intro : conservacion de las sustancias

na sustancia química es cualquier material con una composición química definida, sin importar su procedencia.^[1] Por ejemplo, una muestra de agua tiene las mismas propiedades y la misma proporción de hidrógeno y oxígeno sin importar si la muestra se aísla de un río o se crea en un laboratorio.

Una sustancia pura no puede separarse en otras sustancias por ningún medio mecánico.^[2] Sustancias químicas típicas que se pueden encontrar en el hogar son agua, sal (cloruro de sodio) y azúcar (sacarosa). En general, las sustancias existen como sólidos, líquidos, o gases, y pueden moverse entre estos estados de la materia mediante cambios en la temperatura o presión.

El concepto de sustancia química se estableció a finales del siglo XVIII con los trabajos del químico Joseph Proust sobre la composición de algunos compuestos químicos puros tales como el carbonato cúprico.^[3] Proust dedujo que:

todas las muestras de un compuesto tienen la misma composición; esto es, todas las muestras tienen las mismas proporciones, por masa, de los elementos presentes en el compuesto

Esto se conoce como la ley de las proporciones definidas, y es una de las bases de la química moderna.

Elementos químicos

Una sustancia química que no puede descomponerse o transformarse por procesos químicos ordinarios en una o más sustancias diferentes se conoce como un elemento químico (referido comúnmente como elemento).

Un elemento consiste de partículas llamadas átomos, las cuales consisten en electrones cargados negativamente que giran en torno a un núcleo conformado por protones cargados positivamente y neutrones sin carga. Todos los átomos de un elemento tienen el mismo número de protones, aunque pueden diferir en el número de neutrones, constituyendo distintos isótopos.

Existen alrededor de 120 elementos conocidos, de los cuales 80 son estables, es decir, no cambian por decaimiento radiactivo en otros elementos. La mayoría de los elementos se clasifican como metales. Estos son elementos con un lustre característico tales como el hierro, el cobre y el oro. Los metales conducen bien la electricidad y el calor, además de ser maleables y dúctiles.^[4] Alrededor de un docena de elementos^[5] tales como carbono, nitrógeno, y oxígeno se clasifican como no metales. Los elementos no metálicos carecen de las propiedades metálicas descritas anteriormente, tienen una alta electronegatividad y una tendencia a formar iones con carga negativa llamados aniones. Ciertos elementos, tales como el silicio presentan en ocasiones propiedades metálicas y no metálicas, y son conocidos como metaloides.

cambios quimicos

Sin embargo, la madera que arde en la hoguera está sufriendo un cambio sustancial. Asimismo, el hierro de una verja cambia su naturaleza al oxidarse convirtiéndose en óxido férrico: el gris refulgente del metal puro se transforma en pardo rojizo tras su combinación con el oxígeno del aire.

Un cambio químico es una transformación en la naturaleza de la materia; es decir, una o varias sustancias se transforman en otra u otras diferentes.

Ejemplos de cambios químicos son las combustiones, oxidaciones o descomposiciones.

En un cambio químico se produce una transformación de la materia; es decir, una o varias sustancias se transforman en otra u otras diferentes.

Los cambios químicos se describen por una reacción química.

reacciones qumicas

LAS REACCIONES QUÍMICAS En el Universo todo está sometido a una evolución permanente. Desde los seres vivos hasta las montañas o las estrellas, todo obedece a una dinámica de cambio. La razón de estas modificaciones continuas hay que buscarla en la delicada relación entre materia y energía, y en virtud de ello podemos clasificar todos los cambios que ocurren en la naturaleza en dos categorías: Los cambios físicos, que no implican una alteración en la naturaleza atómico-molecular de la materia, como en el caso de la dilatación del mercurio en un termómetro. Los cambios químicos que llevan implícita una transformación de la estructura atómico-molecular, como en el caso del fraguado del cemento o en la oxidación del hierro. A veces, la distinción entre ambas categorías no siempre resulta evidente y los estudios de los fenómenos físicos y químicos se superponen con frecuencia, tal es la situación de la disolución del cloruro de hidrógeno en agua. Los cambios químicos ocurren mediante la existencia de reacciones químicas, pudiéndose definir una reacción química como un proceso en el que unas sustancias se transforman en otras por la reordenación de sus átomos mediante la rotura de unos enlaces en los reactivos y la formación de otros nuevos en los productos. Una reacción muy estudiada es la que tiene lugar entre el yodo y el hidrógeno gaseoso para producir yoduro de hidrógeno, también en estado gaseoso, pudiéndose expresar la reacción química de la siguiente forma: H2 + I2 — 2 Hl Todas las especies que intervienen en la reacción son compuestos de naturaleza covalente, y la reacción consiste en un proceso de ruptura de unos enlaces y el establecimiento de otros nuevos. Para averiguar los enlaces rotos y formados, escribiremos la reacción mediante: H-H+I-I — 2H-I Los enlaces que se rompen son los de hidrógeno-hidrógeno (H—H) y yodo-yodo (1—1), para originar 2 moléculas de yoduro de hidrógeno, cada una de las cuales con un enlace hidrógeno-yodo (H—I). LA ENERGÍA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS La humanidad ha utilizado desde el principio de su existencia reacciones químicas para producir energía. En primer lugar mediante la combustión de madera o de carbón, pasando por las que tienen lugar en los motores de explosión de los coches y llegando hasta las más sofisticadas, que tienen lugar en los motores de propulsión de las naves espaciales. Las reacciones químicas van acompañadas en unos casos de un desprendimiento y en otros de una absorción de energía, pero ¿de dónde procede esta energía? Cada átomo y cada molécula de una sustancia posee una determinada energía química o energía interna característica, que depende de las energías cinética y potencial de las partículas constituyentes: átomos, electrones y núcleos. Por tanto, se puede afirmar que los reactivos de una reacción química poseen un determinado contenido energético propio (energía interna) y los productos otro diferente. Si en una reacción química disminuye la energía interna del sistema, se desprende energía. Si, por el contrario, aumenta la energía interna, se absorbe energía. La energía de una reacción es la energía que se pone en juego en la reacción y, por tanto, es igual al balance de energía interna entre los productos y los reactivos. Si existe desprendimiento de energía, la reacción se denomina exoenergética y, por el contrario, si para que se efectúe la reacción, se requiere el aporte de energía, la reacción se llama endoenergética. La energía desprendida o absorbida puede ser en forma de energía luminosa, eléctrica, etc, pero habitualmente se manifiesta en forma de calor, por lo que el calor desprendido o absorbido en una reacción química, se llama calor de reacción y tiene un valor característico para cada reacción, en unas determinadas condiciones da presión y temperatura. Las reacciones químicas pueden entonces clasificarse en: exotérmicas o endotérmicas, según se dé desprendimiento o absorción de calor. . TEORIA DE LAS COLISIONES LAS REACCIONES QUIMICAS El modelo actual que explica cómo tiene lugar una reacción química es la teoría de las colisiones, desarrollada por Lewis y otros químicos en la década de 1920. Según esta teoría, para que ocurra una reacción química, es preciso que los átomos, las moléculas o los iones de los reactivos entren en contacto entre sí, es decir, que choquen. Dadas las dimensiones de los átomos, moléculas o iones, en una reacción química toman parte tal número de partículas que sería impensable un choque simultáneo (al mismo tiempo) y adecuado de todas las partículas de los reactivos. En la formación del Hl a partir de la reacción del con el 12, cada molécula de hidrógeno existente debe chocar con una sola de yodo para originar dos moléculas de yoduro de hidrógeno. De esta forma, para que puedan reaccionar las cantidades existentes de reactivos, toda reacción química requiere un tiempo, que se denomina tiempo de reacción. Por otro lado, generalmente, no toda la masa de reactivos se transforma íntegramente en productos, porque no todos los choques que se verifican dan lugar a la ruptura de enlaces; puede ocurrir como en el juego del billar, que el choque de las bolas produzca únicamente el cambio de dirección de las mismas. Por eso para que tenga lugar una reacción química los choques deben ser eficaces y cumplir las dos condiciones siguientes: 1.- Que los átomos, moléculas o iones de los reactivos posean suficiente energía (cinética), para que al chocar, puedan romperse sus enlaces y formarse otros nuevos. 2.- Que el choque se verifique con una orientación adecuada, pues aunque los átomos, moléculas o iones tengan la suficiente energía, puede suceder que el choque no sea eficaz, por tener lugar con una orientación desfavorable. Por tanto, para que una reacción química tenga lugar, es necesario que los átomos, moléculas o iones existentes entren en contacto, es decir, choquen, y mediante la colisión, se rompan los enlaces de las sustancias reaccionantes y se establezcan los nuevos enlaces. Según la primera condición, a la energía mínima requerida para efectuar una reacción se la llama energía de activación. De esta forma, se puede imaginar que una reacción química transcurre por un cierto camino de reacción, parecido a la carrera de un atleta que debe efectuar un salto de pértiga. La altura de listón se asemeja a la barrera energética que constituye la energía de activación, y que debe superarse para que la reacción química tenga lugar. No se deben confundir los conceptos energía de reacción con energía de activación, pues hacen referencia a aspectos distintos de una reacción química. La energía de reacción proporciona el balance energético que acompaña a una reacción química, independientemente de cómo se verifique la reacción. La energía de activación se refiere a la barrera energética que hay que vencer para que tenga lugar la reacción química. Veamos un ejemplo: La combustión de un trozo de papel es una reacción exotérmica y pudiera parecer que, al ser el contenido energético de los productos menor que el de los reactivos, todas las reacciones exotérmicas deberían ocurrir de una forma espontánea. Pero, afortunadamente el papel no arde de forma espontánea en contacto con el oxígeno del aire. Todos sabemos que hace falta prender con una cerilla el papel para que éste se queme. De esta forma, el papel comienza a arder cuando la cerilla encendida comunica la energía de activación suficiente al papel y al oxígeno para iniciar la combustión. VELOCIDAD DE REACCIÓN Hemos visto que para que tenga lugar una reacción química se necesita un tiempo, y de esta forma puedan reaccionar las cantidades que existan de reactivos. Por ello, se define el tiempo de reacción como el tiempo en el que transcurre una reacción química. Según sea el valor del tiempo de reacción, las reacciones químicas se pueden dividir en: Reacciones rápidas. Reacciones lentas. Lo cual nos lleva a definir otro concepto, el de velocidad de reacción como la cantidad de una sustancia que se transforma en una reacción química en la unidad de tiempo. Puesto que en una reacción la sustancia transformada de reactivos produce otra cantidad de productos, la velocidad de reacción se puede representar tanto por la cantidad de uno de los reactivos que desaparece en la unidad de tiempo, como por la cantidad de uno de los productos que se forman en la unidad de tiempo. En muchas reacciones, las distintas sustancias que intervienen (reactivos y productos) suelen formar una mezcla homogénea, por lo que como medida de la cantidad de sustancia se suele utilizar la concentración, expresada en unidades de Molaridad: ¿CÓMO SE MIDE LA VELOCIDAD DE UNA REACCIÓN? La determinación de la velocidad de una reacción pasa por la medida de la variación de la cantidad o concentración de uno de los componentes con el tiempo. Para ello se acude normalmente a un método indirecto, mediante la medida de una propiedad física que guarde una relación directa con la variación de la cantidad o concentración del componente a estudiar de la reacción. Cualquier propiedad física que varíe durante el curso de la reacción sirve para hallar la velocidad de reacción, siempre que esté asegurada una proporcionalidad directa entre la propiedad física y la cantidad de sustancia transformada. REACCIONES REVERSIBLES E IRREVERSIBLES La combustión de un trozo de papel es una reacción exotérmica que proporciona CO2 y vapor de H2O, como productos más significativos. A alguien se le podría ocurrir aprovechar la energía desprendida y regenerar el papel a partir de los productos obtenidos. Pero esto es imposible porque la energía desprendida se gasta en calentar el aire circundante, volviéndose inaprovechable. Por otro lado, los gases producidos (CO2 y vapor de H2O) se dispersan, imposibilitando las colisiones entre sus moléculas para formar de nuevo papel. Por otro lado, el carbonato cálcico, que se encuentra en la naturaleza como piedra caliza, yeso o marmol, se puede descomponer mediante el calor, a una temperatura de 1 200 0C, en óxido cálcico (cal) y dióxido de carbono, mediante la ecuacion: CaCO3 CaO + CO2 Pero si la reacción se efectúa en un recipiente cerrado y se deja despúes enfriar, el óxido cálcico y el dióxido de carbono formados se vuelven a combinar entre sí, regenerando el carbonato de calcio. De esta forma, podemos afirmar que hay reacciones químicas, como la descomposición del carbonato de calcio, que una vez formados los productos de reacción, éstos pueden combinarse entre sí para dar nuevamente los reactivos primitivos. La transformación química será, en estos casos, incompleta. denominan a este tipo de reacciones químicas reacciones reversibles y se presentan de la siguiente forma: A±B C+D que quiere decir que el reactivo A reacciona con el B para dar los productos más D. TIPOS DE REACCIONES QUIMICAS Modernamente, desde un criterio basado en la naturaleza de las reacciones éstas se clasifican en dos grandes grupos: a) Reacciones ácido-base. b) Reacciones de oxidación-reducción. a) Reacciones ácido-base, en donde: La reacción de un ácido con una base se denomina reacción de neutralización, y es una reacción de transferencia de protones. Por ejemplo: 2HC1±Ca(OH)2 CaC12+2H2O y se afirma que la reacción de neutralización entre un ácido y una base es una reacción de formación de sal más agua. b) Reacciones de oxidación-reduccion: En un principio se definió oxidación como toda reacción de combinación de cualquier sustancia con el oxígeno, y reducción como la reacción inversa, de pérdida de oxígeno de una sustancia. Actualmente se considera que Oxidación es un proceso de pérdida de electrones y Reducción es el proceso inverso de ganancia de electrones. De forma que: Cu —> Cu2~ ± 2 e es una oxidación 2 Ag~ + 2 e —> 2 Ag es una reducción Ambos procesos no existen de forma independiente, de forma que todo proceso de oxidación va unido necesariamente a otro de reducción. Una reacción de oxidación-reducción es una reacción en la que hay transferencia de electrones desde la sustancia que se oxida a la que se reduce. De esta forma se tendrá que: Cu + 2 Ag~ —> Cu2~ + 2 Ag Puesto que los cationes deben ir acompañados de un anión, se podrá escribir dicha reacción de la siguiente forma: Cu±2AgC1 —> CuCl2+2Ag Reacciones de síntesis Son las reacciones en la que unos reactivos se combinan para dar lugar a un nuevo producto. De forma genérica se pueden representar mediante: A+B -> C donde el reactivo A se combina con el B para producir C. Reacciones de descomposición Dentro de estas reacciones existen dos clases de descomposiciones: a) Descomposiciones simples Este es un tipo de reacción química inverso al de síntesis, en donde una sustancia reaccionante se descompone en dos o más productos. Genericamente estas reacciones se pueden representar mediante: A -> B±C donde la sustancia A da origen a los productos B y C. b) Descomposiciones mediante un reactivo En este caso, para que se efectúe la descomposición de una sustancia, se require el concurso de otro reactivo, y se pueden representar mediante: AB + C —* AC + BC donde la sustancia AB es transformada mediante C en otras dos distintas, ACyBC. Reacciones de sustitución o desplazamiento En este tipo de reacciones un elemento o grupo de elementos que forman parte de un compuesto son desplazados por otro compuesto, y se pueden representar por: AB + C —> AC + B que indica que el compuesto de fórmula AB reacciona con C para formar el compuesto AC y dejar libre B. Mediante este tipo de reacción, los elementos más reactivos toman el puesto de los que son menos. Reacciones de doble sustitución En estas reacciones se da un intercambio entre los elementos o grupos de elementos de las sustancias que intervienen en la reacción, y se pueden representar mediante: AB + CD -* AC ± BD

• EN FUNCIÓN DE LA PARTÍCULA TRANSFERIDA

• Reacciones de transferencia de protones: ácido-base:

Se produce una reacción neutralización entre un ácido (toda sustancia que, en disolución acuosa, se disocia liberando iones H+) y una base (toda sustancia que, en disolución acuosa, se disocia liberando iones OH-). Esto quiere decir que, al reaccionar un ácido y una base, ambos pierden sus propiedades formando agua y una sal.

Ejemplo: HCl + NaOH = NaCl + H2O

Ácido + Base = sal + agua

• Reacciones de transferencia de electrones: oxidación- reducción:

En una reacción de oxidación, un elemento se combina con otro elemento o compuesto para formar un óxido. Esto sucede debido a una transferencia de electrones:

- El elemento que cede electrones se oxida y es el reductor.

- El elemento que acepta electrones se reduce y es el oxidante.

Ejemplo:

Mg + Cl2=MgCl2

El Mg se oxida: Mg=Mg2+ + 2 e- oxidación

El Cl2 se reduce: Cl2 + 2 e-2 Cl- reducción

Otro ejemplo muy importante de este tipo de reacciones son las reacciones de combustión. Se denomina así a un amplio grupo de procesos químicos en los que el oxígeno reacciona con otra sustancia, desprendiéndose gran cantidad de energía en forma de luz y calor.

Ejemplo: CH4 + 2 O2=CO2 + 2 H2O

Los productos de una combustión completa que contenga átomos de carbono y de hidrógeno son CO2 y agua (H2O). Si el oxígeno es insuficiente, aparece CO (monóxido de carbono) o incluso carbono en forma de grafito.

( para aclarar que el igual significa PRODUCE ) XD

reacciones quimicas en la naturaleza

REACCIONES QUÍMICAS

FENÓMENOS FÍSICOS y QUÍMICOS En la naturaleza y en la vida diaria, nos encontramos constantemente con fenómenos físicos y con fenómenos químicos. Pero, qué son cada uno de estos fenómenos: FENÓMENO FÍSICO: es aquél que tiene lugar sin transformación de materia. Cuando se conserva la sustancia original. Ejemplos: cualquiera de los cambios de estado y también 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. FENÓMENO QUÍMICO: es aquél que tiene lugar con transformación de materia. 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.

Aquí se identifican fenómenos físicos y químicos, para un fenómeno natural y para un hecho de la vida diaria:

Durante el proceso de FOTOSÍNTESIS	FENÓMENO
a- la hoja TOMA CO2 del aire,(también llega el H2O tomada del suelo por la raíz )	FÍSICO
b- el AGUA se transforma en HIDRÓGENO y OXÍGENO,	QUÍMICO
c- el OXÍGENO se desprende de la planta y vuelve a la atmósfera	FÍSICO
d- el HIDRÓGENO reacciona con el DIÓXIDO DE CARBONO para formar ALMIDÓN	QUÍMICO

En un AUTO	FENÓMENO
a- se INYECTA gasolina en un carburador,	FÍSICO
b- se MEZCLA con aire,	FÍSICO
c- la mezcla se CONVIERTE en vapor,	FÍSICO
d- se QUEMA ( y los productos de la combustión )	QUÍMICO
e- se EXPANDEN en el cilindro	FÍSICO

FENÓMENO FÍSICO		FENÓMENO QUÍMICO
La acción del calor del Sol, sobre el agua que se encuentra: en los mares, en estado líquido; en los glaciares y otras grandes masas de hielo, en estado sólido; hace que se convierta en vapor y forme las nubes. En cualquiera de los casos la sustancia es la misma: AGUA.		Cuando vemos que una pieza de hierro se deja expuesta a la intemperie, sabemos que es lo que sucederá, se oxidará, y lo sabemos aunque no poseamos conocimientos de química. El hierro, se combinará con el oxígeno presente en el aire, para formar una sustancia distinta a las originales, algún ÓXIDO DE HIERRO, algo similar es lo que se hace en los laboratorios de química con las sustancias que en ellos se utilizan.

MEZCLA, COMBINACION Y DESCOMPOSICIÓN Tres palabras a conocer antes de hablar de una reacción química. MEZCLA: en una mezcla se pueden agregar 2, 3 ó más sustancias; en cantidades indefinidas; no se produce ningún cambio de energía . Al final de cualquier mezcla seguiremos teniendo las sustancias que agregamos y en las mismas cantidades, no tendremos nada nuevo. Ejemplos: una ensalada, es una mezcla; el aire, es una mezcla de gases; sal disuelta en agua, es una mezcla (porque no se formó nada nuevo, se sigue teniendo agua y sal, que se puede separar, utilizando los medios adecuados); agua y aceite, es una mezcla (tanto como la anterior). COMBINACIÓN: Es un fenómeno químico, y a partir de dos o más sustancias se puede obtener otra (u otras) con propiededes 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 absorver calor (intercambio de energía). Ejemplos: una cierta cantidad de cobre reaccionará con el oxígeno del aire cuando se le acerque la llama de un mechero, entonces se combinan el cobre y oxígeno, gracias a la energía proporcionada por el calor de la llama del mechero. DESCOMPOSICIÓN: Es un fenómeno químico, y a partir de una sustancia compuesta (formada por 2 ó más átomos), puedo obtener 2 ó más sustancias con diferentes propiedades. Ejemplos: al calentar óxido de mercurio, puedo obtener oxígeno y mercurio; puedo hacer reaccionar el dicromato de amonio para obtener nitrógeno, óxido crómico y agua.

COMBINACIÓN

S	+	Fe	---------->	FeS	Para que sea posible la reacción química entre el S y el Fe es fundamental entregarles calor.
azufre		hierro	calor	sulfuro de hierro

DESCOMPOSICIÓN

(NH4)2Cr2O7 s	--------->	N2 g	+	4 H2O l	+	Cr2O3 s
dicromato de amonio	calor	nitrógeno		agua		óxido crómico
Para que sea posible la reacción química de descomposición del dicromato de amonio se le debe entregar calor.

Recordar: tanto en la COMBINACIÓN como en la 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.

REACCIÓN QUÍMICA, REACTIVOS Y PRODUCTOS En las dos reacciones dadas como ejemplo, más arriba, para la COMBINACIÓN y la DESCOMPOSICIÓN, podemos distinguir, dos tipos de sustancias, que son las que tenemos antes de la reacción y después de la reacción.

ANTES DE LA REACCIÓN	DESPUÉS DE LA REACCIÓN
• En el ejemplo de la combinación, hay AZUFRE e HIERRO	• En el ejemplo de la combinación hay SULFURO DE HIERRO
• En el ejemplo de la descomposición hay DICROMATO DE AMONIO	• En el ejemplo de la descomposición hay NITRÓGENO, AGUA y ÓXIDO CRÓMICO
• Éstas, que son las sustancias que tenemos antes que se produzca la reacción, reciben el nombre de: REACTANTES o REACTIVOS	• Éstas, que son las sustancias que tenemos después de producida la reacción, reciben nombre de: productos de reacción o PRODUCTOS