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LA TRANSFORMACIÓN DE LA MATERIA LA REACCIÓN QUÍMICA

ARELY HERNÁNDEZ RUIZ 11/11/2012


LA TRANSFORMACIÓN DE LA MATERIA: LA REACCIÓN QUÍMICA.

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ÍNDICE Introducción..………………………………………………………………………………………………..

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Propósito...…………………………………………………………………………………………………….

5

El átomo y sus partes..………………………………………………………………………………….

6

Cambios físicos y químicos……………………………………………………………………………

11

Ecuaciones químicas..……………………………………………………………………………………

17

Ajuste de ecuaciones químicas……………………………………………………………………

21

Tipos de reacciones químicas………………………………………………………………………

28

Referencias…………………………………………………………………………………………………….

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INTRODUCCIÓN La Química está presente en muchos aspectos de nuestra vida. En el aseo personal, en las labores domésticas, en nuestra alimentación, en fenómenos cotidianos, en fin, en la vida misma. En la escuela se pretende que dar a conocer a los alumnos cómo la Química, más que una asignatura, es una forma de entender la vida y ser participe de ella. En este libro encontrarás uno de los temas fundamentales de esta fascinante ciencia que te ayudarán a comprender temas más complejos y actuales, se trata de cómo se transforma la materia de sustancias iniciales a otras totalmente diferentes, lo que se conoce como “reacción química”. Para

entender

mejor

el

tema

principal

de

nuestro

libro,

comenzaremos por explicar conceptos básicos como materia, átomo y sus partes, ecuaciones químicas y sus partes, tipo de reacciones químicas, la Ley de conservación de la materia, así como ejercicios que te ayuden a entender mejor cada uno de los conceptos mencionados. El contenido de este libro es ideal para ayudar a comprender temas que se abordan en secundaria, se proporcionan recursos tecnológicos, que podrás consultar para reafirmar, ejercitar o evaluar tus conocimientos. Al finalizar encontrarás una evaluación que te ayudará a saber cuánto has aprendido, disfruta de esta aventura.

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PROPÓSITO El propósito de este libro es ayudarte a ti, alumno de secundaria, a entender el tema “La transformación de la materia: la reacción química”, un tema fundamental en Ciencias III con énfasis en Química.

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TEMA

1: EL ÁTOMO Y SUS PARTES.

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¿Qué es el átomo? El átomo es la partícula más pequeña de un elemento químico que conserva las propiedades de dichos elementos; es un sistema dinámico y energético en equilibrio, constituido por un núcleo y una “envoltura” o zona extranuclear.

Núcleo: Es la parte central, muy pequeño y de carga positiva, contiene aproximadamente 200 tipos de partículas denominadas nucleones, de los cuales los protones y neutrones son los más importantes (nucleones fundamentales). Estos poseen una gran masa en comparación de otras partículas, por lo tanto, el núcleo atómico concentra casi la totalidad de la masa atómica (99,99% de dicha masa).

Envoltura o Zona Extranuclear: Es un espacio muy grande (constituye el 99,99% del volumen atómico), donde se encuentran los electrones ocupando ciertos estados de energía (orbitales, subniveles y niveles). Los electrones se encuentran a distancias no definidas respecto al núcleo y se desplazan

en

torno

a

ella

en

trayectorias también indefinidas.

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Recursos tecnológicos:  ¿Quieres conocer la historia del átomo? Encuentra aquí un breve repaso: http://www.youtube.com/watch?v=tfzr7Yjv3-M  Para

entender

mejor:

el

átomo

y

sus

partes

http://www.youtube.com/watch?v=cfxofivJ3cI

En las siguientes hojas en blanco elabora:  Una línea del tiempo sobre la historia del átomo.  Elige un elemento de la Tabla periódica y representa un átomo de dicho elemento.

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TEMA 2: CAMBIOS FÍSICOS Y QUÍMICOS.

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CAMBIOS FÍSICOS Y QUÍMICOS EN LA MATERIA Los cambios físicos son procesos en los que no cambia la naturaleza de las sustancias ni se forman otras nuevas. Ejemplos: Cambios de estado: Si aplicamos una fuente de calor de forma constante, el agua hierve y se transforma en vapor de agua. (En ambos casos, la sustancia implicada en el proceso es agua que, en un caso está líquida y en el otro está gaseosa; esto es, sus partículas están ordenadas de diferente manera según la teoría cinética de la materia).

Mezclas: Si disolvemos sal en agua observaremos que la sal se disuelve fácilmente en agua y la disolución resultante presenta un gusto salado. (Las sustancias iniciales - sal y agua - siguen presentes al final; este hecho es demostrable pues si calentamos la disolución hasta que hierva el agua, nos queda la sal en el fondo).

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Los cambios químicos son procesos en los que cambia la naturaleza de las sustancias, además de formarse otras nuevas. Ejemplos: Combustión: Si quemamos un papel, se transforma en cenizas y, durante el proceso, se desprende humo. (Inicialmente, tendríamos papel y oxígeno, al concluir el cambio químico tenemos cenizas y dióxido de carbono, sustancias diferentes a las iniciales).

Corrosión: Si dejamos un trozo de hierro a la intemperie, se oxida y pierde sus propiedades iniciales. (Las sustancias iniciales serían hierro y oxígeno, la sustancia final es óxido de hierro, con unas propiedades totalmente diferentes a las de las sustancias iniciales).

¿Cómo sabemos cuándo se ha producido una reacción química? Cuando se produce una reacción química suelen producirse algunos indicios típicos:  Cambio de coloración: Indica la aparición de una o de varias sustancias nuevas distintas a las iniciales.  Aparición de sedimento o precipitado: Es señal de que una o algunas de las sustancias nuevas formadas son insolubles.

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 Desprendimiento de gas: Como resultado de la reacción aparece una nueva sustancia que se presenta en estado gaseoso a temperatura ambiente.  Absorción o liberación de calor: Los cambios espontáneos de temperatura de la mezcla revelan que se está produciendo una reacción.  Cambios en otras propiedades: La acidez, el olor, la aparición de propiedades ópticas frente a la luz, propiedades magnéticas o eléctricas, etc. Ejercicio 1.- Coloca debajo de cada dibujo “cambio físico” o “cambio químico” según corresponda.

_____________________

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____________________

_____________________

_____________________

___________________

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Recursos tecnológicos:  Visita el siguiente programa interactivo y contesta el reporte no. 1 http://www.telesecundaria.dgme.sep.gob.mx/interactivos/3_tercero/3_ Quimica/INTERACTIVOS/3cq_b03_t01_s01_interactivo/index.html

Reporte No. 1 Tema: “Cambios físicos y químicos” Indicaciones: Describe brevemente en qué consiste cada experimento e indica si es un cambio físico ( f ) o químico ( q ). Dispersión de luz ( ) Saponificación ( ) Fermentación ( )

Síntesis de ácido ( )

Sustitución doble ( )

Evaporación ( )

Caída libre ( )

Sustitución simple ( )

Neutralización I ( )

Neutralización II ( )

Neutralización III ( )

Desnaturalización ( )

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Ejercicio 2.- Coloca en el paréntesis la letra que describe el tipo de cambio que se presenta. Puedes consultar tu puntuación realizando este ejercicio en: http://www.quimicaweb.net/grupo_trabajo_fyq3/tema6/actividades/cam_nat.htm Coloca:

a) Cambio químico

b) Cambio físico

1.- Quemar un trozo de carbón……………………………………………………………………………………….(

)

2.- La formación de un arcoíris………………………………………………………………………………………..(

)

3.- La maduración de una fruta……………………………………………………………………………………..(

)

4.- La fusión de un cubito de hielo en un vaso de agua……………………………………………….(

)

5.- Mezclar mantequilla con azúcar……………………………………………………………………………….(

)

6.- Hacer un batido de leche y frutas……………………………………………………………………………..(

)

7.- La combustión de la gasolina en un motor de automóvil………………………………………(

)

8.- La rotura de una botella de vidrio……………………………………………………………………………(

)

9.- La desaparición de un perfume cuando el recipiente está destapado………………….(

)

10.- La fusión de la cera de una vela……………………………………………………………………………..(

)

11.- La corrosión del hierro………………………………………………………………………………………………..(

)

12.- La formación de las nubes………………………………………………………………………………………..(

)

13.- Obtención de cobre a partir de óxido de cobre………………………………………………………(

)

14.- La formación de las estalactitas y las estalagmitas………………………………………………..(

)

15.- Respirar……………………………………………………………………………………………………………………….(

)

Ejercicio 3.- Elabora un mapa mental sobre “cambios físicos y químicos”.

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TEMA 3: ECUACIONES QUÍMICAS

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¿CÓMO SE REPRESENTAN LAS REACCIONES QUÍMICAS? Una reacción química es un proceso en que, a partir de unas sustancias iniciales, llamadas reactivos, se obtienen unas sustancias finales distintas, llamadas productos.

Reactivos: Son las sustancias iniciales que, una vez mezcladas, reaccionan químicamente. Productos: Son las sustancias nuevas que se forman como resultado de la reacción química entre los reactivos.

Las reacciones químicas se escriben mediante ecuaciones químicas: a la izquierda se escriben los reactivos que se mezclan, separados por signos de sumar (+) y, a la derecha, los productos que se obtienen, separados también por signos de sumar (+). Entre reactivos y productos se coloca una flecha, que indica el sentido de la reacción.

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PRODUCTOS

REACTIVOS

N (g) + 3 H (g) 2

2 NH (g)

2

COEFICIENTES

3

Da, produce, da lugar a SUBÍNDICES

En la siguiente tabla se enlistan los símbolos que puede contener una ecuación química y su significado. Símbolo

Significado

+

reacciona con

produce, da, da lugar a

reacción reversible

calentamiento

desprendimiento de un gas

formación de un precipitado

S

sólido

L

líquido

G

gas

Ac

disolución acuosa

Ejercicio 4.- De las fórmulas químicas que se dan a continuación, indica cuántos átomos hay de cada elemento. a) H3PO4

Por ejemplo:

H= 3 átomos, P= 1 átomo, O= 4 átomos

b) 3H2SO4 c) 2HCl d) CaCo3 e) 3Al(OH)3 f) 4Na3PO4 19


g) 2Mg(OH)2 h) 3AgNO3 i) 2Pb(NO3)2

Ejercicio 5.- Coloca en los siguientes recuadros ecuaciones químicas y sus partes: reactivos, productos, produce, reacciona con, calentamiento………

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TEMA 4: AJUSTE DE ECUACIONES QUÍMICAS.

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LEY DE CONSERVACIÓN DE LA MATERIA La Ley de la conservación de la materia dice que “la materia no se crea ni se destruye, sino que se conserva”. El científico que la propuso se llamó Antonie Laurent de Lavoisier. Lo que la ley de la conservación de la materia implica es que, más allá de las transformaciones ocurridas, la materia está siempre presente. En otras palabras: los átomos de las sustancias reaccionan entre sí, pero no se crean más átomos ni se destruyen los existentes.

AJUSTE DE ECUACIONES QUÍMICAS POR MÉTODO DEL TANTEO. Para ajustar ecuaciones químicas hay que tener en cuenta que en las reacciones ni se "ganan" ni se "pierden" átomos. Debe aparecer el mismo número de átomos de cada clase en los reactivos y en los productos. Esta es la condición de la conservación de la masa. Sin embargo, no podemos cambiar a voluntad las fórmulas de las sustancias para igualar el número de átomos. Ejemplo: Cuando el hierro se oxida se origina un compuesto diferente llamado óxido de hierro (II). Si escribimos la reacción simbólicamente, tendremos: Fe + O2 → FeO Tal y como está escrita esta reacción 1 átomo de hierro reacciona con 2 átomos de oxígeno formando 1 molécula con 1 átomo de hierro y 1 de 22


oxígeno. Esto no puede ser, tiene que haber el mismo número de átomos en ambos lados. Por tanto, habrá que emplear unos números llamados coeficientes que pondremos delante de cada fórmula o símbolo, indicando el número de átomos de cada especie que deben reaccionar para que se conserve la masa y el número de átomos: 2Fe + O2 → 2FeO Es decir, se necesitan 2 átomos de hierro para reaccionar con una molécula de oxígeno y formar 2 moléculas de FeO. Este proceso se llama ajustar una reacción química por el método del tanteo y consiste en anteponer los números enteros correspondientes a los coeficientes delante de los símbolos o fórmulas de las sustancias que intervienen en la reacción, de modo que se cumpla a escala atómica la ley de conservación de la masa.

Ejercicio 6.- Ajusta las siguientes ecuaciones químicas por el método del tanteo.  CH4 + O2  MnO2 + H2O2  KClO3  CH4 + O2

CO2 + H2O H2O + O2 + MnO2 KCl + O2 H2O + CO2

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 Al + HCl

H2 + AlCl3

Recursos informáticos:  En la siguiente página encontrarás ejercicios que te ayudarán a entender mejor el ajuste de ecuaciones químicas por el método de tanteo: http://www.iesaguilarycano.com/dpto/fyq/ajuste.html

AJUSTE DE ECUACIONES QUÍMICAS POR MÉTODO REDOX. En una reacción si un elemento se oxida, también debe existir un elemento que se reduce. Recordar que una reacción de oxido reducción no es otra cosa que una perdida y ganancia de electrones, es decir, desprendimiento o absorción de energía (presencia de luz, calor, electricidad, etc.) Para balancear una reacción por este método, se deben considerar los siguientes pasos: 1.- Determinar los números de oxidación de los diferentes compuestos que existen en la ecuación. Para determinar los números de oxidación de una sustancia, se tendrá en cuenta lo siguiente: a) En una formula siempre existen en la misma cantidad los números de oxidación positivos y negativos. b) El Hidrogeno casi siempre trabaja con +1, a ecepcion los hidruros de los hidruros donde trabaja con -1. c) El Oxigeno casi siempre trabaja con -2. 24


d) Todo elemento que se encuentre solo, no unido a otro, tiene numero de oxidación 0. 2.- Se dejan las valencias a los elementos que se han oxidado o reducido, eliminando las demás, con ayuda de la siguiente recta indica cuántos lugares se ha oxidado o reducido cada elemento. Oxida

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

+1

+2

+3

+4

+5

+6

+7

Reduce

3.- Se escoge el lado de la reacción que se trabajará, atendiendo a las condiciones siguientes: tener dos elementos con valencia cambiada y que estos elementos estén en compuestos diferentes, subrayar dichos compuestos. 4.- Colocar debajo de cada compuesto subrayado, las valencias oxidadas o reducidas, multiplicando por el subíndice del elemento en cuestión. 5.- Se simplifica si es posible este número. 6.- Se coloca el número que está debajo de cada sustancia como coeficiente de su contrario. 7.- Se termina el balanceo por la ley de Lavoisier, los coeficientes colocados en el paso 6 no han de cambiarse.

Ejercicio 7.- Coloca los número de oxidación para cada uno de los elementos en las siguientes fórmulas.  N2O Por ejemplo: N= (+1) x 2 = +2, O= (-2) x 1 = -2 25


 HNO3  H2SO4  O2  HPO2  Al2S3  Al2S3O12  NaNO3  KClO3  CaSO4  AlBr3

Ejercicio 8.- En los siguientes ejemplos, indica si los elementos se han oxidado o reducido y cuántos lugares.  Fe+3  Fe0

___Se reduce________

______3 lugares________

 Cl+7  Cl+1

_____________________

_______________________

 N+3  N-3

______________________

_______________________

 Ni+2  Ni+3

______________________

_______________________

 S+4  S+3

______________________

_______________________

 P-3  P+3

______________________

_______________________

 C0  C-4

______________________

_______________________

 Br+5  Br-1

______________________

_______________________

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Recursos informáticos:  Para entender mejor las reacciones de oxidación-reducción visita este interactivo: http://www.telesecundaria.dgme.sep.gob.mx/interactivos/3_tercero/3_ Quimica/INTERACTIVOS/3cq_b04_t02_s02_interactivo/index.html

Ejercicio 9.- Ajusta las siguientes ecuaciones químicas por el método redox.  HI + HIO3

 Fe2O2 + C

I2 + H2O

CO2 + Fe

 Al + NaOH

Na3AlO3 + H2

 FeCl3 + H2S

FeCl2 + S + HCl

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TEMA 5: TIPOS DE REACCIONES QUÍMICAS.

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Hay varias clasificaciones de las reacciones químicas, las más importantes son: Reacciones de síntesis: dos o más elementos o compuestos se combinan resultando un solo producto. A + B  C Reacciones de descomposición: se forman dos o más productos a partir de un solo reactivo. A  B + C Reacciones de desplazamiento o sustitución sencilla: Un átomo de un elemento desplaza a otro similar en un compuesto. AB + C  CB + A Reacciones de doble desplazamiento o sustitución doble: Los reactantes intercambian átomos. AB + CD  AD + CB

Ejercicio 9.- Indica delante de cada ecuación a qué tipo de reacción química pertenece.  2H2 + O2

2H2O

 H2CO3 + 2Na  Ba(OH)2

Na2CO3 + H2 H2O + BaO

 Ca(OH)2 + 2HCl  2Na + Cl2

_________________________ _________________________ _________________________

2H2O + CaCl2 ______________________ 2NaCl

________________________ 29


 Cl2 + 2LiBr  AgNO3 + HCl  F2 + 2Na2O

2LiCl + Br2 HNO3 + AgCl 4NaF + O2

_______________________ _______________________ _______________________

Recursos informáticos:  Consulta el siguiente interactivo sobre “Velocidad de reacción” donde podrás alterar los factores que intervienen en una reacción mediante un simulador: http://www.telesecundaria.dgme.sep.gob.mx/interactivos/3_tercero/3_ Quimica/INTERACTIVOS/3cq_b03_t01_s04_interactivo/index.html  Consulta el siguiente interactivo donde podrás experimentar con indicadores de pH para poder clasificar sustancias en ácidas o bases: http://www.telesecundaria.dgme.sep.gob.mx/interactivos/3_tercero/3_ Quimica/INTERACTIVOS/3cq_b04_t01_s01_interactivo/index.html  En esta página podrás encontrar un crucigrama que te ayudará a evaluar tus conocimientos sobre este tema: http://www.quimicaweb.net/grupo_trabajo_fyq3/tema6/actividades/r eac_qca.htm

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REFERENCIAS  POZO, Juan Ignacio. (1991). Procesos cognitivos en la comprensión de

la ciencia: las ideas de los adolescentes sobre la química. Centro de publicaciones de ministerio de educación y ciencia: C.I.D.E, España.  DOMÍNGUEZ, Miguel A. (2006). Química: la ciencia básica. Internacional Thomson Ediciones Paraninto, España.  http://www.telesecundaria.dgme.sep.gob.mx/

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La transformación de la materia: la reacción química.  

Un libro que ayuda en el tratado de uno de los temas básicos y fundamentales de Química.

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