Chemistry · Libro 1 · Grades 1–12

Química escolar — Años 1 a 12

Química escolar — Años 1 a 12 · Grades 1–12

12Las reacciones químicas: reactivos y productos

El carbón vegetal brilla en una barbacoa. Una hora después, casi no queda nada de los trozos negros: un poco de ceniza gris, y el calor que ha cocinado la comida. ¿Adónde ha ido el carbono negro? No se ha esfumado: se ha encontrado con el oxígeno del aire y se ha convertido en un gas nuevo e invisible. Ahora que conocemos los átomos y las moléculas, podemos decir con exactitud qué ocurre en un cambio así.

Lo que ya sabes

En un cambio químico aparecen sustancias nuevas y no hay un camino de vuelta sencillo (Capítulo 6). El agua de cal se enturbia con el dióxido de carbono, y el sulfato de cobre anhidro se vuelve azul con el agua (Capítulo 10). Toda la materia está hecha de átomos, que se agrupan en moléculas; una fórmula como COX2\ce{CO2} enumera los átomos de una molécula (Capítulo 11).

Carbón incandescente: el carbono reacciona con el oxígeno del aire.
Carbón incandescente: el carbono reacciona con el oxígeno del aire.

12.1 Transformaciones físicas y químicas

Definición 12.1 (Transformación física)

Una transformación física cambia el estado o la disposición de la materia sin cambiar las especies químicas: la fusión, la solidificación, la ebullición, la disolución, la mezcla. Antes y después están presentes las mismas especies; solo ha cambiado su forma o su disposición.

Ejemplo 12.2 (El agua, de tres maneras)

El hielo que se funde y se convierte en agua, el agua que hierve y se convierte en vapor de agua y la sal que se disuelve en agua son transformaciones físicas: antes y después hay moléculas de agua (y sal). Si hacemos zoom, las moléculas son las mismas; solo ha cambiado cómo están dispuestas y cómo se mueven.

Proposición 12.3 (Transformación química)

En un cambio químico, llamado también transformación química, desaparecen algunas especies químicas y aparecen otras nuevas. Se distingue de una transformación física por sus productos: especies nuevas, que se pueden detectar con ensayos característicos.

Dos clases de transformaciones.
Dos clases de transformaciones.

12.2 Reactivos y productos

Definición 12.4 (Reacción química)

Una reacción química es el modelo que usan los químicos para describir una transformación química: enumera las especies que se consumen y las especies que se forman.

Definición 12.5 (Reactivos y productos)

Las especies que se consumen en una reacción química son los reactivos; las especies que se forman son los productos.

Ejemplo 12.6 (El carbono arde en oxígeno)

Cuando arde el carbón vegetal, los reactivos son el carbono (el carbón) y el oxígeno (del aire). El producto es el dióxido de carbono: agitado con agua de cal, el gas que queda en el frasco la enturbia.

En el laboratorio — Carbón en un frasco de oxígeno

El profesor calienta un trocito de carbón vegetal en una cucharilla de combustión hasta que se pone incandescente, y lo introduce en un frasco de oxígeno. El carbón brilla mucho más que en el aire y se va reduciendo hasta desaparecer. Se tapa el frasco, se vierte un poco de agua de cal y se agita: se enturbia. Se han consumido carbono y oxígeno; se ha formado dióxido de carbono.

Un trozo de carbón incandescente introducido con una cucharilla en un frasco de oxígeno arde con viveza: el carbono y el oxígeno reaccionan y forman dióxido de carbono.
Un trozo de carbón incandescente introducido con una cucharilla en un frasco de oxígeno arde con viveza: el carbono y el oxígeno reaccionan y forman dióxido de carbono.

Ejemplo 12.7 (La lana de acero)

Un estropajo de lana de acero fina, que es sobre todo hierro, puede arder en el aire lanzando lluvias de chispas. Los reactivos son el hierro y el oxígeno; el producto es un sólido oscuro y quebradizo, un óxido de hierro.

Lana de acero ardiendo en el laboratorio: el hierro y el oxígeno reaccionan.
Lana de acero ardiendo en el laboratorio: el hierro y el oxígeno reaccionan.

12.3 La ecuación con palabras

Definición 12.8 (Ecuación con palabras)

Una ecuación con palabras escribe una reacción química con palabras: los nombres de los reactivos a la izquierda, unidos por ++, una flecha, y los nombres de los productos a la derecha. La flecha se lee “reaccionan y dan”.

Ejemplo 12.9 (Tres ecuaciones con palabras)

carbono ++ oxígeno ⟶\longrightarrow dióxido de carbono
metano ++ oxígeno ⟶\longrightarrow dióxido de carbono ++ agua
hierro ++ oxígeno ⟶\longrightarrow óxido de hierro

Método 12.10 (Escribir una ecuación con palabras)

  1. Buscar los reactivos: las especies que desaparecen.
  2. Buscar los productos: las especies nuevas, identificadas mediante ensayos.
  3. Escribir los reactivos a la izquierda y los productos a la derecha, con una flecha entre ellos; nunca un signo igual.

Una especie que está presente pero no participa (el nitrógeno del aire que rodea una llama) no se escribe.

12.4 Una reacción es una reorganización de átomos

Proposición 12.11 (Los átomos se reorganizan)

En una reacción química, las moléculas de los reactivos se rompen y sus átomos se unen de otra manera para construir las moléculas de los productos. Los átomos mismos ni se crean ni se destruyen: antes y después están los mismos átomos, en el mismo número.

Ejemplo 12.12 (El metano arde, molécula a molécula)

Cuando arde el metano de una cocina de gas, una molécula de metano CHX4\ce{CH4} se encuentra con dos moléculas de oxígeno OX2\ce{O2}. Sus átomos se reorganizan en una molécula de dióxido de carbono COX2\ce{CO2} y dos moléculas de agua HX2O\ce{H2O}. Antes: 1 átomo de carbono, 4 de hidrógeno y 4 de oxígeno. Después: 1 de carbono, 4 de hidrógeno y 2+2=42 + 2 = 4 de oxígeno. No se pierde nada, y nada aparece de la nada.

La combustión del metano, dibujada con modelos moleculares: los átomos de los reactivos se reorganizan en los productos. Antes y después se cuentan los mismos átomos.
La combustión del metano, dibujada con modelos moleculares: los átomos de los reactivos se reorganizan en los productos. Antes y después se cuentan los mismos átomos.

Observación 12.13 (Contar las moléculas)

La ecuación con palabras no dice cuántas moléculas reaccionan: para eso se escribe la ecuación con fórmulas y con números delante de ellas. Escribir esas ecuaciones, y encontrar los números correctos, es el tema de un capítulo posterior.

12.5 Ejercicios

Ejercicio 12.1 ★

¿Transformación física o química? El hielo que se funde, una cerilla que arde, el azúcar que se disuelve, el pan que se tuesta, un clavo que se oxida.

Solución

Solución de Ejercicio 12.1.

Físicas: el hielo que se funde, el azúcar que se disuelve. Químicas: una cerilla que arde, el pan que se tuesta, un clavo que se oxida.

Ejercicio 12.3 ★

Escribe la ecuación con palabras de la combustión del carbono en oxígeno.

Solución

Solución de Ejercicio 12.3.

carbono ++ oxígeno ⟶\longrightarrow dióxido de carbono.

Ejercicio 12.5 ★★

Cuando arde el metano, un vaso frío sostenido encima de la llama se empaña, y el gas recogido enturbia el agua de cal. ¿Qué productos muestran estos dos ensayos?

Solución

Solución de Ejercicio 12.5.

El vaho muestra agua; el agua de cal turbia muestra dióxido de carbono.

Ejercicio 12.6 ★★

El cinc reacciona con el ácido clorhídrico: el cinc desaparece, se desprenden burbujas de hidrógeno y el cloruro de cinc queda en la disolución. Escribe la ecuación con palabras.

Solución

Solución de Ejercicio 12.6.

cinc ++ ácido clorhídrico ⟶\longrightarrow cloruro de cinc ++ hidrógeno.

Ejercicio 12.7 ★★

Mira la figura de los modelos de la combustión del metano. Cuenta los átomos de hidrógeno antes y después de la reacción.

Solución

Solución de Ejercicio 12.7.

Antes: 4 (en la molécula de metano). Después: 2+2=42 + 2 = 4 (dos en cada molécula de agua).

Ejercicio 12.8 ★★

¿Por qué disolver sal en agua no es una reacción química, aunque la sal desaparezca de la vista?

Solución

Solución de Ejercicio 12.8.

No aparece ninguna especie nueva: la sal sigue ahí, repartida por el agua, y se recupera evaporando el agua. Es una transformación física.

Ejercicio 12.9 ★★

Un tronco de madera arde hasta quedar reducido a un montoncito de ceniza. Explica, usando la palabra “productos”, por qué la ceniza es mucho más ligera que el tronco.

Solución

Solución de Ejercicio 12.9.

La mayor parte de la madera ha reaccionado con el oxígeno y ha dado productos que son gases, dióxido de carbono y vapor de agua, que se van al aire. Solo queda la ceniza.

Ejercicio 12.10 ★★

El hidrógeno arde en oxígeno y solo da agua. Escribe la ecuación con palabras y di qué ensayo identificaría el producto.

Solución

Solución de Ejercicio 12.10.

hidrógeno ++ oxígeno ⟶\longrightarrow agua. El producto vuelve azul el sulfato de cobre anhidro.

Ejercicio 12.11 ★★★

Dos moléculas de hidrógeno HX2\ce{H2} reaccionan con una molécula de oxígeno OX2\ce{O2} y dan dos moléculas de agua HX2O\ce{H2O}. Cuenta los átomos de cada clase antes y después, y muestra que no se ha creado ni destruido ninguno.

Solución

Solución de Ejercicio 12.11.

Antes: 2×2=42 \times 2 = 4 átomos de hidrógeno y 2 átomos de oxígeno. Después: dos moléculas de agua contienen 2×2=42 \times 2 = 4 átomos de hidrógeno y 2×1=22 \times 1 = 2 átomos de oxígeno. Los mismos átomos, en el mismo número.

Ejercicio 12.12 ★★★

Un alumno dibuja la combustión del carbono así: un átomo de carbono ++ una molécula de oxígeno ⟶\longrightarrow una molécula de dióxido de carbono y un átomo de oxígeno que sobra. ¿Qué está mal en este dibujo? Describe con palabras el dibujo correcto.

Solución

Solución de Ejercicio 12.12.

Un átomo de oxígeno no puede salir de la nada: el dibujo tiene 2 átomos de oxígeno antes y 3 después. Correcto: un átomo de carbono ++ una molécula de oxígeno ⟶\longrightarrow una molécula de dióxido de carbono, sin que sobre nada.

12.6 Problema: Dentro de la llama de una cocina de gas

Problema 12.1

Problema de fin de semana — qué arde en la llama de una cocina de gas, qué produce y cuántas moléculas intervienen

El gas de una cocina es sobre todo metano, CHX4\ce{CH4}. En su llama azul, el metano reacciona con el oxígeno del aire. En un laboratorio, el profesor sostiene durante unos segundos un vaso de precipitados frío y seco, boca abajo, encima de una llama así; luego le da la vuelta, vierte un poco de agua de cal y lo agita.

Parte I — Reactivos y productos.

  1. Nombra los dos reactivos de esta reacción.
  2. Dentro del vaso frío aparecen gotitas; una de ellas vuelve azul el sulfato de cobre anhidro. ¿Qué producto muestra esto?
  3. El agua de cal se enturbia. ¿Qué otro producto muestra esto?
  4. El aire contiene también nitrógeno, que atraviesa la llama sin cambiar. ¿Es el nitrógeno un reactivo? ¿Debe aparecer en la ecuación con palabras?

Parte II — La ecuación con palabras.

  1. Escribe la ecuación con palabras de la reacción.
  2. ¿La combustión del metano es una transformación física o química? Da dos razones.
  3. Escribe las fórmulas de las cuatro especies de la reacción.

Parte III — Contar moléculas. Cada molécula de metano que arde reacciona con dos moléculas de oxígeno y da una molécula de dióxido de carbono y dos moléculas de agua.

  1. Cuenta los átomos de carbono, de hidrógeno y de oxígeno que hay en una molécula de metano y dos moléculas de oxígeno, juntas.
  2. Cuéntalos en una molécula de dióxido de carbono y dos moléculas de agua, juntas. ¿Qué observas?
  3. La llama quema 10 moléculas de metano. ¿Cuántas moléculas de oxígeno consume?
  4. ¿Cuántas moléculas de dióxido de carbono produce?
  5. ¿Cuántas moléculas de agua produce?
Solución

Solución de Problema 12.1.

1. El metano y el oxígeno.

2. Agua.

3. Dióxido de carbono.

4. No: no se consume, y no se escribe en la ecuación con palabras.

5. metano ++ oxígeno ⟶\longrightarrow dióxido de carbono ++ agua.

6. Química: desaparecen dos especies (el metano y el oxígeno) y aparecen dos especies nuevas, detectadas mediante ensayos; además, se desprenden calor y luz.

7. CHX4\ce{CH4}, OX2\ce{O2}, COX2\ce{CO2}, HX2O\ce{H2O}.

8. 1 de carbono, 4 de hidrógeno, 2×2=42 \times 2 = 4 de oxígeno.

9. 1 de carbono; 2×2=42 \times 2 = 4 de hidrógeno; 2+2×1=42 + 2 \times 1 = 4 de oxígeno. Los mismos átomos en el mismo número: solo se han reorganizado.

10. 10×2=2010 \times 2 = 20 moléculas de oxígeno.

11. 10 moléculas de dióxido de carbono.

12. 10×2=2010 \times 2 = 20 moléculas de agua.

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