6 cambios químicos

CAMBIOS QUÍMICOS1. LA CIENCIA QUÍMICA.

LA NATURALEZA DE LOS CAMBIOS. EL NACIMIENTO DE LA CIENCIA QUÍMICA. NATURALEZA DE LAS INTERACCIONES QUÍMICAS.

2. CAMBIOS Y REACCIONES QUÍMICOS. CÓMO SE PRODUCE UN CAMBIO QUÍMICO. REACTIVOS Y PRODUCTOS. FÓRMULAS DE LOS COMPUESTOS. ECUACIONES QUÍMICAS.

3. LAS LEYES DE LA QUÍMICA. LEY DE CONSERVACIÓN DE LA MASA. LEY DE LAS PROPORCIONES DEFINIDAS.

4. LAS MEDIDAS EN QUÍMICA. MEDIDA DE MASAS. CONTÁNDO ÁTOMOS Y MOLÉCULAS. LA UNIDAD QUÍMICA: EL MOL OTRA UNIDAD QUÍMICA: LA MASA MOLAR.

5. ALGUNOS TIPOS DE REACCIONES QUÍMICAS. REACCIONES DE SÍNTESIS. REACCIONES DE DESCOMPOSICIÓN. REACCIONES EXOTÉRMICAS Y ENDOTÉRMICAS. RELACIONES ESTEQUIOMÉTRICAS.

1.1. LA CIENCIA QUÍMICALA CIENCIA QUÍMICA

Si doblamos, cortamos o arrugamos un papel, cambia de aspecto pero sigue siendo papel. Decimos que es un CAMBIO FÍSICOCAMBIO FÍSICO. Pero si lo quemamos, al final no queda papel: hay humo y cenizas. Es un CAMBIO QUÍMICOCAMBIO QUÍMICO.

LA NATURALEZA DE LOS CAMBIOS

En los CAMBIOS FÍSICOS, las sustancias mantienen su naturaleza y sus propiedades esenciales, es decir, siguen siendo las mismas sustancias.

•En los CAMBIOS QUÍMICOS, las sustancias iniciales se transforman en otras distintas, que tienen propiedades diferentes.

NITRÓGENO LÍQUIDO (sustancias que normalmente se encuentra en estado gaseoso. Para volverse líquido hay que

bajar la temperatura a -196º C) , este hierve vivamente al adquirir la temperatura

ambiente.

La OXIDACIÓN, en su sentido original, se refiere a la combinación de oxígeno con otra sustancia para

producir un compuesto llamado óxido. El hierro, en presencia de agua, reacciona con el oxígeno de la atmósfera formando un óxido de hierro hidratado,

conocido comúnmente como orín.

LA NATURALEZA DE LOS CAMBIOS

EL NACIMIENTO DE LA CIENCIA QUÍMICA

John Dalton(1766-1844) La materia está formada por átomos

EL NACIMIENTO DE LA CIENCIA QUÍMICA

Antoine Laurent Lavoisier(1743-1794)

NATURALEZA DE LAS INTERACCIONES QUÍMICAS

LAS FUERZAS ELECTROMAGNÉTICAS SON LAS CAUSA DE LOS ENLACES QUÍMICOS

LOS ÁTOMOS SE ATRAEN O REPELEN DEBIDO A LAS CARGAS ELÉCTRICAS QUE HAY EN SU INTERIOR

2.2. CAMBIOS Y REACCIONES CAMBIOS Y REACCIONES QUÍMICASQUÍMICAS

CÓMO SE PRODUCE UN CAMBIO QUÍMICO: REACTIVOS Y PRODUCTOS

Fíjate en estos espeleólogos en el interior de una cueva. ¿Cómo consiguen iluminar el camino?

La mejor solución es aprovechar un curioso cambio químico conocido desde tiempos lejanos.

experimento que se produce en el casco de los espeleólogos

Las lámparas de los espeleólogos funcionan mediante una cambio químico que se produce

entre el carburo de calcio (CaC2) y el agua (H2O):Se vierte el agua sobre el carburo y se desprende un gas

llamado acetileno (C2H2). Si acercamos una llama o una chispa, el acetileno arderá

produciendo una llama brillante.

En todo este proceso ocurren varias reacciones químicas:

1) La producción de acetileno a partir de agua y carburo de calcio.

2) La combustión del acetileno para desprender luz.

Una reacción química es un proceso en el que unas sustancias llamadas reactivos se

transforman en otras distintas llamadas productos.

UNA REACCIÓN QUÍMICA ES EL PROCESO EN EL QUE, MEDIANTE UNA REORGANIZACIÓN DE ENLACES Y ÁTOMOS, UNA O MÁS SUSTANCIAS INICIALES SE

TRANSFORMAN EN OTRAS DISTINTAS.

CÓMO SE PRODUCE UN CAMBIO QUÍMICO: REACTIVOS Y PRODUCTOS

FORMULAS DE LOS COMPUESTOS

CO2

1 ÁTOMO DECARBONO

2 ÁTOMOS DEOXÍGENO

1 MOLÉCULA DE DIÓXIDO DE CARBONO

ECUACIONES QUÍMICAS

Las reacciones químicas se representan con ecuaciones que contienen las fórmulas de los reactivos en el PRIMER MIEMBRO, y las fórmulas de los productos en el SEGUNDO, separados por una flecha que indica el

sentido en el que se produce la reacción.

Esta es la reacción de oxidación del pentano:

C5H12 + O2 → CO2 + H2O

En el primer miembro de esta ecuación tenemos 5 átomos de carbono, mientras que en el segundo solo 1. Asimismo, tenemos 12 átomos de

hidrógeno a la izquierda, y solo 2 a la derecha. Decimos que esta ecuación química no está ajustada.

C5H12 + 8 O2 → 5 CO2 + 6 H2OCOEFICIENTECOEFICIENTE

3.3. LAS LEYES DE LA QUÍMICALAS LEYES DE LA QUÍMICA

LEY DE CONSERVACIÓN DE LAS MASAS

La combustión, uno de los grandes problemas de la química del siglo XVIII, despertó el interés de LAVOISIER porque éste trabajaba en un ensayo sobre la mejora de las técnicas del alumbrado público de París. Comprobó que al calentar metales como el estaño y el plomo en recipientes cerrados con una cantidad limitada de aire, estos se recubrían con una capa de calcinado hasta un momento determinado en que ésta no avanzaba más. Si se pesaba el conjunto (metal, calcinado, aire, etc.) después del calentamiento, el resultado era igual al peso antes de comenzar el proceso. Si el metal había ganado peso al calcinarse, era evidente que algo del recipiente debía haber perdido la misma cantidad de masa. Ese algo era el aire. Por tanto, LAVOISIER demostró que la calcinación de un metal no era el resultado de la pérdida del misterioso flogisto, sino la ganancia de algo muy material: una parte de aire.

En toda reacción química la masa se conserva, esto es, la masa total de los reactivos es igual a la masa total de los productos

En un cambio químico, el número y la clase de átomos que intervienen se conserva; solo cambia las moléculas (la forma en que los átomos están unidos)

AJUSTE DE ECUACIONES QUÍMICAS

C5H12 + O2 → CO2 + H2O

TIPO DE ÁTOMOS

NÚMERO DE ATÓMOS

(REACTIVOS)

NÚMERO DE ÁTOMOS

(PRODUCTOS)

C 5 1

H 12 2

O 2 3

ECUACIÓN NO AJUSTADA

AJUSTE DE ECUACIONES QUÍMICAS

a C5H12 + b O2 → c CO2 + d H2O

TIPO DE ÁTOMOS

NÚMERO DE ATÓMOS

(REACTIVOS)

NÚMERO DE ÁTOMOS

(PRODUCTOS)

C 5 a = 1 c

H 12 a = 2 d

O 2 b = 2c + 1d

a = 1

5 (1) = c ; 5 = c ; c = 5

12 (1) = 2 d ; 12 = 2 d ; 12/2 = d ; d =6 ; d = 6

2 b = 2 (5) + 1 (6) ; 2 b = 10 + 6 ; 2b = 16 ; b = 8

C5H12 + 8 O2 → 5 CO2 + 6 H2O

LEY DE LAS PROPORCIONES DEFINIDAS

Joseph Louis Proust

•Cuando dos o más elementos químicos se combinan para formar un determinado compuesto, lo hacen según una relación constante entre sus masas.

•Cuando un determinado compuesto se separa en sus elementos, las masas de éstos se encuentran en una relación constante que es independiente de cómo se haya preparado el compuesto, de si se ha obtenido en el laboratorio o de su procedencia.

El azufre y el hierro se combinan para formar sulfuro de hierro (II) en la siguiente proporción: 4 gramos de azufre por cada 7 gramos de hierro

Azufre + Hierro Sulfuro de hierro

Azufre Hierro Sulfuro de hierro

Inicio 4 g 7 g 0g

Final 0g 0g 11 g



Inicio 4g 10g 0g

Final 0g 3g 11g



Inicio 12g 30g 0g

Final 0g 9g 33g



Inicio 11g 33g 0g

Final 3g 19g 22g

Se sabe que 8 g de azufre reacciona con 12 g de oxígeno para dar 20 g de trióxido de azufre: a) ¿Cuántos gramos de oxígeno reaccionarán con 1 g de azufre y qué cantidad de trióxido de

azufre se obtendrá; b) si se descomponen 100 g de trióxido de azufre ¿cuántos gramos de azufre se obtendrán?

Azufre + Oxigeno Trióxido de azufre

azufre oxígeno Trióxido de azufre

Inicio 8g 12g 0g

Final 0g 0g 20g

a) 1g ¿m? ¿m?

b) ¿m? ¿m? 100g

2

1 12

8

g gm O

g1,5g 3

1 20

8

g gm SO

g

2,5g

100 8

20

g gm S

g

40g

8g azufre 1g azufre------------ = ------------------

12g oxígeno xg oxígeno

8g azufre 1g azufre --------------- = ------------------------------- 20g trióxido xg trióxido de azufre

8g azufre xg azufre --------------- = ------------------------------- 20g trióxido 100g trióxido de azufre

4.4. LAS MEDIDAS EN LAS MEDIDAS EN QUÍMICAQUÍMICA

MEDIDA DE MASAS

Lavoisier inició la etapa científica de la química, porque comenzó a utilizar la balanza para medir la masa de todas las sustancias que intervenían en una reacción.

CONTANDO ÁTOMOS Y MOLÉCULAS

ÁTOMO NÚMERO MASA ATÓMICA Nº ÁTOMOS X MASA ATÓMICA

H 2 1u 2

O 1 16u 16

MASA MOLECULAR 18u

ÁTOMO NÚMERO MASA ATÓMICA Nº ÁTOMOS X MASA ATÓMICA

H 2 2u 4

O 1 18u 18

MASA MOLECULAR 22u

ES EL NÚMERO Y LA CLASE DE PARTÍCULAS LO QUE DEFINE LAS PROPIEDADES QUÍMICAS DE LAS SUSTANCIAS Y SU REACTIVIDAD

H2 O1 MOLÉCULA DE AGUA

ISÓTOPOS DE HIDRÓGENOMasa atómica = 1u.Masa atómica = 2u.

ISÓTOPOS DE OXÍGENOMasa atómica = 16u.Masa atómica = 17u.Masa atómica = 18u.

EL MOL

MOL ES LA CANTIDAD DE SUSTANCIA DE UN SISTEMA QUE CONTIENE 6,022 x 10 23 partículas

1 mol = 6,022 x 10 23 partículas

NÚMERO DE AVOGADRO (NA)

ELEMENTO

QUÍMICO

MASA

ATÓMICA

MASA

(g)

NÚMERO DE ÁTOMOS

Argón (Ar) 40u 40g 6,022 x 10 23

Hidrógeno (H) 1u 1g 6,022 x 10 23

COMPUESTO

QUÍMICO

MASA

molécular

MASA

(g)

NÚMERO DE

ÁTOMOS

Agua (H2O) 18u 18g 6,022 x 10 23

Metano (CH4) 16u 16g 6,022 x 10 23

Lorenzo Romano Amedeo

Carlo Avogadro

NA = 6,022 x 10 23

seiscientos mil trillones = 600.0003000.0002000.0001000.000

MASA MOLAR

1 MOL NÚMERO DE PARTÍCULAS MASA (g) VOLUMEN (L)Compuesto gaseoso en condiciones normales de temperatura y presión

metano (CH4) 6,022 x 10 23 16 22,4

1 MOL NÚMERO DE PARTÍCULAS MASA (g) VOLUMEN (L)Compuesto gaseoso en condiciones normales de temperatura y presión

agua (H2O) 6,022 x 10 23 18

MASA MOLAR ES LA MASA DE UN MOL DE SUSTANCIA

Masa molar del agua M = 18g/molMasa molar del metano M = 16g/mol

RELACIÓN ENTRE CANTIDAD DE SUSTANCIA Y MASA MOLAR

Se calcula la masa molecular del agua

18u

Se calcula la masa molar 18g/mol

Se calcula la cantidad de sustancia (n) n= 36g/18g/mol ; n= 2mol

Se calcula el número de moléculas de agua

1mol H2O / 6,023 x1023 moléculas H2O = 2mol H2O / x moléculas H2O

x = 1,20 x1024 moléculas H2O

Se calcula

el número de átomos de hidrógeno y el número de átomos de oxígeno

1molécula H2O / 2 átomos H= 1,20 x1024 moléculas H2O / x átomos H2

x = 2,4 x1024 átomos H

1molécula H2O / 1 átomos O = 1,20 x1024 moléculas H2O / x átomos O2

x = 1,2 x1024 átomos O

MASACANTIDAD DE SUSTANCIA = ---------------------- MASA MOLAR

m (g)n (mol) = ----------------------

M (g/mol)

Calcula la cantidad de agua (H2O), en mol, que hay en 36g de esta sustancia. ¿Cuántas moléculas hay? ¿Cuántos átomos de hidrógeno y

oxígeno hay en dicha cantidad de sustancia?

5.5. ALGUNOS TIPOS DE REACCIONES ALGUNOS TIPOS DE REACCIONES QUÍMICASQUÍMICAS

REACCIONES DE SÍNTESIS

Reactivo Reactivo Producto Ecuación química

Elemento

metálico

Elemento no metálico

Compuesto

iónico

Fe (s) + S (s) FeS (s)

Elemento

no metálico

Elemento no metálico

Compuesto

covalente

S (s) + O2 (g) SO2 (g)

Oxido

metálico

Agua Hidróxido MgO (s) + HO2 (l) Mg(OH)2 (g)

Oxido

no metálico

Agua Oxoácido CO2 (g) + HO2 (l) H2CO3 (aq)

Oxido

no metálico

Oxido

no metálico

Oxisal NaO2 (s) + CO2 (g) Na2CO3 (s)

Son aquellas donde dos o más sustancias simples, elementos o

compuestos, reaccionan para dar un único compuesto .

A + B + … C +

REACCIONES DE SÍNTESIS

N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g) 2H2(g) + O2 (g) 2 H2O(g)

C (s) + O2 (g) CO2 (g)

REACCIONES DE DESCOMPOSICIÓN

Son aquellas en las que una sustancia se transforma en otras más sencillas.

A B + C + …

DESCOMPOSICIÓN TÉRMICA(la energía absorbida se suministra mediante calor)

2 Ag2O (s) 4 Ag (s) + O2 (g)

DESCOMPOSICIÓN ELECTROLÍTICA(la energía absorbida se suministra mediante electricidad)

2 H2O (l) 2H2 (g) + O2 (g)

CaCO3 (s) → CaO (s) + CO2 (g)

REACCIONES DE DESCOMPOSICIÓN

REACCIONES EXOTÉRMICAS Y ENDOTÉRMICAS

REACCIONES EXOTÉRMICAS Y ENDOTÉRMICAS

RELACIONES ESTEQUIOMETRICAS

REACTIVOS PRODUCTOS

COMPUESTOS

QUÍMICOSNitrógeno e hidrógeno

molecular Amoniaco

ESTADO

FÍSICOAmbos reacttvos son

gaseososgaseoso

INTERPRETACIÓN MICROSCÓPICAINTERPRETACIÓN MICROSCÓPICA

MOLÉCULAS1 molécula de N2

3 moléculas de H2

2 moléculas de NH3

INTERPRETACIÓN MACROSCÓPICAINTERPRETACIÓN MACROSCÓPICA

MOLES1 mol de N2

3 moles de H2

2 moles de NH3

VOLÚMENES

(sustancias gaseosas)

1volumen de N2

3 volúmenes de H2

2 volúmenes de NH3

MASA (gramos)

(nº moles x Masa Molecular )

28g de N2

6g de H2

34g de NH3

N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g)

CÁLCULOS QUÍMICOS CON MASAS

Se escribe

la ecuación química ajustada2 Al(s) + 6 HCl (aq) 2 AlCl3 (aq) + 3 H2 (g)

Se anotan los moles que reaccionan

de cada sustancia

2 moles + 6 moles 2 moles + 3 moles

Se convierten los moles gramos(Masa molecular x nº moles)

2 x 27 + 6 x 36,5 2 x 133,5 + 3 x 2

54g + 219g 267g + 6g

Se expresa el dato,

270g de aluminio, en moles

1mol aluminio / 27g aluminio = x moles aluminio / 270g de aluminio

X= 10 moles de aluminio

Se estable la nueva proporción

en moles con el dato obtenido

2moles Al / 6 moles HCl = 10moles Al / x moles de HCl

X= 30 moles de HCl

2moles Al / 2 moles AlCl3 = 10moles Al / x moles de AlCl3

X= 10 moles de AlCl3

2moles Al / 3 moles H2 = 10moles Al / x moles de H2

X= 15 moles de H2

Se convierten los moles

calculados en gramos

HCl : 30 moles x 36,5 = 1095gAlCl3 : 10 moles x 133,5 = 1335g

H2: 15 moles x 2 = 30g

Se interpreta el resultado En la reacción de 270g de aluminio con 1095g de ácido clorhídrico, se producen 1335g de tricloruro de aluminio y 30 gramos de hidrógeno

Una forma de obtener hidrógeno es mediante la reacción de aluminio con una disolución acuosa de ácido clorhídrico que, Una forma de obtener hidrógeno es mediante la reacción de aluminio con una disolución acuosa de ácido clorhídrico que, además, produce una disolución de tricloruro de aluminio.además, produce una disolución de tricloruro de aluminio.

Calcula los gramos de hidrógeno y de tricloruro de aluminio que se pueden obtener a partir de 270g de aluminio y los Calcula los gramos de hidrógeno y de tricloruro de aluminio que se pueden obtener a partir de 270g de aluminio y los gramos necesarios de ácido clorhídrico.gramos necesarios de ácido clorhídrico.

Cuando se quema gas metano, CH4, en presencia de oxígeno, se obtiene dióxido de carbono, CO2, y agua, H2O, en estado gaseoso. Si se han consumido 30L de CH4 (g), calcula los litros de CO2 (g) y de H2O (g) que se producirán y el volumen de O2 (g) necesario sabiendo que estos gases están a igual presión y temperatura.

CÁLCULOS QUÍMICOS CON VOLÚMENES

Se escribe la ecuación química ajustada CH4 (g) + 2 O2 (g) CO2 (g) + 2 H2O (g)

Se anotan los volúmenes de cada gas, teniendo en cuenta sus

coeficientes. Se elige una unidad de volumen, por ejemplo 1L

1volumen + 2 volúmenes 1volumen + 2 volúmenes

1L + 2 L 1L + 2 L

Se establece la nueva proporción en volúmenes con el dato de

volumen de metano consumido.

1L METANO / 2L OXÍGENO = 30L METANO / XL OXÍGENO

X= 60L OXÍGENO

1L METANO / 1L DIÓXIDO = 30L METANO / XL DIÓXIDO

X= 30L DIÓXIDO

1L METANO / 2L AGUA = 30L METANO / XL AGUA

X= 60L AGUA

Se interpreta los resultados En la reacción de 30L de metano con 60L de oxígeno se han formado 30L de dióxido y 60L de agua.

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