Cambios químicos en la materia


En la naturaleza y en la vida diaria, nos encontramos constantemente con fenómenos físicos y con fenómenos químicos.

 

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El mejor ejemplo de cambio químico: combustión.

Fenómeno físico es aquel que ocurre sin que haya transformación de la materia involucrada. En otras palabras, cuando se conserva la sustancia original. Ejemplos: cualquiera de los cambios de estado de la materia y también acciones como patear una pelota, romper una hoja de papel.

En todos los casos, encontraremos que hasta podría cambiar la forma, como cuando rompemos el papel, pero la sustancia se conserva, seguimos teniendo papel.

Fenómeno químico es aquél que, al ocurrir, tiene como resultado una transformación de materia. En otras palabras, cuando no se conserva la sustancia original. Ejemplos: cuando quemamos un papel, cuando respiramos, y en cualquier reacción química. En todos los casos, encontraremos que las sustancias originales han cambiado, puesto que en estos fenómenos es imposible conservarlas.

Para entender claramente la diferencia entre fenómeno físico y fenómeno químico veremos lo que ocurre en un  proceso natural como la fotosíntesis.

Durante el proceso de fotosíntesis

Fenómeno

a- la hoja toma  CO2  del aire (también llega el H2O tomada del suelo por la raíz)

Físico

b- el agua se transforma en Hidrógeno y Oxígeno,

Químico

c- el Oxígeno se desprende de la planta y vuelve a la atmósfera

Físico

d- el Hidrógeno reacciona con el Dióxido de Carbono  para formar Almidón.

Químico

 

Ahora veamos qué ocurre en el motor de un auto cuando está en movimiento.

En un auto

Fenómeno

a-  se inyecta  gasolina en un carburador,

Físico

b-  se mezcla con aire,

Físico

c-  la mezcla se convierte en vapor,

Físico

d-  se quema ( y los productos de la combustión )

Químico

e-  se expanden en el cilindro

Físico

 

Una reacción química o cambio químico es todo proceso químico en el cual dos o más sustancias (llamadas reactivos), por efecto de un factor energético, se transforman en otras sustancias llamadas productos. Esas sustancias pueden ser elementos o compuestos. Un ejemplo de reacción química es la formación de óxido de hierro producida al reaccionar el oxígeno del aire con el hierro.

A la representación simbólica de las reacciones se les llama ecuaciones químicas.

Los productos obtenidos a partir de ciertos tipos de reactivos dependen de las condiciones bajo las que se da la reacción química. No obstante, tras un estudio cuidadoso se comprueba que, aunque los productos pueden variar según cambien las condiciones, determinadas cantidades permanecen constantes en cualquier reacción química. Estas cantidades constantes, las magnitudes conservadas, incluyen el número de cada tipo de átomo presente, la carga eléctrica y la masa total.


Reacciones químicas

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Un clavo se oxida con el aire: reacción química.

Por experiencia, sabemos que un trozo de hierro se oxidará si lo dejamos a la intemperie, y lo sabemos aunque no poseamos conocimientos de química.

Lo que ocurre es una reacción química en la cual el hierro se combina con el oxígeno presente en el aire para formar una sustancia distinta a las originales, un óxido de hierro.

El origen de una nueva sustancia, como el óxido de hierro en nuestro ejemplo,  significa que ha ocurrido un reordenamiento de los electrones dentro de los átomos, y se han creado nuevos enlaces químicos. Estos enlaces químicos determinarán las propiedades de la nueva sustancia.

La mayoría de los cambios químicos son irreversibles. Al quemar un trozo de madera ya no podremos volver a obtenerlo a partir de las sustancias en que se ha convertido: cenizas y gases.

Sin embargo, hay otros cambios químicos en que la adición de otra sustancia provoca la obtención de la sustancia original y en ese caso se trata de un cambio químico reversible. Así, pues, para producir un cambio químico reversible hay que provocar otro cambio químico.

Todo cambio químico involucra una reacción entre diferentes sustancias produciendo la formación de sustancias nuevas.

Entonces, una reacción química es un proceso en que una o más sustancias se transforman en otra u otras sustancias  de diferente naturaleza.

Las reacciones químicas se manifiestan en alguna de estas formas:

• emisión de gases

• efervescencia

• cambios de color

• emisión de luz

• elevación de la temperatura

• formación de nuevas sustancias.

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Manifestaciones de una reacción química.

La respiración de los animales y la digestión de los alimentos constituyen ejemplos importantes de reacciones químicas; por eso se dice que el cuerpo humano es como un laboratorio químico.

El estudio metódico de las reacciones químicas ha permitido a los científicos transformar los productos naturales y obtener toda clase de sustancias, tales como: fibras sintéticas, plásticos, insecticidas y detergentes, todo ello tan útil en nuestra vida diaria.

Tipos de reacciones químicas

Es necesario reconocer, que una reacción química sólo puede corresponder a un fenómeno químico que se verifique en condiciones adecuadas; es decir, no se debe proponer una reacción química inventada o que no sea una reacción real. Sin embargo, no siempre  es posible predecir sí, al poner en contacto ciertas sustancias, se llevará a cabo la reacción o cuales serán los productos.

Ahora bien, en miles de experimentos realizados en el mundo, debidamente repetidos y controlados en el laboratorio, las reacciones químicas se pueden clasificar en los siguientes tipos:

De síntesis o combinación

Es un fenómeno químico, y a partir de dos o más sustancias se puede obtener otra (u otras) con propiedades diferentes. Para que tenga lugar, debemos agregar las sustancias a combinar en cantidades perfectamente definidas, y  para producirse efectivamente la combinación se necesitará liberar o absorber calor (intercambio de energía).

La combinación del hidrógeno y el oxígeno para producir agua y la del hidrógeno y nitrógeno para producir amoníaco son ejemplos

2H2   +  O2    —›   2 H2 O     formación de agua

       3 H2  +  N2     —›      2 N H3      formación de amoníaco

De descomposición

Es un fenómeno químico, y a partir de una sustancia compuesta (formada por dos o más átomos), puedo obtener dos o más sustancias con diferentes propiedades.

Ejemplos: al calentar óxido de mercurio, puedo obtener oxígeno y mercurio; se puede hacer reaccionar el dicromato de amonio para obtener nitrógeno, óxido crómico y agua.

Para que se produzca una combinación o una descomposición es fundamental que en el transcurso de las mismas se libere o absorba energía, ya que sino, ninguna de ellas se producirá. Al final de cualquiera de las dos tendremos sustancias distintas a las originales. Y ha de observarse que no todas las sustancias pueden combinarse entre sí, ni todas pueden ser descompuestas en otras.

De sustitución o de reemplazo

En este caso un elemento sustituye a otro en un compuesto, ejemplos:

                Zn  +  2HCl  ——›    ZnCl2   +  H2

              Mg  +  H2 SO4   ——›     Mg SO4   +  H2

De doble sustitución o de intercambio

En  este tipo de reacciones se intercambian los patrones de cada compuestos, ejemplo

                                        2 CuOH  +  H2SO ——›  Cu2 SO4  + 2H2O

  3BaCl2(ac) + Fe2(SO4)3 (ac) ——› 3BaSO+ 2FeCl(ac)

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Agua: reacción química de síntesis.

Reactantes y productos

Para entenderlas y analizarlas, las reacciones químicas se representan, como ya vimos en los ejemplos anteriores,  mediante ecuaciones químicas.

Una ecuación química es la representación escrita de una reacción química. En toda reacción química debemos distinguir los reactantes y los productos.

Los reactantes son sustancias que al combinarse entre ellas a través de un proceso llamadoreacción química forman otras sustancias diferentes conocidas como productos de la reacción.(Ver: Velocidad de una reacción química)

En una ecuación química, los reactantes y productos se escriben, respectivamente, a la izquierda y a la derecha, separados mediante una flecha. El sentido de la flecha indica el transcurso de la reacción y debe leerse como: da origen a

Reactantes ——› dan origen a Productos

Tomaremos como ejemplo el agua, las sustancias reactantes son el hidrógeno (cuya fórmula es H2) y el oxigeno (cuya fórmula es O2), al combinarlas se produce una reacción química y obtenemos como producto el agua:

Dos moléculas de hidrógeno (2H2) reaccionan con una molécula de oxigeno (O2) para formar dos moléculas de agua (2H2O).

Tipos de reaccion

Los tipos de reacciones inorgánicas son: Ácido-base (Neutralización)combustiónsolubilizaciónreacciones redox y precipitación.

Desde un punto de vista de la física se pueden postular dos grandes modelos para las reacciones químicas: reacciones ácido-base (sin cambios en los estados de oxidación) y reacciones Redox (con cambios en los estados de oxidación). Sin embargo, podemos clasificarlas de acuerdo a el tipo de productos que resulta de la reacción. En esta clasificación entran las reacciones de síntesis (combinación), descomposición, de sustitución simple, de sustitución doble:

NombreDescripciónRepresentaciónEjemplo
Reacción de síntesisElementos o compuestos sencillos que se unen para formar un compuesto más complejo.

La siguiente es la forma general que presentan este tipo de reacciones:

A+B → AB

Donde A y B representan cualquier sustancia química.

Un ejemplo de este tipo de reacción es la síntesis del cloruro de sodio:

2Na(s) + Cl2(g) → 2NaCl(s)
Reacción de descomposiciónUn compuesto se fragmenta en elementos o compuestos más sencillos. En este tipo de reacción un solo reactivo se convierte en zonas o productos.AB → A+B

Donde A y B representan cualquier sustancia química.

Un ejemplo de este tipo de reacción es la descomposición del agua:

2H2O(l) → 2H2(g) + O2(g)
Reacción de desplazamientoo simple sustituciónUn elemento reemplaza a otro en un compuesto.A + BC → AC + B

Donde A, B y C representan cualquier sustancia química.

Un ejemplo de este tipo de reacción se evidencia cuando el hierro(Fe) desplaza al cobre(Cu) en el sulfato de cobre (CuSO4):

Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu
Reacción de doble desplazamiento o doble sustituciónLos iones en un compuesto cambian lugares con los iones de otro compuesto para formar dos sustancias diferentes.AB + CD → AD + BC

Donde A, B, C y D representan cualquier sustancia química.

Veamos un ejemplo de este tipo de reacción:

NaOH + HCl → NaCl + H2O

Respecto a las reacciones de la química orgánica, nos referimos a ellas teniendo como base a diferentes tipos de compuestos comoalcanosalquenosalquinosalcoholesaldehídoscetonas, etc. que encuentran su clasificación y reactividad en el grupo funcional que contienen y este último será el responsable de los cambios en la estructura y composición de la materia. Entre los grupos funcionales más importantes tenemos a los dobles y triples enlaces y a los grupos hidroxilocarbonilo y nitro.


ECUACIONES QUÍMICAS

    Una reacción química se representa mediante una ecuación química. Para leer o escribir una ecuación química, se deben seguir las siguientes reglas:

  • Las fórmulas de los reactivos se escriben a la izquierda, y las de los productos a la derecha, separadas ambas por una flecha que indica el sentido de la reacción.
  • A cada lado de la reacción, es decir, a derecha y a izquierda de la flecha, debe existir el mismo número de átomos de cada elemento.

    Cuando una ecuación química cumple esta segunda regla, se dice que está ajustada o equilibrada. Para equilibrar reacciones químicas, se ponen delante de las fórmulas unos números llamados coeficientes, que indican el número relativo de átomos y moléculas que intervienen en la reacción.


  Si se quiere o necesita indicar el estado en que se encuentran las sustancias que intervienen o si se encuentran en disolución, se puede hacer añadiendo los siguientes símbolos detrás de la fórmula química correspondiente:

  • (s) = sólido.
  • (metal) = elemento metálico.
  • (l) = líquido.
  • (g) = gas.
  • (aq) = disolución acuosa (en agua).




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