1.- Los cambios en la materia
La materia puede sufrir cambios mediante diversos procesos. No
obstante, todos esos cambios se pueden agrupar en dos tipos: cambios físicos y
cambios químicos.
1.1- Cambios físicos
En estos cambios no se producen modificaciones en la naturaleza de la
sustancia o sustancias que intervienen. Ejemplos de este tipo de cambios son:
Cambios de estado.
Mezclas.
Disoluciones.
Separación de sustancias en mezclas o disoluciones.
1.2- Cambios químicos
En este caso, los cambios si alteran la naturaleza de las sustancias:
desaparecen unas y aparecen otras con propiedades muy distintas. No es posible
volver atrás por un procedimiento físico (como calentamiento o enfriamiento,
filtrado, evaporación, etc.)
Una reacción química es un proceso por el cual una o más sustancias,
llamadas reactivos, se transforman en otra u otras sustancias con propiedades
diferentes, llamadas productos.
En una reacción química, los enlaces entre los átomos que forman los
reactivos se rompen. Entonces, los átomos se reorganizan de otro modo, formando
nuevos enlaces y dando lugar a una o más sustancias diferentes a las iniciales.
2.- Características de las reacciones químicas
a) La o las sustancias nuevas que se forman suelen
presentar un aspecto totalmente diferente del que tenían las sustancias de
partida.
b)
Durante la reacción se desprende o se absorbe
energía:
·
Reacción exotérmica: se desprende energía en el
curso de la reacción.
·
Reacción endotérmica: se absorbe energía durante
el curso de la reacción.
c) Se cumple la ley de conservación de la masa: la
suma de las masas de los reactivos es igual a la suma de las masas de los
productos. Esto es así porque durante la reacción los átomos ni aparecen ni
desaparecen, sólo se reordenan en una disposición distinta.
3.- 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.
Nota: estos coeficientes situados delante de las fórmulas, son los
únicos números en la ecuación que se pueden cambiar, mientras que los números
que aparecen dentro de las fórmulas son intocables, pues un cambio en ellos
significa un cambio de sustancia que reacciona y, por tanto, se trataría de una
reacción distinta.
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)
4.- Velocidad de una reacción química
Para saber si una reacción es rápida o lenta, hay que conocer la velocidad
a la que transcurre. Podemos definir
velocidad de reacción como la variación de cantidad de sustancia formada o
transformada por unidad de tiempo.
En general, para determinar la velocidad de una reacción, hay que medir
la cantidad de reactivo que desaparece o la cantidad de producto que se forma
por unidad de tiempo.
4.1- Factores que afectan a la velocidad de reacción
La velocidad de una reacción se ve influida por una serie de factores;
entre ellos se pueden destacar:
Naturaleza de los reactivos
Se ha observado que según los reactivos que intervengan, las reacciones
tienen distinta velocidad, pero no se ha podido establecer aún unas reglas
generales.
Concentración de los reactivos
La velocidad de reacción aumenta con la concentración de los
reactivos. Para aumentar la
concentración de un reactivo:
·
Si es un gas, se consigue elevando su presión.
·
Si se encuentra en disolución, se consigue
cambiando la relación entre el soluto y el disolvente.
Superficie de contacto de los reactivos
Cuanto más divididos están los reactivos, más rápida es la reacción.
Esto es así porque se aumenta la superficie expuesta a la misma.
Temperatura
En general, la velocidad de una reacción química aumenta conforme se
eleva la temperatura.
Presencia de catalizadores
Un catalizador es una sustancia, distinta a los reactivos o los
productos, que modifican la velocidad de una reacción. Al final de la misma, el
catalizador se recupera por completo e inalterado. En general, hace falta muy
poca cantidad de catalizador.
Los catalizadores aumentan la velocidad de la reacción, pero no la
cantidad de producto que se forma.
5.- Importancia de las reacciones químicas
Estamos rodeados por reacciones químicas; tienen lugar en laboratorios,
pero también en fábricas, automóviles, centrales térmicas, cocinas, atmósfera,
interior de la Tierra... Incluso en nuestro cuerpo ocurren miles de reacciones
químicas en cada instante, que determinan lo que hacemos y pensamos.
De toda la variedad de reacciones posibles, vamos a ver dos: las de
neutralización y las de combustión. Pero antes de verlas, es necesario conocer
y dominar el concepto de ácido y base.
5.1- Ácidos y bases
Las características de los ácidos y las bases se resumen en el
siguiente cuadro:
Ácidos
|
Bases
|
Tienen sabor agrio (ácido)
Reaccionan con ciertos metales, como Zn, Mg o Fe, para dar hidrógeno
Reaccionan con las bases para dar sales
Son sustancias ácidas: el ácido clorhídrico (HCl); el ácido
bromhídrico (HBr); el ácido nítrico (HNO3); el ácido carbónico (H2CO3) y el
ácido sulfúrico (H2SO4), entre otros
|
Tienen sabor amargo
Reaccionan con las grasas para dar jabones
Reaccionan con los ácidos para dar sales
Son sustancias básicas el hidróxido de amonio o amoniaco disuelto en
agua (NH4OH); y los hidróxidos de los metales alcalinos (LiOH, NaOH, KOH,...)
y alcalinotérreos, como el Ca(OH)2, y Mg(OH)2, entre otros
|
Para distinguir si una sustancia es ácida o básica, se utiliza la
escala de pH, comprendida entre el 1 y el 14:
Si una sustancia tiene un pH igual a 7, se dice que es neutra, ni ácida
ni básica (por ejemplo, el agua pura).
Si una sustancia tiene un pH menor que 7, tiene carácter ácido.
Si una sustancia tiene un pH mayor que 7, tiene carácter básico.
En los laboratorios y aquellos otros lugares donde es necesario
determinan esta propiedad (como en un análisis de agua potable, por ejemplo),
se utiliza un indicador ácido-base, que es una sustancia que presenta un color
distinto según sea el pH del medio. Algunos ejemplos se muestran en las dos
tablas siguientes:
Indicadores
|
Color
en medio ácido
|
Color
en medio básico
|
Naranja de metilo
|
Naranja
|
Amarillo
|
Fenolftaleína
|
Incoloro
|
Rosa
|
Azul de bromotimol
|
Amarillo
|
Azul
|
Tornasol
|
Rojo
|
Azul
|
Para ahorrar tiempo y trabajo, se utiliza mucho el papel indicador universal, que es un papel impregnado con una mezcla de indicadores y que adquiere un color distinto según los distintos pH.
5.2- Neutralización
Cuando entran en reacción un ácido (por ejemplo, HCl) y una base
(NaOH), el primero se disocia liberando H+ y Cl-, mientras que el segundo se
disocia en Na+ y OH-. Los iones Cl- y Na+ se unen formando una nueva sustancia
neutra (en este caso NaCl), llamada sal y los iones H+ y OH- se unen por su
parte para forman H2O, es decir, agua.
acido +
base → sal + agua
5.3.- La combustión
La combustión es el proceso químico por el cual una sustancia, llamada
combustible, reacciona con el oxígeno. En general, esta reacción es fuertemente
exotérmica, desprendiéndose energía en forma de calor, luz o sonido.
Esta reacción no tiene lugar de forma espontánea, sino que, para que
comience, ha de aportarse energía a través de una llama o de una chispa
eléctrica. Eso si, una vez empezada, continúa por sí sola hasta que se agote el
combustible o el oxígeno.
Es una reacción de gran importancia, tanto en la naturaleza como para
la actividad humana, ya que es la forma en que los seres vivos y los artefactos
humanos obtienen de forma muy mayoritaria su energía. Reacciones de combustión particularmente
importantes son:
·
La combustión del carbono. Su ecuación química
es la siguiente: C(s) + O2(g) → CO2(g). El producto es
dióxido de carbono y se desprende energía lumínica y calorífica. Cuando esta
reacción tiene lugar con poco oxígeno, la reacción es entonces: C(s) + ½O2(g) →
CO(g), formándose monóxido de carbono, un gas venenoso y muy
peligroso.
·
La combustión de hidrocarburos (compuestos cuya
base es carbono e hidrógeno). En esta reacción se forma CO2 y vapor de agua. Es
la reacción que tiene lugar en la combustión de los combustibles fósiles
(carbón y petróleo), fuente básica de obtención de energía en nuestra sociedad.
Un ejemplo de esta reacción es la combustión del metano:
CH4(g) + 2O2(g) →
CO2 (g) + 2 H2O (g)
·
La combustión de la glucosa en el cuerpo humano.
La glucosa, procedente de la digestión de ciertos alimentos o de la
transformación de otras sustancias, reacciona con el oxígeno presente en las
células, produciendo CO2, agua y liberando energía. Esta reacción es lo que se
conoce como respiración, cuya importancia no es necesario recordar.
Un punto importante a destacar, es que los productos de la combustión,
fundamentalmente el dióxido de carbono, tienen una gran incidencia cuando son
liberados al medio ambiente, ya que este gas es el que produce mayor efecto
invernadero.
