Cambios Físicos y Químicos

Los cambios de los cuerpos en la naturaleza pueden ser físicos o químicos.

Físicos

Son aquellos en que se modifica alguna de las propiedades de las sustancias, pero sin transformarlas en otras nuevas.

Químicos

Se produce una modificación profunda de todas las propiedades del cuerpo, lo que supone la aparición de una nueva sustancia.

Reacciones Químicas

A los cambios químicos se les conoce como reacciones químicas. Una reacción química es una transformación de sustancias reaccionantes o reactivos en otras llamadas productos de la reacción. Para que se produzca la reacción, las moléculas de los reactivos deben chocar entre sí con la suficiente energía para romper los enlaces que unen sus átomos y formar otros nuevos que den origen a nuevas moléculas.

Características de las Reacciones Químicas

• Cambio permanente de las propiedades de los reactivos: El color del hierro al oxidarse; la formación de un precipitado al reaccionar nitrato de plata con cloruro de sodio o la aparición de un gas al reaccionar bicarbonato con limón.
• Variación de energía: Se producen multitud de reacciones que pueden presentar diferentes características. Las reacciones de descomposición de alimentos en un frigorífico son más lentas y la oxidación de una viga a la intemperie es aún más lenta. Al proceder a su análisis, surge el concepto de velocidad de reacción, que se define como la variación de la concentración de un reactivo o un producto de una reacción en la unidad de tiempo. La velocidad de reacción no es un parámetro constante; varía para cada reacción e incluso con las condiciones en las que se produce. Así, la velocidad de reacción aumenta si lo hace la concentración de uno o más de sus reactivos, si se eleva la temperatura a la que se realiza, si se le suministra energía, o si se le agregan determinadas sustancias que se denominan catalizadores.
• Conservación de la masa (Ley de Lavoisier): En toda reacción química, la masa global de las sustancias que intervienen permanece constante, es decir, la suma de las masas de los productos es igual a la suma de las masas de los reactivos. Ejemplo: 32 g de azufre (S) con 56 g de hierro (Fe) se obtiene 88 g de sulfuro de hierro (FeS).
• Proporción fija e invariable de las sustancias reaccionantes (Ley de Proust): Para obtener un producto, los reactivos deben combinarse en una relación de masas fija. Al consumirse uno de los reactivos, la reacción cesa, quedando sin reaccionar el exceso de los otros.
• Ley de las proporciones múltiples (Ley de Dalton): Cuando un elemento se combina con otro para dar más de un compuesto, se cumple que las masas de uno de ellos que se combinan con la masa fija de otro se encuentran en una relación de números enteros sencillos.
• Ley de Gay-Lussac: Cuando las reacciones son entre sustancias gaseosas, se cumple que los volúmenes de los gases que intervienen guardan relación entre sí de números enteros sencillos.

Representación Simbólica de las Reacciones Químicas

El modelo de las esferas sirve para representar reacciones químicas. Se emplean esferas para representar los átomos que forman las moléculas; tanto el número de átomos de las sustancias reaccionantes como el de los productos se mantiene constante, lo que explica con claridad la Ley de Lavoisier. La Ley de Proust también puede explicar con este modelo.

Ajuste de Ecuaciones Químicas

Una ecuación química es una representación matemática de una reacción química. Las fórmulas de los reactivos se escriben en el primer miembro de la ecuación y las de los productos en el segundo miembro. Los dos miembros se escriben separados por una flecha que indica el sentido de la reacción: Reactivos —-> Productos. Una ecuación química es una representación cualitativa de las sustancias que intervienen en la reacción (ejemplo: H₂ + O₂ = H₂O), pero si se ajusta indica también el aspecto cuantitativo o, lo que es lo mismo, la cantidad de sustancias que participan de la reacción (2H₂ + O₂ = 2H₂O). Para establecer cálculos cuantitativos, la reacción debe estar ajustada, ya que de lo contrario no se cumplirían las leyes estudiadas en el punto 2. Una ecuación química está ajustada cuando existe el mismo número de átomos en cada miembro de la ecuación para cada uno de los elementos que intervienen en ella. Para ajustarla se añaden delante de las fórmulas de los compuestos unos números llamados coeficientes numéricos o estequiométricos, de modo que el número de átomos de cada especie no varíe en el transcurso de la reacción.

Estudio de Algunas Reacciones de Interés

Según sea el tipo de transformación que tiene lugar, se pueden considerar diversas clases de reacciones químicas:

• Reacción de síntesis: Si en ellas se forma un compuesto por unión de dos o más elementos o moléculas. Ejemplo: obtención de agua a partir de la mezcla de hidrógeno y oxígeno al saltar una chispa.
• Reacción de descomposición o análisis: Si a partir de un compuesto se producen dos o más sustancias sencillas. Ejemplo: por electrólisis, el agua se descompone en dos sustancias simples: hidrógeno y oxígeno.
• Reacción de ácido-base: Este tipo de reacción se denomina reacción de neutralización y se caracteriza por la transferencia de protones. Es decir, la reacción de neutralización entre un ácido y una base es una reacción de formación de sal más agua. Los ácidos y bases se pueden definir a partir de las características que para ambos se expresan en la siguiente tabla:

Ácido	Base
Sabor agrio	Sabor amargo
Reaccionan con metales desprendiendo hidrógeno	Reaccionan con las grasas para obtener jabones
Reaccionan con las bases para dar sales	Reaccionan con los ácidos para dar sales
Ejemplos: HCl (cloruro de hidrógeno), HNO3 (ácido nítrico), H2SO4 (ácido sulfúrico)	Ejemplos: los hidróxidos de los alcalinos NaOH (hidróxido de sodio) y de los alcalinotérreos

Para saber si una sustancia es ácido o base se emplea la escala de pH. El pH es un valor que está relacionado con el inverso de la cantidad o concentración de H⁺ (iones de hidrógeno) presentes en una sustancia o disolución. Si el pH está entre 1 y 7, la sustancia es ácida; si es igual a 7, la sustancia es neutra; y si está entre 7 y 14, es básica. Cuando un ácido reacciona con una base, se forman sal y agua y se dice que es una reacción de neutralización.

Reacción de oxidación-reducción: Se considera que la oxidación es cualquier proceso o reacción que conlleva pérdida de electrones y la reducción es el proceso inverso, aquel en el que se produce una ganancia de electrones. Pero sucede que ambos procesos no existen de forma independiente, por lo cual todo el proceso de oxidación va unido necesariamente a otro de reducción. Así, una reacción de oxidación-reducción es aquella en la que hay transferencia de electrones desde la sustancia que se oxida a otra que se reduce. Y puesto que los cationes deben ir acompañados de un anión, se puede escribir de la siguiente forma: Fe + 2AgCl —-> FeCl₂ + 2Ag. Reacción de combustión: La combustión es una reacción química en la que un elemento o un compuesto arde, combinándose con el oxígeno del aire y desprendiendo luz y calor. Es una reacción exotérmica, pues se libera energía. Son ejemplos de reacciones de combustión:

• La combustión de carbono: al quemarse el carbón da como único producto dióxido de carbono y energía: C + O₂ = CO₂ + Energía.