TRANSFORMACIONES DE LA MATERIA
En los procesos en los que existe un cambio físico, la naturaleza básica de las sustancias que intervienen no sufre ninguna alteración. Por ejemplo, en los cambios de estado, la sustancia que cambia de estado sigue siendo la misma: al vaporizar agua líquida obtenemos vapor de agua, tanto la sustancia que teníamos al inicio –agua líquida– como la que obtenemos al final del proceso –vapor de agua– son la misma sustancia: agua. No obstante, sus propiedades físicas cambian de un estado al otro (estado de agregación, conductividad eléctrica, conductividad térmica, densidad, calor específico, etc.). En este caso, la sustancia que sufre un cambio físico, no experimenta ningún cambio en su composición.
Una reacción química (o cambio químico) es un proceso en el cual unas sustancias (o especies químicas) iniciales, con unas propiedades características determinadas, denominadas reactivos, se transforman en otras sustancias (o especies químicas) finales, denominadas productos de la reacción, las cuales tienen otras propiedades características diferentes a las de los reactivos. Se podría decir que se produce un cambio en la naturaleza básica de las sustancias. Las sustancias iniciales y finales son totalmente diferentes.
En las reacciones químicas se producen cambios en la estructura electrónica debidos a la rotura de enlaces químicos de las especies químicas iniciales (reactivos) y la formación de nuevos enlaces químicos para formar nuevas sustancias (productos de la reacción).
En cambio, en las reacciones nucleares, los cambios se producen en la estructura nuclear y de su estudio se ocupa la rama de la Física, conocida como Física Nuclear.
Esencialmente, podríamos decir que, en una reacción química, la composición de las sustancias que se obtienen (productos) es completamente distinta a la de las sustancias que las originaron (reactivos). Por ejemplo, al exponer un clavo de hierro al aire, observamos que, con el tiempo, el clavo adquiere una tonalidad marrón–rojiza: el hierro ha sido oxidado por el oxígeno contenido en el aire y se ha formado una capa de óxido de hierro (II) sobre la superficie del clavo expuesta al aire. La composición de este óxido (hierro y oxígeno), que es el producto de la reacción, es diferente a la composición del hierro (hierro) y a la del oxígeno (oxígeno), que son los reactivos de la reacción.
En general, los cambios químicos tienen asociados unos cambios energéticos, estudiados por una subdivisión de la rama de Química Física, denominada Termodinámica Química.
También hay que tener en cuenta que no todas las reacciones químicas transcurren a la misma velocidad: hay reacciones químicas que transcurren a una velocidad muy rápida y otras lo hacen a una velocidad extraordinariamente lenta (algunas no se realizarían ni en 100 años). Del estudio de las velocidades de reacción, se ocupa otra subdivisión de la rama de Química Física, denominada Cinética Química.
REACCIÓN QUÍMICA
Reacciones Químicas: Son
procesos químicos donde las sustancias intervinientes, sufren cambios en su
estructura, para dar origen a otras sustancias. El cambio es más fácil entre
sustancias líquidas o gaseosas, o en solución, debido a que se hallan más
separadas y permiten un contacto más íntimo entre los cuerpos reaccionantes.
También se
puede decir que es un fenómeno químico, en donde se producen sustancias
distintas a las que les dan origen.
Características o Evidencias de una Reacción Química:
·
Formación de precipitados.
·
Formación de gases acompañados de cambios de temperatura.
·
Desprendimiento de luz y de energía.
Esquema
de una reacción química:
Leyes
fundamentales de la Química
Estas leyes surgieron cuando se intentaba cuantificar los procesos químicos. Aún no existía la formulación, tal como la conocemos ahora y también era desconocido el concepto de mol. Sólo se pesaban sustancias, se medían volúmenes de gases y de líquidos –si la experiencia así lo requería y el experimentador tenía en cuenta que se generaban, claro- y se observaban y anotaban todos los procesos.
A finales del siglo XVIII y a comienzos del XIX, diversos científicos hicieron un estudio cuantitativo de numerosas reacciones químicas, es decir, de las relaciones que se daban entre las cantidades de los reactivos empleados y las cantidades obtenidas de los productos de las reacciones. Como resultado de este trabajo experimental, se obtuvieron unas conclusiones muy importantes, llamadas hoy leyes clásicas (o fundamentales) de la Química
El químico francés Antoine Laurent Lavoisier (1743 - 1794) el fenómeno que conocemos como Ley de conservación de la masa: “En las reacciones químicas, la masa total de las sustancias que reaccionan (reactivos) es igual a la masa total de las sustancias que se obtienen (productos de la reacción)”.
Proust demostró que todos los compuestos químicos tienen siempre los mismos elementos en una proporción definida, independientemente del método que se utilice para preparar el compuesto en cuestión.
John Dalton, en el 1803, enunció la Ley de las proporciones múltiples, aunque no disponía de
demasiados datos experimentales, en la que decía: “Las cantidades de un mismo elemento que se combinan con una cantidad fija de otro para formar diferentes compuestos muestran una relación de números enteros sencillos”.
Concepto de ecuación química
La ecuación química es una representación matemática de una reacción química, utilizando los símbolos químicos para representar, mediante fórmulas químicas, a los reactivos y a los productos que intervienen en ella, separados estos por una flecha (→) que indica “se transforma(n) en” o “para formar u obtener” y con un símbolo de suma (+) entre los diferentes reactivos y entre los diferentes productos obtenidos, significando en el primer caso “reacciona con” y en el segundo caso “y”. Deberemos indicar el estado físico de las sustancias que intervienen en la reacción: solido (s), líquido (l), gas (g), vapor (v) o disolución acuosa (ac), al lado derecho de las fórmulas que las representan y como subíndice.
Ajuste o igualación de una ecuación química
La
combustión completa del propano gaseoso se representa mediante la siguiente
reacción química:
C3H8 (g) + O2
(g) → CO2
(g) + H2O (l)
Dado que la masa no se crea ni se destruye, sino que sólo se transforma (Principio de conservación de la masa), debe haber los mismos átomos de cada uno de los elementos que intervienen en la reacción química, a un lado y al otro de la ecuación química, es decir, en los reactivos y en los productos. Si observamos la ecuación química anterior vemos que esto no se cumple: en la zona de los reactivos contamos con 3 átomos de carbono, 8 de hidrógeno y 2 de oxígeno; mientras que en la zona de productos contamos con 1 átomo de carbono, 2 de hidrógeno y 3 de oxígeno. En este caso, decimos que la ecuación química no está ajustada (o igualada). Debemos realizar ahora, en consecuencia, el proceso que los químicos denominamos ajustar o igualar la ecuación química.
Básicamente, se trata de encontrar unos números, llamados coeficientes estequiométricos, que pondremos delante de cada especie química que intervenga en la reacción con el fin de que haya el mismo número de átomos de cada elemento tanto en los reactivos como en los productos.
Podemos seguir 2 métodos principales: el del tanteo y el algebraico.
1. Igualar los átomos de los metales.
2. Igualar los átomos de los no–metales, excepto el hidrógeno y el oxígeno.
3. Igualar después los átomos de hidrógeno.
4. Igualar, finalmente, los átomos de oxígeno.
5. Repasar si es preciso modificar los pasos 1 y 2.
Básicamente, se trata de encontrar unos números, llamados coeficientes estequiométricos, que pondremos delante de cada especie química que intervenga en la reacción con el fin de que haya el mismo número de átomos de cada elemento tanto en los reactivos como en los productos.
Podemos seguir 2 métodos principales: el del tanteo y el algebraico.
1. Igualar los átomos de los metales.
2. Igualar los átomos de los no–metales, excepto el hidrógeno y el oxígeno.
3. Igualar después los átomos de hidrógeno.
4. Igualar, finalmente, los átomos de oxígeno.
5. Repasar si es preciso modificar los pasos 1 y 2.
La
ecuación química que representa la reacción de combustión completa del propano
puede interpretarse de diferentes maneras:
A nivel atómico–molecular, si hacemos referencia a la cantidad de partículas, podemos decir que 6,02 x 1023 moléculas de propano reaccionan con 3,01 x 1024 moléculas de dioxígeno y se producen 1,8 x 1024 moléculas de dióxido de carbono y 2,4 x 1024 moléculas de agua.
Tomando como padrón la cantidad de sustancia (n) para
esta reacción, 1 mol de propano reacciona con 5 mol de dioxígeno formando 3 mol
de dióxido de carbono y 4 mol de agua.
A nivel macroscópico, 44 g de propano gaseoso reacciona
con 160 g de oxígeno para dar lugar a 132 g de dióxido de carbono y 72 g de
agua líquida.
Las reacciones químicas: Tipos de reacciones químicas
Las
sustancias reaccionan entre sí de maneras muy diversas: el gran número de
reacciones químicas que se producen justifica la necesidad de clasificarlas
para su estudio.
Hay
diferentes tipos de reacciones químicas y varias formas de clasificarlas según
el criterio elegido. Los criterios que se siguen son generalmente cuatro: el
energético, el cinético, la transformación que se produce y la partícula
intercambiada.
Ø Según la transformación que se produce
· Síntesis.
· Descomposición.
· Sustitución.
Ø
Según
la partícula intercambiada
· Reacciones de precipitación.
· Reacciones de
oxidación-reducción (redox).
· Reacciones ácido-base.
Ø
Criterio
energético
· Exotérmica.
· Endotérmica.
Ø
Criterio
cinético
· Rápidas.
· Lentas.
Según la transformación que se produce
Reacciones de síntesis
Son reacciones químicas en las que dos o más sustancias (reactivos) se combinan para formar otra distinta (producto) más compleja. Si los reactivos son elementos se llaman reacciones de formación. La ecuación química general es:
A + B → AB
Reacciones de descomposición
Son reacciones químicas en las que un compuesto se descompone en dos o más sustancias más simples. Son las inversas de las reacciones de síntesis. La ecuación química general es:
AB → A + B
Reacciones
de sustitución o desplazamiento
Las reacciones de sustitución o desplazamiento pueden ser simples o dobles.
En una reacción de sustitución o desplazamiento simple, un elemento es reemplazado por otro elemento más reactivo en un compuesto, para producir un nuevo compuesto y el elemento desplazado. La ecuación química general es:
A + BC → AC + B
En
una reacción de doble sustitución o desplazamiento hay dos compuestos químicos
que intercambian dos elementos para formar dos nuevos compuestos. La ecuación
química general es:
AB + CD → AD + CB
Las
reacciones de doble desplazamiento se producen generalmente en disolución
acuosa con compuestos iónicos, y en ellas se produce un precipitado (sólido),
se forma un gas o se produce agua.
Según la partícula intercambiada
Reacciones de precipitación
En una reacción de precipitación, la partícula
intercambiada es un ion. Se produce, en general, en disolución acuosa y entre
sustancias iónicas. En la reacción, un anión y un catión se ponen en contacto y
dan lugar a un compuesto iónico insoluble que precipita.
Reacciones
de oxidación-reducción (redox).
Las reacciones de oxidación-reducción (redox) implican la transferencia de electrones entre especies químicas. Se llaman también reacciones de transferencia de electrones ya que la partícula que se intercambia es el electrón.
En una reacción de oxidación-reducción tienen lugar dos procesos simultáneos, la oxidación y la reducción.
Reacciones ácido-base.
Una
reacción ácido-base es una reacción de doble desplazamiento que se produce
entre un ácido y una base. En ellas se transfieren protones, es decir, iones H
+. Esta definición fue generalizada por Brönsted y Lowry en 1923, siendo
un ácido toda especie química que tiene tendencia a donar iones H + y una base
la que tiene tendencia a aceptar iones H+. Es decir, los ácidos
ceden protones y las bases los aceptan. Cuando un ácido y una base reaccionan
en disolución acuosa en las proporciones estequiométricas, pierden sus
propiedades. A esta reacción se le denomina reacción de neutralización. Considera
el ácido clorhídrico, HCl, y el hidróxido de sodio, NaOH, en disolución acuosa.
Están disociados y en la disolución existen sus iones, Cl - , H+
, Na+ y OH - . Los iones H+ y OH- forman
agua y, por tanto, la ecuación química que representa el proceso es:
HCl (aq) + NaOH (aq) → NaCl (aq)
+ H2O(l)
Criterio energético
En toda
reacción química hay emisión o absorción de energía que se manifiesta como luz
y/o calor. Aquí aparece el concepto de Entalpía, entendida como la energía que
se libera o absorbe.
Reacciones
Exotérmicas:
Cuando al producirse, hay desprendimiento o se
libera calor.
Reacciones
Endotérmicas:
Cuando es
necesario la absorción de calor para que se puedan llevar a cabo.
La reacción produce nitrato de bario, amoníaco y agua… y absorbe gran cantidad de calor, tanto que congela la capa de agua que queda sobre la madera y la “pega” al matraz.
La energía liberada o absorbida se denomina calor
de reacción o entalpía (H) por consiguiente:
§
En una reacción exotérmica la entalpía es
negativa.
§
En una reacción endotérmica la entalpía es
positiva.
Criterio cinético
Algunas reacciones químicas se producen de forma
rápida y otras son lentas. Por ejemplo, las explosiones y detonaciones son tan
rápidas que resulta muy difícil medir su velocidad, el cemento necesita varios
días para fraguar, es decir, para endurecer, es una reacción lenta.
Una reacción química se produce mediante colisiones
eficaces entre las partículas de los reactivos, por tanto, es fácil deducir que
aquellas situaciones o factores que aumenten el número de estas colisiones
implicarán una mayor velocidad de reacción.
Se define la velocidad de una reacción química como
la cantidad de sustancia formada (si tomamos como referencia un producto) o
transformada (si tomamos como referencia un reactivo) por unidad de tiempo.
La velocidad de reacción no es constante. Al
principio, cuando la concentración de reactivos es mayor, también es mayor la
probabilidad de que se den choques entre moléculas de reactivo, y la velocidad
es mayor. A medida que la reacción avanza, al ir disminuyendo la concentración
de los reactivos, disminuye la probabilidad de choques y con ella la velocidad
de reacción.
Reacciones rápidas: En estas se forma una
elevada cantidad de producto, en relación al tiempo en que se realizó la
reacción, es decir, donde la cantidad de producto formado o la cantidad de
reactante consumido por unidad de tiempo es grande.
Reacciones lentas: La cantidad de producto
formado es muy reducida, siempre en relación al tiempo, es decir, Una reacción
química lenta es aquella donde la cantidad de producto formado o la cantidad de
reactante consumido por unidad de tiempo es muy pequeña.
Bibliografía
- Brown, Lemay, Bursten. 2004. Química, la ciencia central 9ª. Edición. Editorial Prentice Hall. México
- Whitten, Davis, Peck y Stanley. 2015. Química 10ª. Ed. Cengage Learning Editores. Santa Fe, México, D.F.
Webgrafía
...................................................................................................................................................................................................
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
Descarga el archivo en formato pdf para 6° Año
Descarga el archivo en formato pdf para 2° EMT Agrario
Descarga el archivo en formato pdf para 2° EMT Agrario
Comentarios
Publicar un comentario