TEMA 10.2: LA MATERIA SE TRANSFORMA
Materia y Energía:
La materia se
transforma
Cuando mezclamos sustancias
no siempre ocurre lo mismo, unas veces las sustancias siguen estando ahí,
aunque mezcladas, pero otras veces... ¡desaparecen!
No tienes que ir muy lejos
para ver estas transformaciones, en la cocina de tu casa puedes observar muchas
de ellas bien físicas o bien químicas.
Cuando añades azúcar al té,
estás preparando una disolución; el resultado es que el té está más dulce, pero
sigue siendo té y el azúcar sigue siendo azúcar; la naturaleza de las
sustancias no ha cambiado. Se trata de un PROCESO
FÍSICO o UNA TRANSFORMACIÓN FÍSICA.
Cuando prendes fuego al gas
en el quemador de la cocina, éste, al arder, desaparece (al final la botella de
butano se gasta) y se generan unas sustancias nuevas, dióxido de carbono y agua
(aunque tú no las veas porque son gases incoloros). Se dice, entonces,
que ha tenido lugar un PROCESO
QUÍMICO o TRANSFORMACIÓN QUÍMICA, a la que se le suele llamar REACCIÓN QUÍMICA.
1. Cambiar, pero seguir
siendo el mismo: Cambios físicos
Veamos un
par de ejemplos:
El movimiento es un cambio
físico, ya que no cambia la naturaleza del cuerpo, solo su
posición. Así que, al lanzar los dardos, éstos experimentaban un cambio físico.
Cualquier deformación, sea
elástica, plástica o rígida es también un proceso físico, pues cambia la forma,
pero no la naturaleza de las sustancia. Al aplastarse una caja, porque se le
coloca otra encima, sufre un cambio físico.
Un
cambio físico es una transformación en la que no varía la naturaleza de la
materia, es decir, las sustancias no se transforman en otras diferentes, y por
tanto, mantienen todas sus propiedades y características.
Los cambios
físicos pueden
ser reversibles o irreversibles.
En ambos casos la materia
conserva sus propiedades, pero cuando el cambio es reversible puede recuperar su forma inicial, como
cuando un cuerpo se mueve y cambia de posición, o cuando estiramos una goma del
pelo.
Si el cambio es irreversible no
puede recuperar su forma inicial. Es lo que sucede cuando
rompemos un objeto de cristal: sigue siendo cristal, pero ha perdido su forma.
¿Qué puede modificarse en un
cambio físico, si la materia sigue siendo la misma que era y no cambia sus
propiedades? Ya has visto dos posibilidades, la posición y la forma. Pero
también puede variar el tamaño o el estado físico.
En el apartado siguiente
verás ejemplos de distintos tipos de cambios físicos.
1.1 Ejemplos de cambios
físicos
Cuando calentamos agua hasta
que hierve, el agua experimenta un cambio de estado, pasando de líquido a
sólido.
Vamos a estudiar dos tipos de cambios físicos:
1. Cambios de estado.
2. Mezclas.
Empecemos con los primeros.
Los cambios
de estado físico
se producen, fundamentalmente por aumento o disminución de la
temperatura. Así, si calentamos agua hasta llegar a los 100ºC,
ésta pasa de estado líquido a vapor. Por el contrario, si disminuimos su
temperatura hasta 0ºC, el agua líquida pasará a estado sólido y tendremos
hielo. Lo mismo sucede con otras sustancias, aunque los puntos de ebullición y
de fusión varían para cada una.
A veces se oye decir: el vapor, con el frío, se hizo agua. Es
incorrecto. Tanto el vapor de agua como el agua líquida son la misma sustancia:
agua. La condensación del vapor es tan solo un cambio físico de estado gaseoso
a líquido.
La temperatura es responsable de otros tipos de cambios físicos.
¿Te has dado cuenta de que durante el verano cuesta más ponerse
o quitarse los anillos? Eso es debido a que con el calor los dedos se dilatan,
se hacen algo más anchos y por eso el anillo entra más ajustado. En invierno
sucede lo contrario.
Al bajar la temperatura los dedos se contraen un poco, y es más
fácil colocárselos. Contracción y dilatación son también cambios
físicos.
Pasemos ahora a las mezclas.
¿Recuerdas cuando echas
azúcar al té?
En realidad, lo que estás
haciendo es juntar varias sustancias pero sin que reaccionen químicamente.
Elaboras una mezcla homogénea
o disolución.
¿Por qué las disoluciones son
homogéneas? Pues porque no podemos distinguir sus componentes a simple vista.
Una vez que se juntan, no eres capaz de distinguir el azúcar del té.
Si dejas pasar un tiempo, el
líquido se evaporará y el azúcar se quedará depositado en el fondo de la taza.
Esto no sucedería si hubiera habido un cambio químico. No sería tan fácil
volver atrás.
Una disolución es una mezcla homogénea de varias sustancias. A las sustancias
que forman una disolución se les llama componentes.
·
Al componente que se encuentra
en mayor proporción se le denomina disolvente y determina el estado de la disolución
(sólido, líquido y gaseoso).
·
Al que se encuentra en
menor cantidad se le denomina soluto.
¿Cuántos
tipos de disoluciones hay?
Pues
tenemos nueve combinaciones, dependiendo de en qué estado se encuentren el
disolvente y el soluto:
|
Disolvente
|
Soluto
|
Ejemplos
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Sólido
|
Sólido
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Aleaciones de metales: acero (hierro y carbono)
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Líquido
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Amalgamas (mercurio + metal)
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Gas
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Carbono activo y los gases absorbidos por él.
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Líquido
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Sólido
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Agua del mar, agua y azúcar
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Líquido
|
agua y alcohol
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Gas
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Bebidas con gas, espuma de afeitar
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|
Gas
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Sólido
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Humo
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Líquido
|
Niebla, aerosoles
|
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Gas
|
Aire
|
No todas las sustancias se comportan de la misma manera en el
agua, por ejemplo la sal y el azúcar,
cuando las disolvemos en agua, aparentemente son iguales, podríamos
confundirlas, si no fuera por su sabor distinto, sin embargo, son moléculas
distintas, que en el agua se comportan de distinta forma.
La sal en agua conduce la electricidad, por
eso se dice que es un electrolito,
porque en disolución se separa la molécula en sus iones (átomos con carga
recuerdas), mientras que el azúcar
no es un electrolito, no se separan sus
átomos en agua (no se forman iones) por lo que no conducen la electricidad.
2. Unos desaparecen y otros
aparecen: Cambios químicos
Una reacción
química es un proceso por el
cual una o más sustancias, llamadas reactivos,
desaparecen y aparecen otras sustancias con propiedades diferentes que se
denominan productos.
Aunque hay muchas
reacciones diferentes todas tienen algunas cosas en común:
Normalmente los productos
suelen presentar un aspecto diferente del que tenían los reactivos.
Algunas reacciones desprenden
energía, las
llamamos exotérmicas; otras,
en cambio, necesitan energía para que se realicen y las llamamos endotérmicas.
Ejemplos:
Al acercar una cerilla a la
cocina de butano para calentar la comida, aparte de gastarse el gas, se forman
gases (agua y dióxido de carbono) y por supuesto energía, por lo que esta
reacción es exotérmica:
Butano (C4H10) + oxígeno (O2) → dióxido
de carbono (CO2) + agua (H2O) + calor (energía)
Otro ejemplo exotérmico se produce cuando nuestro organismo
realiza la combustión de los alimentos
ingeridos. Gracias a esa energía que se genera podemos
vivir.
Las reacciones endotérmicas,
sobre todo las del amoníaco, impulsaron
una próspera industria de generación de hielo a principios del siglo XIX.
Un ejemplo de reacción endotérmica es la producción
del ozono (O3).
Esta reacción ocurre en las capas altas de la atmósfera, donde las radiaciones
ultravioleta suministran la energía suficiente para romper la molécula de O2 en 2 átomos libres de oxígeno que se
unirán a otra molécula de oxígeno y se formará una de ozono. También ocurre
cerca de descargas eléctricas (cuando se producen tormentas eléctricas).
Molécula de oxígeno (O2) + energía del sol → Átomos
de oxígeno libres (O)
Molécula de oxígeno (O2) + Átomos de oxígeno libres
(O) → Ozono
(O3)
La característica más importante de las reacciones químicas es
que la suma de las masas de los
reactivos es igual a la suma de las masas de los productos.
Esto se conoce como "La ley de conservación de la
masa de Lavoisier"
¿Cómo tiene lugar una
reacción química?
Se separan los átomos de los reactivos y se combinan de otra
forma dando lugar a los productos.
Es importante que tengas en
cuenta que el número total de átomos de cada
elemento en los reactivos tiene
que ser igual al número total de átomos de cada
elemento en los productos. Conseguir que esto sea así es lo que
se llama ajustar una reacción química.
Mira cómo sería, una vez
ajustada, la reacción de combustión del butano:
2 C4H10 + 13 (O2) → 8
(CO2) + 10 (H2O) + calor (energía)
2.1.
Algunas reacciones químicas útiles y otras perjudiciales
Cada vez que alguien arranca
su coche, en el motor se quema gasoil.
Esa "quema" del
gasoil no es más que una reacción química entre el oxígeno de la atmósfera y
las moléculas del combustible. Los productos son dióxido de carbono y agua
pero, además, en la reacción se libera la energía
que estaba almacenada en los enlaces de las moléculas del combustible y que es la que se utiliza para
que el motor funcione y el coche se mueva.
Como el combustible reacciona
con oxígeno, esta reacción se dice que es una
oxidación.
Estas reacciones de
combustión son muy frecuentes: cuando se enciende una cerilla, o un mechero, o
el gas de la cocina. Lo que sucede es que un material combustible, casi
siempre de origen orgánico, reacciona con oxígeno. Fíjate que en todas ellas se
desprende energía en forma de calor y de luz.
En el caso de las cocinas y
calentadores que usan gas propano, esta es su reacción de combustión: C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O + calor (energía)
El oxígeno no solo da lugar a reacciones de combustión.
La oxidación de los metales,
como le sucede a al hierro cuando se deja al aire libre, es también una
reacción en la que interviene el oxígeno.
El compuesto que se forma es lo que conocemos como orín o
herrumbre. Mira la reacción. 4 Fe + 3O2 → 2Fe2 O3
La oxidación y la corrosión
de los metales suponen grandes pérdidas económicas para los países y los
ciudadanos. Materiales como el acero inoxidable han contribuido a disminuir
estas pérdidas.
Otras reacciones químicas que
dan lugar a compuestos muy dañinos son las que dan lugar a los componentes de
la lluvia ácida,
responsable de la destrucción de bosques, suelos y de la vida en lagos.
Es debida a una reacción química que tiene
lugar en la atmósfera entre ciertos gases contaminantes y el agua.
2.2.
Reacciones químicas en los seres vivos
El metabolismo celular es el conjunto de reacciones químicas que
tienen lugar en las células.
Dentro de los procesos en los
que se construye materia orgánica, el más importante es la fotosíntesis.
Fíjate bien, porque este
proceso químico es el verdadero motor de la vida:
En unas estructuras de las
células vegetales, los cloroplastos, se encuentra la clorofila. Gracias a ella
las plantas pueden utilizar la energía del sol y, junto con agua (H2O),
anhídrido carbónico (CO2)
y sales minerales, crear todos los nutrientes que utilizaremos todos los
animales (hidratos de carbono, lípidos y proteínas). Además, mediante este
proceso se libera oxígeno (O2),
que es fundamental para la vida en la Tierra.
La reacción química global
sería:
Dióxido de carbono + Agua + Sales minerales + luz→ (clorofila) → Glucosa, almidón, proteínas, lípidos + Oxígeno
Por cada gramo de glucosa que
producen las plantas, consumen 1,5 g de CO2, 0,6 g de H2O
y usan 0,25 kcal de energía solar. Además liberan 1 g de O2 a la atmósfera o a los océanos.
Dentro de los procesos de
destrucción de la materia orgánica para obtener la energía necesaria para la
realización de todas las actividades físicas externas e internas (catabolismo),
el más importante es la respiración. Todos
los seres vivos respiramos, y la mayoría utilizamos oxígeno para hacerlo. Por
eso se dice que la respiración es aerobia. La energía
que se obtiene queda almacenada en una molécula que se denomina ATP.
Glucosa + Oxígeno = Dióxido de
carbono + Agua + Energía metabólica
La respiración no es más que otra reacción
de oxidación.
Y en todo esto, ¿dónde encaja
la digestión? ¿Es parte de la fotosíntesis o de la respiración?
Pues no. Realmente, ni de la
una ni de la otra. Pero es un proceso fundamental, como ya sabes, para obtener
los nutrientes, con los que las células realizan su metabolismo. Así que, en el
caso de los animales la digestión es el primer paso de la nutrición.
Lo que fundamentalmente
sucede durante la digestión son reacciones químicas que rompen las
grandes moléculas que forman los alimentos, en moléculas más pequeñas. Así pueden llegar a las
células, penetrar en ellas y ser aprovechadas, bien para obtener energía (por
ejemplo, la glucosa), bien para obtener nuestras propias moléculas (proteínas,
por ejemplo) .
Aquí debajo tienes una
reacción sencillita, de las muchas que se producen durante la digestión.
ACTIVIDADES
1. Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas
a)
En las disoluciones,
el disolvente es líquido y el soluto sólido.
b)
La condensación es el
proceso inverso a la fusión.
c)
La sublimación es el
paso de sólido a gas.
d)
Las variaciones de
temperatura producen cambios de estado, pero no de forma.
2. Fíjate en esta reacción: Cu
+ S → CuS
¿Qué cantidad de azufre será necesaria para que al reaccionar
con 63,5 g de cobre se formen 95,5 g de sulfuro de cobre?
3. Elige la opción correcta:
c)
A diferencia del
proceso físico, el químico implica la desaparición de las sustancias iniciales
y aparición de otras nuevas.
4. De las siguientes afirmaciones elige la correcta:
a)
Los productos son las
sustancias que se obtienen de la nueva combinación de los átomos de los
reactivos.
5. Indica cuáles de las siguientes reacciones químicas están
correctamente ajustadas:
6. De las siguientes afirmaciones elige la que sea correcta:
a)
La lluvia ácida se
produce cuando el dióxido de azufre (SO2) y los óxidos de nitrógeno
(NOx) reaccionan con el oxígeno atmosférico y se disuelven en el
agua de lluvia, formando los ácidos sulfúrico (H2SO4) y nítrico (HNO3).
7. Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas.
a)
La Fotosíntesis es un
proceso de oxidación de la materia orgánica.
b)
El catabolismo libera
energía y el anabolismo la consume.
c)
La digestión es una
fase de la respiración celular.
d)
La reacción general de
la fotosíntesis es una reacción exotérmica.
8. Completa la siguiente tabla. Debes escribir en la primera
columna SÍ, si el proceso es físico y NO, si es químico. En la segunda SÍ, si
es reversible y NO, si es irreversible.
|
Proceso
|
Físico
|
Reversibilidad
|
|
Construir un barco de papel
|
||
|
Encender una cerilla
|
||
|
Masticar una galleta
|
||
|
Digestión en el estómago
|
||
|
Secar una toalla al sol
|
||
|
Hacer cubitos de hielo
|
||
|
Disolver sales en el agua del mar
|
||
|
Freír patatas
|
9. A partir de la siguiente reacción química, contesta a las
preguntas:
Ag2SO4+
2 NaCl → Na2SO4 + 2 AgCl
a)
¿Cuáles son los
reactivos ?
b)
¿Cuáles son los
productos?
c)
¿Está la reacción
ajustada correctamente? Justifica tu respuesta.
10. A partir de las siguientes reacciones químicas, contesta a las
preguntas:
CuFeS2 +
3 O2 → 2SO2 + CuO + FeO
2KClO3 → 3O2 + KCl
a)
¿Cuál de las dos
reacciones no está correctamente ajustada? ¿Por qué?
b)
Hay alguna reacción de
oxidación? En caso afirmativo, indica cuál/es y los nombres químicos de los
óxidos que se forman.
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