CAMBIOS QUÍMICOS: REACCIONES Y ECUACIONES QUIMICAS

Los cambios químicos los podemos analizar desde 3 niveles interrelacionados. A nivel corpuscular (no visible a simple vista) son procesos en los cuales cambia la identidad o la naturaleza de las sustancias involucradas: una o más sustancias cuando se produce una reacción química deja de ser tal y se producen otras sustancias nuevas. Lo anterior implica que hay ruptura y formación de enlaces químicos: se "reacomodan" los átomos rompiéndose los enlaces químicos que inicialmente los mantienen unidos y formándose nuevos enlaces para generar otras sustancias. Los cambios químicos en general son procesos irreversibles: ocurridos los mismos no es posible "volver atrás" y obtener las sustancias originales o de partida.

Un segundo nivel es el macroscópico: los podemos reconocer a través de sus manifestaciones macroscópicas, es decir: a simple vista. Algunos ejemplos así lo ilustran: cambios de color (la aparición del color rojizo durante la oxidación del hierro formándose herrumbre; el color marrón que adquiere una manzana cortada expuesta al aire; etc.); formación de precipitados (acumulación de segmentos sólidos minerales en las teteras o caños de agua obstruyendo los mismos; formación de sarro en los dientes; etc.); cambios de temperatura (combustión de la leña en una estufa; etc.); creación de fuentes de luz (en los fuegos artificiales; combustión de una vela; luz emitida por las luciérnagas; etc.); aparición de burbujas de gas (cuando se agrega un antiácido al agua dentro de un vaso;etc.); cambios en el olor o el sabor (cuando la comida "se echa a perder"; descomposición de un animal muerto; etc); otros cambios posibles: de volumen; de acidez; etc.

Un tercer nivel está dado por la representación simbólica: un cambio químico (o reacción química) se representa mediante una ecuación química la cual nos brinda información cualitativa y cuantitativa del proceso ocurrido (sustancias que intervienen, estados de agregación, etc.). Básicamente una ecuación química consta de 2 partes separadas por una flecha: a la izquierda de la misma se colocan las fórmulas químicas de los reactivos (las sustancias iniciales que al mezclarse reaccionarán químicamente) y a la derecha de la flecha se colocan las fórmulas químicas de los productos (las sustancias nuevas que se formaron). En ambos miembros de la ecuación se utiliza el signo + para indicar los distintos reactivos y productos que intervienen en el proceso. Aclaración: el signo + no tiene significado matemático, es de conjunción.

Veamos un ejemplo de reacción química: la plata (Ag) es un sólido blanco brillante que al reaccionar con el oxígeno gaseoso (O₂) produce un polvo fino negro debido a la formación de óxido de plata (Ag₂O). La ecuación química en este caso sería: Ag(_s)  +  O_2(g)   →    Ag₂O_(s)       

Si bien la ecuación anterior nos indica los reactivos y los productos que intervienen en el proceso (plata y oxígeno y óxido de plata respectivamente) la misma no es correcta.  ¿Por qué? Porque: no está balanceada.

El químico francés Antoine-Laurent de Lavoisier (1743-1794) mediante sus experimentos aportó pruebas para la ley de conservación de la materia cuyo enunciado para una reacción química sería: la masa total se conserva, la masa total de los productos obtenidos es igual a la masa total de los reactivos que han reaccionado. La conservación de la masa implica que se conserva el elemento químico o expresado en otros términos: en una reacción química ni se “ganan” ni se “pierden” átomos, debe aparecer la misma cantidad de átomos de cada clase en los reactivos y en los productos.

Analizando la ecuación química planteada observamos que 1 átomo de plata reacciona con 2 átomos de oxígeno para dar una sustancia formada por 2 átomos de plata y 1 de oxígeno. En consecuencia no hay la misma cantidad de átomos de cada especie del lado de los reactivos y de los productos. Por lo expresado anteriormente está ecuación química está mal y debe balancearse. Para ello deben colocarse números llamados coeficientes estequiométricos delante de cada fórmula o símbolo que intervienen en la reacción de modo que se cumpla a escala atómica la ley de conservación de la masa. Aclaración: cuando el coeficiente usado es 1 no se coloca, se sobreentiende que “está ahí".

Colocando el número 4 delante del símbolo de la Ag y el número 2 delante de la fórmula de Ag₂O llegamos a la ecuación: 4Ag_(s)  +   O_2(g)   →   2Ag₂O_(s). La misma nos indica que hay 4 átomos de Ag y 2 átomos de O del lado de los reactivos y las mismas cantidades de cada uno del lado de los productos; entonces la ecuación está balanceada y expresa correctamente la reacción química ocurrida. Observación: para esta ecuación química los coeficientes estequiométricos son: 4 para la plata, 1 para el oxígeno y 2 para el óxido de plata.

Ejercicios. 

Balancear las ecuaciones químicas siguientes: 

1)       Ni_(s)    +   HCl_(ac)   →   NiCl_2(ac)   +    H_2(g)

2)      NaN_3(s)   →   Na_(s)   +   N_2(g)

₃₎      C₂H_2(g)   +   O_2(g)   →   CO_2(g)   +   H₂O_(g)

4)      Al_(s)   +   O_2(g)   →   Al₂O₃(s)

5)      (NH₂)₂CO_(s)   +   H₂O_(l)   →   NH_3(ac)   +   CO_2(g)

₆₎        H₂O_(l)   +   N₂O_5(ac)   →   HNO_3(ac)

₇₎       KClO_3(s)   →   KCl_(s)   +   O_2(g)

8)       Mg(OH)_2(ac)   +   HCl_(ac)   →   MgCl_2(ac)   +   H₂O_(l)

9)       Pb(NO₃)_2(s)   →   PbO_(s)   +   NO_2(g)   +   O_2(g)

10)      Li(OH)_(s)   +   CO_2(g)   →   Li₂CO_3(s)   +   H₂O_(l)

11)       HBO_2(s)    →   H₂B₄O_7(s)   +   H₂O_(g)

12)       HgO_(s)   →   Hg_(l)   +   O_2(g)

₁₃₎      C₂H_6(g)   +   O_2(g)   →   CO_2(g)   +   H₂O_(l)    

 

Modelos Atómicos y Estructura Atómica

ÁTOMOS, MODELOS ATÓMICOS Y ESTRUCTURA ATÓMICA.

Los filósofos griegos buscaban respuestas a la pregunta: ¿puede la materia dividirse indefinidamente en partes más pequeñas o hay un punto en el cual ya no puede dividirse más?

Demócrito (460-370 a.c.) desarrolló La Teoría Atómica del Universo propuesta por su maestro Leucipo (siglo V a.c.) mediante la cual la materia está formada por partículas (infinitas, invisibles, indivisibles, de formas variadas y siempre en movimiento). Esas partículas fueron llamadas átomos que significa en griego significa indivisible. Unas de las máximas de Demócrito dice: “los principios de todas las cosas son los átomos y el vacuo; todo lo demás es dudoso y opinable”.

Así, varios siglos atrás, “nació” el átomo y desde entonces los científicos con sus investigaciones y descubrimientos no lo han dejado “vivir en paz” (y a nosotros -profesores y alumnos- nos generan cada día más trabajo). En efecto como nos muestran las imágenes presentadas, al átomo lo han descrito de diferentes maneras, le han ido agregando pequeñas cosas y/o modificando otras para sustituir unos modelos atómicos por otros. La imagen adjunta nos muestra un ejemplo de lo expresado.

Mientras analizamos algunas características de los modelos atómicos mostrados y el aporte de otros

científicos (Dalton, Chadwick, Planck, Einsten, Balmer, de Broglie, etc.), veamos que nos dice Pablo Nerman (escritor uruguayo e ingeniero químico) en un relato publicado en la revista “Cuantos” Año 2 No 4 junio 1988 de la Comisión de Cultura de la AEQ (Asociación  de Estudiantes de Química) de la UDELAR.

“ANATOMÍA Y FISIOLOGÍA DEL ÁTOMO”. POR PABLO NERMAN

“Cuando me propusieron escribir un artículo para "Cuantos”, tuve interés en averiguar si el nombre de la revista tenía algo que ver con la teoría cuántica, y en tal sentido interrogué a los demás colaboradores.

Las respuestas fueron sumamente alentadoras: la mayoría de los entrevistados manifestó desconocer dicha teoría; otros dijeron que el tema de la teoría cuántica debe ser resuelto por la próxima Convención de la FEUU, pero que ellos no temen dar el debate donde sea; otros que el nombre de la revista viene de la pregunta que efectúan los que la hacen a los encargados de venderla; y sólo un entrevistado manifestó conocer la teoría cuántica y estar de acuerdo con sus postulados.

Por lo tanto la mayoría de los estudiantes está en desacuerdo con la teoría cuántica, y esto, repito, es sumamente alentador, porque yo también rechazo dicha teoría, por ser uno de los pilares en que se apoya el modelo actual de la estructura atómica.

Yendo al grano: como integrante de la materia (y por lo tanto formado por átomos) rechazo las concepciones según las cuales mis partículas elementales son entidades que se rigen por leyes físicas y extrañas ecuaciones. Los átomos, vayan sabiéndolo, son seres encantadores, dotados de fina inteligencia y de nobles sentimientos, que, como todo el mundo, tiene su parte positiva y su parte negativa.

Empecemos por lo positivo: el núcleo, donde conviven los protones y los neutrones, aunque a veces los protones no se llevan muy bien que digamos entre ellos (incluso puede decirse que se repelen), cosa que pasa hasta en las mejores familias. Los neutrones tratan, como dice su nombre, de mantener la neutralidad para evitar que las disputas entre los protones terminen por desintegrar al núcleo, lo que dejaría al átomo a la miseria. Esa inestabilidad es típica de los elementos radiactivos, los que presentan vario isótopos, como el Uranio (234, 235 y 238), el Plutonio (240,241 y 244) y… que sé yo cuántos más.

La parte negativa del átomo son los traviesos electrones, separados del núcleo por el vacío (el vacío es la ausencia total de materia). Cuando Bohr explicaba este concepto, sus contemporáneos tenían grandes dificultades para asimilarlo. A nosotros los uruguayos de 1988 nos resulta más simple: basta pensar en la asistencia a los partidos por el Torneo Competencia.

Los electrones son pequeñas partículas que acostumbran volar alrededor del núcleo, al que le gritan obscenidades y escupen desde arriba. También suelen insultar a los otros átomos, por lo que las frecuentes peleas entre los electrones son la causa de la reactividad de los elementos.

El carácter indisciplinado de los electrones llevo a Heinsenberg a enunciar el Principio de Incertidumbre, que establece la imposibilidad de determinar simultáneamente la velocidad y la posición de dichas partículas. Heisenberg simplemente se hizo eco de las quejas del núcleo, que nunca sabe por donde andan los electrones a altas horas de la noche o las cosas que andan haciendo por ahí….

Más allá de esas discusiones, basten estas líneas como introducción al fascinante mundo de los átomos. En próximas entregas los veremos en acción, formando moléculas, y se estudiarán los artículos del Código Civil que regulan la formación de los enlaces atómicos.

Eso, siempre y cuando mis átomos no prefieran que escriba sobre alguna otra cosa.”