Reacciones químicas

Química. Compuestos químicos. Reactivos. Alquimia. Polímeros

  • Enviado por: Sonia Moliner
  • Idioma: castellano
  • País: España España
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REACCIONES QUÍMICAS

1.

A)

Reacción química:

Transformación de unos compuestos químicos en otros En una reacción química, unas sustancias iniciales llamadas reactivos se transforman en otras sustancias distintas llamadas productos.

En una reacción química siempre se produce un cambio energético en el sistema, con desprendimiento o con absorción de energía.

En toda reacción química, la masa de los reactivos es igual a la masa de los productos; esto es, se conserva la masa del sistema.

En toda reacción química, el numero de átomos que intervienen no se modifica; solo se produce una reagrupación de los mismos.

ESTUDIO

Toda reacción química debe tener el mismo numero de átomos en reactivos que en productos; esto es, debe estar ajustada.

Una ecuación química permite establecer una proporción, bien en moléculas, bien en moles, entre todas las sustancias que intervienen.

CALCULOS

En las relaciones masa - masa y masa - volumen la proporcionalidad se establece entre moles, mientras que para la relación volumen - volumen la proporcionalidad se establece directamente entre volúmenes.

TIPOS DE REACCIONES QUIMICAS

En una reacción de síntesis , varias sustancias( elementos o compuestos ) se combinan formando una sustancia mas compleja.

Reactivos:

Instalación preparada para que en su interior se produzcan reacciones químicas o biológicas.

Productos:

Sustancia empleada para descubrir y valorar la presencia de otra, con la que reacciona de forma peculiar.

B)

Cambio químico En la combinación se ha originado una nueva sustancia y tenemos partículas que antes no habia , las del agua. Se ha producido un cambio químico.

Cambio físico En la mezcla las mezclas del oxigeno y del hidrógeno no han sufrido transformaciones : se ha producido un cambio físico.

2.

Reacción endotérmica, reacción química que absorbe energía. Casi todas las reacciones químicas implican la ruptura y formación de los enlaces que unen los átomos. Normalmente, la ruptura de enlaces requiere un aporte de energía, mientras que la formación de enlaces nuevos desprende energía. Si la energía desprendida en la formación de enlaces es menor que la requerida para la ruptura, entonces se necesita un aporte energético, en general en forma de calor, para obtener los productos.

El nitrato de potasio sólido está formado por iones potasio y nitrato unidos entre sí (los iones se forman cuando los átomos o moléculas ganan o pierden electrones). Cuando el nitrato de potasio se disuelve en agua, la ruptura de enlaces absorbe calor de la misma sustancia y del agua, por lo que la temperatura del sistema baja.

Algunas reacciones endotérmicas necesitan más energía de la que puede obtenerse por absorción de calor de los alrededores a temperatura ambiente. Por ejemplo, para transformar el carbonato de calcio en óxido de calcio y dióxido de carbono es necesario calentar. Cuando en una reacción endotérmica una sustancia absorbe calor, su entalpía aumenta (la entalpía es una medida de la energía intercambiada entre una sustancia y su entorno).

Reacción exotérmica

reacción química que desprende energía. Por ejemplo, la reacción de neutralización de ácido clorhídrico con hidróxido de sodio desprende calor, y a medida que se forman los productos, cloruro de sodio (sal) y agua, la disolución se calienta.

Las reacciones exotérmicas se han utilizado durante miles de años, por ejemplo, en la quema de combustibles. Cuando se quema carbón tienen lugar varias reacciones, pero el resultado global es que los átomos de carbono del carbón se combinan con el oxígeno del aire para formar dióxido de carbono gas, mientras que los átomos de hidrógeno reaccionan con el oxígeno para producir vapor de agua. La redistribución de los enlaces químicos desprende gran cantidad de energía en forma de calor, luz y sonido. Aunque para la ruptura de los enlaces entre el carbono y el hidrógeno se requiere energía calorífica, ésta es mucho menor que la que se desprende cuando estos dos elementos se combinan con el oxígeno. Esto hace que la reacción global sea exotérmica.

Los combustibles fósiles, como el gas natural y el petróleo, contienen un porcentaje muy alto de carbono. Cuando se queman, experimentan reacciones muy exotérmicas debido a que las moléculas que los constituyen se rompen para formar dióxido de carbono y agua. Estos combustibles no siempre se queman de un modo totalmente eficaz, sino que a veces se desprende menos calor del que debería, y se producen productos secundarios como hidrocarburos parcialmente quemados y el gas tóxico monóxido de carbono. Estas sustancias todavía contienen energía que podría desprenderse si se quemaran de nuevo. Cuando una sustancia desprende energía en una reacción exotérmica, su entalpía disminuye (la entalpía es una medida del intercambio energético entre una sustancia y su entorno).

3.

Principio de Lavoisier

En toda reacción química, la masa de los reactivos es igual a la masa de los productos; esto es, se conserva la masa del sistema.

En toda reacción química, el numero de átomos que intervienen no se modifica; solo se produce una reagrupación de los mismos.

BIOGRAFIA

Antoine Laurent de Lavoisier (1743-1794), químico francés, considerado el fundador de la química moderna.

Nació el 26 de agosto de 1743 en París y estudió en el Instituto Mazarino. Fue elegido miembro de la Academia de Ciencias en 1768. Ocupó diversos cargos públicos, incluidos los de director estatal de los trabajos para la fabricación de la pólvora en 1776, miembro de una comisión para establecer un sistema uniforme de pesas y medidas en 1790 y comisario del tesoro en 1791. Lavoisier trató de introducir reformas en el sistema monetario y tributario francés y en los métodos de producción agrícola. Como dirigente de los campesinos, fue arrestado y juzgado por el Tribunal Revolucionario y guillotinado el 8 de mayo de 1794 (véase Revolución Francesa).

Lavoisier realizó los primeros experimentos químicos realmente cuantitativos. Demostró que en una reacción química, la cantidad de materia es la misma al final y al comienzo de la reacción. Estos experimentos proporcionaron pruebas para la ley de la conservación de la materia (véase Leyes de conservación). Lavoisier también investigó la composición del agua y denominó a sus componentes oxígeno e hidrógeno.

Algunos de los experimentos más importantes de Lavoisier examinaron la naturaleza de la combustión, demostrando que es un proceso en el que se produce la combinación de una sustancia con oxígeno. También reveló el papel del oxígeno en la respiración de los animales y las plantas. La explicación de Lavoisier de la combustión reemplazó a la teoría del flogisto, sustancia que desprendían los materiales al arder.

Con el químico francés Claude Louis Berthollet y otros, Lavoisier concibió una nomenclatura química, o sistema de nombres, que sirve de base al sistema moderno. La describió en Método de nomenclatura química (1787). En Tratado elemental de química (1789), Lavoisier aclaró el concepto de elemento como una sustancia simple que no se puede dividir mediante ningún método de análisis químico conocido, y elaboró una teoría de la formación de compuestos a partir de los elementos. También escribió Sobre la combustión (1777) y Consideraciones sobre la naturaleza de los ácidos (1778).

4.

toda reacción química debe tener el mismo numero de átomos en reactivos que en productos; esto es, debe estar ajustada.

Una ecuación química permite establecer una proporción, bien en moléculas, bien en moles, entre todas las sustancias que intervienen.

5.

Relación masa-masa; relación volumen-volumen ; relación masa-volumen.

El las relaciones masa-masa y masa- volumen la proporcionalidad se establece entre moles, mientras que para la relación volumen-volumen la proporcionalidad se establece directamente entre volúmenes.

Reacciones químicas

Reacción de síntesis , varias sustancias(elementos o compuestos) se combinan formando una sustancia mas compleja.

Reacción de descomposición , una sustancia compleja se transforma en otras(elementos o compuestos) de estructura mas simple.

Reacción de sustitución , un elemento pasa a ocupar el lugar de otro en un compuesto.

Reacción de intercambio , dos elementos de compuestos distintos intercambian sus oposiciones obteniendo nuevos compuestos.

6.

Una sustancia tiene carácter ácido cuando reúne entre otras, estas propiedades: sabor agrio, producir escozor al atacar la piel, ser capaz de reaccionar con muchos metales desprendiendo hidrógeno, etc.

Una sustancia con carácter básico tiene sabor amargo, es suave al tacto y produce quemaduras en la piel, entre otras propiedades.

Una sustancia es neutra si no tiene carácter ácido ni básico.

7.

PH:

término que indica la concentración de iones hidrógeno en una disolución. Se trata de una medida de la acidez de la disolución

INDICADORES DE PH:

La escala de pH esta establecida del 1 al 14. Las sustancias ácidas tienen pH entre 1 y 6, tanto mas bajo cuanto mas ácidas sean; las bases tienen pH entre 8 y 1, tanto mas alto cuanto mas mayor sea su carácter básico. El pH = 7 indica neutralidad.

El pH de nuestra piel es ligeramente ácido, 5,5- 6; por eso los productos de limpieza y aseo realmente neutros resultan agresivos para ella, son mejores aquellos que tienen un pH = 5.5 .

Para saber si una sustancia es ácida , básica o neutra se pueden utilizar papeles indicadores como el que aparece en la imagen de la izquierda. También existe un aparato de medida llamado pH- metro, con el que se puede calcular con exactitud el pH de una sustancia.

8.

Reacción de neutralización

Una neutralización es el proceso químico en que un ácido reacciona con una base para dar una sal y agua.

AMPLIACIÓN

LA QUÍMICA EN LA SOCIEDAD

1

Alquimia

Conjunto de especulaciones y experiencias, generalmente de carácter esotérico, relativas a las transmutaciones de la materia, que influyó en el origen de la ciencia química. Tuvo como fines principales la búsqueda de la piedra filosofal y de la panacea universal.

Técnica antigua practicada especialmente en la edad media, que se dedicaba principalmente a descubrir una sustancia que transmutaría los metales más comunes en oro y plata, y a encontrar medios de prolongar indefinidamente la vida humana. Aunque sus propósitos y procedimientos eran dudosos, y a menudo ilusorios, la alquimia fue en muchos sentidos la predecesora de la ciencia moderna, especialmente de la ciencia química

La alquimia nació en el antiguo Egipto, y empezó a florecer en Alejandría, en el periodo helenístico; simultáneamente, se desarrolló una escuela de alquimia en China. Se considera que los escritos de algunos de los primeros filósofos griegos contienen las primeras teorías químicas, y la teoría expuesta en el siglo V a.C. por Empédocles —todas las cosas están compuestas de aire, tierra, fuego y agua— influyó mucho en la alquimia. Se cree que el emperador romano Calígula apoyó experimentos para producir oro a partir del oropimente, un sulfuro de arsénico, y que el emperador Diocleciano ordenó quemar todos los trabajos egipcios relacionados con la química del oro y la plata, con el fin de detener tales experimentos. Zósimo de Tebas (hacia el 250-300), descubrió que el ácido sulfúrico era un disolvente de metales y liberó oxígeno del óxido rojo de mercurio.

El concepto fundamental de la alquimia procedía de la doctrina aristotélica de que todas las cosas tienden a alcanzar la perfección. Puesto que otros metales eran considerados menos `perfectos' que el oro, era razonable suponer que la naturaleza formaba oro a partir de esos metales en el interior de la Tierra, y con la habilidad y la diligencia suficientes, un artesano podría reproducir este proceso en el taller. Al principio, los esfuerzos hacia este objetivo eran empíricos y prácticos, pero en el siglo IV, la astrología, la magia y el ritual habían empezado a ganar fuerza.

Durante los califatos de los Abasíes, desde el 750 hasta 1258, floreció en Arabia una escuela de farmacia. El primer trabajo conocido de esta escuela es la obra que se difundió en Europa en su versión latina titulada De alchemia traditio summae perfectionis in duos libros divisa, atribuida al científico y filósofo árabe Abu Musa Yabir al-Sufi, conocido en Occidente como Geber; este trabajo, que podemos considerar como el tratado más antiguo sobre química propiamente dicha, es una recopilación de todo lo que se creía y se conocía por entonces. Los alquimistas árabes trabajaron con oro y mercurio, arsénico y azufre, y sales y ácidos, y se familiarizaron con una amplia gama de lo que actualmente llamamos reactivos químicos. Ellos creían que los metales eran cuerpos compuestos, formados por mercurio y azufre en diferentes proporciones. Su creencia científica era el potencial de transmutación, y sus métodos eran principalmente intentos a ciegas; sin embargo, de esta forma encontraron muchas sustancias nuevas e inventaron muchos procesos útiles.

2 LA ALQUIMIA EN EUROPA

La alquimia, como sucedió con el resto de la ciencia árabe, se transmitió a Europa a través de España, gracias al extraordinario florecimiento que las ciencias y las artes experimentaron en al-Andalus durante la edad media. Los primeros trabajos existentes de la alquimia europea son los del monje inglés Roger Bacon y el filósofo alemán Alberto Magno; ambos creían en la posibilidad de transmutar metales inferiores en oro. La idea estimuló la imaginación, y más tarde la avaricia, de muchas personas durante la edad media. Seguían creyendo que el oro era el metal perfecto y que los metales más comunes eran más imperfectos que el oro. Por tanto, pensaron en fabricar o descubrir una sustancia, la famosa piedra filosofal, mucho más perfecta que el oro, que podría ser utilizada para llevar a los metales más comunes a la perfección del oro.

Roger Bacon creía que el oro disuelto en agua regia era el elixir de la vida. Alberto Magno dominaba la práctica química de su época. El filósofo escolástico italiano santo Tomás de Aquino, el polígrafo mallorquín Ramon Llull y el monje benedictino Basil Valentine también contribuyeron mucho, por la vía de la alquimia, al progreso de la química, con sus descubrimientos de los usos del antimonio, la fabricación de amalgamas y el aislamiento del espíritu del vino, o alcohol etílico.

Las recopilaciones importantes de fórmulas y técnicas de este periodo incluyen Pirotecnia (1540), del metalúrgico italiano Vannoccio Biringuccio; Acerca de los metales (1556), del mineralogista alemán Georgius Agricola, y Alquimia (1597), de Andreas Libavius, un naturalista y químico alemán.

El más famoso de todos los alquimistas fue el suizo Paracelso, que vivió en el siglo XVI. Mantenía que los elementos de los cuerpos compuestos eran sal, azufre y mercurio, que representaban respectivamente a la tierra, el aire y el agua; al fuego lo consideraba como imponderable o no material. Sin embargo, creía en la existencia de un elemento por descubrir, común a todos, del cual los cuatro elementos de los antiguos eran simplemente formas derivadas. A este elemento principal de la creación Paracelso lo llamó alcaesto, y mantenía que si fuera encontrado podría ser la piedra filosofal, la medicina universal y el disolvente irresistible.

.

Después de Paracelso, los alquimistas de Europa se dividieron en dos grupos. El primero estaba compuesto por aquellos que se dedicaron intensamente al descubrimiento científico de nuevos compuestos y reacciones; estos científicos fueron los antecesores legítimos de la química moderna, tal como lo anuncia el trabajo del químico francés Antoine Lavoisier. El segundo grupo aceptó la parte visionaria y metafísica de la vieja alquimia y desarrolló una práctica, basada en la impostura, la magia negra y el fraude, de la que se deriva la actual noción de alquimia.

Abono

sustancia o mezcla química natural o sintética utilizada para enriquecer el suelo y favorecer el crecimiento vegetal. Las plantas no necesitan compuestos complejos, del tipo de las vitaminas o los aminoácidos, esenciales en la nutrición humana, pues sintetizan todos los que precisan. Sólo exigen una docena de elementos químicos, que deben presentarse en una forma que la planta pueda absorber. Dentro de esta limitación, el nitrógeno, por ejemplo, puede administrarse con igual eficacia en forma de urea, nitratos, compuestos de amonio o amoníaco puro.

Los suelos vírgenes suelen contener cantidades adecuadas de todos los elementos necesarios para la correcta nutrición de las plantas. Pero cuando una especie determinada se cultiva año tras año en un mismo lugar, el suelo puede agotarse y ser deficitario en uno o varios nutrientes. En tal caso, es preciso reponerlos en forma de fertilizantes. La aplicación de fertilizantes adecuados estimula el crecimiento de las plantas.

De entre los nutrientes necesarios, el aire y el agua aportan hidrógeno, oxígeno y carbono en cantidades inagotables. Casi todos los suelos encierran abundancia de azufre, calcio, hierro y otros nutrientes esenciales. El calcio suele añadirse al suelo, pero su función primordial es reducir la acidez, no actuar como fertilizante en sentido estricto. El nitrógeno se halla presente en la atmósfera en cantidades enormes, pero las plantas no pueden utilizarlo de esta forma; ciertas bacterias proporcionan a las leguminosas el nitrógeno necesario, que toman del aire y lo transforman mediante una serie de reacciones llamadas de fijación de nitrógeno. Los tres elementos que deben contener casi todos los fertilizantes son nitrógeno, fósforo y potasio. En ocasiones, es preciso añadir a éstos pequeñas cantidades de algunos otros, entre ellos boro, cobre y manganeso.

Desde la antigüedad se usan muchos fertilizantes que contienen uno o varios elementos valiosos para el suelo. Así, el estiércol y el guano contienen nitrógeno, los huesos contienen pequeñas cantidades de nitrógeno y son ricos en fósforo, las cenizas de madera encierran cantidades apreciables de potasio (la proporción depende del tipo de madera). El trébol, la alfalfa y otras leguminosas se intercalan con otras especies en un régimen rotativo y luego se trabajan con el arado para enriquecer el suelo en nitrógeno.

Suele describirse como fertilizante completo cualquiera que contenga los tres elementos; la composición se codifica con ayuda de tres números. Así, un 5-8-7 es un abono (por lo general preparado en polvo o en gránulos) que contiene un 5% de nitrógeno, un 8% de fósforo (calculado en forma de pentóxido de fósforo) y un 7% de potasio (como óxido de potasio).

Aunque esenciales para la agricultura moderna, el abuso de los fertilizantes puede ser nocivo para las plantas, los cultivos y el suelo. Además, la lixiviación de los nutrientes puede causar contaminación del agua y alteraciones como la eutrofización o desarrollo excesivo de la vegetación.

Polímero

Sustancia que consiste en grandes moléculas formadas por muchas unidades pequeñas que se repiten, llamadas monómeros. El número de unidades que se repiten en una molécula grande se llama grado de polimerización. Los materiales con un grado elevado de polimerización se denominan altos polímeros. Los homopolímeros son polímeros con un solo tipo de unidad que se repite. En los copolímeros se repiten varias unidades distintas

La mayoría de las sustancias orgánicas presentes en la materia viva, como las proteínas, la madera, la quitina, el caucho y las resinas, son polímeros; también lo son muchos materiales sintéticos como los plásticos, las fibras ,los adhesivos, el vidrio y la porcelana.

Abonos nitrogenados incorporan nitrógeno al suelo, fundamentalmente a partir de sales del

Amonio

Abonos fosfatados aportan fósforo por medio del fosfato de calcio.

Abonos potásicos recuperan el potasio perdido mediante sales de potasio.

Destilación fraccionada

Este proceso, conocido como rectificación o destilación fraccionada, se utiliza mucho en la industria, no sólo para mezclas simples de dos componentes (como alcohol y agua en los productos de fermentación, u oxígeno y nitrógeno en el aire líquido), sino también para mezclas más complejas como las que se encuentran en el alquitrán de hulla y en el petróleo. La columna fraccionadora que se usa con más frecuencia es la llamada torre de burbujeo, en la que las placas están dispuestas horizontalmente, separadas unos centímetros, y los vapores ascendentes suben por unas cápsulas de burbujeo a cada placa, donde burbujean a través del líquido. Las placas están escalonadas de forma que el líquido fluye de izquierda a derecha en una placa, luego cae a la placa de abajo y allí fluye de derecha a izquierda. La interacción entre el líquido y el vapor puede ser incompleta debido a que se puede producir espuma y arrastre de forma que parte del líquido sea transportado por el vapor a la placa superior. En este caso, pueden ser necesarias cinco placas para hacer el trabajo de cuatro placas teóricas, que realizan cuatro destilaciones. Un equivalente barato de la torre de burbujeo es la llamada columna apilada, en la que el líquido fluye hacia abajo sobre una pila de anillos de barro o trocitos de tuberías de vidrio.

La única desventaja de la destilación fraccionada es que gran parte (más o menos la mitad) del destilado condensado debe volver a la parte superior de la torre y eventualmente debe hervirse otra vez, con lo cual hay que suministrar más calor. Por otra parte, el funcionamiento continuo permite grandes ahorros de calor, ya que el destilado que sale puede ser utilizado para precalentar el material que entra.

Cuando la mezcla está formada por varios componentes, éstos se extraen en distintos puntos a lo largo de la torre. Las torres de destilación industrial para petróleo tienen a menudo 100 placas, con al menos diez fracciones diferentes que son extraídas en los puntos adecuados. Se han utilizado torres de más de 500 placas para separar isótopos por destilación.

Industria petroquímica

Industria dedicada a obtener derivados químicos del gas natural y el petróleo.

industria que utiliza el petróleo o el gas natural como materias primas para la obtención de productos químicos.

3.

Contaminación atmosférica

Contaminación de la atmósfera por residuos o productos secundarios gaseosos, sólidos o líquidos, que pueden poner en peligro la salud de los seres humanos y producir daños en las plantas y los animales, atacar a distintos materiales, reducir la visibilidad o producir olores desagradables. Entre los contaminantes atmosféricos emitidos por fuentes naturales, sólo el radón, un gas radiactivo, es considerado un riesgo importante para la salud. Subproducto de la desintegración radiactiva de minerales de uranio contenidos en ciertos tipos de roca, el radón se filtra en los sótanos de las casas construidas sobre ella. Se da el caso, y según recientes estimaciones del gobierno de Estados Unidos, de que un 20% de los hogares del país contienen concentraciones de radón suficientemente elevadas como para representar un riesgo de cáncer de pulmón

Cada año, los países industriales generan miles de millones de toneladas de contaminantes. Los contaminantes atmosféricos más frecuentes y más ampliamente dispersos son el monóxido de carbono, el dióxido de azufre, los óxidos de nitrógeno, el ozono, el dióxido de carbono o las partículas en suspensión. El nivel suele expresarse en términos de concentración atmosférica (microgramos de contaminantes por metro cúbico de aire) o, en el caso de los gases, en partes por millón, es decir, el número de moléculas de contaminantes por millón de moléculas de aire. Muchos contaminantes proceden de fuentes fácilmente identificables; el dióxido de azufre, por ejemplo, procede de las centrales energéticas que queman carbón o petróleo. Otros se forman por la acción de la luz solar sobre materiales reactivos previamente emitidos a la atmósfera (los llamados precursores). Por ejemplo, el ozono, un peligroso contaminante que forma parte del smog, se produce por la interacción de hidrocarburos y óxidos de nitrógeno bajo la influencia de la luz solar. El ozono ha producido también graves daños en las cosechas. Por otra parte, el descubrimiento en la década de 1980 de que algunos contaminantes atmosféricos, como los clorofluorocarbonos (CFC), están produciendo una disminución de la capa de ozono protectora del planeta ha conducido a una supresión paulatina de estos productos.

4

Refinado de petróleo

La primera etapa en el refinado del petróleo crudo consiste en separarlo en partes, o fracciones, según la masa molecular. El crudo se calienta en una caldera y se hace pasar a la columna de fraccionamiento, en la que la temperatura disminuye con la altura. Las fracciones con mayor masa molecular (empleadas para producir por ejemplo aceites lubricantes y ceras) sólo pueden existir como vapor en la parte inferior de la columna, donde se extraen. Las fracciones más ligeras (que darán lugar por ejemplo a combustible para aviones y gasolina) suben más arriba y son extraídas allí. Todas las fracciones se someten a complejos tratamientos posteriores para convertirlas en los productos finales deseados.

6