Tema 15 Las sustancias se transforman 2 Identificamos las

Temas de 2º de ESO
Resumen del tema 15
Tema 15
Juan Reyes
Las sustancias se transforman
2 Identificamos las sustancias
3 Las sustancias cambian
4 cambio y conservación
5 Los cambios químicos a escala molecular
6 Cómo se escribe la química
7 Energía de los cambios químicos
2 Identificamos las sustancias
Definida la materia como todo lo que tiene masa y volumen, enseguida vemos que la materia pre­
senta muchas formas, cada una de ellas se llama sustancia. (un ladrillo, un ser vivo, una camisa se pue­
den considerar como sustancias.
Las sustancias se clasifican en:
• Sustancias puras: aquéllas que están formadas por un único tipo de partículas (ya sean molé­
culas, ya sean átomos) por ejemplo el agua pura sólo contiene moléculas de H2O juntas. Una
sustancia pura no se puede descomponer en otras más simples por medio de métodos físicos.
Dentro de las sustancias puras distinguimos entre:
◦ Puras simples o elementales: están formadas por grandes cantidades de un único tipo de
átomos. Como ejemplo podemos citar a cada una de las sustancias que figuran en la tabla
periódica. Como el hidrógeno, el carbono, etc. Podemos considerar al átomo como la uni­
dad de una sustancia elemental. No se puede descomponer en sustancias más simples ni por
métodos físicos ni químicos.
◦ Puras compuestas: están formadas por la repetición de un único tipo de moléculas. Una
molécula es una combinación de determinados átomos enlazados entre sí de una forma es­
pecífica, por ejemplo, una molécula de agua está formada por un átomo de oxígeno unido a
dos átomos de hidrógeno. En las sustancias compuestas sólidas las moléculas aparecen uni­
das formando un agregado ordenado que llamamos cristal, por ejemplo el cristal de sal de
mesa (cloruro sódico) está formado por átomos de Na y de Cl que se van alternando en to­
das las direcciones del espacio. La fórmula representa la cantidad relativa de cada átomo en
la molécula o el cristal (un átomo de Na por cada uno de Cl). Las sustancias compuestas se
pueden descomponer en sustancias más simples (átomos) usando exclusivamente métodos
químicos.
• Sustancias mezclas: están formadas por 2 o más sustancias puras juntas pero no enlazadas. Al
no estar enlazadas unas partículas con otras, las sustancias que forman la mezcla se pueden se­
parar usando exclusivamente métodos físicos.
Todas las sustancias puras presentan propiedades físicas y químicas con valores específicos que per­
miten identificarlas como densidad, dureza, color, temperatura de fusión, etc.
Estas propiedades no nos valen en las mezclas porque sus valores cambian con las cantidades de
cada sustancia pura que haya.
3 y 4 Las sustancias cambian
En otro tema se vio la posibilidad de que una sustancia cambie de modo físico o de modo químico
Un cambio físico no alteraba la naturaleza molecular de las sustancias. Es cambio físico, por ejem­
plo, cambiar de sitio un objeto o romperlo en trozos porque cada trozo tiene el mismo tipo de partícu ­
las.
Un cambio químico (también llamado reacción química) modifica la naturaleza molecular de las
sustancias, es decir, partimos de unas sustancias puras (que llamamos reactivos) separamos sus átomos
y estos se unen de forma diferente formando sustancias puras distintas (que llamamos productos), por
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ejemplo, si en el agua rompemos los enlaces entre el H y el O y obtenemos los dos gases por separado.
Al quedar sueltos, los átomos de H se unen entre ellos, los de O entre sí y si los volvemos a juntar no
volvemos a obtener agua sino una mezcla de las dos sustancias.
La ley de conservación de la masa de Lavoisier
En un cambio químico las sustancias iniciales se transforman en otras pero no hay pérdida ni ganan­
cia de materia. Es decir, la masa al principio es la misma al final.
Para explicar esto hay que admitir la naturaleza atómica de la materia, es decir: las sustancias están
formadas por átomos y estos son los que se combinan de formas diferentes para formas las distintas
clases de sustancias compuestas. Dado que a lo largo de la reacción el número total de átomos no varía
se explica que la masa no cambie.
5 y 6 Entendiendo los cambios químicos
Las reacciones químicas se representan gráficamente mediante una expresión en la que se escriben
las fórmulas de las sustancias reactivos, separados mediante el símbolo de suma; a continuación una
flecha, →, que representa el sentido del cambio (si el cambio puede ser reversible se representa con
una flecha con dos sentidos opuestos, ↔; a continuación se representan las fórmulas de los productos,
también separados mediante símbolos de suma.
Cada sustancia lleva a su izquierda un número, llamado coeficiente, que representa el número de
moléculas que intervienen en la reacción para que se cumpla la ley de conservación de la masa. Si este
número es el 1 se omite dándose por entendido.
Tomemos como ejemplo la siguiente expresión:
CaCO3 + 2 HCl → CO2 + CaCl2 + H2O
Indica que una molécula de carbonato de calcio ( CaCO 3 ) reacciona con dos de ácido clorhídrico
( HCl) y se obtiene como producto una molécula de dióxido de carbono, otra de cloruro de calcio (Ca ­
Cl2) y otra de agua.
Si contamos los átomos de cada clase que hay en los reactivos tiene que ser igual a los que hay en
los productos y entonces se dice que la reacción está ajustada, es decir que la masa de reactivos es
igual a la de productos. Una forma ordenada de hacerlo es mediante una tabla como la siguiente:
elemento Cantidad en reactivos Cantidad en productos
Ca
1
1
C
1
1
O
3
2+1
H
2
2
Cl
2
2
Como se puede comprender, la reacción representa la proporción de moléculas de reactivos que hay
que poner en contacto para que reaccionen totalmente y la proporción de moléculas de productos que
se obtienen.
El ajuste de una reacción se puede hacer a tanteo si es posible, pero si no, se puede recurrir a un sis ­
tena de ecuaciones: Por ejemplo, en la página 225 del libro de texto aparece una reacción ajustada cu­
yos coeficientes son difíciles de hallar a tanteo:
2 C4H10 + 13 O2 → 8 CO2 + 10 H2O
Supongamos que nos dan la reacción sin coeficientes y tenemos que ajustarla,
C4H10 + O2 → CO2 + H2O
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Hacemos los siguientes pasos:
1º Cada coeficiente es una incógnita que representamos con una letra, a, b, c, etc.
a C4H10 + b O2 → c CO2 + d H2O
2 Planteamos la siguiente tabla con las ecuaciones. Cada elemento dará lugar a una ecuación:
elementos
Reactivos = Productos
C
4⋅a=c
H
10⋅a=2⋅d
2⋅b=2⋅c+d
O
3 Resolvemos el sistema por el método de sustitución. Hay varias formas que conducen al mismo re­
sultado, una de ellas es:
• La 1ª ecuación nos dice que c=4⋅a
10⋅a
=5⋅a
• La 2ª nos dice que d =
2
• Ahora se sustituyen estos coeficientes en la 3ª ecuación: 2⋅b=2⋅4⋅a+5⋅a=13⋅a luego
13⋅a
b=
2
4 Ahora vemos que los valores de b, c y d dependen de lo que valga a. Le damos al coeficiente a un
valor arbitrario, normalmente el 1, y con él determinamos los demás, como se observa en la tabla si­
guiente. Si se obtiene algún valor fraccionario se multiplican todos los coeficientes por el denominador
de la fracción:
coeficientes
valores
valores no fraccionarios
a
1
2
b
b=
13⋅1 13
=
2
2
13
c
c=4⋅1=4
8
d
d =5⋅1=5
10
Como vemos, los valores obtenidos coinciden con los que figuran en la reacción del libro de texto
7 Energía de los cambios químicos
Las sustancias contienen energía potencial química llamada también energía de enlace, es la energía
que mantiene a los átomos unidos unos a otros. Cuando en los reactivos se rompen los enlaces para de­
jar libres los átomos, esta energía se transforma en energía cinética que mueve los átomos y energía
térmica.
Cuando se unen los átomos para formar los productos, se forman nuevos enlaces que dejan atrapada
energía en ellos.
De este modo pueden darse dos posibilidades:
• La energía almacenada en los reactivos era superior a la almacenada en los productos. La ener­
gía sobrante se libera al ambiente en forma de calor, movimiento, etc. Este tipo de reacciones
se llaman exotérmicas puesto que se desprende calor. Un ejemplo muy conocido es la combus­
tión del papel.
• La energía almacenada en los reactivos era inferior a la almacenada en los productos, por lo
tanto esta reacción no podría ocurrir a menos que se le proporcione esa energía que le falta; ha­
bitualmente se hace en forma de calor y trabajando a elevadas presiones. Estas reacciones se
llaman endotérmicas puesto que hay que darles energía. Ejemplo, formar agua a partir de O 2 y
H2
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