema lineal. Estas patologías dependen de redes complejas de genes interrelacionados, dispersos en múltiples loci cromosómicos y con una alta variabilidad alélica.

En estos casos, el comportamiento químico del organismo resulta de la interacción dinámica entre múltiples rutas metabólicas y redes de regulación génica, más que de un único gen alterado. La enfermedad se convierte así en una perturbación del equilibrio químico-sistémico, donde pequeñas variaciones en la expresión o actividad de distintas proteínas producen efectos emergentes difíciles de predecir desde un modelo mendeliano. Este tipo de análisis requiere herramientas de bioquímica sistémica, biología computacional y modelado de redes metabólicas.

Por ello, estos fenómenos se comprenden mejor bajo una visión de herencia darwiniana distribuida, donde la evolución y la selección natural actúan sobre conjuntos de interacciones químicas y genéticas más que sobre genes individuales. En este marco, el organismo no es una suma de reacciones aisladas, sino un sistema químico autoorganizado, cuyo comportamiento surge de la complejidad cooperativa de sus componentes moleculares.

Referencias

Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2017). Molecular biology of the cell (6th ed.). W. W. Norton & Company.

Baeza Baeza, J. J., & García Álvarez-Coque, M. C. (2014). Extent of reaction balances. A convenient tool to study chemical equilibria.

Baker, P. H., Scott, C. B., Gethin, P., & Sinclair, A. (2021). Birch bark glue and its potential use in Neanderthal clothing: A pilot study. EXARC Journal, 2021(Issue).

Berg, J. M., Tymoczko, J. L., Gatto, G. J., & Stryer, L. (2019). Bioquímica (9.ª ed.). Reverté.

Brown, T. L., LeMay, H. E. J., Bursten, B. E., Murphy, C. J., Woodward, P., & Stoltzfus, M. W. (2015). Chemistry the Central Science.

Brown, T. L., LeMay, H. E. J., Bursten, B. E., Murphy, C. J., Woodward, P., Stoltzfus, M. W., & Lufaso, M. W. (2022). Chemistry, the central science (15th ed.). Pearson.

Caetano‐Anollés, G. (2024). Evolution of biomolecular communication. Pathways to the Origin and Evolution of Meanings in the Universe, 217-243.

Chang, R. (2010). Chemistry (10th ed.). McGraw-Hill New York.

Chang, R., & Overby, J. (2021). Chemistry (14th ed.). McGraw-Hill.

da Silva, D. J. (2017). The basis of the limiting reagent concept, its identification and applications. World Journal of Chemical Education, 5(1), 1-8.

García García, J. L. (2020). El álgebra de la estequiometría. Educación química, 31(1), 138-150.

García García, J. L. (2021). Hacia un equilibrio químico verdaderamente analítico. Educación química, 32(1), 133-146.

Garst, J. F. (1974). The extent of reaction as a unifying basis for stoichiometry in elementary chemistry. Journal of Chemical Education, 51(3), 194.

Kolchinsky, A. (2025). Thermodynamics of Darwinian selection in molecular replicators. Philosophical Transactions B, 380(1936), 20240436.

Lehninger, A. L., Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2017). Principios de bioquímica (7.ª ed.). Reverté.

Matamala, M., & González Tejerina, P. (1975). Química (1ª ed.). Bogotá: Ediciones Cultural.

Moretti, G. (2015). The “extent of reaction”: a powerful concept to study chemical transformations at the first-year general chemistry courses. Foundations of Chemistry, 17(2), 107-115.

Mousavi, A. (2019). Stoichiometry of equations through the Inverse de Donder relation. Chemistry Teacher International, 1(1), 20180006.

Oktomalioputri, B., Afriwardi, A., Darwin, E., & Rita, R. S. (2025). Network pharmacology, molecular docking, and molecular dynamics analyses to explore the molecular mechanism of paclitaxel in atherosclerosis therapy. Narra J, 5(2), e2140-e2140.

Schmidt, P., Koch, T. J., Blessing, M. A., Karakostis, F. A., Harvati, K., Dresely, V., & Charrié-Duhaut, A. (2023). Production method of the Königsaue birch tar documents cumulative culture in Neanderthals. Archaeological and Anthropological Sciences, 15(6), 84.

Schmitz, G. (2005). What is a reaction rate?. Journal of chemical education, 82(7), 1091.

Seager, S. L., Slabaugh, M. M., & Hansen, M. M. (2022). Chemistry for Today (10th ed.). Cengage Learning.

Siemssen, T., Hearne, K., & Rigterink, S. (2024). Midge-Infested Wetlands and the Coevolution of Birch Tar Use in Late Pleistocene Neanderthals.

Smith, W. R., & Missen, R. W. (1979). What is chemical stoichiometry?. Chemical Engineering Education, 13(1), 26-32.

SOLAZ, J. J., & Quilez, J. (2001). Changes of extent of reaction in open chemical equilibria. Chemistry Education Research and Practice, 2(3), 303-312.

Vandezande, J. E., Vander Griend, D. A., & DeKock, R. L. (2013). Reaction extrema: Extent of reaction in general chemistry. Journal of Chemical Education, 90(9), 1177-1179.

Zorc, S. A., & Roy, R. N. (2024). Origin & influence of autocatalytic reaction networks at the advent of the RNA world. RNA biology, 21(1), 1023-1037.

Zumdahl, S. S., Zumdahl, S. A., DeCoste, D. J., & Adams, G. (2018). Chemistry (10th ed.). Cengage Learning.