1.- Transformaciones físicas y transformaciones químicas

Fenómenos o Cambios Físicos: Son procesos en los que no cambia la naturaleza de las sustancias ni se forman otras nuevas.

 Ejemplos:

• Cambios de estado: Si aplicamos una fuente de calor de forma constante, el agua hierve y se transforma en vapor de agua. (En ambos casos, la sustancia implicada en el proceso es agua que, en un caso está líquida y en el otro está gaseosa; esto es, sus partículas están ordenadas de diferente manera según la teoría cinética de la materia).

• Mezclas: Si disolvemos sal en agua observaremos que la sal se disuelve fácilmente en agua y la disolución resultante presenta un gusto salado. (Las sustancias iniciales - sal y agua - siguen presentes al final; este hecho es demostrable pues si calentamos la disolución hasta que hierva el agua, nos queda la sal en el fondo).
   

Fenómenos o Cambios Químicos: Son procesos en los que cambia la naturaleza de las sustancias, además de formarse otras nuevas.

 Ejemplos:

• Combustión: Si quemamos un papel, se transforma en cenizas y, durante el proceso, se desprende humo. (Inicialmente, tendríamos papel y oxígeno, al concluir el cambio químico tenemos cenizas y dióxido de carbono, sustancias diferentes a las iniciales).

• Corrosión: Si dejamos un trozo de hierro a la intemperie, se oxida y pierde sus propiedades iniciales. (Las sustancias iniciales serían hierro y oxígeno, la sustancia final es óxido de hierro, con unas propiedades totalmente diferentes a las de las sustancias iniciales).

Diferencias entre cambio físico y cambio químico

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2.- ¿Cómo sabemos cuándo se ha producido una reacción química?

Cuando se produce una reacción química suelen producirse algunos indicios típicos:

- Cambio de coloración: Indica la aparición de una o de varias sustancias nuevas distintas a las iniciales.

Ver reacción

- Aparición de sedimento o precipitado: Es señal de que una o algunas de las sustancias nuevas formadas son insolubles.

Ver reacción

- Desprendimiento de gas: Como resultado de la reacción aparece una nueva sustancia que se presenta en estado gaseoso a temperatura ambiente.

Ver reacción

- Absorción o liberación de calor: Los cambios espontáneos de temperatura de la mezcla revelan que se está produciendo una reacción.

Ver reacción

- Cambios en otras propiedades: La acidez, el olor, la aparición de propiedades ópticas frente a la luz, propiedades magnéticas o eléctricas, etc.

3.- ¿Cómo se representan las reacciones químicas?

Una reacción química es un proceso en que, a partir de unas sustancias iniciales, llamadas reactivos, se obtienen unas sustancias finales distintas, llamadas productos.

Reactivos: Son las sustancias iniciales que, una vez mezcladas, reaccionan químicamente.

Productos: Son las sustancias nuevas que se forman como resultado de la reacción química entre los reactivos.

Las reacciones químicas se escriben mediante ecuaciones químicas: a la izquierda se escriben los reactivos que se mezclan, separados por signos de sumar (+) y, a la derecha, los productos que se obtienen, separados también por signos de sumar (+). Entre reactivos y productos se coloca una flecha, que indica el sentido de la reacción.

REACTIVOS → PRODUCTOS

Más información

Cómo escribir y ajustar reacciones

4.- La masa no cambia durante las reacciones químicas

En una reacción química la masa se conserva. Esto quiere decir que la masa total de los productos obtenidos es igual a la masa total de los reactivos que han reaccionado.

Ley de la conservación de la masa

Ley de las proporciones constantes: Los reactivos que participan en una reacción química reaccionan siempre en proporciones fijas.

Ejemplo: Si reaccionan hidrógeno y oxígeno para formar agua, siempre reaccionan 1 g de hidrógeno por cada 8 g de oxígeno y esa siempre va a ser la proporción necesaria para que formen agua. Las proporciones serían:

Y así sucesivamente. Si hay más cantidad de uno de ellos se quedará sin reaccionar. Si ponemos 4 g de hidrógeno y 24 g de oxígeno, sólo reaccionarán 3 g de hidrógeno con estos 24 de oxígeno y sobrará 1 g de hidrógeno que se quedará sin reaccionar.

4.1.- Un modelo para explicar las leyes: los átomos

En 1808, John Dalton ofreció una explicación de por qué las reacciones químicas cumplen la ley de conservación de la masa y la de las proporciones constantes. Se basa en las siguientes ideas:

- La materia está formada por átomos.

- Todos los átomos de un elemento son iguales, pero distintos a los de otros elementos.

- En una reacción química, los átomos presentes inicialmente se reorganizan de distinta manera formando sustancias diferentes. Sin embargo, los átomos siguen siendo los mismos (ni se crean ni se destruyen), de ahí que la masa no cambie en la reacción.

Teoría atómica de Dalton

Desde el punto de vista atómico, en una reacción química los átomos de las sustancias reactivas se reorganizan de otra manera, dando lugar a nuevas sustancias que se denominan productos. Al no cambiar el número ni la clase de átomos, la masa no cambia en la reacción.

4.2.- Ajuste de reacciones químicas

Para ajustar ecuaciones químicas hay que tener en cuenta que en las reacciones ni se "ganan" ni se "pierden" átomos. Debe aparecer el mismo número de átomos de cada clase en los reactivos y en los productos. Esta es la condición de la conservación de la masa. sin embargo, no podemos cambiar a voluntad las fórmulas de las sustancias para igualar el número de átomos.

Ejemplo: Cuando el hierro se oxida se origina un compuesto diferente llamado óxido de hierro (II). si escribimos la reacción simbólicamente, tendremos:

Fe + O₂ → FeO

Tal y como está escrita esta reacción 1 átomo de hierro reacciona con 2 átomos de oxígeno formando 1 molécula con 1 átomo de hierro y 1 de oxígeno. Esto no puede ser, tiene que haber el mismo número de átomos en ambos lados.

Por tanto, habrá que emplear unos números llamados coeficientes que pondremos delante de cada fórmula o símbolo, indicando el número de átomos de cada especie que deben reaccionar para que se conserve la masa y el número de átomos:

Es decir, se necesitan 2 átomos de hierro para reaccionar con una molécula de oxígeno y formar 2 moléculas de FeO. Este proceso se llama ajustar una reacción química y consiste en anteponer los números enteros necesarios delante de los símbolos o fórmulas de las sustancias que intervienen en la reacción, de modo que se cumpla a escala atómica la ley de conservación de la masa.

Cómo escribir y ajustar reacciones

5.- Balances de masa en las reacciones químicas

Masa atómica

Los átomos de distintos elementos tienen masas y tamaños diferentes. Los científicos han establecido comparaciones entre las masas y los tamaños de los átomos hoy conocidos.

La escala de masas atómicas asigna masas a los átomos por comparación con la masa del átomo de carbono, al que se le asigna el valor 12. La unidad de masa a escala atómica se denomina unidad de masa atómica y se simboliza con u o uma.

En las tablas periódicas aparece la masa atómica en uma de cada elemento:

Tabla periódica

Masas moleculares

Una molécula es una agrupación de átomos de la misma o distinta clase. El número de cada clase de átomos viene especificado en la fórmula de la sustancia. Por ejemplo, la fórmula Fe₂O₃ significa que esta molécula está formada por 2 átomos de hierro y 3 de oxígeno.

La masa molecular se calcula sumando las masas atómicas de todos los átomos que intervienen en la fórmula de la sustancia.

Por tanto, la masa molecular del Fe₂O₃ será 56·2 + 16·3 = 160 uma.

Calculadora de masas moleculares

Cálculos con reacciones químicas

Una reacción ajustada indica las proporciones en las que participan las diversas sustancias. Teniendo en cuenta las masas atómicas o moleculares de las sustancias, podemos establecer qué cantidad (en masa) de cada sustancia interviene en la reacción.

Ejemplo:

2 Fe + O₂ → 2 FeO

Consultando una tabla periódica podemos ver que la masa atómica del Fe es 56 uma y la masa molecular del O₂ es 32 uma, mientras que la masa del FeO es 56 + 16 = 72 uma. Al observar la reacción ajustada, vemos que la relación de masas que intervienen en la reacción es:

2 · masa Fe + masa O₂ → 2 · masa FeO

Es decir:

2 · 56 + 32 → 2 · 72

La misma relación de masas atómicas o moleculares se cumple tanto en unidades de masa atómica como en gramos o en kilogramos. Por tanto, se puede afirmar que 112 g de hierro reaccionan con 32 g de oxígeno atmosférico para producir 144 g de FeO.

Procedimiento de cálculo con reacciones químicas

1.- Ajusta la reacción química.

2.- Determina las masas atómicas o moleculares de las sustancias que intervienen.

3.- Multiplica dichas masas por los correspondientes números enteros que has escrito antes para ajustar la reacción.

4.- Los valores obtenidos, expresados en cualquier unidad de masa, indican las cantidades de reactivo y de producto que intervienen en la reacción.

6.- La energía en las reacciones químicas

En general, cuando se forma una sustancia estable (que perdura en el tiempo) a partir de sus elementos, se libera energía, normalmente en forma de energía térmica. Por el contrario, para destruir una sustancia estable, se necesitará aportar energía. Según el balance energético, las reacciones se clasifican en:

Reacción endotérmica: Es aquélla que necesita un aporte de energía para producirse.

Ejemplo: Descomposición del clorato potásico para obtener cloruro potásico y oxígeno.

Reacción exotérmica: Es aquélla que libera energía térmica mientras se produce.

Ejemplo: Combustión del butano para obtener energía térmica para calentar agua.

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