Cambio físico o químico
Agua que hierve contra papel que se quema. En uno cambia el estado, en el otro cambia la sustancia.
1Cuándo hay una reacción química
Como se distingue un cambio químico de uno físico, que pistas observables lo delatan y que esta pasando con los átomos mientras tanto.
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Resumen
Una reacción química ocurre cuando se forman sustancias nuevas a partir de las anteriores. Para reconocerla, conviene relacionar lo que observamos, el comportamiento de las partículas y su representación simbólica.
Explicación
Cuando ocurre un cambio, primero podemos describir qué observamos. En “Cambio físico o químico”, el agua que hierve cambia de estado, pero sigue siendo agua: no se forma una sustancia nueva. En cambio, al quemarse el papel aparecen sustancias diferentes, junto con cambios como emisión de luz y formación de gases. En “Las pistas de que hubo reacción” se muestran algunas señales posibles: formación de gas, precipitado, cambio de color, cambio de temperatura o emisión de luz. Ninguna de estas señales, por sí sola, demuestra necesariamente que ocurrió una reacción química.
Para entender qué sucede a una escala que no podemos observar directamente, hay que pensar en las partículas. En una reacción, algunos enlaces químicos se rompen y se forman otros; los átomos se reagrupan de una manera diferente y se originan sustancias nuevas. Como muestra “Qué les pasa a los átomos”, los átomos no aparecen ni desaparecen.
Finalmente, en el nivel simbólico, una reacción se representa mediante una ecuación química, por ejemplo: 2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l). Las ecuaciones indican qué sustancias reaccionan, cuáles se forman y en qué proporción. “Reacciones de todos los días” permite relacionar esta idea con procesos conocidos, como la oxidación del hierro, la cocción, la fotosíntesis y el funcionamiento de las pilas.
Errores frecuentes
- “Si un cambio se puede revertir, es físico.” La reversibilidad no alcanza para distinguirlos: existen reacciones químicas reversibles. Lo importante es determinar si se formaron sustancias nuevas.
- “Las burbujas siempre indican una reacción química.” No necesariamente: al hervir agua se forman burbujas de vapor sin producir una sustancia nueva. Una reacción también puede producir un gas, pero hay que analizar qué sustancia se formó.
- “En una reacción desaparece materia.” Los átomos se conservan: se reagrupan y forman sustancias diferentes. Por eso una ecuación química debe respetar la misma cantidad de átomos de cada elemento en ambos lados.
Para pensar
- ¿Qué observaciones necesitarías reunir para decidir con mayor confianza si un cambio es químico y no solamente un cambio de estado?
- ¿Por qué dos procesos que producen una señal similar, como un cambio de temperatura, pueden corresponder a fenómenos diferentes?
Idea clave
Reconocer una reacción química requiere relacionar las evidencias observables con el reagrupamiento de los átomos y con la ecuación que representa ese cambio.
Las pistas de que hubo reacción
Gas, precipitado, cambio de color, cambio de temperatura y luz. Ninguna sola alcanza como prueba, y se explica por qué.
Qué les pasa a los átomos
El nivel submicroscópico: los enlaces se rompen, los átomos se reagrupan y no aparece ni desaparece ninguno.
Reacciones de todos los días
Oxidación del hierro, cocción, fotosíntesis y pilas. Para que la idea no quede encerrada en el laboratorio.
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Cambio físico y cambio químico
Pistas de que hubo reacción
2La ecuación química
El lenguaje simbolico: como se lee una ecuación, que dice cada número y como se pasa de una frase en castellano a la ecuación escrita.
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Resumen
La ecuación química es la representación simbólica de una reacción. Con fórmulas, coeficientes, subíndices y símbolos de estado indica qué reactivos se transforman en qué productos y en qué proporción.
Explicación
Una misma reacción se puede describir en tres niveles. En lo macroscópico, una cinta de magnesio arde con una llama blanca muy intensa y deja un polvo blanco: óxido de magnesio. En lo submicroscópico, los átomos de magnesio ceden electrones a los átomos de oxígeno, que antes estaban unidos de a dos en moléculas de O2; se forma una red de iones Mg2+ y O2−. En lo simbólico, esa reacción se escribe así:
2 Mg(s) + O2(g) → 2 MgO(s)
A la izquierda de la flecha están los reactivos (Mg y O2) y a la derecha el producto (MgO). La flecha se lee “da” o “produce”, como muestra “Cómo se lee una ecuación”. El número 2 delante de Mg y de MgO es un coeficiente: indica que por cada molécula de O2 reaccionan dos átomos de magnesio y se forman dos unidades de MgO. El subíndice 2 de O2 es parte de la fórmula: dice que cada molécula de oxígeno tiene dos átomos, y no se puede cambiar sin cambiar la sustancia (“Coeficiente y subíndice”). Los símbolos (s) y (g) indican sólido y gas; en “Los símbolos (s), (l), (g) y (ac)” se ve qué agrega cada uno. La ecuación está balanceada: hay 2 átomos de Mg y 2 de O de cada lado, porque los átomos no aparecen ni desaparecen. Para pasar de un enunciado a una ecuación bien escrita, está “De la frase a la ecuación”.
Errores frecuentes
- “La flecha es un signo igual.” La flecha indica una transformación: los reactivos dejan de existir como tales y se forman productos distintos. Se lee “da”, no “es igual a”.
- “2 H2O y H2O2 son lo mismo.” El coeficiente 2 de 2 H2O indica dos moléculas de agua; el subíndice 2 del oxígeno en H2O2 define otra sustancia, el peróxido de hidrógeno (agua oxigenada). El coeficiente cuenta partículas; el subíndice dice cuántos átomos hay en cada una.
- “NaCl(ac) y NaCl(l) son lo mismo.” (ac) indica que la sal está disuelta en agua; (l) indica cloruro de sodio puro fundido, algo que ocurre recién a más de 800 °C. En uno hay agua y en el otro no.
Para pensar
- ¿Cómo relacionarías los coeficientes de una ecuación con lo que se mide en un experimento, como la masa de un reactivo?
- ¿Por qué importa indicar los estados de agregación en una ecuación química?
Idea clave
La ecuación química representa con símbolos qué sustancias se transforman, en cuáles y en qué proporción, sin que se pierda ni se cree ningún átomo.
Cómo se lee una ecuación
Reactivos, flecha, productos. La flecha se lee 'da', no 'igual', y eso importa.
Coeficiente y subíndice
El error más caro de todo el tema: 2 H2O no es lo mismo que H2O2. Uno cuenta moléculas, el otro define la sustancia.
Los símbolos (s), (l), (g) y (ac)
Qué información agregan y por qué el (ac) no es lo mismo que el (l).
De la frase a la ecuación
Tres enunciados en castellano traducidos paso a paso, incluida la parte de escribir bien las fórmulas.
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Partes de una ecuación química
Símbolos de estado
3Conservación de la masa y balanceo
De donde sale la ley de Lavoisier, por que obliga a balancear y un método que funciona siempre, sin tanteo a ciegas.
La balanza de Lavoisier
El experimento en recipiente cerrado y la conclusión: la masa total no cambia. Por qué hacía falta cerrarlo.
Por qué no se tocan los subíndices
Balancear cambiando un subíndice arregla la cuenta y rompe la sustancia. Se ve con el agua y el agua oxigenada.
Balancear la combustión del metano
El caso clásico, átomo por átomo, con la tabla de conteo al costado.
Un método que no falla
El orden conveniente: primero los que aparecen en una sola sustancia, el oxígeno al final, y por qué.
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Conservación de la masa
Pasos para balancear
Balanceos resueltos
4Tipos de reacción
Síntesis, descomposición, sustitución simple y doble, y combustión. La clasificacion sirve para predecir productos, no para memorizar nombres.
Síntesis y descomposición
Los dos casos opuestos, con el esquema general A + B da AB y su inverso.
Sustitución simple y doble
Un elemento que desplaza a otro y el intercambio de pares. Aparece la idea de reactividad relativa.
Combustión completa e incompleta
Mismo combustible, distinto oxígeno disponible, productos distintos. De acá sale el monóxido de carbono.
Cómo reconocer el tipo
Un árbol de decisión corto aplicado a seis ecuaciones.
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Los cinco tipos de reacción
Combustión completa e incompleta
5Estequiometría
La ecuación balanceada leida como receta: relaciones en moles, el paso a gramos, el reactivo limitante y el rendimiento.
La ecuación como receta
Los coeficientes son proporciones. Se ve primero con moléculas sueltas y recién después con moles.
Del mol a los gramos
El camino gramos - moles - moles - gramos, con la masa molar como puente en los dos extremos.
El reactivo limitante
Por qué sobra uno de los dos y cómo se decide cuál manda. La analogía de los sandwiches, hecha bien.
Rendimiento real y teórico
Por qué en la práctica sale menos de lo calculado y cómo se expresa esa diferencia.
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Mapa de conversiones estequiométricas
Reactivo limitante
6Energía de la reacción
Toda reacción intercambia energía con el entorno. De donde sale esa energía, como se lee un diagrama y que es la energía de activación.
Romper cuesta, formar devuelve
El balance entre las dos cosas es lo que define el signo. Sin esto el resto queda como una regla suelta.
Exotérmica o endotérmica
Dos experiencias contrastadas y el criterio del sistema y el entorno, que es donde se confunden los signos.
Leer el diagrama de energía
Reactivos, productos y la diferencia entre los dos niveles. Cómo se ve un caso y el otro.
La energía de activación
Por qué una reacción que libera energía igual necesita un empujón para arrancar.
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Diagramas exotérmico y endotérmico
Energía de activación
7Velocidad y equilibrio
Que hace que una reacción sea rápida o lenta, que hace un catalizador y que pasa cuando la reacción también va para el otro lado.
Qué cambia la velocidad
Temperatura, concentración, superficie de contacto. Cada factor explicado por choques entre partículas, no como lista.
Qué hace un catalizador
Baja la barrera, no cambia los productos ni se consume. Se ve sobre el diagrama de energía del bloque anterior.
Reacciones reversibles
La doble flecha: hay reacciones que no terminan, siguen en las dos direcciones.
El equilibrio químico
Las dos velocidades se igualan y las cantidades se estancan. Equilibrio no significa cantidades iguales ni reacción detenida.
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Factores que cambian la velocidad
