cambios quimicos de la materia

1. ¿Por qué se oxidan algunos objetosmetálicos? ¿Qué significa que un metal se oxide?

2. ¿A qué nos referimos cuando hablamosde la «composición química»de una sustancia? ¿Puede alterarse dichacomposición? ¿Se te ocurre algunamanera?

3. ¿Qué agentes físicos producentransformaciones en los sistemasmateriales?

4. Seguramente has oído hablarde reacciones químicas. ¿Cómo definiríastú qué es una reacción química?

Cambios químicosen la materia6

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Transformaciones físicasy transformaciones químicas

La naturaleza que nos rodea está en permanente transformación.Algunos cambios son más evidentes, ya que transcurren con rapidez,como, por ejemplo, la leña que arde o el agua que se evapora. Otrastransformaciones, en cambio, al ser muy lentas, son imperceptibles; así,por ejemplo, la hulla o el mismo petróleo han surgido como resultadode la descomposición de la materia vegetal de los bosques primitivos,proceso que ha requerido millones de años.

En la UNIDAD 1 definimos la transformación de unsistema material como cualquier cambio de sus pro-piedades iniciales. Dichos cambios pueden afectar ono a la propia composición química de la sustancia.Así, el agua puede congelarse y formar hielo, pero eneste proceso no cambia su composición química; elhielo sigue siendo agua, aunque en estado sólido. Porel contrario, en la cerilla que arde se produce uncambio en la naturaleza química de la sustancia quela compone.

En función de que la composición química de la sustancia cambie(como ocurre con el papel ardiendo) o no (como sucede con el hielo alderretirse), las transformaciones pueden ser químicas y físicas.

Una transformación es química cuando cambia la composición química de lasustancia o sustancias iniciales. Dicho proceso suele denominarse común-mente reacción química.

Una reacción química da lugar a sustancias diferentes a las iniciales,al contrario de lo que ocurre en las transformaciones físicas.

Una transformación es física cuando la composición química de la sustanciano cambia.

Cambios químicos en la materia 95

1

1. Explica con tus palabras las transformaciones que tienen lugar en lossiguientes ejemplos:

a) Moldear plastilina.

b) Encender una cerilla.

c) Derretir la cera de una vela.

d) Fabricar cubitos de hielo.

e) Echar una pastilla efervescente en agua.

f ) Oxidar una barandilla de hierro.

g) Romper en pedazos una vasija de cerámica.

2. En algunas de las transformaciones anteriores, la sustancia inicial nocambia, de modo que se puede recuperar. En las demás, por el contrario,las sustancias se han modificado y es imposible recuperarlas. Clasifica lastransformaciones de la actividad anterior con arreglo a estos dos criterios.

Piensa y deduceLa oxidaciónEl hierro se oxida a la intemperie,al combinarse con el oxígeno delaire, y sufre una transformaciónque altera su naturaleza química.La nueva sustancia de color ocrees óxido de hierro.

Actividades1 Clasifica las siguientes trans-formaciones en físicas o químicas:

a) Combustión.

b) Congelación.

c) Descomposición.

d) Oxidación.

e) Deformación.

f ) Disgregación.

El agua del hielo, al fundirse, sigue siendoagua, mientras que el papel, al arder,se transforma en cenizas y humo.

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¿Cómo sabemos cuándo se haproducido una reacción química?

En las tres secuencias se advierten cambios evidentes. Pero ¿podemosasegurar que se ha producido una reacción química? ¿Qué indicios másfrecuentes revelan que ha tenido lugar una reacción? Veamos a continuaciónalgunos de esos indicios típicos:

� Cambio de coloración. Indica la aparición de una o de variassustancias nuevas distintas a las iniciales.

� Aparición de sedimento o precipitado. Es señal de que una oalgunas de las sustancias nuevas formadas son insolubles.

� Desprendimiento de gas. Como resultado de la reacción apareceuna nueva sustancia que se presenta en estado gaseoso a tempera-tura ambiente.

� Absorción o liberación de calor. Los cambios espontáneos detemperatura de la mezcla revelan que se está produciendo unareacción.

� Cambios en otras propiedades. La acidez, el olor, la aparición depropiedades ópticas frente a la luz, propiedades magnéticas oeléctricas, etc., son otros indicios de que ha tenido lugar unareacción química.

96 UNIDAD 6

2

Actividades2 Enumera los indicios queaparecen en las transformacionesde las fotografías que abren estapágina. ¿Puedes asegurar quese ha producido una reacciónquímica en los tres casos?

Observa las siguientes secuencias de fotografías y describe los cambios que aprecias en cada una de ellas.

Piensa y deduce

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¿Cómo se representanlas reacciones químicas?

En la página anterior se han escenificado, a través de las fotografías,tres reacciones químicas distintas. En todas ellas se partía de unassustancias iniciales, denominadas reactivos. Una vez mezclados losreactivos en las condiciones adecuadas, se produce la reacción química,cuya consecuencia es la desaparición de dichos reactivos y la formaciónde sustancias nuevas, distintas a las iniciales, que reciben el nombre deproductos.

Los reactivos son las sustancias iniciales que, una vez mezcladas, reaccionanquímicamente.

Los productos son las sustancias nuevas que se forman como resultado de lareacción química entre los reactivos.

Las reacciones químicas se representan de modo similar a las ecua-ciones matemáticas. Para expresar que al añadir tres a cinco obtenemosocho, escribimos la siguiente igualdad:

3 � 5 � 8En términos químicos, esta suma significaría que al mezclar los

«reactivos» 3 y 5 se obtiene como resultado el número 8.Pues bien, una reacción química se representa del mismo modo: a la

izquierda se escriben los reactivos que se mezclan, separados por signosde adición (�), y a la derecha, los productos que se obtienen, tambiénseparados por signos de suma, si se forman varios. En el caso de lasreacciones, el signo igual (�) se sustituye por una flecha que indica elsentido en el que se produce la reacción. Así, si mezclamos los reactivosA y B y se forman los productos C y D, la reacción se escribirá:

A � B � C � D

Como recordarás del curso pasado, todas las sustancias tienen unnombre propio y se representan mediante símbolos (si se trata deelementos) o mediante fórmulas (si se trata de compuestos). De esemodo, cuando se escribe una reacción química, los reactivos y losproductos se expresan, respectivamente, con símbolos y fórmulas.

Así, por ejemplo, si mezclamos azufre y hierro en frío, no sucedenada; pero si procedemos a calentar la mezcla, reaccionan rápidamentepara producir un nuevo compuesto que se conoce como sulfuro dehierro. Representaremos esta reacción de la siguiente manera:

calorazufre � hierro sulfuro de hierro

Y más propiamente, usando símbolos y fórmulas:calor

S � Fe FeSEncima de la flecha, en letra pequeña, se expresan las condiciones

necesarias para que transcurra la reacción.


3

Actividades3 Explica el significado de lasiguiente reacción y pon unejemplo de cuándo se produce:

C � O2 � CO2

4 La siguiente reacción (sinajustar) es bastante frecuente.¿Sabrías explicar su significado?

humedadFe � O2 FeO

Reactivos antes de la reacción: un tubocontiene yoduro de potasio, y el otro,nitrato de plomo.

Productos después de la reacción:la fracción de líquido transparente es ahoranitrato de potasio, mientras que elsedimento amarillo es yoduro de plomo.

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La masa no cambia durante las reacciones químicas

Seguramente habrás escuchado alguna vez que «nadie regala euros acéntimo». Pues bien, algo semejante ocurre en las reacciones químicas;no podemos obtener varios kilogramos de productos haciendo reaccionarsolamente unos gramos de reactivos. Es más, en las reacciones químicasse cumple siempre la ley de conservación de la masa, según la cualla masa de los productos obtenidos es igual a la masa de los reactivosque han reaccionado.

En una reacción química la masa se conserva. Esto quiere decir que la masatotal de los productos obtenidos es igual a la masa total de los reactivos quehan reaccionado.

Ahora bien, ¿se pueden mezclar cantidades aleatorias de reactivos demanera que siempre reaccionen por completo? Hoy sabemos que esto noes posible. Ya a finales del siglo XVIII y principios del XIX se descubrióque las reacciones químicas obedecían a una sorprendente ley: losreactivos reaccionan en proporciones fijas, que son siempre las mismasindependientemente de dónde o de cómo se efectúe la reacción. Veamos qué quiere decir esta ley:

Tomemos como ejemplo la reacción entre el azufre (S) y el cobre(Cu): 32 g de azufre reaccionan exactamente con 63,5 g de cobre (casiel doble), que, en proporción, viene a ser 1 parte de azufre y 2 partes decobre. Esto significa que la cuarta parte de azufre (8 g) reaccionaráexactamente con la cuarta parte del cobre (15,875 g). Es decir:

Los reactivos que participan en una reacción química reaccionan siempre enproporciones fijas.

Este hecho se conoce como ley de las proporciones constantes. De lo anterior podemos afirmar que:

Las reacciones químicas cumplen siempre las siguientes leyes:

� Ley de conservación de la masa.

� Ley de las proporciones constantes.

98 UNIDAD 6

4

Masa de los reactivos antes de la reacción(43,1 g).

Masa de los productos después de la reacción(43,1 g); la masa total no ha cambiado.

Actividades5 Al hacer reaccionar 2 g dehidrógeno con 16 g de oxígeno,la reacción es completa y seforma agua.

a) ¿Qué cantidad de agua seobtiene?

b) Si deseamos que reaccionen12 g de hidrógeno, ¿cuántosgramos de oxígeno necesitare-mos? ¿Qué cantidad de agua seformará?

c) ¿Qué ocurrirá si mezclamos10 g de hidrógeno con 100 gde oxígeno? ¿Reaccionará todo eloxígeno? ¿Cuánto oxígeno que-dará sin reaccionar? ¿Cuánta aguase formará?

d) ¿Qué cantidades de hidró-geno y oxígeno se precisaránpara obtener 54 g de agua?

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4.1. Un modelo para explicar las leyesInvestigaremos a continuación por qué las reacciones químicas

obedecen a leyes tan estrictas. Para ello, trabajaremos con el modelode tuercas y tornillo que se muestra en la fotografía del margen.

Supongamos que tenemos varios tornillos (que simbolizaremos con«T» mayúscula), cuya longitud solo permite utilizarlos con tres tuercas(que designaremos con «t» minúscula). Los reactivos de nuestra reacciónson «tornillo» (T) y «tuerca» (t).

Cada tornillo tiene capacidad para reaccionar exactamente con trestuercas. El resultado de dicha reacción es un producto que surge de launión de un tornillo con tres tuercas, al que bautizaremos con elnombre de «tuernillo» y cuya fórmula es Tt3. Fíjate en cómo se escribiríanuestra reacción:

tornillo � 3 tuercas � tuernilloy empleando una fórmula:

T � 3t � Tt3

Observemos un detalle que se desprende de la reacción escritamediante la fórmula: en los reactivos aparecen las mismas unidades(cuatro en total) que en el producto; tan solo se han reorganizado demanera distinta. Evidentemente, es fácil comprobar que en nuestrareacción se cumple la ley de conservación de la masa (masa total dereactivos � masa total de productos).

Pero, además, se cumple la ley de las proporciones constantes: ¿quépasaría si mezclásemos 15 tornillos con 70 tuercas? Solo se podrían combinar45 tuercas con los 15 tornillos (proporción fija de 3 a 1). Quedarían,por tanto, 25 tuercas sin reaccionar. Es decir, parte del reactivo noreaccionaría.

Observa que la proporción 1:3 se mantiene constante: 3 tornillos reaccionan con 9 tuercas.


Actividades6 ¿Cuántos tornillos y tuercasse necesitarían para obtener 18«tuernillos»?

7 ¿Qué ocurriría si mezclára-mos 40 tornillos con 60 tuercas?¿Qué «reactivo» está en exceso yen qué cantidad? ¿Cuántos «tuer-nillos» obtendríamos?

Reactivos de nuestro modelo: tornilloy tuerca.

Un tornillo reacciona exactamente contres tuercas originando un producto quellamaremos «tuernillo».

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4.2. Un modelo real: los átomosExaminaremos ahora las conclusiones extraídas del modelo anterior

para explicar, desde el punto de vista de la constitución de la materia,por qué las reacciones químicas cumplen las leyes enunciadas.

En las reacciones químicas sucede algo similar.Para comprobarlo, realizaremos una sencilla reacción química. Mez-

clamos 4 g de azufre en polvo y 7 g de limaduras de hierro. Comopodréis observar, no pasa nada, ya que, en realidad, solo tenemos unamezcla de azufre y hierro. ¿Cómo sabemos que no ha habido una reacción?Si cogemos un imán, podremos separar el hierro del azufre y de nuevotendremos las sustancias iniciales.

Introducimos ahora la mezcla en un tubo de ensayo que tapamosy pesamos. Después, calentamos nuestra mezcla durante un instante yobservamos que se forma otra sustancia totalmente distinta.

¿Por qué sabemos que es una sustancia nueva? Si te fijas en las ilustra-ciones, verás que:

� No se distinguen sustancias componentes distintas.� La nueva sustancia es de color negro.� La nueva sustancia no es atraída por el imán, a diferencia del

hierro.

Fíjate ahora en la secuencia fotográfica anterior: el tubo con lasustancia final pesa lo mismo que el tubo que contenía el azufre y elhierro, a pesar de ser sustancias distintas. ¿Por qué ocurre esto?

100 UNIDAD 6

Antes de entrar en detalles, realizad en clase este sencillo experimento:

Diez chicas se pondrán en un lado del aula y diez chicos en el otro. Las chicasserán la «sustancia A», y los chicos, la «sustancia B». Anotad el peso total delas chicas y el peso total de los chicos por separado. La reacción consiste enformar parejas chica-chico para obtener una nueva sustancia, que llamaréis AB.

Si pesáis a continuación a cada pareja y sumáis todos los pesos obtenidos,¿el peso total de la «sustancia AB» será mayor, menor o igual que la suma delos pesos de A y de B por separado? Justificad vuestra respuesta.

Piensa y deduce

En frío, el azufre y el hierro se mezclan sin producir reacción.

El hierro se puede recuperar separándolodel azufre, lo que constituye una pruebade que no ha habido reacción.

En esta secuencia se observa que después de una reacción química la masa se mantiene, pero las características de las sustancias han cambiado.

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� La clave invisible: los minúsculos átomos

En 1808, el científico británico John Dalton ofreció una convincenteexplicación de por qué las reacciones químicas cumplen la ley de con-servación de la masa y la de las proporciones constantes a partir de lassiguientes ideas:

� La materia está constituida por átomos.� Todos los átomos de una misma especie son iguales, pero diferentes

a los de otras especies.� En una reacción química, los átomos presentes inicialmente se

reorganizan de distinta manera formando sustancias diferentes.Sin embargo, los átomos siguen siendo los mismos (ni se crean nise destruyen), de ahí que la masa no cambie en la reacción.

Antes de la reacción, teníamos una mezcla compuesta por átomosde azufre y de hierro por separado, cuya masa es 11 g. Según la expli-cación de Dalton, al final de la reacción tenemos una nueva sustanciaformada por la unión de átomos de azufre y de hierro (llamada sulfurode hierro), que posee propiedades distintas de las que presentabanlos dos reactivos por separado. Sin embargo, aunque combinados dediferente manera, los átomos no han cambiado y, en conjunto, siguenpesando lo mismo. Por eso, la masa total no cambia en una reacciónquímica.

Como ves, hemos explicado un hecho (la masa no cambia en unareacción química) con una teoría (las sustancias están formadas porátomos que pueden combinarse de distintas maneras).

Desde el punto de vista atómico, en una reacción química los átomos de lassustancias reactivas se reorganizan de otra manera, dando lugar a nuevas sus-tancias que se denominan productos. Al no cambiar el número ni la clase deátomos, la masa no cambia en la reacción.

En la reacción anterior observamos que los átomos de hierro y azufrese combinan en la proporción 1:1 (un átomo de hierro con un átomode azufre). Como puedes ver en el margen, esta relación, traducida amasas, es de 56:32 (que, reducida, sería una relación de 7:4). En lareacción a escala macroscópica participan millones y millones deátomos, pero la relación 7:4 se sigue manteniendo constante. De ahíque 7 g de hierro reaccionen exactamente con 4 g de azufre. Como ves,el modelo de los átomos explica también la ley de las proporcionesconstantes.


sulfuro de hierro

FeS

azufre

S

hierro

Fe

++

Todos los átomos de hidrógeno (los máspequeños que existen) son iguales entre sí.

Cada átomo de hierro tiene una masa56 veces mayor que la del átomo dehidrógeno. Todos los átomos de hierroson iguales entre sí.

Masas atómicasSi tomamos como referencia lamasa del átomo de hidrógeno, ala que asignaremos el valor 1 (uni-dad de masa atómica), la masaatómica del hierro es 56. En esaescala, la masa del átomo deazufre es 32.

Te interesa saberLos átomos han dejado de serun modelo para convertirseen algo real; nuevas técnicas,como la microscopia de efectotúnel, permiten obtener imá-genes de superficies átomo aátomo.

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4.3. Aprendemos a «ajustar reacciones»Cuando escribimos una reacción química, representamos los reactivos

y los productos mediante sus símbolos o fórmulas. Así, la reacción deoxidación del hierro que figura en la actividad 4 se expresa de lasiguiente manera:

humedadFe � O2 FeO

Esta reacción indica que el hierro reacciona con el oxígeno atmosfé-rico (como recordarás, el oxígeno que respiramos está compuesto, enrealidad, por moléculas de O2 formadas por dos átomos de O unidos).El resultado de esta reacción es la formación de un nuevo producto,que es un tipo de óxido de hierro (antiguamente denominado óxidoferroso). Esta reacción, como se indica en la flecha, se ve favorecida encondiciones de humedad.

Sin embargo, la reacción así representada no cumple la ley de con-servación de la masa. En los reactivos hay dos átomos de oxígeno,mientras que en el producto solo aparece uno. ¿Se ha perdido un átomode O en la reacción?

En las reacciones no se «pierden» ni se «ganan» átomos. Debe apa-recer el mismo número de átomos de cada clase en los reactivos y enlos productos. Esta es la condición de conservación de la masa. Sinembargo, no podemos cambiar a voluntad las fórmulas de las sustanciaspara igualar el número de átomos.

Entonces… ¿cómo se resuelve el problema sin modificar las fórmulas?Observa la misma reacción escrita de la siguiente manera:

humedad2 Fe � O2 2 FeO

La entenderás mejor si la dibujamos:

Es decir, se necesitan dos átomos de hierro para reaccionar conuna molécula de oxígeno y formar 2 agregados de FeO. ¡Ahora sí secumple la ley de conservación de la masa! Observa que hay el mismonúmero de átomos de cada clase a la izquierda y a la derecha y que nose han alterado las fórmulas.

Este proceso se denomina ajustar una reacción química y consisteen anteponer los números enteros necesarios delante de los símbolos ofórmulas de las sustancias que intervienen en la reacción, de modo quese cumpla a escala atómica la ley de conservación de la masa.

102 UNIDAD 6

Actividades8 Ajusta las siguientes reac-ciones:

a) H2 � Cl2 � HCl

b) H2 � O2 � H2O

c) CaO � CO2 � CaCO3

d) N2 � H2 � NH3

e) HCl � Zn � ZnCl2 � H2

óxido de hierro

2 FeO

oxígeno

O2

hierro

2 Fe

+

+

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Balances de masaen las reacciones químicas

Imagina que ahora deseamos saber cuánta materia prima (reactivos)necesitaremos para obtener cierta cantidad de producto, o bien, enotros casos, cuánto producto podemos obtener si partimos de ciertascantidades de reactivos. El conocimiento de la reacción que tendrálugar, correctamente ajustada, nos permitirá efectuar este tipo de cálculossin ninguna dificultad. Pero antes, debemos aprender los conceptos demasa atómica y masa molecular.

� Masa atómica

Los átomos de distintas sustancias tienen masas y tamaños diferentes.Los científicos han establecido comparaciones entre las masas y lostamaños de los átomos hoy conocidos. Gracias a eso, sabemos que elátomo de hidrógeno es el más pequeño y el de menor masa de todos.

La escala de masas atómicas asigna masas a los átomos por comparación conla masa del átomo de carbono, al que se asigna el valor 12. La unidad de masaa escala atómica se denomina unidad de masa atómica y se simboliza por u.

Usando esta escala, es posible asignar valores aproximados de masasatómicas a algunos elementos:

� Masas moleculares

Una molécula es una agrupación de átomos de la misma o distintaclase. Como ya sabes, el número de átomos de cada clase viene especi-ficado en la fórmula de la sustancia. Así, la fórmula O2 indica que estamolécula está formada por dos átomos de oxígeno; igualmente, lafórmula Fe2O3 significa que en dicho compuesto hay dos átomos dehierro por cada tres de oxígeno.

La masa molecular se determina sumando las masas atómicas de todos losátomos que intervienen en la fórmula de la sustancia.

Así, la masa molecular del Fe2O3 será, usando los datos del cuadro:masa molecular Fe2O3 � 56 � 2 � 16 � 3 � 160 u


5

Actividades9 Consulta el cuadro que apa-rece en el texto y determina, conlos datos de la tabla, las masasmoleculares de las siguientessustancias:

a) CaCO3 f ) H2O

b) CaO g) Cu2O

c) FeO h) CO2

d) O2 i ) FeS

e) N2 j ) NO2

SímboloElemento Masa atómica (u)

Hidrógeno

Carbono

Nitrógeno

Oxígeno

Calcio

Hierro

Azufre

Cobre

H

C

N

O

Ca

Fe

S

Cu

1

12

14

16

40

56

32

63,5

La unidad de masaatómica en kilogramosPara que te hagas una idea deltipo de «masas» que estamoscitando, conviene que sepas que1 unidad de masa atómica equi-vale a 1,66 � 10�27 kg. ¿Cuál sería lamasa, en kg, del átomo de carbo-no que se utiliza como referenciaen la escala?

Te interesa saberEn la actualidad no se usa elátomo de hidrógeno comopatrón de la escala de masasatómicas, sino el átomo decarbono, al que se asignael valor 12. No obstante, en eltexto usaremos el hidrógenocomo patrón para facilitar lacomprensión del concepto demasa atómica.

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� Cálculos con reacciones químicas

Una reacción ajustada indica las proporciones en las que participanlas diversas sustancias. Teniendo en cuenta las masas atómicas o mo-leculares de las sustancias, podemos establecer qué cantidad (en masa)de cada sustancia interviene en la reacción. Consideremos el ejemplo dela reacción que ajustamos anteriormente:

humedad2 Fe � O2 2 FeO

Teniendo en cuenta los datos del cuadro de la página 103, podemoscomprobar que la masa atómica del hierro es 56, y la masa moleculardel O2 es 16 · 2 � 32, mientras que la masa correspondiente al FeO es56 � 16 � 72.

Al observar la reacción ajustada, vemos que la relación de masas queintervienen en la reacción es:

humedad2 � masa Fe � masa O2 2 � masa FeO

Es decir:

humedad2 � 56 � 32 2 � 72

La misma relación de masas atómicas o moleculares se cumple tantoen unidades de masa atómica como en gramos o kilogramos. Por consi-guiente, se puede afirmar que 112 g de hierro reaccionan con 32 g deoxígeno atmosférico para producir 144 gramos de FeO.

Observa que se cumple la ley de conservación de la masa, puesto que112 � 32 � 144.

� Un cálculo «industrial»

Una fábrica produce cal viva (óxido de calcio) (CaO) a partir de ladescomposición térmica de la calcita (carbonato de calcio) (CaCO3).El proceso produce también emisión de dióxido de carbono (CO2) a laatmósfera.

La reacción que tiene lugar en este caso es:

calorCaCO3 CaO � CO2

104 UNIDAD 6

Procedimiento de cálculo con reacciones químicas1. Ajusta la reacción química.

2. Determina las masas atómicas omoleculares de las sustancias queintervienen.

3. Multiplica dichas masas por loscorrespondientes números enterosque has escrito antes para ajustar lareacción.

4. Los valores obtenidos, expresados encualquier unidad de masa, indicanlas cantidades de reactivo y de pro-ducto que intervienen en la reacción.

Te interesa saberLa relación obtenida en elejemplo de la oxidación delhierro puede simplificarse di-vidiendo todas las cantidadesentre 16 (máximo común divi-sor) para conseguir una rela-ción más sencilla:

7 g de Fe reaccionan con 2 gde oxígeno atmosférico paraproducir 9 g de FeO.

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Deseamos saber cuánta cal viva podremos fabricar a partir de 1 tone-lada de calcita (1 000 kg de CaCO3). Para ello, deberemos seguir elprocedimiento para el cálculo con reacciones químicas que se indicaen el recuadro de la página anterior:

� Comprobamos que la reacción está ajustada sin necesidad deanteponer ningún número entero.

� Determinamos las masas moleculares de las sustancias que inter-vienen con los datos del cuadro:masa molecular CaCO3 � 40 � 12 � 16 � 3 � 100masa molecular CaO � 40 � 16 � 56masa molecular CO2 � 12 � 16 � 2 � 44

� Como ya está ajustada, si empleamos como unidad de masa elkilogramo, la reacción indica que:De cada 100 kg de calcita que se descomponen, se obtienen56 kg de cal viva y se emiten a la atmósfera (puesto que es ungas) 44 kg de dióxido de carbono.Operando con una sencilla proporcionalidad («regla de tres»),podemos averiguar la cantidad de cal viva que obtendremos apartir de 1 000 kg de calcita: si 100 kg de calcita producen 56 kgde cal viva, entonces 1 000 kg de calcita producirán x kg de calviva.Es decir:

�10

506kkggcaclaclita

��100 kg

xcalcita� � x � 560 kg de cal viva

La energía en las reaccionesquímicas

En todos los procesos de la naturaleza, la energía se conserva en sutotalidad. En las reacciones químicas también se cumple este principio.

En general, cuando se forma una sustancia estable (que perdura en eltiempo) a partir de sus elementos, se libera energía, normalmente enforma de energía térmica. Por el contrario, para destruir una sustanciaestable, se necesitará aportar o suministrar energía (a menudo tambiéntérmica).

Como en una reacción química se destruyen unas sustancias (losreactivos) y se forman otras nuevas (los productos), se producirá undoble proceso energético: el aporte y la liberación de cierta cantidad deenergía. El resultado final dependerá del balance entre esas dos canti-dades. Según sea ese balance, las reacciones se clasifican en endotérmicasy exotérmicas.

� Una reacción es endotérmica cuando se precisa aportar energía térmicapara que se produzca.

� Una reacción es exotérmica cuando libera o desprende energía térmicamientras se produce.


La cal vivaLa cal viva es una sustancia muycáustica que produce gravesquemaduras, por lo que debemanipularse con especial precau-ción. Al disolverla en agua, se ob-tiene lo que se denomina calapagada, que es, en realidad,hidróxido de calcio y que, en lasproporciones adecuadas paraque alcance la consistencia delyeso, se emplea para encalar lascasas, sobre todo en las zonasmediterráneas del levante y delsur peninsular.

Actividades0 Calcula qué cantidades decinc (Zn) y de ácido clorhídrico(HCl) se necesita para obtener400 g de cloruro de cinc (ZnCl2)según la reacción:

HCl � Zn � ZnCl2 � H2

¿Cuánto hidrógeno (H2) se pro-duce?

(Datos: masa atómica del Zn� 65,3;masa atómica del Cl � 35,5.)

6Te interesa saber

El contenido energético de losalimentos es una medida de laenergía que se libera (y que seaporta, por tanto, al organis-mo) en la reacción de oxida-ción que sufren en los proce-sos metabólicos. Los hidratosde carbono son los alimentosque aportan más energía alorganismo.

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Enciendo una cerilla...El proceso por el que una cerilla se enciende es un

ejemplo de reacción química. Una mezcla de un compuestodenominado clorato de potasio (KClO3) con fósforo rojo (P)tiene la virtud de inflamarse con explosión cuando se sometea fricción o a presión. La reacción explosiva que se producees la siguiente:

fricción5 KClO3 � 6 P 5 KCl � 3 P2O5

Esta es la reacción que sirve de base para el diseño deese utensilio de encendido rápido que tan útil resulta paranumerosos menesteres.

El frotamiento proporciona la energía para provocarla reacción de combustión de la cabeza de la cerilla.

La cabeza de la cerilla, que actúa como combustible, suelecontener una mezcla de clorato de potasio (KClO3) y azufre(S), mientras que la lija que aparece a menudo en el costadode la caja está formada por una mezcla de fósforo rojo yvidrio finamente pulverizado, que confiere la rugosidadnecesaria para aumentar la fricción. De este modo, el actocotidiano de encender una cerilla se convierte en el acto deiniciar una reacción química mediante la fricción entre losdos reactivos.

fricciónreactivos producto

... para encender a continuaciónel gas de la cocina

En las cocinas domésticas, los gases más habituales sonel gas natural (fundamentalmente metano [CH4]), el gaspropano (C3H8) y el gas butano (C4H10). Al acercar la cerilla,se produce la inflamación del gas, que inicia un proceso decombustión.

La combustión de los gases citados requiere (como todacombustión) la presencia de oxígeno, y los únicos produc-tos de la reacción de combustión son dióxido de carbono(CO2) y agua en forma de vapor (H2O). Las reacciones que seproducen en cada caso son las siguientes:

� Gas natural (metano):

CH4 � 2 O2 � CO2 � 2 H2O

� Gas propano:

C3H8 � 5 O2 � 3 CO2 � 4 H2O

� Gas butano:

2 C4H10 � 13 O2 � 8 CO2 �10 H2O

Observa que cuanto mayor es el contenido de carbonodel gas combustible, mayor es la cantidad de CO2 que seproduce. Dado que el dióxido de carbono es un gas quegenera el efecto invernadero, con sus consiguientes riesgosambientales, se hace necesario reconvertir el uso de com-bustibles hacia gases de bajo contenido en carbono. Esa esuna de las razones por las que se fomenta el uso del gasnatural que, como se ha dicho, es fundamentalmente metano.

Aprende a…

Reconocer algunas reaccionescotidianas

106 UNIDAD 6

Cuando el butano o el gas natural arden se produce una reacciónde combustión.

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Una forma sencilla de reconocer si un gas desprendidocomo consecuencia de una reacción es dióxido de carbono(CO2) consiste en hacer pasar dicho gas a través de agua decal. Si la disolución se enturbia y se observa la apariciónde pequeñas cantidades de precipitado blanco, se trata dedióxido de carbono. Veamos cómo podemos proceder.

� Material necesario: agua, hidróxido de calcio, pastillade Alka-Seltzer, erlenmeyer con tapón agujereado,tubo de vidrio, tubo de goma y vaso de precipitado.

Elaboración del «detector»: el agua de cal. En un vasode precipitado con agua destilada fría, añade una punta deespátula de hidróxido de calcio y remueve la disolución. Siqueda precipitado, trasvasa la parte disuelta a otro vaso.Ahora ya tienes el agua de cal.

El hidróxido de calcio Ca(OH)2 presente en el agua de calreacciona con el dióxido de carbono y produce carbonatode calcio (CaCO3), que, tras enturbiar la disolución, precipitaen forma de sedimento blanquecino. La reacción que tienelugar es la siguiente:

Ca(OH)2 � CO2 � CaCO3 � H2O

Procedimiento1. Vierte un poco de agua en el erlenmeyer y añade una

pastilla de Alka-Seltzer; tapa el erlenmeyer con rapidez,de modo que los gases que se desprendan salgan porel tubo de goma y se introduzcan en la disolución deagua de cal. Basta un poco de burbujeo para reco-nocer la turbidez de la disolución y la formación delprecipitado blanquecino.

2. Exhala aire a través de un tubo de goma cuyo extremoopuesto esté sumergido en agua de cal. ¿Qué obser-vas? ¿Qué gas exhalamos en nuestra respiración?

Reconocimiento de las calizas

3. Deposita unos trozos de mármol u otra muestra calizaen el fondo del erlenmeyer.

4. Pide a tu profesor o profesora que añada un poco deácido clorhídrico (HCl) sobre las muestras y tapa elfrasco. Comprobarás que se produce efervescencia.Haz pasar el gas generado por agua de cal y procedea reconocerlo.

En este caso, al añadir ácido clorhídrico a la muestracaliza —nombre común del carbonato de calcio (porejemplo, mármol)—, se desprende dióxido de carbonosegún la reacción:

CaCO3 � 2 HCl � CaCl2 � CO2 � H2O(comprueba si está ajustada)

Ese dióxido de carbono es el que produce la eferves-cencia que se observa al agregar el ácido clorhídrico.

Bebidas gaseosas o carbonatadas

5. Añade al erlenmeyer de reconocimiento cualquierbebida con gas y procede a calentarla ligeramentemientras agitas el recipiente con suavidad.

6. Usando el procedimiento descrito en los experimentosanteriores, haz pasar el gas que se desprende a travésdel agua de cal y comprobarás que, en realidad, lasbebidas gaseosas llevan dióxido de carbono disueltoa gran presión. Por eso, cuando abres la botella ydisminuye la presión, parte de ese gas se escapa,originando el burbujeo y, a veces, la salida de partede la bebida.


Reconocer el dióxido de carbono

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108 UNIDAD 6

➜ Una transformación es física cuando la composiciónquímica de la sustancia no se altera.

➜ Una transformación es química cuando cambia lacomposición química de las sustancias iniciales.

➜ Las transformaciones químicas se denominan reac-ciones químicas.

➜ Las sustancias iniciales que se mezclan para que reac-cionen entre sí se llaman reactivos.

➜ Las sustancias nuevas que se obtienen como resultadode una reacción reciben el nombre de productos.

➜ Los cambios de coloración, la aparición de sedimentos,el desprendimiento de gases, la absorción o liberaciónde calor u otros cambios, como variaciones de trans-parencia, etc., suelen ser los indicios más frecuentesde que ha tenido lugar una reacción química.

➜ La masa total no cambia durante las reacciones. Estosignifica que se obtendrá la misma cantidad de pro-ductos que de reactivos que se hayan mezclado.

➜ Desde el punto de vista atómico, una reacción químicaconsiste en una reorganización distinta de los átomosque forman las sustancias reactivas. Dado que losátomos finales son los mismos que había al principio,la masa no cambia durante la reacción.

➜ Ajustar una reacción consiste en igualar el númerode átomos que hay en los reactivos al número deátomos presentes en los productos sin alterar lasfórmulas de las sustancias.

➜ Las reacciones químicas pueden ser endotérmicas sinecesitan el aporte de energía térmica para producirseo exotérmicas si liberan o desprenden energía térmicamientras tienen lugar.

TRANSFORMACIONESEN LA MATERIA

REACCIONESQUÍMICAS

producen

que pueden ser

EXOTÉRMICAS ENDOTÉRMICAS

QUÍMICASFÍSICAS CAMBIOS ENLA NATURALEZA

DE LAS SUSTANCIAS

LAS TRANSFERENCIASDE ENERGÍA

sujetos a leyes de

pueden ser

Cambiosde forma

Cambiosde volumen

Cambiosde temperatura

Conservaciónde la masa

Proporcionesconstantes

llamadascomo

no producen sí producen

si transfierenal medio

si absorbendel medio

ENERGÍATÉRMICA

S

O

P

Fe

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Actividades


1. Define transformación física y transformaciónquímica y pon dos ejemplos de cada una de ellas.

2. Si mezclas azufre y hierro en polvo y sometes lamezcla a calentamiento, ¿cómo sabes si se haproducido una reacción química?

3. Explica con palabras el significado de las siguientesreacciones químicas:

calora) C6H12O6 2 C2H6O � 2 CO2

b) CaO � CO2 � CaCO3

calorc) Cu2CH2O5 2 CuO � H2O � CO2

Significado de las fórmulas:

C6H12O6 � azúcar.

C2H6O � etanol o alcohol etílico.

CaO � cal viva u óxido de calcio.

CaCO3 � calcita o carbonato de calcio.

Cu2CH2O5 � malaquita (mineral).

CuO � óxido de cobre (cúprico).

4. ¿Cuál de las reacciones anteriores explicaría elproceso de fermentación de la uva que da origenal vino? ¿En qué basas tu respuesta?

5. La descomposición térmica del óxido de mercu-rio (HgO) origina mercurio (Hg) y oxígeno (O2).Escribe la reacción que tiene lugar y ajústala.

6. El sodio (Na) se combina con el cloro gaseoso(Cl2) produciendo sal común (NaCl) o cloruro desodio. Escribe la reacción química correspondientey ajústala.

7. Usando el modelo de esferas de la página 101,dibuja las reacciones de las actividades 5 y 6.

8. El óxido de plata (Ag2O) puede descomponersepor efecto del calor, originando plata (Ag) yoxígeno (O2). Escribe la reacción correspondientey ajústala.

9. Copia en tu cuaderno y ajusta las reacciones quese muestran a continuación:

a) Mg � O2 � MgO

b) Mg � CuCl2 � MgCl2 � Cu

c) H2SO4 � Na � Na2SO4 � H2

d) P � O2 � P2O3

e) P � O2 � P2O5

f ) Fe � Cl2 � FeCl3

10. Dibuja con el modelo de esferas, las reaccionesa), b), d), e) y f) de la actividad anterior.

11. Enuncia las leyes que se cumplen en las reaccionesquímicas.

12. Cuando se calienta fuertemente durante un ratoun metal al aire libre, puede comprobarse que sumasa ha aumentado. Explica este fenómeno.

13. Al descomponer 433 g de óxido de mercurio(HgO), se obtienen 402 g de mercurio puro (Hg).¿Qué gas se desprende en la reacción y en quécantidad? Escribe la reacción que tiene lugar yajústala.

14. Completa, ajustando, las siguientes reacciones:

a) Zn � … � ZnO

b) … � O2 � SO3

c) H2O � … � …

d) HgO � Hg � …

e) HCl �NaOH � NaCl � …

f ) … � O2 � CO

15. ¿Qué cantidades de sodio (Na) y cloro gaseoso(Cl2) hay que hacer reaccionar para obtener 500 gde sal común (NaC)l? (Datos: masa atómica delNa � 23; masa átomica del Cl � 35,5.)

16. ¿Qué cantidad de calcita (CaCO3) puede obtenersea partir de 150 kg de cal viva (CaO) que reaccionacon dióxido de carbono? ¿Qué cantidad de dióxidode carbono se necesita para que se produzca lareacción?

17. Al sumergir una moneda de 10 céntimos de euroen ácido nítrico (HNO3) diluido, se produce unareacción y se observa que el vaso se calienta. ¿Dequé tipo de reacción se trata desde el punto devista energético?

18. ¿Cómo clasificarías la reacción de combustiónde la madera, en endotérmica o en exotérmica?Razona tu respuesta.

19. ¿Qué significa ajustar una reacción?

20. La descomposición de 180 g de azúcar produce92 g de etanol o alcohol etílico. ¿Cuánto etanolse obtendrá a partir de 60 g de azúcar?

21. Busca información acerca de la obtención devinagre a partir de vino y di qué tipo de procesotiene lugar.

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cambios quimicos de la materia

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