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.
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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. (Ver: Cambios físicos de
la materia).
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
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Fenómeno
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a- la hoja toma CO2 del
aire (también llega el H2O tomada del suelo por la raíz)
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Físico
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b- el agua se transforma en Hidrógeno y Oxígeno,
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Químico
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c- el Oxígeno se desprende de la planta y vuelve a la
atmósfera
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Físico
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d- el Hidrógeno reacciona con el Dióxido de
Carbono para formar Almidón.
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Químico
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Ahora veamos qué ocurre en el
motor de un auto cuando está en movimiento.
En un auto
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Fenómeno
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a- se inyecta gasolina en un
carburador,
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Físico
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b- se mezcla con aire,
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Físico
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c- la mezcla se convierte en vapor,
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Físico
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d- se quema ( y los productos de la
combustión )
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Químico
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e- se expanden en el cilindro
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Físico
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Reacciones
químicas
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Un clavo se oxida con el aire:
reacción química.
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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.
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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 + H2SO4 ——› Cu2
SO4 + 2H2O
3BaCl2(ac) + Fe2(SO4)3
(ac) ——› 3BaSO4 + 2FeCl2 (ac)
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Agua: reacción química de
síntesis.
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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 llamado reacción 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).
Reacción
química aeróbica:
Es un proceso que requiere de la
presencia del oxígeno para llevar a cabo la producción de energía.
Reacción
química anaeróbica:
Es un proceso que a diferencia
del aeróbico, se lleva a cabo en ausencia de oxígeno.
Cuando hacemos ejercicio aeróbico (correr, nadar por tiempo
prolongado, etc.) la energía la obtenemos por medio del oxígeno que respiramos.
El oxígeno llega a las fibras musculares a través de la sangre, donde se
produce una serie de reacciones químicas con los nutrientes que nos entregan
los alimentos, produciéndose la energía.
Cuando hacemos ejercicio anaeróbico (saltos, levantar
pesas, carreras cortas y rápidas, etc.) necesitamos energía en un corto periodo
de tiempo, y esta la obtenemos por medio de los hidratos de carbono y las
grasas, que al descomponerse químicamente suministran la energía anaeróbica,
llamada de esta manera porque toda esta reacción química se produce sin la
presencia de oxígeno.
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