Bienvenidos a este blog, en el explico los distintos tipos de reacciones y ofrezco materiales didácticos para entender dichos conocimientos. Es necesario enseñar que la ciencia es divertida y que es posible enseñar ciencia de otra forma.
Así que dejar de pensar que la ciencia es un rollo, que es aburrida, que tiene muchos "numeritos" y formulas. Entender la ciencia es algo mas que aplicar formulas, o modelos matemáticos, es entender como funciona nuestro mundo.
Esta parte esta orientada a los tipos de reacciones que tienen lugar en la naturaleza y los distintos experimentos que podemos hacer hacer para demostrar la ciencia.
La explotación de los recursos naturales, la obtención de energía, la transformación de las materias primas en productos elaborados, su distribución y comercialización conllevan un proceso de vertido de productos químicos al medioambiente. Y esos productos producen contaminación.
No todos los vertidos contaminantes han de ser peligrosos para el ecosistema. Así las escombreras no son tóxicas ni dañinas, aunque sí tienen un fuerte impacto visual. Desgraciadamente la mayoría de los vertidos realizados por la industria o en los hogares contienen sustancias químicas que no son inertes, sino muy activas y, en muchos casos, venenosas.
Metales pesados, plásticos, detergentes, blanqueantes, y un sin fin de sustancias son vertidas sin control al aire que respiramos, a los ríos de los que tomamos el agua para beber o a las playas en las que nos bañamos. Y no sólo los afean, muchos suponen un grave riesgo para la flora y la fauna y, directamente o a través de la cadena alimenticia, para los seres humanos.
CONTAMINACIÓN DE AGUAS Y TIERRAS.
La aguas son contaminadas por vertidos industriales, aguas residuales
de las poblaciones, petróleo procedente de los vertidos accidentales y pesticidas y fertilizantes
agrícolas. También el agua caliente procedente de las industrias eléctricas debe ser considerada contaminante, ya que eleva la temperatura del agua natural.
Junto a los problemas ocasionados en
la flora y la fauna, la contaminación del agua puede ocasionar graves trastornos para la salud. Así, los nitratos, procedentes de los fertilizantes de uso agrícola, pueden provocar enfermedades mortales en niños y muchos metales pesados ocasionan envenenamiento crónico, ya que se acumulan en el organismo.
Mientras que el agua es contaminada por cualquier producto químico, el aire se ve afectado por los gases y humos de las industrias, hogares y medios de transporte. En muchas ciudades, la contaminación del aire por los automóviles que circulan, que liberan dióxido de carbono y monóxido de carbono, puede ocasionar incluso la muerte de ancianos y niños. Además, accidentalmente, las industrias vierten al aire productos altamente peligrosos y nocivos.
LLUVIA ÁCIDA.
El empleo de combustibles fósiles, tanto derivados del carbón como del petróleo vierte a la atmósfera grandes cantidades de dióxido de azufre y de diversos óxidos de nitrógeno. Por acción de la luz solar estos óxidos se transforman en trióxido de azufre y pentóxido de dinitrógeno que, con el agua presente en la atmósfera, se transforman en ácido sulfúrico y en ácido nítrico. Estos ácidos caen al suelo arrastrados por la lluvia.
Esta lluvia que contiene ácido sulfúrico y nítrico no sólo ataca las estructuras metálicas y de cemento humanas, también ocasionan daños directos sobre las hojas y raíces de las plantas sobre las que cae la lluvia, llegando incluso a acabar con ellas. Junto a estas acciones directas, la lluvia ácida produce la acidificación el suelo y las aguas, impidiendo el desarrollo de las plantas y matando a los animales.
No todos los ecosistemas son igual de sensibles frente a la lluvia ácida. Bosques y lagos son los más afectados por la lluvia ácida, sobre todo en zonas que carecen de carbonatos. Pero en cualquier ecosistema el efecto de la lluvia ácida puede llegar a ser impredecible.
EFECTO INVERNADERO.
Desde la revolución industrial, la quema de combustibles fósiles a aumentado el vertido de dióxido de carbono a la atmósfera. De forma natural, mediante la fotosíntesis, las plantas y árboles toman el dióxido de carbono del aire y lo transforman en hidratos de carbono liberando oxígeno en el proceso.
Pero junto con el incremento de las emisiones de dióxido de carbono se ha producido una disminución en las masas forestales del planeta, de forma que las plantas no pueden tomar el dióxido de carbono del aire y éste aumenta su concentración.
El dióxido de carbono es causante del llamado efecto invernadero. La Tierra recibe su calor del Sol y, parte de él, lo emite al espacio exterior, en forma de radiación infrarroja. El dióxido de carbono impide que esa radiación infrarroja escape al espacio, por lo que calienta la atmósfera y, con ella, la Tierra.
Este calentamiento de la atmósfera puede tener efectos desastrosos. Dejando aparte las consecuencias climáticas que pueda llegar a originar, con la consiguiente transformación en los ecosistemas y las cosechas, un aumento de unos pocos grados en la temperatura de la Tierra podría ocasionar la fusión de los hielos de los casquetes polares, lo que haría que el nivel del mar ascendiera varios metros, inundando las ciudades costeras donde vive la mayor parte de la población mundial.
LA CAPA DE OZONO.
La capa de ozono es una región de la atmósfera, situada entre los 19 y los 48Km. por encima de la superficie de la Tierra que contiene una proporción de 10 partes por millón (10ppm, es decir, en mil litros, hay un mililitro) de ozono. A nivel del suelo esta concentración de ozono es peligrosa para la salud, pero a la altura a la que se encuentra es indispensable para la vida en la Tierra.
El Sol produce luz y radiación ultravioleta, que es la responsable del bronceado y de las quemaduras cuando, en verano, nos exponemos al Sol. El ozono de la atmósfera se encarga de absorber la radiación ultravioleta más peligrosa. Sin la capa de ozono, las peligrosas radiaciones ultravioletas llegarían en su totalidad al nivel del suelo, aumentando las enfermedades cutáneas y los cánceres.
A finales de los años 70 se descubrió que la capa de ozono estaba desapareciendo sobre la Antártida, lo que se conoce como agujero de ozono, producido por los compuestos clorofluorcarbonados, sustancias que se emplean como refrigerantes en neveras y aparatos de aire acondicionado y como propelentes en sprays. Liberados en la atmósfera destruyen el ozono, convirtiéndolo en oxígeno normal que no detiene los rayos ultravioletas. Al no tomarse medidas adecuadas, el agujero en la capa de ozono sobre la antártida no sólo aumenta cada año, sino que ha aparecido otro sobre el ártico, los países escandinavos y Norteamérica.
¿Qué son los cambios químicos? En la naturaleza se producen continuamente cambios o transformaciones. Vamos a clasificar estos cambios en dos tipos: químicos y físicos. Cambios químicos: son aquellos en los que unas sustancias se transforman en otras sustancias diferentes con naturaleza y propiedades diferentes. Cambios físicos: son todos aquellos en los que ninguna sustancia se transforma en otra diferente Ejemplos de cambios químicos son: combustiones, oxidaciones y desnaturalizaciones.
En los cambios de estado (fusión, sublimación, solidificación...) puede parecer que la sustancia que cambia de estado cambia su naturaleza. Sin embargo esto no es así, los cambios de estado son cambios físicos ya que la sustancia sigue siendo la misma, aunque en otro estado de agregación. Variando adecuadamente la temperatura podemos devolver a la sustancia a su estado original.
Un ejemplo es el agua que puede pasar a sólido (hielo) o a gas (vapor de agua), pero sigue siendo agua y podemos devolverla a su estado líquido variando la temperatura. En la escena podemos ver como se produce el cambio de estado del agua.
En los cambios químicos se produce la transformación de unas sustancias en otras diferentes y por lo tanto pueden tener propiedades diferentes.
- Reactivos: Son sustancias que hay antes de producirse el cambio y desaparece.
- Productos: Sustancias que se generan al producirse el cambio.
Ejemplos de reactivos y productos de reacciones químicas podrían ser la conversión de diferentes minerales de hierro o aluminio en sus correspondientes productos manufacturados.
CARACTERÍSTICAS DE LAS REACCIONES QUÍMICAS
- Las las sustancias nuevas que se forman suelen presentar un aspecto totalmente diferente del que tenían las sustancias de partida.
- Durante la reacción se desprende o se absorbe energía:
- Reacción exotérmica: se desprende energía en el curso de la reacción.
- Reacción endotérmica: se absorbe energía durante el curso de la reacción.
- Se cumple la ley de conservación de la masa: la suma de las masas de los reactivos es igual a la suma de las masas de los productos. Esto es así porque durante la reacción los átomos ni aparecen ni desaparecen, sólo se reordenan en una disposición distinta.
ECUACIONES QUÍMICAS
Una reacción química se representa mediante una ecuación química. Para leer o escribir una ecuación química, se deben seguir las siguientes reglas:
- Las fórmulas de los reactivos se escriben a la izquierda, y las de los productos a la derecha, separadas ambas por una flecha que indica el sentido de la reacción.
- A cada lado de la reacción, es decir, a derecha y a izquierda de la flecha, debe existir el mismo número de átomos de cada elemento.
Cuando una ecuación química cumple esta segunda regla, se dice que está ajustada o equilibrada. Para equilibrar reacciones químicas, se ponen delante de las fórmulas unos números llamados coeficientes, que indican el número relativo de átomos y moléculas que intervienen en la reacción.
TIPOS:
Los tipos de reacciones químicas que vamos a estudiar son las diversas entradas de este blog.
Para una explicación mas gráfica de los tipos de reacciones y de la experimentación con ellos, ver el siguiente vídeo;
Las reacciones de precipitación, consisten en la formación de un compuesto no soluble, llamado precipitado, producido al mezclar dos disoluciones diferentes, cada una de las cuales aportará un ion a dicho precipitado, es decir, una reacción de precipitación tiene lugar cuando uno o más reactivos, combinándose llegan a generar un producto insoluble.
Antes de entrar en materia vamos a ver en que consisten este tipo de reacciones, con este vídeo:
Por ejemplo, al mezclar dos disoluciones de nitrato de plomo (II), y otra de yoduro potásico, ambas sales son electrolitos fuertes, por lo que se encontraran totalmente disociadas en sus iones, en el caso del nitrato de plomo (II), Pb^2+, y en el caso del nitrato de potasio, KNO3, disociado completamente en sus iones.
Cuando usamos los datos que se nos proporcionan las constantes del producto de solubilidad de las diversas sustancias, conseguimos predecir si la reacción que se lleva acabo entre dos compuestos en disolución dará lugar o no, a la precipitación de una sustancia que será muy poco soluble.
Para poder realizar esta predicción, tendremos que tener en cuenta, a parte de la constante Ks, también el valor del producto iónico, que se simboliza con la letra Q. Para hacer que una sustancia precipite por la reacción entre dos sustancias disueltas, el producto iónico de la sustancia debe tener un mayor valor que la constante del producto de solubilidad.
Q > Ks
Si se cumple esta condición, el compuesto precipitará hasta que llegue el momento en el que Q sea igual a Ks, llegando así a decir que la disolución se encuentra saturada.
En la práctica, la disolución de nitrato de plomo (II), es incolora, y al añadirle la disolución de Kl, se forma como producto final, un precipitado de Pbl2, de color amarillo (como se ve en la foto de arriba). La reacción que se produzca entre ambos, será una reacción de precipitación:
La ecuación iónica neta, se consigue eliminando de los dos miembros de la ecuación anterior, a los iones, conocidos como iones espectadores:
Pb^2+ (aq) + 2 I ^- (aq) ↔ PbI2 (s)
En esta ecuación podemos ver que siempre que reaccionen los iones I^- y Pb^2+, sean cuales sean las sales de las que procedan, los iones espectador darán lugar a un precipitado de PbI2 (amarillo).
Los ácidos y las bases son familias de compuestos químicos. Todos los ácidos, al igual que las bases, poseen un similar comportamiento químico.
Sustancias de carácter ácido: Los ácidos tienen un sabor característico agrio, enrojecen el papel de tornasol, son capaces de disolver el mármol y reaccionan fácilmente con las bases obteniéndose la sal correspondiente. También los ácidos reaccionan con los óxidos de los metales (los llamados óxidos básicos), dando asimismo, la sal correspondiente y reaccionan con muchos metales, disolviéndolos y desprendiendo hidrógeno; por ejemplo:
2 HCl + Zn à ZnCl2 + H2
Por su parte, las bases o álcalis (del árabe “al kali” que significa cenizas vegetales), tienen un sabor amargo, una sensación jabonosa al tacto, colorean de azul el papel de tornasol y reaccionan con los ácidos para formar las sales correspondientes.
Este comportamiento químico similar tanto en los ácidos como en las bases, se debe a razones derivadas de la estructura química de sus moléculas.
TEORÍA DE ARRHENIUS
El concepto de ácido y base que, hoy en día sigue prevaleciendo con algunas mejoras, fue propuesto por Svante Arrhenius en 1884 como parte de otra teoría, también propuesta por él: la teoría de la ionización.
Ácido: Es cualquier sustancia que en disolución acuosa es capaz de dar protones (H+). Por ejemplo:
H2SO3 HSO3- + H+ SO3-2 + 2 H+
Base: Es cualquier sustancia que en disolución acuosa es capaz de dar iones oxidrilo (OH‑). Por ejemplo:
Na(OH) Na+ + OH-
TEORÍA DE BRÖNSTED - LOWRY
La teoría de Arrhenius sólo servía para ácidos y para bases en solución acuosa. En 1923, de forma independiente y casi simultánea, N. Brönsted (a la izquierda) y T. M. Lowry (a la derecha) elaboraron un concepto más amplio, que puede resumirse de la siguiente manera:
Ácido: Sustancia que tiende a dar protones a otra.
Base: Sustancia que tiende a aceptar protones cedidos por un ácido.
TEORÍA DE LEWIS
También en 1923, G. N. Lewis da una definición más amplia de ácido y de base:
Ácido: Sustancia electrónicamente deficiente, capaz de aceptar un par de electrones.
Base: Sustancia capaz de ceder un par de electrones.
PH
Según Brönsted‑Lowry hay sustancias que actúan como bases y otras como ácidos, y ésto depende de con quién actúen. La constante de autoionización del agua a 25ºC es: Kw = [H3O+].[OH-] =10-14
Sin embargo, para expresar la acidez o basicidad de una disolución, es más cómodo utilizar un parámetro llamado pH, que se define como:
pH = ‑ log [H3O+]
entonces:
Para disoluciones ácidas pH < 7
Para disoluciones neutras pH = 7
Para disoluciones básicas pH > 7
Experimentos para hacer en casa y desarrollar el autoconocimiento y el espiritu de aprender a aprender:
Se denomina reacción de reducción-oxidación, de óxido-reducción o, simplemente, reacción redox, a toda reacción química en la que uno o más electrones se transfieren entre los reactivos, provocando un cambio en sus estados de oxidación.
Para que exista una reacción de reducción-oxidación, en el sistema debe haber un elemento que ceda electrones, y otro que los acepte:
- El agente reductor (No Metal o Anión) es aquel elemento químico que suministra electrones de su estructura química al medio, aumentando su estado de oxidación, es decir, siendo oxidado.
- El agente oxidante (Metal o Catión) es el elemento químico que tiende a captar esos electrones, quedando con un estado de oxidación inferior al que tenía, es decir, siendo reducido.2
Cuando un elemento químico reductor cede electrones al medio, se convierte en un elemento oxidado, y la relación que guarda con su precursor queda establecida mediante lo que se llama un «par redox». Análogamente, se dice que, cuando un elemento químico capta electrones del medio, este se convierte en un elemento reducido, e igualmente forma un par redox con su precursor oxidado.
Dentro de una reacción global redox, se da una serie de reacciones particulares llamadas semirreacciones o reacciones parciales.
- Semirreacción de reducción: 2e- + Cu2+ → Cu0
- Semirreacción de oxidación: Fe0 → Fe2+ + 2e-
o más comúnmente, también llamada ecuación general:
Fe0 + Cu2+ → Fe2+ + Cu0
La tendencia a reducir u oxidar a otros elementos químicos se cuantifica por el potencial de reducción, también llamado potencial redox.
Podría poneros un montón de formulas químicas para explicaros como se ajustan este tipo de reacciones, pero creo que se entiende mejor con otro vídeo.
