▷ ¿Qué permanece en una reacción química?

Reacción química y la conservación de la materia.

Resumen.

En esta sesión se te explicará y verificarás la correcta expresión de ecuaciones químicas sencillas con base en la ley de conservación de la materia. Una ecuación química es la representación mediante fórmulas y símbolos de lo que ocurre durante una reacción química. Esta representación trata de ser lo más cercana posible a lo que ocurre en realidad de manera breve y concisa, en esta sesión revisarás las condiciones necesarias para que esto ocurra, es decir, revisarás cómo se representa correctamente una reacción química mediante una ecuación. También verás la forma en que se cumple la ley de la conservación de la materia establecida por Antoine Lavoisier, que dio paso a la primera revolución de la química. La segunda revolución de la química, es decir, los trabajos que dieron como resultado la elaboración de la tabla periódica, también serán importantes en la sesión, pues utilizarás los símbolos y las masas atómicas de los diferentes elementos. Finalmente, comprobarás mediante cálculos sencillos que el número de átomos de cada elemento, y por lo tanto su masa, se conserva después de una reacción química.

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Frase de esta clase

“Es cierto que muchas veces los grandes descubrimientos se han realizado sin buscarlos directamente, pero el espíritu no preparado es incapaz de detectar esa sorpresa de la naturaleza”.

Dato curioso

Cada una de las acciones que realizas, voluntarias o involuntarias, están marcadas por reacciones químicas. 

La digestión de los alimentos, la transformación de los nutrimentos en el hígado, la obtención de energía en las células, la elaboración de las proteínas que forman tu cuerpo, la acción de las hormonas, incluso tus pensamientos, se llevan a cabo mediante reacciones químicas. El estomago puede disolver los metales aquí de lo cuento. 

Procesos químicos en la vida real

La mayoría de los procesos que ocurren en tu vida cotidiana, tal como la oxidación del hierro en condiciones de intemperie, la luminosidad que desprende una cinta de magnesio al quemarse, la combustión del gas con el que cocinas tus alimentos, la fabricación del jabón, la producción de alimentos como el pan, el yogurt, la mantequilla, los vinos, entre otros, no son más que reacciones químicas, esto es, transformaciones de una sustancia en otra, con propiedades completamente diferentes. 

Al observar estos y otros procesos, los químicos se preguntaban en qué consisten, cuáles son sus causas y consecuencias y cómo podrían modificar esas reacciones para adaptarlas a las necesidades y obtener ventajas para la vida.

Gracias a las respuestas de estas y otras preguntas, formuladas a través del tiempo y por diferentes personajes, es que hoy en día puedes disfrutar de las ventajas que te da el uso controlado de las reacciones químicas para obtener una gran cantidad de productos, como alimentos, metales para utensilios, herramientas y estructuras, medicamentos para tratar múltiples enfermedades y padecimientos, materiales para elaborar vestimentas, y también en la generación de energía para la producción, movilidad y para la diversión.

Es decir, las reacciones químicas forman parte tanto de tus actividades más cotidianas hasta de complejos procesos industriales, de investigación y biológicos. Por ello es importante aprender a representar adecuadamente estas reacciones químicas.

Principio de la conservación de la masa

Reactivos y productos

Las ecuaciones químicas

Las ecuaciones químicas son modelos que te ayudan a representar y a comprender cómo se llevan a cabo las reacciones químicas por medio de símbolos.

En una ecuación química es posible que identifiques cuáles son los reactivos, cuáles son los productos, su estado de agregación, si se requiere aplicar energía para que se lleve a cabo la reacción o, por el contrario, si libera energía y si son directas o reversibles, entre otras cosas.

Además, la masa debe permanecer constante, siempre y cuando se trate de un sistema cerrado cuando se obtiene un gas. Aunque en la naturaleza predominan los sistemas abiertos, la suma de la masa de los productos debe ser la misma que la masa de los reactivos iniciales.

También debes considerar que la energía que se libera al romperse los enlaces de los reactivos no es la misma que se necesita para formar los nuevos enlaces en los productos, por lo tanto, existen reacciones endotérmicas y exotérmicas, es decir, que necesitan energía para producirse o que al contrario la liberan. 

Todos estos cálculos resultan muy importantes, ya que forman parte de la producción de compuestos químicos a nivel industrial.

Las Reacciones químicas en el cerebro

Se estima que cada segundo se producen 100 000 reacciones químicas en el cerebro humano.

Aunque no está establecido el número exacto en ningún estudio, teniendo en cuenta el número de neuronas, cuyos estímulos se expresan a través de mediadores químicos o neurotransmisores, es lógico pensar que se produzca una reacción química en cada transmisión de información.

Ejemplo de cómo se conserva la masa en las reacciones químicas mediante una sencilla representación de la formación de amoniaco.

ejemplo de cómo se separa el agua en sus elementos componentes, pero siempre conservando el número de átomos participantes.

Ejemplo de la conservación de la masa en las reacciones químicas con la combustión del metano, un gas que se produce por la descomposición de materia orgánica.

 

Practica.

Obtención de acetato de calcio a partir de cáscara de huevo y vinagre.

Materiales

✅ Tabla periódica, 1 
✅ (5 gr) cáscara de huevo molida (carbonato de calcio)
✅ 50 ml de vinagre (ácido acético)
✅ 1 globo, 

✅ 1 hoja de papel para hacer embudo
✅ Botella de PET con una capacidad de 100 ml
✅ Balanza

Propósito:

Comprobarás la ley de la conservación de la materia a partir de la obtención de acetato de calcio.

Introducción:

La cáscara de huevo, que está formada por carbonato de calcio, al reaccionar con el ácido acético produce acetato de calcio, dióxido de carbono y agua.

La reacción es la siguiente:

Consideras que un reactivo es una sustancia añadida a un sistema para provocar una reacción química o para comprobar si se produce una reacción

Desarrollo:

1. Utiliza la balanza para registrar la masa inicial de cada uno de los materiales que vas a utilizar para llevar a cabo la reacción química. Apóyate en la tabla 1:

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2. Registra el estado de agregación inicial de cada uno de los reactivos:

✅ Carbonato de calcio o cascara de huevo en estado sólido

✅ Ácido acético o vinagre en estado acuoso

3. Con la hoja de papel, haz un cono y utilízalo para colocarlo dentro del globo el carbonato de calcio.

 

4. Vierte los 50 mL de ácido acético en la botella de PET.

 

5. Coloca el globo sobre la boquilla de la botella sin dejar caer el carbonato de calcio.

 

6. Coloca el sistema cerrado que has armado sobre la balanza y registra la masa.

✅ Tipo de sistema: Cerrado

✅ Masa inicial: 67.1 g

La masa inicial es la suma de las masas del sistema y los reactivos (La botella, la cascara, el vinagre y el globo).

7. Deja caer sobre el ácido acético el carbonato de calcio y registra tus observaciones

Las paredes del huevo comienza a burbujear, el globo comienza a inflarse.

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¿Qué ocurrió con la masa de las sustancias?, ¿disminuyó, aumentó o permaneció igual?

La masa de las sustancias disminuyeron a través del tiempo de reacción, eso es por que se consumieron formando nuevas sustancias. Como lo indica la ley de conservación de la materia, la masa se conserva sin embargo la estructura cambia, existe una transformación. 

8. Señala con una palomita en el siguiente grupo de palabras:

 

 ¿Qué cambios químicos observaste durante la reacción?

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Podemos decir que el color cambia en la cascara de huevo, el sabor y olor del vinagre cambia, el estado de agregación sólido cambia, el sistema tiene otra temperatura, es una reacción endotérmica, se forman precipitados que poco a poco se convierte en sustancia acuosa, y el globo se infla por el desprendimiento de gas. 

9. Registra el estado de agregación de los productos obtenidos en la reacción: 

✅ Acetato de calcio en estado acuoso

✅ Agua en estado líquido

✅ Dióxido de carbón en estado gaseoso

10. Analiza la estructura de los reactivos y productos de la reacción en el siguiente modelo:

Expresa lo sucedido durante la reacción con dibujos.

Cómo pudiste observar durante la actividad experimental, las manifestaciones de los cambios químicos que ocurrieron durante la reacción corresponden a un reacomodo estructural de los átomos que se muestran en el modelo.

Pero, ¿acaso cumple esta ecuación química con la ley de la conservación de la materia?

¡Compruébalo!

11. Cuenta el número de átomos de los elementos químicos al inicio y al final de la reacción y registra los resultados en la tabla 5.

Comenzaremos el conteo en el siguiente orden: primero los elementos metálicos, después los carbonos, enseguida los oxígenos y finalmente los hidrógenos.

Observa que existe una diferencia de átomos de:

Para que la ley de la conservación de la materia se cumpla, llevarás a cabo un balance de la ecuación.

Es decir, colocarás coeficientes estequiométricos para establecer relaciones fijas de combinación entre las sustancias.

Como son los 2 átomos de carbono, 2 átomos de oxígeno y 4 átomos de hidrógeno los que faltan del lado de los reactivos, colocarás el coeficiente 2 en la fórmula del ácido acético:

Reacción balanceada

1-Ca-1

5-C-5

7-O-7

8-H-8

Ejercicio.

Ahora vas a realizar una actividad parecida, pero utilizando las masas atómicas de los diferentes elementos, para comprobar nuevamente que deben conservarse y así cumplir con el principio básico de conservación de la materia. Primero lo realizaras con una reacción sencilla representada en la siguiente ecuación, la formación de agua.

Observa con cuidado todos los elementos y símbolos de la ecuación, pues todos ellos te dan información importante.

Comienza con el hidrógeno molecular, observa que tiene como subíndice un dos que indica el número de átomos. 

✅ 2H₂

Como lo viste en sesiones anteriores, los elementos gaseosos forman este tipo de moléculas para tener una mayor estabilidad compartiendo electrones. 

Además, aparece una ge minúscula (g) entre paréntesis que te indica el estado de agregación de este elemento.  

✅ 2H_2(g)

Lo mismo ocurre con el oxígeno, tiene subíndice dos y la letra entre paréntesis que nos indica su estado de agregación y entre ellos está el signo de + que te indica que ocurre una reacción entre ellos, separando a los reactivos y productos aparecen las flechas que te indican que esta reacción puede ser reversible. Del lado derecho aparece el producto de la reacción, el agua, con la letra que indica su estado de agregación.

✅ 2H_2(g) +

Del lado izquierdo en la parte inferior de cada elemento aparece su masa atómica, observa que el valor está “redondeado” para facilitar aún más los cálculos. Recuerda que los coeficientes, que son los números que se encuentran a la derecha también afectan el número total de átomos.

✅ 2H_2(g) + O_2(g) 

Entonces, tienes 2 moléculas de hidrógeno con 2 átomos cada una, un total de 4 átomos de hidrógeno, la masa atómica de cada uno es de 1 u, en total 4 u.

Luego tienes una molécula de oxígeno con dos átomos, cada uno con una masa atómica de 16 u, es igual a 32 u en total.

Sumando las masas de ambos elementos resulta un total de 36 u. Ahora, del lado derecho tienes dos moléculas de agua, cada una con 2 átomos de hidrógeno es decir 2 u, y un átomo de oxígeno 16 u, para un total de 18 u, pero son 2 moléculas 18x2= 36 u.

✅ 2H_2(g) + O_2(g)  → 2H₂O_(l)

Observa que la masa en reactivos y en productos es la misma, se conserva.

Observa con cuidado la siguiente ecuación química y realiza el mismo procedimiento para comprobar la conservación de la masa.

NaOH_(s) + HCl_(l) → NaCl_(ac) + H₂O_(l)

Los cambios químicos provocan un re-arreglo de los átomos que constituyen la materia, esto cambia las propiedades de la sustancia formada con respecto a la sustancia original.

La correcta expresión de una ecuación química implica que para todo cambio se cumpla con la ley de la conservación de la materia.

Muchos de los sabores “naturales” de los alimentos que consumes, también se pueden producir con ingredientes “artificiales”, el sabor que producen estos compuestos es idéntico, aunque las fuentes originales son diferentes.

Por ejemplo, el diacetil, que es un subproducto de la fermentación que produce un sabor a mantequilla, se utiliza en las palomitas de maíz para microondas.

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