09. Química III ciclo

COMPUESTOS ORGÁNICOS Química Halogenuros de alquilo ACTIVIDAD 3. (Tiempo: 30 minutos) Estos compuestos son hidrocarburos en los cuales se ha sustituido un hidrógeno por un halógeno (F, Cl, ¿QUÉ TAN DULCE ES? Br, I). En muchos casos son utilizados como disolventes de grasas. Algunos otros, como el cloruro Materiales de etilo, son usados como anestésico local. Otros Tres o cuatro naranjas, 50 mL de agua, un plato hondo de que contienen grupos arilo, se utilizan como plástico, manta para filtrar o papel filtro para café, un colorantes o como insecticidas. cuchillo, una cuchara de madera, dos vasos plásticos transparentes de 4 oz, jugo comercial de naranja, probeta 6. BIOMOLÉCULAS de 50 mL o recipiente medidor de volúmenes de cocina, Las biomoléculas, son sustancias sintetizadas marcador. solamente por los seres vivos y, debido a que son grandes, se les conoce también como Procedimiento macromoléculas. Indíqueles que Están constituidas principalmente por carbono, 1. Corten la naranja sin cáscara en trozos muy pequeños hidrógeno y oxígeno, y con frecuencia están también presentes nitrógeno, fósforo y azufre; otros y colocarlos en el plato. elementos son a veces incorporados pero en mucha 2. Agreguen poco a poco el agua mientras maceran la menor proporción. La mayoría son moléculas que están formadas por la unión de moléculas sencillas fruta. (monómeros). Cuando la cantidad de monómeros 3. Expriman y filtren el jugo obtenido de la fruta que se repiten en la cadena es muy grande, se llaman polímeros. Estas pueden agruparse en cuatro macerada con la manta. grandes tipos: 4. Midan 25 mL de ese jugo y colóquenlo en uno de los a. Carbohidratos vasos previamente etiquetados. Los carbohidratos son una clase importante de 5. Agreguen la misma cantidad de jugo comercial en el sustancias de origen natural que están presentes en la materia, tanto vegetal como animal. Estos le otro vaso. resultarán familiares ya que a muchos de ellos se les 6. Colocar ambos vasos al sol y dejar hasta que todo el llama “azúcares”. jugo se evapore. Comprenden una gran porción de la comida que consume diariamente y proveen la mayoría de la Pregunte al estudiantado: energía que mantiene al cuerpo humano en ¿Qué residuo quedó en los vasos luego que se evaporó funcionamiento. todo el jugo? ¿En qué vaso hay mayor cantidad de residuo? Los carbohidratos son componentes estructurales de ¿Por qué? las paredes celulares de las plantas y de la madera de los árboles. Un ejemplo de este tipo de compuestos es la glucosa (C6H12O6). Un disacárido, es una sustancia que al hidrolizarla se divide en 2 monosacáridos, que pueden ser iguales o diferentes. La sucrosa, conocida como azúcar de mesa, es un disacárido que produce una molécula de glucosa y una de fructosa (presente en muchas frutas). Un oligosacárido genera de 3 a 10 monosacáridos durante su hidrólisis y, un polisacárido, más de 10 unidades de monosacáridos. Un monosacárido es un carbohidrato simple, que al La celulosa es una molécula de polisacárido que hidrolizarlo no se descompone en otro carbohidrato. genera miles de moléculas de glucosa y se encuentra en la madera, el algodón y otras plantas (Fig. 16). 134

COMPUESTOS ORGÁNICOS Química ¿Qué son las grasas trans? Hace ya varios años se ideó un método para transformar en sólido algunos aceites vegetales originalmente líquidos. Este método recibe el nombre de hidrogenación parcial. Este proceso cambia estructuras químicas de algunos ácidos grasos de los aceites y los transforma, dando como resultado un nuevo tipo de grasa con características físicas similares a la de la manteca. Esto es debido a que grasas con estructura química cis, luego de la hidrogenación, pasan a grasas con estructura química trans. En la configuración trans, grupos idénticos o semejantes unidos al doble enlace se encuentran en lados opuestos; mientras que en la configuración cis, a un mismo lado. Figura 16. Esquema de la estructura de la pared celular de las plantas. Microfibras constituyentes de la pared celular de las plantas están formadas por cadenas de celulosa; un polisacárido formado por la unión de más de 10 unidades repetitivas de glucosa. b. Lípidos Este es el método utilizado para transformar un aceite Se consideran lípidos o grasas, a las sustancias que, vegetal en productos mundialmente conocidos como la siendo insolubles en agua, pueden ser extraídas de margarina. Las grasas trans aparecen en cantidades las células a partir de solventes no polares. Algunos importantes en infinidad de alimentos de consumo lípidos importantes en nuestro cuerpo son los habitual como productos de panadería, helados, esteroides y los terpenos (presentes en hormonas y chocolates, turrones y golosinas, galletas, snacks vitaminas). Las grasas son los constituyentes (papitas, quesitos, dulces, etc.), cereales para desayuno, principales de las células almacenadoras de éstas en comidas preparadas (precocidas), aceites sometidos al animales y plantas, y son una de las reservas calor (frituras). alimenticias importantes del organismo. Estas se pueden extraer de animales y vegetales (las grasas Es evidente que el avance de la industria alimentaria ha líquidas suelen nombrarse como aceites), volcado a la población del mundo una variedad de obteniéndose sustancias como la mantequilla, grasas alimentos cada vez más ricos e irresistibles. Sin de tocino, aceite de maíz, de coco, etc.; que son embargo, junto con estos nuevos productos se ha consumidos regularmente. multiplicado el porcentaje de consumo de grasas trans con innumerables consecuencias negativas sobre Desde el punto de vista químico, son ésteres nuestra salud, ya que generan las enfermedades carboxílicos derivados de un solo alcohol, el glicerol. cardiovasculares al obstruir las arterias. Los glicéridos más comunes son los triglicéridos, en los que los tres grupos -OH de la glicerina han sido Estos últimos se pueden dividir en tres tipos esterificados. principales:  Los ácidos grasos, son ácidos carboxílicos Las grasas (sólidas) o aceites (líquidos) más frecuentes son una mezcla de triglicéridos con saturados o insaturados de hasta 18 carbonos cantidades menores de otros lípidos. obtenidos a partir de la hidrólisis de las grasas. Algunos ejemplos son el ácido butírico, presente en leche de rumiantes, y el ácido oleico, que se 135

COMPUESTOS ORGÁNICOS Química Figura 18. Estructura del colesterol y ejemplos de alimentos en los cuales se encuentra presente. encuentra en la mayoría de aceites vegetales hormonas y sales biliares que desempeñan un utilizados para cocinar. papel muy importante en la absorción de las  Los fosfolípidos, son ésteres que poseen dos grasas procedentes de los alimentos. grupos acilo y un grupo fosfato (Fig. 17), conocidos como ésteres fosfóricos. Estos lípidos c. Aminoácidos y proteínas forman las bicapas lipídicas de las membranas Los aminoácidos son ácidos carboxílicos que celulares, delimitadoras de las células. contienen un grupo amino. Bajo ciertas condiciones, este grupo amino de una molécula y el grupo carboxilo de otra, puede reaccionar, uniendo a los 2 aminoácidos mediante un enlace amida o peptídico y formando un péptido (Fig. 19). Figura 17. Estructura general de los fosfolípidos, De acuerdo al número de aminoácidos que componentes principales de las membranas celulares. reaccionan se pueden formar dipéptidos, tripéptidos, etc. Estos enlaces amida entre  Las ceras, son mezclas de ésteres que contienen aminoácidos se conocen como enlaces peptídicos, y un total de 40 a 72 átomos de carbono. Estas son el producto de este enlace entre 2 aminoácidos se utilizadas en productos para proteger carros, llama dipéptido. pisos y muebles. También, se encuentran de forma natural; ejemplo de ello es el colesterol Los polipéptidos contienen muchos aminoácidos. Las (Fig. 18), sustancia a partir de la cual se sintetizan proteínas son polipéptidos que ocurren naturalmente y contienen más de 50 aminoácidos 136

COMPUESTOS ORGÁNICOS Química (algunas son polímeros de 100 a 300 aminoácidos). ACTIVIDAD 4. (Tiempo: 20 minutos) Son sustancias macromoleculares que están presentes en todas las células vivas. Alrededor de DESNATURALIZANDO PROTEÍNAS 50% del peso seco del cuerpo humano se compone de proteínas. Las proteínas son los componentes Materiales estructurales principales de los tejidos animales; son Seis vasos plásticos transparentes de 2 oz., una clara de parte fundamental de la piel, uñas, cartílagos y huevo, 10 mL de leche; 10 mL de agua; 5 mL de vinagre, músculos. Otras proteínas catalizan reacciones, jugo de limón, una cuchara de plástico, un gotero y un transportan oxígeno, sirven como hormonas para plumón permanente. regular procesos corporales específicos y llevan a cabo otras tareas. Procedimiento 1. Formar grupos de dos o tres integrantes. Las proteínas se pueden dividir en fibrosas y 2. Rotular dos vasos como agua, dos como vinagre y globulares. Las primeras son insolubles en agua, largas y en forma de hilos y, las segundas, son dos como limón utilizando el marcador. solubles en agua o en soluciones acuosas de ácidos, 3. Distribuir la clara de huevo en tres vasos de bases o sales (Lecciónes 8 y 11) y están dobladas, de modo que forman unidades compactas que a manera equitativa. menudo se aproximan a una forma esferoide. 4. Utilizar el gotero, añadir 10 gotas de agua en el Las proteínas fibrosas sirven como materiales estructurales de los tejidos animales, una función vaso que rotuló como agua. Observar lo que para la que se prestan, dada su insolubilidad y sucede después de un minuto. tendencia a la formación de fibras. Las integran: 5. Repetir el paso anterior utilizando vinagre y queratina, en piel, pelo, uñas, lana, cuernos y después jugo de limón. Recuerde lavar el gotero plumas; colágeno, en tendones; miosina, en cada vez que lo use con otro material. músculos; fibroína, en la seda. 6. Realizar los pasos del 1 al 5 empleando la leche Las proteínas globulares tienen varias funciones como sustituto de la clara de huevo. relacionadas con la manutención y regulación del proceso de la vida, funciones que precisan la Pregúnteles: movilidad y, por tanto, de solubilidad. ¿Qué sucedió en cada vaso? ¿Qué indica la formación de ese precipitado? ¿Por qué no sucedió nada con el agua? Las integran las enzimas (catalizadores naturales); muchas hormonas, como insulina (del páncreas), tiroglobulina (de la glándula tiroides), ACTH (de la pituitaria); anticuerpos, responsables de alergias y de la defensa contra organismos foráneos; albúmina, en huevos; hemoglobina, que transporta oxígeno de los pulmones a los tejidos; fibrógeno, que se convierte en la proteína fibrosa e insoluble fibrina, con la que se produce la coagulación de la sangre. Se puede considerar una estructura proteica en varios niveles (Fig. 20). Figura 19. Ecuación general de formación de péptidos.  Estructura primaria: se refiere a la composición Se pueden observar en los cuadros rojos el grupo amino cuantitativa de los aminoácidos integrantes de y en los verdes el carboxilo de los aminoácidos. la cadena, así como a su orden o secuencia y a la disposición del enlace peptídico.  Estructura secundaria: es la referente a la disposición espacial de la cadena protéica, 137

COMPUESTOS ORGÁNICOS Química especialmente a la formación de estructuras Hélice α planas filamentosas, predominando la dimensión longitudinal, es decir, describe el Figura 20. Esquema de niveles de organización de las plegamiento local de la cadena a través de las proteínas. Cada estructura se forma de acuerdo con las unidades estructurales que aparecen en las interacciones entre los aminoácidos. Las flechas indican proteínas debido a la interacción de los cómo la cadena proteica va formando las diferentes aminoácidos por medio de puentes de estructuras. hidrógeno.  Estructura terciaria: es la conformación Los ácidos ribonucleicos (ARN o RNA, por sus siglas tridimensional completa de la cadena en inglés) son moléculas más pequeñas, con pesos polipeptídica. Las interacciones locales entre moleculares del orden de 20,000 a 40,000 uma. En aminoácidos originan hélices α, hojas β u otras tanto que los DNA se encuentran principalmente en formas de estructura secundaria. el núcleo de la célula, los RNA se hallan en su Estos subconjuntos se organizan en dominios, mayoría fuera del núcleo, en el citoplasma, el que comprenden entre 30 y 150 aminoácidos, y material no nuclear encerrado por la membrana que actúan a modo de unidades más o menos celular. coherentes. La disposición geométrica de los Los DNA guardan la información genética de la célula dominios es lo que constituirá la estructura y regulan la producción de proteínas. Los RNA terciaria. transportan la información almacenada por los DNA  Estructura cuaternaria: solamente poseen este fuera del núcleo, hacia el citoplasma, donde esta nivel aquellas proteínas formadas por varias información se utiliza para sintetizar proteínas. Los cadenas polipeptídicas; se refiere a las diversas monómeros de los ácidos nucleicos, llamados interrelaciones que pueden ocurrir entre dichas cadenas. Por causa del calor, por ácidos o bases o por otros agentes (sal, alcohol, etc.), la estructura cuaternaria de una proteína puede desenrollarse y formar enlaces que unen unas cadenas con otras, es decir, precipitar. Este cambio de estructura se conoce con el nombre de desnaturalización. Un ejemplo de este proceso se da cuando la clara de huevo cambia de consistencia y color al cocinarla, por efecto del calor. d. Ácidos nucleicos Los ácidos nucleicos son una clase de biopolímeros portadores de la información genética de los organismos. Los ácidos desoxirribonucleicos (ADN o DNA, por sus siglas en inglés) son moléculas enormes (Fig. 21) con pesos moleculares que fluctúan entre 6 millones y 16 millones de uma. 138

COMPUESTOS ORGÁNICOS Química nucleótidos, se componen de las unidades mantienen unidas en virtud de las atracciones entre siguientes: las bases de una de ellas y las de la otra. En estas  Una molécula de ácido fosfórico, H3PO4. atracciones intervienen tanto interacciones de  Un azúcar de cinco carbonos. dispersión de London como puentes de hidrógeno.  Una base orgánica nitrogenada. Estas moléculas forman dos cadenas enrolladas una en la otra formando una doble hélice. Las bases (representadas por las letras T, A, C y G) están unidas a los azúcares. Las dos cadenas se Grupo fosfato Azúcar Bases nitrogenadas Figura 21. Estructura del ADN. Los nucleótidos se polimerizan para formar esta biomolécula en la cual los azúcares y los grupos fosfatos forman el esqueleto y las bases nitrogenadas interaccionan entre sí mediante puentes de hidrógeno. 139

COMPUESTOS ORGÁNICOS Química ACTIVIDAD INTEGRADORA CON… SOCIEDAD FABRICANDO TU PROPIA ESENCIA Los aceites esenciales son líquidos que contienen las sustancias responsables del aroma de las plantas y que son importantes en la industria cosmética (perfumes y aromatizantes), de alimentos (condimentos y saborizantes) y farmacéutica (saborizantes). Estos, luego de ser sintetizados en las plantas, se almacenan en distintos órganos de éstas (raíz, fruto, semillas, hojas), de donde son extraídos. Los aceites esenciales se caracterizan por ser una mezcla de varios compuestos volátiles como hidrocarburos, alcoholes, aldehídos, cetonas, ésteres, éteres y fenoles. Algunos ejemplos son el cinamaldehído (canela), clavo (eugenol), eucalipto (cineol), etc. Materiales Un recipiente hondo de metal (una olla), un colador grande del tamaño de la boca de la olla, un recipiente pequeño de vidrio o cerámica (que quepa dentro del colador, puede ser una taza), tapadera de la olla, canela o manzanilla, hojas de eucalipto, (lo que les sea más accesible), agua, hielo y una cocina. Procedimiento 1. Verter cuatro tazas de agua en la olla y agregue la canela. 2. Colocar el colador y el recipiente pequeño sobre la olla. 3. Acomodar la tapadera de la olla sobre el dispositivo de manera inversa (con el agarradero hacia abajo). 4. Calentar la mezcla a fuego lento hasta hervir. 5. Una vez empiece a hervir, colocar hielo sobre la tapadera. Cuando se derrita, botar el agua y volver a colocar hielo. 6. Dejar secar el agua producida por el hielo derretido y apagar la cocina. 7. Destapar y retirar el recipiente pequeño. 8. La esencia obtenida puede mezclarse luego con alcohol, aceite mineral y agua para obtener un perfume. 140

COMPUESTOS ORGÁNICOS Química RESUMEN Aquiral: Describe un objeto que puede ser superpuesto con su imagen especular (imagen en el espejo). Enlace pi (enlace π): Enlace formado por el solapamiento lateral de dos orbitales p. Enlace sigma (enlace σ): Enlace con la mayoría de su densidad electrónica a lo largo de la línea que une los núcleos. Los enlaces sencillos normalmente son enlace sigma. Estereoisómero: Isómeros en los cuales los átomos están unidos en el mismo orden, pero con diferente arreglo espacial. Grupo alquilo: Grupo derivado de un hidrocarburo saturado (que sólo contiene enlaces sencillos). Un alcano al que se le ha quitado un hidrógeno, para permitir el enlace con otro grupo. Se simboliza por R. Grupo funcional: Grupo o centro reactivo de una molécula orgánica. Hibridación: Es la mezcla de orbitales atómicos para formar nuevos orbitales disponibles para establecer enlaces. Hidrocarburo: Compuestos formados exclusivamente de carbono e hidrógeno. Alcanos: hidrocarburos que sólo contienen enlaces sencillos. Alquenos: hidrocarburos que contienen enlaces dobles C=C. Alquinos: hidrocarburos que contienen enlaces triples CC. 141

COMPUESTOS ORGÁNICOS Química Hidrocarburo aromático: Hidrocarburos que suelen contener un anillo bencénico. Orbital híbrido: Orbital formado por la combinación de orbitales s y p del mismo átomo. Por hibridación sp se forman dos orbitales, por sp2 se forman tres orbitales y por hibridación sp3 se forman cuatro orbitales. Quiral: Describe un objeto que no es superponible con su imagen especular. Si desea enriquecer más su conocimiento, consulte: 1. Brown, T. L., LeMay, H. E., Bursten, B. E., Burdge, J. R. (2004). Química. La ciencia central. México: PEARSON EDUCACIÓN. 2. Morrison, R., Boyd, R. (1995). Química orgánica. USA: Addison Wesley. 3. Royal Society of Chemistry, Consultado en Julio 2011 de http://www.rsc.org/Education/Teachers/Resources/OnlineResourcesHome.asp 4. Schmid, G. H. (1996). Organic chemistry. USA: Mosby. 142

COMPUESTOS ORGÁNICOS Química ACTIVIDAD EVALUADORA La radiación electromagnética es una Tabla 4. Bandas de absorción características de grupos funcionales. forma de energía que se transmite por el espacio a enorme velocidad. Se denomina luz a la radiación electromagnética en las regiones ultravioleta (UV)/visible, y en ocasiones de la región infrarroja (IR), si bien el término estricto abarca sólo la radiación visible. Muchas sustancias absorben luz a una longitud de onda específica y la emiten a otra. La rama de la química que estudia la interacción de las radiaciones electromagnéticas con las moléculas, se llama espectroscopia. Hoy conocemos la naturaleza de los cambios que experimentan las moléculas en los procesos de absorción o emisión de radiación lo que nos permite obtener información sobre la estructura molecular a partir de los datos espectroscópicos. Esta información tiene una gran variedad de aplicaciones, desde ayudar a químicos para determinar la estructura de una nueva molécula sintetizada, hasta pruebas de análisis forense y control de calidad. La espectroscopia infrarroja es especialmente útil para el estudio de productos químicos orgánicos ya que los espectros que resultan contienen una línea con una serie de bandas llamadas picos que aparecen en las longitudes de onda particulares donde la radiación es absorbida por la muestra. Y que son característicos de cada grupo funcional (Tabla 4). A partir de la información anterior resuelva: En un laboratorio un químico sacó una muestra de las siguientes sustancias: AB Colocó cada muestra en frascos diferentes. Sin embargo, el químico olvidó etiquetarlas y las confundió, por lo que no sabe qué sustancia contiene cada recipiente. Para identificarlas y poderlas utilizar, utilizó la espectroscopia IR, obteniendo un espectro para cada compuesto (Fig. 25). Utilizando los espectros y las fórmulas estructurales de los compuestos contesta: 143

COMPUESTOS ORGÁNICOS Química a. ¿Qué hibridación posee el átomo de carbono unido al átomo de oxígeno en cada compuesto? b. ¿A qué familia de compuestos orgánicos pertenece cada compuesto de acuerdo con su grupo funcional? c. Identifica si cada compuesto posee algún centro quiral y si son moléculas quirales o aquirales. d. ¿A qué compuesto pertenece cada espectro? (Los asteriscos (*) indican los picos más importantes en cada espectro). * * * ESPECTRO 1 * * * * ESPECTRO 2 Figura 25. Espectros IR de sustancias A y B. 144

Lección 11. ECUACIONES QUÍMICAS CONTENIDOS 1. Cambio químico. 2. Evidencias de que ocurre una reacción química. 3. Ecuación química. INDICADORES DE LOGRO ¿POR QUÉ ES IMPORTANTE? 1. Identifica y distingue un cambio químico. A nuestro alrededor suceden continuamente 2. Explica las evidencias que establecen que ha reacciones químicas, en los automóviles, en la cocina, ocurrido una reacción química. en los laboratorios e inclusive en nuestro cuerpo. 3. Reconoce cómo las ecuaciones químicas describen a las reacciones químicas. Por ello, es fundamental visualizar los cambios que 4. Identifica las partes que constituyen a las ocurren en una reacción por medio de las ecuaciones ecuaciones químicas. químicas debido a que indican los reactivos que 5. Escribe correctamente una ecuación intervienen y los productos que se obtienen en el química. proceso. Asimismo, permite predecir cómo se llevará a cabo dicha reacción. PALABRAS CLAVE Cambio químico, reacción química, ecuación DESCRIPCIÓN química, reactivo, producto, coeficiente, La lección inicia recordando qué es un cambio químico, precipitado. para introducir el tema de la reacción química y las evidencias que determinan que ha ocurrido. Las evidencias que se exhiben son mediante la observación de distintos factores. Una vez que es abordada dicha parte, se especifica que la reacción se representa mediante una ecuación química y se detallan las partes que la forman.

ECUACIONES QUÍMICAS Química ACTIVIDAD 1. (Tiempo: 5 minutos) CAMBIO QUÍMICO VS CAMBIO FÍSICO El objetivo de esta actividad es efectuar preguntas de sondeo al estudiantado; para retroalimentar sus conocimientos acerca de la identificación de un cambio químico y las características que lo distinguen de un cambio físico. Oriente para que en grupos de trabajo de tres o cuatro estudiantes analicen y respondan las siguientes preguntas: ¿Por qué no es posible diferenciar las cenizas de una carta con las de un periódico?, ¿Por qué el agua puede convertirse fácilmente en hielo y viceversa?, ¿Qué aspectos intervienen para que los cambios sean reversibles o no? y ¿Qué harían para diferenciar un cambio físico de un cambio químico? 1. CAMBIO QUÍMICO ¿Qué es la lluvia ácida? El dióxido de azufre (SO2), producto de la Un cambio químico es el proceso en el que contaminación industrial, se oxida por el oxígeno dando cambia la naturaleza de las sustancias; es trióxido de azufre (SO3); el cual al disolverse con el agua decir, que existe una transformación de la lluvia, origina ácido sulfúrico (H2SO4) corrosivo. Este materia, debido a que las sustancias iniciales corroe los metales y ataca a las estatuas (el mármol es cambian o se transforman en otras distintas, con carbonato de calcio (CaCO3) creando sulfato de calcio propiedades diferentes. (CaSO4)), soluble en agua de lluvia. Por ejemplo, la herrumbre que se produce en un El mármol se puede proteger mediante una mezcla de pedazo de hierro u otro metal, es una sustancia hidróxido de bario [Ba(OH)2] y urea [(NH2)2CO] puesto diferente a su original; la ceniza que se crea en la que ambas reaccionan para crear una capa insoluble de hoguera es una sustancia distinta a la madera. En el carbonato de bario (BaCO3). Si sobre ella cayera lluvia proceso de la fotosíntesis, las plantas producen ácida, se formará sulfato de bario (BaSO4); la cual es nutrientes y oxígeno a partir de diversas sustancias más insoluble, quedando las estatuas protegidas por (Fig. 1). muchos años. Figura 1. Al quemarse un cerillo, sucede un cambio 2. EVIDENCIAS DE QUE OCURRE UNA REACCIÓN químico. La ceniza y el humo resultantes son QUÍMICA compuestos diferentes de los iniciales en el cerillo original. Cuando una sustancia química ha experimentado cambios químicos, por lo regular, se observan una o Todo cambio químico involucra una reacción entre varias diferencias. Si se detectan dichas señales, se diferentes sustancias produciendo la formación de puede determinar si ha ocurrido o no una reacción sustancias nuevas. Así, una reacción química es el química. proceso en que una o más sustancias cambian o se transforman en otra u otras sustancias de distinta A continuación, se presentan algunos: naturaleza. 146

 Cambio de color: Cuando sucede un cambio de ECUACIONES QUÍMICAS Química color en la sustancia, indica la aparición de una o varias sustancias nuevas diferentes a las que o algunas de las sustancias nuevas formadas son había inicialmente (Fig. 2). insolubles (Fig. 3). Nitrato de plomo II [Pb (NO3)2] Yoduro de plomo II (PbI2) Figura 2. Los cambios de color en las hojas de los árboles, son Figura 3. Cuando se mezcla una solución de nitrato de plomo II debidos a la descomposición de sus pigmentos. (Pb (NO3)2) con una de yoduro potásico (KI), se produce un precipitado de yoduro de plomo II (PbI2) de color amarillo.  Aparición de precipitado: Es señal de que una ACTIVIDAD 2. (Tiempo: 15 minutos) REACCIÓN QUÍMICA: FORMACIÓN DE PRECIPITADO En química se denomina precipitado a la sustancia sólida que se forma en el interior de una disolución. Así, con esta actividad se demostrará cómo a partir de una reacción química se obtiene un precipitado, observando la formación de carbonato de calcio (CaCO3). Forme grupos de tres o cuatro estudiantes y repártales los materiales que necesitarán. Pregúnteles: ¿a qué se le llama “precipitado”? ¿Puede separarse el precipitado del resto de la solución? ¿Cómo podría efectuarse este proceso? Materiales 1 pajilla. 2 vasos pequeños de plástico transparente. 1 papel filtro o tela fina. 1 cucharada de cal (CaO). 1 taza de agua. Procedimiento 1. Colocar la cal en un vaso y agréguenle la taza de agua. Deberán agitarlo y dejarlo reposar durante unos minutos. 2. Filtrar a través del papel filtrante o la tela fina la disolución y trasladar el líquido resultante a otro vaso plástico. 3. Agregar aire de sus pulmones a la solución, soplando a través de la pajilla. Observar lo que ocurre. Pregúnteles: ¿qué observaron al dejar el contenido del vaso en reposo? ¿Qué fases se han presentado? ¿Por qué ha habido precitado? ¿Qué propiedades tiene el sólido que se ha obtenido?  Desprendimiento de gas: Como resultado de una reacción química, emerge una nueva sustancia en estado gaseoso (Fig. 4). Figura 4. El gas dióxido de carbono (CO2) se obtiene por la reacción entre el carbonato cálcico (CaCO3) y el ácido clorhídrico (HCl). Al colocar un globo en la boca del frasco de la reacción, este se infla por el gas producido. 147

ECUACIONES QUÍMICAS Química ACTIVIDAD 3. (Tiempo: 20 minutos) REACCIÓN QUÍMICA-DESPRENDIMIENTO DE GASES En esta actividad se elaborará una lámpara de lava casera con el fin de notar una reacción química con liberación de gas. Forme grupos de tres o cuatro estudiantes y repártales los materiales que necesitarán. Pregúnteles: ¿han visto las lámparas de lava? ¿Podrá construirse una lámpara de lava casero? ¿Cómo la fabricarían? Materiales 1 vaso de vidrio transparente alto. 2 pastillas efervescentes. ¾ taza de aceite incoloro. 0.1g anilina en polvo (0.5 mL de pintura líquida). 1 cuchara plástica. ¼ taza de agua. Procedimiento 1. Verter en el vaso el agua y el aceite. Luego, añadir el colorante. Agitar. 2. Dejar caer las tabletas efervescentes. Observar. ¿Qué sucedió? De inmediato se produce un desprendimiento de gases, ya que las pastillas efervescentes se disuelven en el agua, deprendiendo dióxido de carbono (CO2). Las burbujas del gas ascienden arrastrando agua a la superficie del aceite. Allí se desprende el gas, y el agua que es más densa que el aceite, desciende. El proceso se repite y se produce un movimiento ascendente y descendente en el interior del aceite. Preguntar: ¿qué sucedió cuando se vertieron el aceite y el agua en el vaso? ¿Y al añadir las pastillas efervescentes? ¿Qué indicios observan que se demuestra que ha sucedido una reacción química? ¿Qué compuestos se producen en la reacción? ¿Y cómo pueden ser comprobados? Investiga la reacción química que se produce ¿cuáles son los reactivos y productos? Explica el fenómeno químico que logra que se apague la llama.  Absorción o liberación de energía: Son los  Cambios en otras propiedades: La acidez, el olor cambios espontáneos de temperatura en la (Fig. 6), las propiedades magnéticas, eléctricas o mezcla (Fig. 5). ambas, la aparición de propiedades ópticas frente a la luz, etc. Figura 5. Los carburos alcalinotérreos reaccionan de Figura 6. La descomposición de los alimentos es un cambio forma exotérmica con el agua, originando acetileno químico que produce olores desagradables. (C2H2). Las reacciones químicas se representan, mediante ecuaciones químicas. 148

ECUACIONES QUÍMICAS Química ACTIVIDAD 4. (Tiempo: 15 minutos) REACCIÓN QUÍMICA-LIBERACIÓN DE ENERGÍA En esta actividad se comprobará el cambio de energía que implica la ocurrencia de una reacción química. Forme grupos de tres o cuatro estudiantes y repártales los materiales que necesitarán. Pregúnteles: ¿han escuchado acerca de los calentadores sin flama? ¿Podría elaborarse un calentador sin necesidad de usar conexiones? ¿Saben cómo hacen las tropas militares para calentar sus alimentos de forma instantánea? Materiales ¼ cucharadita de cloruro de sodio (NaCl). 1 cucharada de limaduras de hierro (Fe). 1 cucharada de Poliestireno (Durapax®, hormigón u otro). 1 bolsa plástica con cierre (tipo Ziploc®). 1 cucharada de agua. Procedimiento 1. Colocar el polvo de hierro, la sal y el aislante térmico en la bolsa plástica. Deberán cerrarla y agitar su contenido con el fin de mezclar los componentes. 2. Añadir a la bolsa el agua, cerrarla y agitarla suavemente para que se mezcle el contenido. 3. Sujetar la bolsa con las manos y anotar los cambios de temperatura. Pregúnteles: ¿qué percibieron? ¿La reacción química que se produce, libera (exotérmica) o absorbe (endotérmica) energía? ¿Cuál es la función del aislante térmico? ¿Qué aplicaciones podría tener esta reacción en la vida diaria? ACTIVIDAD 5. (Tiempo: 5 minutos) REACCIÓN QUÍMICA-PRODUCCIÓN DE OLOR Al ponerse en contacto un huevo de gallina con vinagre se produce una reacción química, que libera un olor poco agradable, debido tanto al ácido acético (CH3COOH) que forma el vinagre como al acetato de calcio (Ca(CH3COO)2) formado, al salir al exterior. Forme grupos de tres estudiantes y repártales los materiales que utilizarán. Pregúnteles: ¿cuáles son las partes que constituyen un huevo de gallina? ¿Qué compuesto será el que le otorga la dureza a la cáscara? ¿A qué se deberá que en una reacción química se liberen olores? Materiales 1 taza de vinagre (ácido acético (CH3COOH) al 5% v/v). 1 huevo crudo de gallina. 1 frasco o vaso grande de vidrio transparente. Procedimiento 1. Verter el vinagre dentro del vaso y colocar el huevo. 2. Dejar en reposo el huevo en el vinagre durante dos días. Observar. Preguntar: ¿qué sucedió al sumergir el huevo en la solución? ¿Detectan la producción de olor resultado de la reacción química? Investiga la reacción química que se ha llevado a cabo ¿cuáles son los reactivos y los productos? ¿Cuáles son las sustancias químicas responsables del burbujeo y producción del olor desagradable? ¿Qué apariencia posee el huevo al dejarlo dos días en reposo? 149

ECUACIONES QUÍMICAS Química ¿Por qué algunas verduras y hortalizas pierden el color reacción. La P, significa que se debe aplicar verde al hervirlas? presión a la reacción. En algunas reacciones Las verduras y hortalizas verdes poseen en sus tejidos químicas se necesitan catalizadores; es decir moleculares un pigmento denominado clorofila, que es compuestos que aceleran la reacción, por lo el que les otorga su color verde. Contienen un átomo de que se colocan sobre la flecha. magnesio en el centro de su molécula. La decoloración La doble flecha indica que la reacción puede o pérdida del color verde es porque el calor facilita que ser reversible. el átomo de magnesio que se ubica en el centro de la molécula, sea reemplazado por átomos de hidrógeno. En los productos, se pueden utilizar los siguientes símbolos: La sustancia que se forma es insoluble o se produce un precipitado. La sustancia que se produce se desprende en forma de gas. 3. ECUACIÓN QUÍMICA  Coeficientes: Son los números colocados antes de Una reacción química implica más de lo que puede cada sustancia. Indican el número de moles que determinarse sólo por observación. Por lo tanto, los reaccionan de cada reactivo y los moles de químicos representan los cambios que ocurren en producto formado (el coeficiente 1 se omite). una reacción mediante ecuaciones químicas; es decir, a través de fórmulas y símbolos. A continuación, se muestra un ejemplo señalando las partes de la ecuación: Partes de una ecuación química La ecuación se lee así: cuatro moles de cromo (Cr)  Reactivos: Son las sustancias que reaccionan y, se sólido reaccionan con tres moles de oxígeno (O2) escriben a la izquierda de la flecha. gaseoso, para producir, en presencia de calor, dos  Productos: Son las sustancias que se producen y, moles de óxido de cromo III (Cr2O3) sólido. De esta se ubican a la derecha de la flecha. manera, los reactivos son el cromo sólido y el gas oxígeno; el producto es el óxido de cromo III sólido y En las reacciones más simples sólo participan un los coeficientes son 4, 3 y 2. reactivo y un producto; pero en ciertas reacciones participan varios reactivos y productos. + El signo “más” se lee “reacciona con”. Al examinar una ecuación química, se puede saber La flecha separa reactivos de productos y da el con exactitud cuáles elementos son las sustancias sentido de la reacción; se lee “produce”. que reaccionan y las sustancias que se producen. Sobre la flecha se pueden detallar algunas condiciones bajo las cuales se lleva a cabo la reacción química. Por ejemplo, un triángulo sobre la flecha significa calor; los reactivos deben ser calentados para que se efectúe la 150

ECUACIONES QUÍMICAS Química Figura 7. La reacción de vinagre y polvo de hornear se utilizó hace años en los extintores debido a las burbujas producidas. El compuesto vinagre es ácido acético (CH3COOH) y el polvo de hornear es hidrógeno carbonato de sodio (NaHCO3). Esta reacción química se puede representar utilizando las fórmulas químicas de los reactivos y los productos (Fig. 7). También es importante determinar el estado físico de los reactivos y productos. Para indicar el estado de las sustancias se ponen después de las fórmulas químicas, símbolos entre paréntesis: (g), (l) y (s), para referenciar el estado gaseoso, líquido y sólido respectivamente. Por ejemplo: Para representar lo que sucede cuando es añadido cloruro de sodio (NaCl) al agua, se escribe: → Donde ac significa disolución acuosa. Al escribir la fórmula química del agua (H2O) sobre la flecha se indica el proceso físico de disolver una sustancia en agua, aunque algunas veces no se coloca, para simplificar. Es frecuente que durante una reacción se libere o absorba una cantidad de energía. Si las reacciones absorben energía y, si esta energía consumida es calor, la reacción se nombra reacción endotérmica. Si la reacción absorbe energía, la palabra energía se escribe junto a los reactivos en la ecuación. Por ejemplo: Las reacciones que liberan energía se denominan reacciones exotérmicas y al escribir la ecuación, la palabra energía se escribe con los productos. Por ejemplo, la ecuación de la reacción que se produce al quemarse gas metano (CH4) en un mechero de Bunsen muestra que se libera energía. 151

ECUACIONES QUÍMICAS Química ACTIVIDAD 6. (Tiempo: 20 minutos) ECUACIONES QUÍMICAS El objetivo de esta actividad es que el estudiantado obtenga las ecuaciones químicas de las actividades realizadas (1-6) y que especifique claramente todas las partes que las conforman, de tal manera que queden bien expresadas. Oriénteles para que en grupos de trabajo de tres o cuatro estudiantes, analicen y escriban en su cuaderno las respuestas de las siguientes preguntas: ¿Cuáles fueron los reactivos y los productos? ¿Cómo especificas en la ecuación química que se ha formado un precipitado? ¿O se ha liberado en forma de gas? ¿Todas las reacciones químicas implican un cambio de energía? ¿Cuáles se han detectado con facilidad? ¿Cómo se leen las ecuaciones químicas? ACTIVIDAD INTEGRADORA CON… BIOTECNOLOGÍA LA ENERGÍA DE UNA SEMILLA DE MANÍ Los alimentos almacenan energía. Cuando un animal consume semillas de maní, su cuerpo transforma la energía almacenada en otras formas de energía; por ejemplo, la energía que usa para moverse. Además, parte de esa energía se convierte en calor; la cual, ayuda a mantener la temperatura de su cuerpo. Así, el objetivo de esta experiencia es comprobar que los alimentos, como el maní en este caso, aportan a quienes los consume la energía que tienen almacenada. Aunque se hará esta experiencia con la finalidad de demostrar la liberación de energía de un alimento; también es importante para que el estudiantado diferencie la combustión del maní entre la obtención de energía del organismo. A pesar, que en los dos casos se libera energía de los alimentos, en el cuerpo no se produce una llama, luz ni se produce un aumento en la temperatura tan pronunciado y repentino. El proceso de obtención de energía a partir de los nutrientes es más lento, la temperatura no aumenta demasiado, ya que dañaría al organismo y, la mayor parte de la energía se utiliza. Se sugiere formar grupos de 3 estudiantes. Repártales los materiales que necesitarán. Materiales 1 alfiler. 1 tubo de ensayo. 1 pinza de madera. 1 semilla de maní. 1 encendedor. 1 termómetro. 5 mL de agua. 1 tapón de corcho. Procedimiento 1. Clavar un extremo del alfiler en el corcho y en el otro extremo, el maní. ¡Cuidado de no lastimarse con el alfiler! 2. Ponen el agua en el tubo de ensayo e introducir el termómetro. Medir la temperatura del agua. Esta será la temperatura inicial. 3. Encender el maní y con la llama que desprende, calentar el tubo que contiene el agua. Deberán sostener el tubo con la pinza de madera para no quemarse. 4. Luego de transcurrir 10 minutos, introducir el termómetro en el tubo y medir la temperatura final. Pregúnteles: ¿cuánto varió la temperatura (Temperatura final - Temperatura inicial) del agua? ¿Qué significa este cambio? ¿Cómo ha quedado la semilla de maní? ¿Habrá liberado toda la energía contenida o todavía tendrá más? ¿Consideran que toda la energía que desprendió el maní se usó para calentar el agua? (Explica) ¿qué conclusión sacarían a partir de esta experiencia respecto al aporte del maní al organismo humano al ingerirlo? ¿En qué se diferencia lo que ocurrió en el experimento de lo que sucede en nuestro cuerpo? ¿Por qué las semillas de maní son fácilmente combustibles? Investiga la ecuación química que se ha producido. 152

ECUACIONES QUÍMICAS Química RESUMEN Ecuación química: Forma de escribir una reacción química empleando los símbolos, el estado físico y condiciones de las partículas que participan (iones, átomos, moléculas, etc.). Precipitado: Es la suspensión de partículas sólidas pequeñas producidas en una reacción. Reacción química: Cambio mediante el cual uno o más elementos químicos o compuestos (reactivos) forman compuestos diferentes (productos). Todas las reacciones químicas son reversibles, es decir, los productos pueden reaccionar dando lugar a los reactivos. Si desea enriquecer más su conocimiento, consulte: 1. ArgenBio por qué Biotecnología (2004). La Energía de una semilla de maní. Extraído en agosto de 2011 desde http://www.porquebiotecnologia.com.ar/educacion/cuaderno/ec_95_act.asp?cuaderno 2. El rincón de la Ciencia (s.f.) El rincón de los Experimentos. Experimentos de Química. Extraído en julio de 2011 desde http://centros5.pntic.mec.es/ies.victoria.kent/Rincon-C/Practica/practica2.html 3. Estefanía, L. (2004) Magia Ciencia: Trucos con física y química. 1ª Edición. Argentina: Editorial Albatros. Colección Abracadabra. 4. Oxford University Press (2003). Diccionario de Química. España: Editorial Complutense. 5. Phillips, J., Strozak, V., Williams, C. (2004) Química. Colombia: McGraw Hill Interamericana Editores, S.A. de C.V. 6. Profesor en línea (s.f.) Cambios químicas en la materia. ¡Tu ayuda para las tareas! Extraído en julio de 2011 desde http://www.profesorenlinea.cl/Quimica/Reacciones_quimicas.htm 7. Química Web (s.f.). Cambios químicos en la materia. Unidad Didáctica 6. Extraído en julio de 2011 desde http://www.quimicaweb.net/grupo_trabajo_ccnn_2/tema6/index.htm 8. Universidad Autónoma de Guadalajara (2007). Estequiometría. Material. Extraído en julio de 2011 desde http://genesis.uag.mx/edmedia/material/qino/t8.cfm 153

ECUACIONES QUÍMICAS Química ACTIVIDAD EVALUADORA 1. ¿Cuál de los siguientes fenómenos es un ejemplo de cambio químico? a. Ebullición del agua. c. Evaporación de alcohol. b. Fusión del hielo. d. Combustión del gas natural. 2. Explica qué es una reacción química y cómo se produce. ¿Cómo puedes saber que se ha llevado a cabo una reacción química? 3. ¿Cuál de las siguientes observaciones en un experimento no indica la ocurrencia de una reacción? a. Cambio de color. c. Emisión de gases. b. Conservación del color. d. Formación de precipitado. 4. De los procesos que se presentan, responde las preguntas que se listan: 1. 2. 3. 4. a. Identifica los reactivos y los productos de la reacción química. Escribe sus fórmulas. b. Escribe la ecuación química correspondiente. 5. Escribe las ecuaciones con palabras y las ecuaciones químicas de las siguientes reacciones: a. El magnesio metálico y el agua se combinan para producir gas hidrógeno e hidróxido de magnesio sólido. b. Cuando se aplica energía (calor) al heptahidrato de sulfato de manganeso (II), este se descompone y forma agua líquida y monohidrato de sulfato de manganeso (II) sólido. c. El potasio sólido reacciona con agua líquida para formar hidróxido de potasio acuoso y gas hidrógeno. 6. Observa las siguientes ecuaciones químicas: + + Calor a. 154

ECUACIONES QUÍMICAS Química + Calor Una molécula Dos moléculas Una molécula de Dos moléculas de metano de oxígeno dióxido de carbono de agua b. Explica toda la información que proporciona esta ecuación sobre la reacción química que representa. 7. Nombra las sustancias que se hallan implicadas en las ecuaciones químicas: a. b. 155

Lección 12. REACCIONES QUÍMICAS CONTENIDOS 1. Nomenclatura de compuestos químicos inorgánicos ternarios. 2. Escala de pH. 3. Tipos de reacciones. 4. Clasificación de reacciones químicas de acuerdo al producto formado. INDICADORES DE LOGRO 1. Clasifica los compuestos inorgánicos ternarios en hidróxido, ácido oxácido y sal. 2. Identifica a los diferentes tipos de nomenclatura inorgánico: stock, tradicional y sistemática. 3. Elabora diferentes fórmulas químicas, ¿POR QUÉ ES IMPORTANTE? El ser humano se encuentra rodeado de diversas explicando su función química y obtención: reacciones químicas como la corrosión de ciertos metales, la descomposición de la materia orgánica, hidróxidos, ácidos y sales. etc., y muchos otros generados por él mismo, como la preparación de fertilizantes, la combustión de los 4. Describe con seguridad la escala de pH. derivados del petróleo, etc.; por ello, las reacciones químicas son importantes para el desarrollo de la 5. Clasifica las sustancias en base y ácidos. vida. 6. IDetermina el pH por medio de indicadores. DESCRIPCIÓN La lección inicia explicando la nomenclatura de los 7. Representa una reacción, identificando sus compuestos inorgánicos ternarios ya que para el estudio de las reacciones químicas se hace componentes. elemental manejarlos. Seguidamente, se ha abordado la temática de la escala de pH para 8. Distingue los distintos tipos de reacciones comprender la combinación de las bases, ácidos y sales así com, son las reacciones químicas. químicas: redox, neutralización, Finalmente, se trata los tipos de reacciones precipitación, combinación, descomposición, químicas: neutralización, redox, precipitación, combinación, desplazamiento sencillo y doble, y desplazamiento sencillo y doble descomposición. desplazamiento. PALABRAS CLAVE Nomenclatura química, compuestos ternarios, hidróxido, ácido, sal, escala de pH, reacción de: neutralización, precipitación, descomposición, combinación, desplazamiento sencillo, doble desplazamiento, redox.

REACCIONES QUÍMICAS Química 1. NOMENCLATURA DE COMPUESTOS QUÍMICOS corresponde al estado de oxidación del metal. Los INORGÁNICOS TERNARIOS hidróxidos son el resultado de la reacción entre un óxido metálico (óxido básico) con agua, originando La necesidad de una nomenclatura general se una base creada por un metal y el grupo hidroxilo; hizo evidente en la medida en que crecía el por ejemplo: número de compuestos conocidos. De esta manera, surgió un lenguaje único, sistematizado y ( ) () ( ) Hidróxido de potasio uniforme para la identificación de las sustancias químicas. En esta lección iniciaremos estudiando la La Tabla 1 muestra ejemplos de hidróxidos con sus nomenclatura de algunos compuestos químicos respectivos nombres, empleando la nomenclatura antes de estudiar los distintos tipos de reacciones. tradicional: Según las fórmulas de los compuestos químicos, Tabla 1. Ejemplos de hidróxidos. estos pueden clasificarse de acuerdo al número de elementos que las conforman: binarios (Lección 9), Fórmula Nomenclatura ternarios y poliatómicos. química tradicional AgOH Hidróxido de plata Los compuestos ternarios están formados por tres Ca(OH)2 Hidróxido de calcio elementos distintos y se clasifican, en: hidróxido, ácido oxácido y sal ternaria. Fe(OH)3 Hidróxido férrico 1. Función hidróxido o base: Están formados por la En el sistema tradicional, se inicia con el nombre unión del ión hidroxilo, hidróxido u oxidrilo (OH-) hidróxido seguido de la terminación -oso si se trata del menor número de oxidación y se usa ico, si se con un catión metálico. Así: refiere al mayor número de oxidación. En el caso de que el elemento tuviera solamente un número de () ( ) Hidróxido de zinc oxidación; se emplea el nombre del metal. La formula general es: ( ) Donde indica el () Hidróxido de sodio metal y el número de iones hidróxido (OH), que Hidróxido cuproso Hidróxido cúprico ACTIVIDAD 1. (Tiempo: 20 minutos) FORMACIÓN DE UN HIDRÓXIDO: HIDRÓXIDO DE CALCIO [Ca(OH)2] Con esta actividad se demostrará la formación de un hidróxido a partir de la reacción de un óxido metálico con agua. Asimismo, se detectará nitrógeno presente en el cabello convirtiéndolo en amoníaco (NH3) el cual, es una base. Forme grupos de tres estudiantes y repártales los materiales que necesitarán. Pregúnteles: ¿han usado cal para abonar la tierra de una planta en una maceta o el jardín? ¿Tendrá nitrógeno nuestro cabello? ¿Qué compuestos lo contienen? Materiales Un Mechero de alcohol. Una muestra de cabello. Agua (cantidad necesaria). 1 Frasco pequeño de vidrio de Gerber®. 1 Base de hierro o rocas (para sostener el bote de Gerber®). 1 g de óxido de calcio (CaO) (encuéntrelo en ferreterías o construcción). Si no poseen un mechero de alcohol, pueden construirlo artesanalmente de la siguiente manera: 1. Usar un frasco de Gerber® y en su tapadera realizar una perforación en el centro. 2. Agregar alcohol en el envase e introducir una cinta de tela de algodón. Cerrarlo y listo. 157

REACCIONES QUÍMICAS Química Procedimiento 1. Introducir la muestra de cabello en el fondo del bote, procurando que quede un poco suelto. 2. Adicionar el óxido de calcio (CaO). Luego, agregar el agua de modo que cubra justamente la muestra. 3. Calentar suavemente el bote con el mechero hasta que el contenido comience a hervir. Con su mano llevarán los vapores que emanan del bote, hacia la nariz. Por ningún motivo se inhalará directamente los vapores del bote, debido a que el gas resultante es irritante. ¿Qué sucedió? Al someter al calor la muestra de cabello en presencia de óxido de calcio, la proteína del cabello (queratina) libera amoníaco (NH3); que tiene carácter básico y se detecta por su olor característico. En este experimento, el óxido de calcio reacciona con el agua y se forma hidróxido de calcio, Ca (OH)2. La ecuación siguiente representa la reacción química que se produce: ������������������(������) ������ ������(������) ������������(������������) (������������) ������������������������������. El Ca (OH)2 reacciona con las proteínas, descomponiéndolas y liberando NH3. Investiga ¿Por qué el amoníaco (NH3) es una base? ¿Qué otro nombre recibe el óxido de calcio? ¿Por qué? ¿De qué forma nos dimos cuenta de que el cabello contiene nitrógeno? ¿Qué tipo de compuesto se formó al reaccionar el óxido metálico (CaO) con el agua? Escribe la ecuación química balanceada que representa esta reacción, especificando el estado físico de sus componentes. Una lista de cationes y aniones comunes aparecen en la Tabla 2: Tabla 2. Fórmulas, cargas iónicas y nombres de algunos iones comunes Cationes comunes Aniones comunes Fórmula Carga iónica Nombre iónico Fórmula Carga iónica Nombre iónico Li+ F- Na+ 1+ Ión litio Cl- 1- Ión fluoruro K+ Br- NH4+ 1+ Ión sodio I- 1- Ión cloruro Ag+ OH- 1+ Ión potasio CN- 1- Ión bromuro Mg2+ ClO- Ca2+ 1+ Ión amonio 1- Ión yoduro Ba2+ ClO2- Zn2+ 1+ Ión plata ClO3- 1- Ión hidróxido Cu2+ ClO4- Hg22+ 2+ Ión magnesio CH3COO- 1- Ión cianuro Hg2+ MnO4- Co2+ 2+ Ión calcio NO2- 1- Ión hipoclorito Ni2+ NO3- Pb2+ 2+ Ión bario SCN- 1- Ión clorito Sn2+ O2- Fe2+ 2+ Ión zinc S2- 1- Ión clorato Fe3+ SO42- Cr3+ 2+ Ión cúprico o ión cobre (II) PO43- 1- Ión perclorato 2+ Ión mercurioso o ión mercurio (I) 1- Ión acetato 2+ Ión mercúrico o ión mercurio (II) 1- Ión permanganato 2+ Ión cobaltoso o ión cobáltico 1- Ión nitrito 2+ Ión niqueloso o ión níquel (II) 1- Ión nitrato 2+ Ión plumboso o ión plomo (II) 1- Ión tiocianato 2+ Ión estannoso o ión estaño (II) 2- Ión óxido 2+ Ión ferroso o ión hierro (II) 2- Ión sulfuro 3+ Ión férrico o ión hierro (III) 2- Ión sulfato 3+ Ión crómico o ión cromo (III) 3- Ión fosfato Al3+ 3+ Ión aluminio HCO3- 1- Ión bicarbonato o ión hidrógeno carbonato 158

REACCIONES QUÍMICAS Química 2. Función ácido oxácido, oxiácido u oxácido: Los Tabla 3. Ejemplos de ácidos oxácidos. ácidos ternarios se constituyen de hidrógeno, Fórmula Nomenclatura química tradicional oxígeno y un elemento no metálico o un metal HClO Ácido hipocloroso de transición. Su fórmula general es: en HClO2 Ácido cloroso HClO3 Ácido clórico donde es el elemento no metálico o metal de HClO4 Ácido perclórico transición, y son el número de átomos de cada uno de los elementos que participan. Los oxácidos son los ácidos que poseen oxígeno y En la nomenclatura tradicional, al compuesto se le son el resultado de la reacción del agua con óxidos nombra con la palabra ácido. Se hace uso del sufijo - no metálicos (anhídrido u óxido ácido); es decir: oso para números de valencia 1 y 2; -ico para los número de valencia 3 y 4. El prefijo hipo- para los ( ) () ( ) Ácido nítrico números de valencia 5 y 6, y per-, para el número de ( ) () ( ) Ácido nitroso valencia 7. En el ejemplo, el nitrógeno al poseer dos valencias, Los oxácidos más comunes son listados en la Tabla forma dos óxidos distintos, cada uno de los cuales 4. Es importante conocer los nombres y fórmulas de genera un ácido diferente al reaccionar con agua. La estos ácidos, debido que los nombres de todos los Tabla 3, presenta ejemplos de ácidos oxácidos con ácidos y sales ternarias son derivados de ellos. su respectivo nombre, usando sólo el sistema de nomenclatura tradicional: Tabla 4. Fórmulas químicas de algunos ácidos oxácidos. Fórmula Número de Nomenclatura Fórmula Número de Nomenclatura química oxidación del oxidación del tradicional átomo central tradicional química átomo central Ácido sulfúrico H2SO3 +4 Ácido sulfuroso H2SO4 +6 Ácido nítrico Ácido selénico HNO2 +3 Ácido nitroso HNO3 +5 Ácido brómico H2SeO3 +4 Ácido selenioso H2SeO4 +6 HBrO2 +3 Ácido bromoso HBrO3 +5 Para poder determinar el número de oxidación en 3. Se despeja (x): los oxácidos se siguen los siguientes pasos: Así, 7 es el número de oxidación del cloro; ya que, la suma de las cargas iónicas es igual a cero; que 1. Se escriben los números de oxidación que se equivale a que posee tantas cargas positivas como negativas. conocen; es decir, los que no cambian. En el Se indica que los oxácidos con el elemento central caso del ácido perclórico: serán el en el estado de oxidación más alto, por lo general contienen más átomos de oxígeno y los que tienen hidrógeno y oxígeno. El cloro es el elemento bajos estados de oxidación, poseen menos átomos de oxígeno. con número de oxidación desconocido (x); ya que, puede variar. 2. Se multiplica el número de oxidación de los elementos químicos que no varían por todos los subíndices: 159

REACCIONES QUÍMICAS Química ACTIVIDAD 2. (Tiempo: 20 minutos) FORMACIÓN DE UN ÁCIDO OXÁCIDO: ÁCIDO CARBÓNICO [H2CO3] Con esta actividad se obtendrá un ácido oxácido mediante la reacción de un anhídrido con agua. Forme grupos de tres o cuatro estudiantes y repártales los materiales que necesitarán. Pregúnteles: ¿alguna vez han probado la leche agria? ¿Han tenido malestar estomacal después de haber comido demasiado? ¿Qué han sentido cuando les pica una hormiga? ¿Qué será un compuesto ácido? ¿Qué sustancias deberán hacerse reaccionar para obtenerlo? Materiales 1 manguera de tres a cinco mm de diámetro. 2 g de carbón. 1 cinta adherente tapagoteras. 1 Frasco de vidrio de Gerber® con su tapadera. Mechero de alcohol (Actividad 1). 1 base de hierro o rocas (para sostener el frasco de Gerber®). Agua (cantidad necesaria). 1 botella plástica transparente. Procedimiento 1. Realizar un agujero en la tapadera del frasco de Gerber® a la medida del diámetro de la manguera. Introducir la manguera en el agujero y asegurarla con la cinta adherente, de tal forma que evite la salida de los vapores que se produzcan. 2. Colocar el carbón en el bote y cerrarlo con su tapadera. 3. Llenar ¾ de la botella plástica con agua e introducir el otro extremo de la manguera. 4. Poner el frasco de Gerber® a la llama del mechero de alcohol. Observar. ¿Qué sucedió? En el frasco de Gerber® se produce una combustión y se obtiene dióxido de carbono (CO2); el cual, es un anhídrido, en forma de gas. La producción de este gas se comprueba mediante el burbujeo del agua contenida en la botella plástica. La reacción química que se produce se presenta así ������(������) ������ (������) ������������ (������). ¿Qué sucedió? Después de aproximadamente cinco minutos, se obtiene un ácido oxácido por la reacción del anhídrido, ya antes obtenido, con el agua. Este ácido recibe el nombre de ácido carbónico (H2SO3). La reacción química que se da se presenta mediante la ecuación siguiente: ������������ (������) ������ ������(������) ������ ������������ (������������) Pregúnteles: ¿qué sucedió cuando se calentó la muestra contenida en el frasco de Gerber®? ¿Cómo se comprobó la formación del anhídrido? ¿Cuál es la ecuación que representa la reacción química de la formación del anhídrido? (Específica el estado físico de los compuestos) Indica la ecuación que representa la reacción química de la formación del ácido oxácido y especifica el estado físico de los componentes. 3. Función sal: Es el producto de la reacción entre Sulfato de sodio un ácido y una base. En esta reacción se forma una sal y agua, excepto cuando se combina un Estas sales ternarias son compuestos que resultan óxido no metálico y un óxido metálico. Se de reemplazar todos los hidrógenos del ácido por el distinguen: la sal neutra, sal ácida, sal básica y elemento metálico del hidróxido. sal doble. 1. Sal neutra u oxisal: Son compuestos formados Hipoclorito de sodio por un hidróxido y un oxiácido. La designación que reciben las sales provienen del nombre del Para nombrar una sal que deriva de un ácido cuyo ácido oxácido que las origina. nombre específico termina en –oso, se reemplaza por la terminación –ito. 160

REACCIONES QUÍMICAS Química ¿Por qué las sales conducen la corriente? se formen estas sales. La molécula de las sales Los electrolitos son aquellas sustancias que al disolverse ácidas une un metal y un radical negativo, pero en el agua permiten el paso de la corriente eléctrica. entre ellos se halla el hidrógeno. Uno de los electrolitos más utilizados es la sal común (NaCl). Carbonato ácido de potasio o Bicarbonato de potasio Al disolverse en el agua, la sal se disocia en sus iones correspondientes (catión sodio Na+ y anión cloruro Cl-). Sulfato ácido de litio o Estos iones se mueven en la disolución; por lo tanto, si Bisulfato de litio introducimos los extremos de un circuito eléctrico, se efectuará el paso de la corriente eléctrica a causa del Para poder nombrarlos en el sistema tradicional se movimiento de los iones, pues crecerá la conductividad siguen las mismas reglas de las sales neutras, sólo del medio acuoso. que en este caso, se debe agregar la palabra ácido antes del nombre del metal. La Tabla 7, presenta ejemplos de sales ácidas: Análogamente, cuando el nombre específico del Tabla 7. Ejemplo de sales ácidas. ácido termina en –ico, este se cambia por –ato; se especifican en la Tabla 5. La tabla 6, presenta Fórmula Nomenclatura ejemplos de sales neutras con su nombre en la química tradicional nomenclatura tradicional. KHCO3 Carbonato ácido de potasio/bicarbonato de potasio NaHSO4 Sulfato ácido de sodio/ bisulfato de sodio Tabla 5. Nomenclatura de la sal neutra. 3. Sal básica: Se obtienen cuando se sustituye de forma parcial los grupos hidroxilo (OH-) por los Nombre del Nombre de la ácido sal neutra aniones de un ácido. Hipo –oso Hipo –ito -oso -ito -ico -ato () () Carbonato básico de hierro (III) Per –ico Per –ato Tabla 6. Ejemplo de sales neutras. En su fórmula se escribe primero el metal; luego, el OH y finalmente el radical; se nombra en primer Fórmula Nomenclatura lugar el nombre del radical de la sal; luego, la química tradicional palabra básico y el elemento metálico o bien, si en su fórmula no aparece el OH, sólo se menciona el Na3PO4 Fosfato de sodio u ortofosfato de sodio nombre del radical para la sal y luego se anota el LiClO4 Perclorato de litio nombre del metal. Mg(BrO)2 Hipobromito de magnesio En el sistema tradicional se utiliza como nombre ( )() ( ) ( )( ) () genérico el nombre del no metal con el sufijo y el Nitrato básico de cobre (II) prefijo correspondiente a su número de valencia y como nombre específico el nombre del metal, que 4. Sal doble o mixta: Se obtiene al sustituir todos es el elemento dado por el hidróxido. los hidrógenos del ácido por átomos metálicos distintos de hidróxidos. En la fórmula se escribe 2. Sales ácidas: Estas surgen cuando los elementos los dos metales en orden de electropositividad y metálicos no reemplazan a la totalidad de los por último, el radical. Las normas para poder hidrógenos catiónicos. Los ácidos deben poseer dos o más hidrógenos en su molécula para que 161

REACCIONES QUÍMICAS Química denominarlos en el sistema tradicional son las electrólito débil y por ello, un mal conductor de mismas de las sales ácidas. electricidad, debido a que experimenta una ligera ( )() () () () () ionización, en otras palabras, una pequeña fracción Sulfato de aluminio y potasio (alumbre) de esta se disocia en los iones que componen la 2. ESCALA DE pH molécula: ión hidronio (H3O+, ión ácido) e ión Un agricultor o un buen jardinero necesita conocer hidróxido (OH+, ión básico): la acidez o la basicidad del suelo para determinar si las plantas que desea cultivar son idóneas para el () () () () tipo de suelo o debe mejorar sus condiciones. Por ello ¿qué les recomendaría hacer para determinar la Cuando en una solución la concentración de H3O+ es acidez o la alcalinidad del suelo y que sea idóneo mayor que la de OH-, entonces, es ácida; pero si la para el buen desarrollo de las plantas? concentración de OH- es mayor que la de H3O+ es El pH es una medida de la acidez o alcalinidad. La básica o alcalina. Mientras que la solución será escala de pH va desde: 0 (acidez máxima) hasta 14 neutra cuando su concentración de H3O+ es igual a (nivel básico máximo) y el punto medio es 7 donde la de OH-. existe un equilibrio entre la acidez y la alcalinidad; dicha solución sería neutral (Fig. 1). Frecuentemente, para abreviar, se usa la fórmula H+ (ión hidrógeno) para la representación del H3O+: () ( ) ( ). El ión hidronio (H3O+), es la mejor forma de representar la estructura externa Neutro del H+ hidratado en solución acuosa. Las Más ácido Más básico concentraciones de H3O+ y de OH- en disolución generalmente son bajas, por ello se usa una forma 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 más práctica y rápida para medir la basicidad y la acidez de una disolución, es decir, se utiliza el concepto de pH (Fig. 2). Figura 1. El científico alemán Richard Martín Willstätter (1872- El término pH significa potencial de hidrógeno. La 1942) fue el primero que describió el cambio de color de las escala de pH es una forma útil para poder describir antocianinas, que son los pigmentos que otorgan el color rojo, la concentración de H3O+ en soluciones ácidas y la púrpura o azul a las hojas, flores y frutos de ciertas plantas. de OH- en soluciones básicas, para medir la acidez y Estos pigmentos son un mecanismo de defensa contra la luz basicidad de una disolución. Por definición, el pH de ultravioleta (UV) y evitar la producción de radicales libres. Al una disolución es el logaritmo negativo de una cambiar la acidez, es decir el pH de la planta, los colores de las expresión numérica de la concentración molar de antocianinas cambian. Por eso es que observamos que las hojas H3O+ (Ec. 1), es decir, que la diferencia entre una cambian de color, como en las hojas de mango. unidad y otra atañe a un cambio de potencia de 10. El agua es un disolvente único y por tal razón se Por ejemplo, una muestra que posee un valor de pH halla implicada en varios experimentos de 5, es diez veces más ácida que una muestra de pH 6. laboratorio y aplicaciones biológicas e industriales Del mismo modo, una muestra de pH 4 es cien que incluyen ácidos y bases. Empero, el agua es un veces más ácida que la de pH 6. El resultado del cálculo del pH, es una cantidad sin unidades. 162

REACCIONES QUÍMICAS Química ([ ]) 0 Ácido clorhídrico (HCl) Ácido 1 Ácido de baterías [] 2 Jugo de limón [] Ec. 1 Vinagre 3 Multiplicando por -1 a ambos lados de la ecuación, Bebidas gaseosas resulta (Ec. 2): [ ] Ec.2 4 Vino y cerveza 5 La definición matemática para logaritmo base 10, es 6 Café negro la siguiente (Ec. 3): Neutro 7 Agua lluvia Orina humana Leche Agua destilada ( ) Ec.3 8 Agua de mar 9 Bicarbonato de sodio Entonces, si: [ ] y 10 Pasta dental Se obtiene: [ ] Ec. 4 Leche de magnesia 11 Amoníaco (NH3) De la ecuación 4, se observa que el pH es el valor 12 negativo del exponente de la concentración de los H3O+. Por ejemplo, si la concentración de H3O+ de 13 Lejía una solución es 10-10 M significa que posee un pH de Básico 10. ¿Cómo se relacionan estos números con la 14 concentración de OH-? Si se multiplican entre sí la Figura 2. Valor aproximado de pH de algunas sustancias. concentración de iones hidronio e iones hidróxido, el producto es 10-14 (Ec. 5): Para medir el pH de una disolución se pueden usar dos métodos en función de la precisión con que se [ ][ ] Ec. 5 desea realizar la medida: Si en la Ecuación 5, tomamos logaritmos decimales 1. pH -metro: Se usa para hacer mediciones que en ambos miembros, obtenemos lo siguiente: demandan exactitud. Determina el pH por el método llamado potenciométrico (Fig. 3). ([ ] [ ]) [ ] [] Electrodo [ ] [] Pantalla digital Por ello, si el pH de una solución es 9, entonces, la Solución a medir concentración de los iones hidronio es 10-9 M y la el pH concentración de iones hidróxido es (10-14 /10-9) M que es 10 ;-14-(9) es decir, 10-5 M. Botones de calibración Figura 3. Un pH-metro digital. 163

REACCIONES QUÍMICAS Química El medidor de pH mide esencialmente el potencialVioleta de metilo ¿Por qué balancear el pH en los productos para la piel? electroquímico entre un líquido conocido (patrón)Azul de timol La capa externa de nuestra piel posee una estructura de en el interior del electrodo de vidrio (membrana) y queratina, igual que nuestro cabello. Los productos que una solución desconocida. Cuando el electrodo deAmarillo de metilo dan brillo a la piel y la aclaran tienen un pH más alto. Su vidrio entra en contacto con la solución patrón seAzul de bromocresol propósito es remover la capa de queratina que puede constituye un potencial electroquímico que hace poseer células muertas. que los H3O+ interactúen con él y determine el pHNaranja de metilo de la muestra tratada (Fig. 4). Rojo de metilo Las células nuevas de la parte interna se notan frescas y Fenolftaleína más vibrantes. Casualmente, el uso de estos productos Figura 4. El pH-metro se calibra por medio de tres diferentesTimolftaleína básicos sobre la piel pueden ayudar; pero el uso muy soluciones tampón que tienen pH de 4, 7 y 10. continuo daña la piel saludable al eliminar muchas Amarillo de alizarina capas de células. 2. Indicadores: Para mediciones de pH que no se necesita mucha precisión se usan sustancias Se usan también, tiras de papel indicador llamados llamadas indicadores, que varían de color de papel tornasol, que al ser sumergidos en la manera reversible según el pH del medio y se disolución adoptan un color de acuerdo a la añaden de forma directa a ella, tal como, la concentración de protones que se hallan en la fenolftaleína, azul de bromocresol, amarillo de disolución (Fig. 6). metilo, etc. (Fig. 5). Figura 6. A. El papel indicador se sumerge un par de segundos 14 en la disolución a examinar. Se espera durante 10 -15 seg., y 13 luego se compara el color resultante con los de la escala de 12 colores. 11 10 3. TIPOS DE REACCIONES QUÍMICAS Así como existen miles de especies animales y de 9 plantas, hay muchos tipos distintos de reacciones 8 químicas; las cuales, se hace necesario conocerlas y 7 clasificarlas. 6 5 4 3 2 1 0 Figura 5. Indicadores de uso muy frecuente en el laboratorio. La columna de color negro indica los valores de pH. 164

REACCIONES QUÍMICAS Química ACTIVIDAD 3. (Tiempo: 30 minutos) DETERMINAR SI UNA SUSTANCIA ES ÁCIDA, BÁSICA O NEUTRA UTILIZANDO UN INDICADOR En esta actividad se preparará un indicador a partir del repollo morado y se usará para establecer el valor aproximado del pH de algunas sustancias y determinar si son ácidas, básicas o neutras. La medición de acidez o basicidad de las sustancias se basará en el cambio de color del líquido según el pH de la sustancia a la cual se agregue. El indicador del jugo del repollo morado posee una molécula, la antocianina, que es la responsable de los cambios de color (Fig. 7). Forme grupos de tres estudiantes y repártales los materiales que utilizarán. Pregúnteles: ¿podrían lograrse indicadores naturalmente? ¿De qué frutas, verduras o hierbas? ¿Será que todas las sustancias poseen valores de pH diferentes? ¿Cuáles podrían ser los valores aproximados del pH de algunas sales domésticas? Materiales ½ repollo morado. 1 colador de orificios pequeños. Agua caliente (cantidad necesaria). 1 mortero casero o instrumento para triturar. 1 olla pequeña. 3 vasos plásticos transparentes pequeños. 4 cucharas plásticas. Marcadores. 2 cucharadas de: jugo de limón (ácido cítrico [C6H8O7]) y lejía (hipoclorito de sodio 5% m/v [NaClO]). Diversas muestras: polvo de hornear, jabón líquido, tableta de Alka -Seltzer®, una soda, entre otros. Procedimiento 1. Cortar las hojas del repollo en trozos pequeños y colocarlos en capas hasta un grosor de dos cm dentro de la olla. Le deberán agregar el agua hasta cubrir la superficie de las capas. 2. Triturar con el mortero las hojas del repollo hasta obtener un extracto de color morado profundo. 3. Verter el indicador en los vasos plásticos hasta ¼ de su capacidad. Tres vasos les servirán de testigos; es decir, que con esto se efectuarán las comparaciones de las muestras por analizar; los cuales, se identificarán de la siguiente manera: el vaso 1 será el pH ácido; el vaso 2, pH básico y el vaso 3, pH neutro. Los demás vasos serán adonde se colocarán las muestras. 4. En el vaso 1 poner el jugo de limón, en el vaso 2, verterán la lejía y en el vaso 3, agua. Observar. 5. Finalmente, en el vaso 4 y en los restantes deberán colocar las muestras por analizar. ¿Qué sucedió? Según el cambio el color de las muestras en el indicador, se determinará si es ácido, básico o neutro comparándolo con el torno de las soluciones testigos, como se ve en la figura de abajo. Pregúnteles: ¿las sustancias como el jugo de limón y vinagre son ácidos o básicos? ¿Cuál ión podría explicar esta característica? ¿En las soluciones limpiadoras como la lejía o la soda caústica, cuál ión podría estar implicado? ¿Cuáles muestras resultaron ser ácidas, básicas o neutras? ¿Cómo llegó a dicha inferencia? Escala de pH <2 4 6 7 7.5 9 10 12 13> Reflexione lo siguiente: si fuera al parque nacional El jamás había observado ¿cómo sabría si debería Imposible y viera por primera vez animales que tenerle precaución o no? 165

REACCIONES QUÍMICAS Química Posiblemente, si observa un tigrillo pensaría que se de remover el exceso de cemento que queda parece a un gato; en cambio, si se le aparece un durante la colocación de la cerámica. pajuile, cuya apariencia es similar a la del pavo, será más seguro que huya el ave de usted (Fig. 7). El hidróxido de sodio (NaOH) es una sustancia que se usa, por lo común, en el laboratorio y el hogar; y es De la misma manera que los biólogos clasifican los el principal componente de muchos productos de seres vivos, los químicos organizan las reacciones limpieza de las cañerías. Ya que el HCl es una químicas. A continuación, se detallan los distintos sustancia ácida y el NaOH es una sustancia básica, y tipos de reacciones químicas que se manifiestan: si se combinaran resultaría una neutralización. Se nombra de neutralización porque el ácido y la base dejan de serlo al reaccionar entre sí; pero, esto no significa que el pH de la disolución que se obtiene sea neutro. Seguidamente, se presenta un ejemplo de reacción de neutralización (Fig. 8). AB () () () () Figura 7. A. El tigrillo es un mamífero carnívoro y B. El pajuil es un ave galliforme; especies que habitan en la reserva natural El AB Cl- Imposible (Ahuachapán). H+ Reacción de Neutralización Na+ ClN- a+ La reacción de un ácido con una base se denomina reacción de neutralización; porque las propiedades OH+ H2O de ambos compuestos se minimizan o neutralizan Figura 8. A. En un principio se posee una mezcla de iones. Al cuando reaccionan entre sí. ocurrir la reacción de neutralización, B. los H3O+ reaccionan con los OH- formando agua (H2O), quedando los iones de sodio y Por ejemplo, tanto en los laboratorios como en el hogar se utiliza con frecuencia el ácido clorhídrico cloro en la solución y produciéndose una solución de cloruro de (HCl) diluido aproximadamente al 50% v/v; con el fin sodio (NaCl) en agua. ACTIVIDAD 4. (Tiempo: 20 minutos) REACCIÓN DE NEUTRALIZACIÓN Nuestro estómago secreta naturalmente ácido clorhídrico (HCl), que activa el pepsinógeno y lo transforma en pepsina para llevar a cabo el proceso de la digestión. En ocasiones por diversas razones (abuso de comidas, tensión nerviosa, difícil digestión, etc.) aparece la hiperacidez que puede provocar efectos irritantes en las paredes del estómago y el esófago. Para combatir la acidez estomacal se deben utilizar sustancias de carácter básico; ya que reaccionan con los ácidos para formar sal y agua (reacción de neutralización), estas sustancias son los antiácidos. Forme grupos de tres o cuatro estudiantes y repártales los materiales que necesitarán. Pregúnteles: ¿alguna vez han tomado un antiácido para aliviar el malestar estomacal? ¿Qué han sentido luego de haberlo ingerido? ¿Cómo determinaría entre dos diferentes marcas de antiácidos, cuál es la más eficiente? Materiales 1 frasco de limpiador de inodoro (10% v/v ácido clorhídrico) (Bowl Cleaner®) o vinagre (ácido acético, CH3COOH). 1 taza de extracto de repollo morado (indicador) (Actividad 3) (Fig. 7). Diversos antiácidos: Alka -Seltzer®, Tums®, Rolaids®, Malox®, entre otros. 166

REACCIONES QUÍMICAS Química 4 vasos plásticos transparentes pequeños. Agua (cantidad necesaria). Procedimiento 1. Verter el indicador (extracto de repollo) en los vasos plásticos hasta ¼ de su capacidad. Dos vasos servirán de testigos; es decir, que con estos se efectuarán las comparaciones de las muestras por analizar, los cuales se identificarán de la siguiente manera: el vaso 1 será el pH ácido y el vaso 2, pH neutro. Los demás vasos serán adonde se colocarán las muestras. 2. En el vaso 1 poner dos cucharadas del limpiador de inodoro (HCl) y en el vaso 2, dos cucharadas de agua. Observar. 3. En los vasos restantes deberán verter las muestras de antiácidos. Observar. ¿Qué sucedió? El antiácido más eficiente para controlar la acidez estomacal es aquel cuya coloración en el indicador del repollo morado cambió de manera semejante a la solución del vaso 2, con pH neutro. Pregúnteles: Describe las diferentes formas en que los antiácidos reaccionaron con el limpiador. Explica tu respuesta. ¿Cuál de los antiácidos que se utilizaron fue es el más eficiente para controlar la acidez? Investiga el ingrediente activo de los diferentes tipos de antiácidos que se han utilizado. ¿La eficiencia de un antiácido depende de la naturaleza del ingrediente activo, de su cantidad o de ambos? Indica la reacción de neutralización entre los antiácidos y el ácido clorhídrico (HCl) presente en el jugo gástrico. Reacción de Óxido-reducción o redox Si analizas la ecuación de la reacción entre el zinc y el ¿Qué tipo de reacción ocurre en una manzana que ha oxígeno, se observa cuáles son los átomos que ganan sido mordida? Después, que da cada mordida a la electrones y cuáles los pierden. fruta, aparecen puntos de manchas cafés ¿Qué causa el color café que aparece en las frutas y en las Asimismo, puede determinarse dónde quedan los verduras después de pelarlas? Es de recordar, que el electrones en una reacción redox al comparar el cambio de coloración, es una de las señales de que número de oxidación de cada tipo de átomo o un ión ha ocurrido una reacción química. antes y después de que se efectúe la reacción. Una reacción redox se caracteriza porque hay una () ( ) () transferencia de electrones, donde una sustancia gana electrones y la otra sustancia los pierde. Es En la formación de óxido de zinc, el átomo de zinc y decir, que una sustancia se reduce y otra se oxida, de la molécula de oxígeno con la que reacciona, se les ahí su nombre. Muchas reacciones importantes son asigna un número de oxidación de cero. En el reacciones redox. La formación de herrumbre (Fig. 9) compuesto iónico que se produce, cada ión óxido y la combustión de hidrocarburos, son algunos contiene carga 2- y un número de oxidación de 2-. ejemplos. Fe2O3 Puesto que el compuesto debe ser neutro, la carga positiva total debe ser 4+; por ello, cada ión zinc debe tener una carga y número de oxidación de 2+. Se llama reacción de oxidación a la reacción en la que un elemento pierde electrones. El elemento que Figura 9. Un clavo de hierro (Fe) se oxida (Fe2O3) cuando es expuesta al agua y al aire. 167

REACCIONES QUÍMICAS Química electrones. La reacción de oxidación se puede escribir sola para demostrar cómo cambia el zinc durante la reacción redox: : [] (Pérdida de electrones) ¿Por qué nos duele cuando nos pica una abeja? Los electrones que pierde el átomo de zinc deben de El veneno de abeja es una sustancia ácida; debido que se transferirse a otro átomo o ión. Esta es la razón por compone de ácido fórmico (HCOOH), ácido clorhídrico la cual las reacciones de oxidación no ocurren solas, (HCl) y ácido fosfórico (H3PO4), entre otros compuestos siempre van acopladas con las reacciones de orgánicos; por ello, es que la picadura debe tratarse con reducción. una sal básica, como bicarbonato de sodio (NaHCO3); ya que, produce una reacción de neutralización. Una reacción de reducción es aquella en la que un elemento gana uno o más electrones. Se dice que el pierde electrones se queda con mayor carga positiva, elemento que gana los electrones y adquiere mayor es decir, que su número de oxidación se incrementa carga negativa, se reduce, lo cual, significa que su y se dice que el elemento químico se oxidó durante número de oxidación disminuye o reduce. la reacción. :.... :....: (Ganancia de electrones) El zinc se oxida durante la formación del óxido de Debido a que, las reacciones de oxidación y de : ....:zinc porque cada átomo de zinc metálico pierde dos reducción ocurren juntas (Fig. 10), cada una de ellas se denomina una semirreacción. [ ] ......: + Átomo de oxígeno, O Ión de zinc, Zn2+ Ión de oxígeno, O2- Átomo de zinc, Zn Figura 10. El oxígeno acepta los electrones que pierde el zinc y se reduce durante la reacción, porque cada átomo de oxígeno gana dos electrones. En cambio, el zinc se oxida y su número de oxidación aumenta desde cero hasta 2+. La ecuación balanceada de las dos semirreacciones : [ ] (oxidación) muestra que la molécula de oxígeno ha ganado :....: (reducción) cuatro electrones y que para producir estos cuatro electrones deben tomar parte dos átomos de zinc Enseguida se muestra la ecuación total balanceada en la reacción. Las semirreacciones son las de la reacción que se presentó al inicio del estudio siguientes: de las reacciones redox: 168

⏟ () ⏞ ⏟ ⏞ REACCIONES QUÍMICAS Química () ()  Agente reductor: Es el compuesto partícipe de la reacción redox, capaz de reducir al otro compuesto y que a su vez, se oxida, Así, el zinc es el elemento que se oxida y es el agente reductor. ¿Qué es un agente oxidante y un agente reductor? Es decir: ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ A continuación, se presentan sus definiciones: Se oxida a  Agente oxidante: Es el compuesto químico que () ( ) () forma parte de la reacción redox que es capaz de oxidar al otro y que a su vez, se reduce. Agente Agente reductor oxidante En la reacción del zinc con el oxígeno, el oxígeno es el elemento que se reduce; por ello es el agente oxidante: ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ Se reduce a ACTIVIDAD 5. (Tiempo: 20 minutos) REACCIÓN DE ÓXIDO -REDUCCIÓN O REDOX Con esta reacción se demostrará una reacción redox, a través, de la limpieza de una cadena de plata, puesto que se produce una transferencia de electrones entre la plata y el aluminio, de la bandeja que utilizaremos. Forme grupos de tres o cuatro estudiantes y repártales los materiales que utilizarán. Pregúnteles: ¿qué significa una oxidación? ¿Es un cambio químico o físico? ¿Cuáles factores podrían intervenir en la oxidación? ¿Cuáles condiciones peligrosas pueden crearse si los edificios, aviones o puentes se corroen en sus estructuras metálicas? Materiales 1 bandeja de aluminio poco profunda. 1 cadena de plata (Ag) oscurecida. Agua caliente (cantidad necesaria). 2 cucharadas de bicarbonato de sodio (NaHCO3). 2 cucharadas de sal común (NaCl). Procedimiento 1. Preparar una mezcla con el agua caliente, la sal y el bicarbonato de sodio en la bandeja de aluminio. 2. Añadir la cadena de plata en la mezcla y esperar durante unos minutos, para apreciar que la cadena recupera su brillo natural. ¿Qué sucedió? La plata se oscurece debido a la formación de sulfuro de plata (Ag2S) que se forma en su superficie producto de la reacción de la plata con compuestos de azufre del aire. Para eliminar el sulfuro de plata se necesita una reacción que invierta el proceso, es decir, que transforme el sulfuro de plata en plata. El aluminio (Al) de la bandeja reacciona con el sulfuro de plata de la cadena liberando plata y produciendo sulfuro de aluminio (Al2S), que queda en la bandeja. La mezcla caliente con las sales ayuda a la transferencia de electrones. La ecuación química que representa a la reacción química es 3������������ ������(������) ������������(������) 3������ ������(������) 6������������(������) ������������ ������ (������) 3������ ������(������������) evidenciando que la plata se reduce y el aluminio se oxida. Asimismo, el bicarbonato de sodio reacciona con el H2S en una reacción de neutralización, de la siguiente manera: 3������������������������������ (������������) 3������ ������(������������) 3������������������������(������������) 3������ ������(������) 3������������ (������) 169

REACCIONES QUÍMICAS Química Pregúnteles: ¿cuál es la reacción redox que se produce? ¿Cuál es el agente oxidante? ¿Y el agente reductor? ¿Cuál compuesto es el que se oxida y el que se reduce? Dibuja los electrones que se transfieren y quién los recibe. Reacción de Precipitación 4. CLASIFICACIÓN DE REACCIONES QUÍMICAS DE Este tipo de reacción consiste en la formación de un ACUERDO AL PRODUCTO FORMADO compuesto químico que no es soluble llamado precipitado; producido al mezclar dos disoluciones Como hemos estudiado, las reacciones químicas se diferentes, cada una de las cuales aporta un ión a pueden clasificar de varias formas. Otra manera de dicho precipitado (Lección 11). poder clasificarlas es dependiendo de los procesos y el producto formado, así tenemos: la reacción de Un ejemplo común de este tipo de reacción, es la combinación, reacción de doble desplazamiento, la reacción de desplazamiento sencillo y la reacción de mezcla de nitrato de plata (AgNO3) y el cloruro de descomposición. sodio (NaCl). La reacción química que se genera es Reacción de Combinación, Síntesis o Adición En este tipo de reacción dos o más sustancias se () () ( ) ( ) . El combinan para formar un producto. Las sustancias reaccionantes pueden ser elementos, compuestos o precipitado que se produce es sólido (cloruro de un compuesto y un elemento, y el producto es un compuesto. plata, AgCl) y es insoluble en agua (Fig. 11). Entre las reacciones de combinación se tienen los siguientes ejemplos: AgCl () ( ) () ( ) () Figura 11. Se produce una reacción de precipitación al hacer () () ( )( ) reaccionar nitrato de plata (AgNO3) y cloruro de sodio (NaCl). () Las precipitaciones se producen porque los sólidos resultantes no son solubles en soluciones acuosas. Reacción de Descomposición Las reacciones de precipitación ocurren a nuestro En estas reacciones los reactivos son compuestos, alrededor a cada instante, por ejemplo, a veces las que por la acción del calor, la electricidad u otro tuberías de nuestras casas se obstruyen debido a la medio, se descompone en dos o más compuestos o formación de precipitados de magnesio y óxido de elementos. calcio. Entre las reacciones de descomposición se tienen: De igual manera, es que se generan los cálculos renales; los cuales son piedras renales producidas () () ( ) de la precipitación de iones de calcio y oxalatos. () () () 170

Reacción de Desplazamiento simple REACCIONES QUÍMICAS Química A este tipo de reacción también se le denomina de simple sustitución; puesto que un elemento toma el positiva y la negativa de dos compuestos iónicos. Y lugar de otro en un compuesto. para que se lleve a cabo una de estas reacciones, por lo menos uno de los productos debe de ser un precipitado o agua. Entre las reacciones de desplazamiento sencillo se Entre las reacciones de doble desplazamiento se tienen los siguientes ejemplos: tienen los siguientes ejemplos: () ( ) () () () () () () () ( )( ) () () () () () () Reacción de Doble desplazamiento Estas también se nombran de doble sustitución. En este tipo de reacciones se intercambian la posición ACTIVIDAD 6. (Tiempo: 20 minutos) TIPOS DE REACCIONES QUÍMICAS Indique a sus estudiantes que a partir de los resultados que obtuvieron de las Actividades 1 a 5, efectúen lo siguiente:  Clasifiquen las reacciones químicas de acuerdo al tipo de reacción que se manifiesta: reacción de combinación, de descomposición, desplazamiento sencillo y doble desplazamiento.  Realicen una tabla en la cual se detallen las ecuaciones químicas, el tipo de reacción obtenido y las observaciones generales de cada experiencia. ACTIVIDAD INTEGRADORA CON… SALUD ANALIZADOR DEL ALIENTO Las bebidas alcohólicas son etanol (CH3CH2OH), un líquido volátil que se evapora a temperatura ambiente. Por su volatilidad, al ingerirlo se presenta un nivel de alcohol en el aliento, que es proporcional al nivel del alcohol en el torrente sanguíneo. Para determinar si una persona ha consumido bebidas alcohólicas se usa un analizador de aliento. Este dispositivo consiste en una ampolla de vidrio cerrada que contienen cristales de dicromato de potasio (K2Cr2O7) en un medio ácido (H2SO4). Durante la prueba, se rompe la ampolla en una bolsa hermética y la persona sopla a través de una boquilla durante un tiempo normalizado. Si el aliento de la persona contiene vapores de alcohol, este provoca una reacción redox con el dicromato. A medida que el etanol se oxida, los iones dicromato Cr6+, anaranjados, se reducen hasta iones Cr3+, de color azul-verde. El color que se produce depende de la cantidad de alcohol en el aliento y se traduce para obtener un cálculo aproximado del nivel de etanol en la sangre. Solicíteles a sus estudiantes que respondan las siguientes preguntas a través de una investigación bibliográfica: ¿Cómo afecta al organismo el consumo de alcohol? ¿Qué reacción química permite visualizar el alcohol consumido? ¿Qué tipo de reacción química es? Específica los electrones que se ceden y los que reciben durante la reacción química. ¿Cuál es el estado físico de los compuestos que intervienen? ¿Qué tipo de dispositivos se utilizan para fiscalizar el consumo de alcohol en conductores en nuestro país? 171

REACCIONES QUÍMICAS Química ¿Cuál es la dosis de alcohol máxima según nuestra normativa legal que se puede ingerir? ¿Qué reacción química permite visualizar el alcohol consumido? ¿Qué tipo de reacción química es? Específica los electrones que se ceden y los que reciben durante la reacción química. ¿Cuál es el estado físico de los compuestos que intervienen? ¿Qué tipo de dispositivos se utilizan para fiscalizar el consumo de alcohol en conductores en nuestro país? ¿Cuál es la dosis de alcohol máxima según nuestra normativa legal, que se puede ingerir? RESUMEN Ácido: Es un compuesto que al disociar en agua Indicador: Es una sustancia que tiene la propiedad genera iones hidronio (H3O+). de cambiar de color. Cuando se halla en presencia de un ácido torna a un color y en presencia de una Base: Es un compuesto que genera iones hidróxido base, otro color diferente, indicando la mayor o la (OH-) en solución acuosa. Estos reaccionan con los menor concentración de H3O+. Generalmente, son ácidos dando agua y una sal. ácidos o bases orgánicas débiles. Electronegativo: Este término es aplicado para los Reacción química: Es el proceso mediante el cual elementos que tienden a captar electrones (e-) y una o más sustancias (reactivos) se transforman formar iones negativos. químicamente en una o más sustancias distintas a las originales (productos). Escala de pH: Una escala logarítmica para expresar la acidez o basicidad de una disolución. Se puede definir el pH de una solución como –log10x, donde x es la concentración de iones hidrógeno en moles por litro (pH = -log [H3O+]). 172

REACCIONES QUÍMICAS Química Si desea enriquecer más su conocimiento, consulte: 1. Andalucía Innova (2011) 100 Preguntas, 100 Respuestas. Especial Química. Extraído en agosto de 2011 desde http://www.andaluciainvestiga.com/espanol/revista/pdf/100PreguntasQuimica/100PreguntasQuimica.pdf 2. De Prada, F. y Martínez, J. (s.f.) Alcohol y alcoholímetros. Historia, fundamentos científicos y aplicación didáctica. Revista digital. Extraído en agosto de 2011 desde http://www.bg.profes.net/index.asp 3. Nieto, B. (2010) Práctica No. 1 “pH”. bas –quimika -gk. Extraído en agosto de 2011 desde http://bas- quimika-gk.blogspot.com/2010/11/practica-n-1-ph.html 4. Fundación Educativa Héctor A. García (s.f.) Nomenclatura química. Extraído en agosto de 2011 desde http://www.salonhogar.net/quimica/nomenclatura_quimica/indice.htm 5. Gómez, A., Osorio, R. (2004) Experimentos divertidos de química para jóvenes. Experimento 31 Nitrógeno en el cabello. Universidad de Antioquia. Medellín. Extraído en agosto de 2011 desde http://www.educarm.es/templates/portal/images/ficheros/etapasEducativas/secundaria/5/secciones/513/ contenidos/10263/experimentos_de_qumica.pdf 6. Nutrivea-es.com (2011) La Escala del pH. pHion. Extraído en agosto de 2011 desde http://www.nutrivea- es.com/la_escala_del_ph.htm 7. Oxford University Press (2003). Diccionario de Química. España: Editorial Complutense. 8. Phillips, J., Strozak, V., Williams, C. (2004) Química. Colombia: McGraw Hill Interamericana Editores, S.A. de C.V. 9. Profesor en línea ¡Tu ayuda para las tareas!(s/f) ¿Qué es el pH? Registro N 188.540. Extraído en agosto de 2011 desde http://www.profesorenlinea.cl/Quimica/PH2.htm 10.Skoool TM (2011) Reacciones de neutralización habituales. Extraído en agosto de 2011 desde http://media.educ.ar/skoool/quimica_y_fisica/reacciones_de_neutralizacion_habituales/index.html 11.Soubirón, E. (2005) La aplicación de las Situaciones Problemáticas Experimentales (SPE) como estrategia didáctica en el aprendizaje de la Química. Guía para el docente. Extraído en agosto de 2011 desde http://www.uruguayeduca.edu.uy/Userfiles/P0001/File/quimicalibro.pdf 12.Universidad del País Vasco (2011). Medida del pH. Biomoléculas. Extraído en agosto de 2011 desde http://www.ehu.es/biomoleculas/ph/medida.htm 13.Universidad de Antioquia (s.f.) Práctica 20. Eficiencia de los antiácidos. Extraído en agosto de 2011 desde http://docencia.udea.edu.co/cen/tecnicaslabquimico/02practicas/practica20.htm 173

REACCIONES QUÍMICAS Química ACTIVIDAD EVALUADORA 1. Escribe los nombres que corresponden a cada c. La [ ] aumentó. uno de los siguientes bases: d. La sustancia agregada debió ser un ácido. 5. Si se consideran las soluciones siguientes y sus () () () 2. Escribe el nombre de los siguientes oxisales en la respectivos valores de pH:  Solución A: pH = 2 nomenclatura tradicional:  Solución B: pH = 7  Solución C: pH = 13 () () () 3. Escribe las fórmulas correspondientes a cada uno Entonces ¿Cuál o cuáles de las alternativas son de los siguientes compuestos: las correctas? a. Sulfuro de molibdeno (IV) a. La solución A es básica. b. Hipoclorito de potasio b. La solución B es neutra. c. Ácido perbrómico c. La solución C es ácida. d. Bicarbonato de calcio e. Hidróxido de magnesio 6. El amoníaco (NH3) disuelto en agua genera la f. Nitrato de mercurio (I) reacción siguiente: g. Sulfato de cromo (III) h. Bromato de calcio () () () () 4. Al disolverse una sustancia X en agua, el pH Así ¿el amoníaco es una sustancia ácida o básica? cambia de 7 a 4. Por lo tanto ¿cuál o cuáles de las alternativas son correctas? 7. La picadura de abeja es ácida, mientras que la de a. La [ ] disminuyó. la avispa es básica. Se dispone de amoníaco y b. La [ ]aumentó. vinagre (ácido acético) ¿qué remedio usarías para cada picadura? 8. En la escala de pH que se adjunta enseguida, se han asignado valores a sustancias comunes: pH 1 23 45 67 89 10 11 12 13 14 Jugo de Jugo de Detergente Leche Sangre limón tomate Señale la aseveración correcta: a. El jugo de tomate es más ácido que el jugo de limón. b. El jugo de limón es más ácido que el jugo de tomate. c. La sangre es levemente más ácida que la leche. d. Los detergentes son más ácidos que los jugos. 9. Completa las siguientes reacciones, indicando su tipo y escribe el nombre de cada sustancia: () ( ) () ( ) () () () () () () () ( )( ) 174

Lección 13. REACCIONES TERMOQUÍMICAS CONTENIDOS 1. Termoquímica. 2. Principio de conservación de la energía. 3. Calor de reacción. 4. Entalpía. 5. Ecuaciones termoquímicas. INDICADORES DE LOGRO 1. Reconoce qué estudia la termoquímica. ¿POR QUÉ ES IMPORTANTE? La mayor parte de la energía de la cual dependemos, se 2. Reconoce el principio de conservación obtiene de reacciones químicas; por ejemplo, la energía para que los autos se movilicen se obtiene de la quema de de la energía en los diferentes cambios combustibles fósiles y las reacciones químicas dentro de las baterías. Otro ejemplo, es que por medio de los de la materia. alimentos se produce la energía necesaria para mantener nuestras funciones biológicas. Dado que diferentes 3. Comprende qué es calor de reacción. procesos químicos indispensables en nuestras vidas están relacionados con la energía, resulta importante estudiar 4. Clasifica fenómenos como cuáles de ellos necesitan energía para producirse y cuáles la generan. endotérmicos o exotérmicos. DESCRIPCIÓN 5. Interpreta datos proporcionados en La lección inicia definiendo cómo la termoquímica estudia las variaciones de energía en los cambios de la materia. ecuaciones termoquímicas. Luego, explica cómo el Principio de conservación de la energía rige estos cambios. Se diferencia que el calor PALABRAS CLAVE absorbido o desprendido se llama calor de reacción y, a Energía, sistema, alrededores, calor, calor presión constante, entalpía. Finalmente, se muestra cómo de reacción, reacción endotérmica, reacción escribir este valor energético dentro de una ecuación exotérmica, entalpía, catalizadores. química y cómo interpretarlo.

REACCIONES TERMOQUÍMICAS Química 1. TERMOQUÍMICA Durante el transcurso de una reacción química, unas sustancias se transforman en otras (Lección 12). Esta transformación suele ir acompañada de un intercambio de energía (calorífica, eléctrica, luminosa, etc.). La termoquímica, es la rama de la química que se Figura 1. Esquema de entrada y salida de energía en el cuerpo encarga de analizar; mediante la observación, humano mediante el metabolismo de los alimentos ingeridos. medición y predicción, las variaciones de energía que acompañan a los cambios físicos y a las reacciones es liberada a sus alrededores. Por el contrario, la químicas; resumiendo, el requerimiento o liberación fotosíntesis, que ocurre en las plantas vivas, es un energética implicada en la realización de los cambios proceso que remueve energía de los alrededores, físicos y químicos. pues toma la energía radiante del Sol. Según lo estudiado en las lecciones 5 y 6 de Física, la De acuerdo al Principio de Conservación de Energía, energía se puede clasificar en dos tipos generales: la energía liberada a los alrededores es ganada o energía cinética (energía de movimiento relacionada absorbida por el sistema y viceversa. Por ejemplo, con la masa y velocidad del objeto o sistema) y, cuando utiliza gas propano para cocinar, la reacción energía potencial (debida a las condiciones, posición que se lleva a cabo es la combustión (Fig. 2). La o composición y asociada a las fuerzas de atracción o cantidad de energía potencial química contenida en repulsión entre objetos o sistemas). La energía los enlaces que conforman cada molécula de también puede ser eléctrica, radiante (lumínica), propano y las moléculas de oxígeno, se transforma nuclear y química. Esta última es la energía asociada en energía calorífica y lumínica que es liberada a los con los enlaces químicos y las atracciones alrededores y, en energía potencial química en los intermoleculares, expresado de otra forma, con los enlaces de los productos formados (CO2 y H2O). cambios químicos. La energía química en combustibles y comida 3. CALOR DE REACCIÓN proviene de la energía potencial contenida en los Como ya se mencionó, toda reacción química va enlaces entre átomos debido a los arreglos en las acompañada de un desprendimiento o de una moléculas. Esta energía almacenada se transforma o absorción de energía. El contenido energético de los transfiere cuando los compuestos sufren cambios productos es generalmente distinto del contenido químicos (reacción química), como ocurre durante la energético de los reactivos. combustión o el metabolismo (Fig. 1). Cada molécula posee una energía interna (suma de 2. PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA energía cinética y potencial) que depende de los La transferencia de energía es una característica enlaces entre sus átomos. Si en la reacción química importante en todos los cambios químicos. La disminuye la energía interna, se desprende energía, energía es transferida de los alimentos al cuerpo si aumenta la energía interna, se absorbe energía. humano, durante el metabolismo de los Esta energía absorbida o desprendida puede serlo en carbohidratos y aparece también como calor y energía mecánica, en un automóvil durante la combustión de gasolina. En ambos casos, la energía 176

REACCIONES TERMOQUÍMICAS Química forma de energía lumínica, eléctrica, mecánica, etc.; pero habitualmente se manifiesta en forma de calor. Figura 2. Representación de la reacción de combustión que ocurre al encender una cocina de gas: por cada mol de gas propano que reacciona con cinco moles de oxígeno, se generan tres moles de dióxido de carbono, cuatro de agua y una cantidad específica de energía. El calor desprendido o absorbido en condiciones Figura 3. Escala de cantidades energéticas de algunos procesos estándar en una reacción química, se llama calor de químicos expresadas en joules. reacción y tiene un valor característico para cada reacción. Esta propiedad es el cambio de energía que pueden determinarse experimentalmente en un se presenta por el rompimiento o formación de dispositivo para medir cantidades de calor llamado enlaces químicos. El calor de reacción se expresa calorímetro (ver Lección Termodinámica I, de Física). generalmente en términos de calorías o kilocalorías (Kcal). Actualmente también se utiliza el joule (J) Para las actividades siguientes los estudiantes como medida de energía cuando se habla de pueden trabajar en parejas o como usted crea cambios químicos (Fig.3). conveniente, de acuerdo a la cantidad de su grupo de trabajo. El calor de reacción puede recibir diferentes nombres según el tipo de cambio que se produce en la reacción (tipo de reacción, Lección 11). Puede nombrarse entonces como: calor de formación, calor de combustión, calor de neutralización, etc. Estos 177

REACCIONES TERMOQUÍMICAS Química ACTIVIDAD 1. (Tiempo: 20 minutos) ABSORCIÓN DE ENERGÍA Materiales 10 mL de ácido acético (vinagre), una bolsita de bicarbonato de sodio, dos vasos plásticos de 4 oz., un termómetro, una probeta de 10 mL o un recipiente medidor de volúmenes de cocina y una cuchara pequeña. Procedimiento 1. Colocar un poco de vinagre en un vaso de plástico para medir 10 mL de vinagre con la probeta y depositarlos en el otro vaso. Luego introducir el termómetro, leer la temperatura y anotarla. 2. Mientras el termómetro sigue en el vaso, adicionar media cucharada de bicarbonato de sodio y mezclar teniendo cuidado de no golpear el termómetro. 3. Observar el cambio en la temperatura en el termómetro y anoten al menos tres temperaturas (cuando se dé el primer cambio de temperatura, 15 s después de la primera y cuando la reacción termine). Pregunte: ¿cómo evidenció que se estaba dando una reacción química? ¿La temperatura disminuyó o aumentó cuando combinó los dos reactivos? ACTIVIDAD 2. (Tiempo: 20 minutos) LIBERACIÓN DE ENERGÍA Materiales 10 mL de peróxido de hidrógeno (agua oxigenada), una bolsita de bicarbonato de sodio, dos vasos plásticos de 4 oz., un termómetro, una probeta de 10 mL o un recipiente medidor de volúmenes de cocina y una cuchara pequeña. Procedimiento 1. Medir 10 mL de agua oxigenada con la probeta y depositarlos en un vaso. Luego introducir el termómetro, leer la temperatura y anotarla. 2. Mientras el termómetro sigue en el vaso, adicionar media cucharada de bicarbonato de sodio y mezclar teniendo cuidado de no golpear el termómetro. 3. Observen el cambio en la temperatura en el termómetro y anoten al menos tres temperaturas (cuando se dé el primer cambio de temperatura, 15 s después de la primera y cuando la reacción termine). Pregunte: ¿Cómo evidenció que se estaba dando una reacción química? ¿La temperatura disminuyó o aumentó cuando combinó los dos reactivos? Reacciones endotérmicas Algunos ejemplos de este tipo de reacciones son: Cuando dos o más sustancias reaccionan y la cocinar los alimentos (desnaturalización de temperatura de su mezcla decrece, y se absorbe proteínas), fotosíntesis, recargar la batería de un energía de los alrededores, se llama reacción teléfono celular, etc. endotérmica (Fig. 4a). En este tipo de reacciones, es necesaria una mayor cantidad de energía para Reacciones exotérmicas romper los enlaces de los reactivos que permitirán Las reacciones en las cuales se libera energía en formar nuevos enlaces para generar los productos forma de calor se llaman reacciones exotérmicas (Fig. (Fig. 4b). 5a). En ellas dos o más sustancias reaccionan y la 178

REACCIONES TERMOQUÍMICAS Química temperatura de su mezcla aumenta ya que se libera ¿Un termostato en nuestro cuerpo? más energía cuando se forman los enlaces de los Mantener una temperatura casi constante es una de las productos que la energía que requiere romper los funciones fisiológicas primarias del cuerpo humano. La enlaces de los reactivos (Fig. 5). Por ejemplo, temperatura corporal normal suele variar entre 35.8 y procesos de combustión, pilas y baterías. 37.2 °C. Este intervalo de temperatura tan estrecho es indispensable para el correcto funcionamiento de los a) músculos y para controlar la velocidad de las reacciones bioquímicas del organismo. La temperatura del cuerpo es b) regulada por una porción del tallo encefálico llamada Figura 4. Procesos endotérmicos. a) Interacción del sistema con hipotálamo. El hipotálamo actúa como termostato de la sus alrededores y b) Esquema que representa cómo, en una temperatura corporal. Cuando la temperatura rebasa el reacción endotérmica, la energía requerida para romper límite superior del intervalo normal, el hipotálamo acciona enlaces de los reactivos es mucho mayor que la energía mecanismos que bajan la temperatura. También acciona necesaria para formar productos. mecanismos que elevan la temperatura corporal si baja demasiado. a) Aproximadamente el 40% de la energía producida se utiliza en última instancia para efectuar trabajo en forma de contracciones musculares y nerviosas. El resto de la energía se libera en forma de calor, y una parte de ese calor se utiliza para mantener la temperatura del cuerpo. Cuando el organismo produce demasiado calor, como durante un esfuerzo físico intenso, disipa el exceso a su entorno. El calor se transfiere del cuerpo al entorno como cuando una estufa caliente irradia calor a su entorno. La convección es la pérdida de calor por calentamiento del aire que está en contacto con el cuerpo. El aire caliente se eleva y es sustituido por aire más frío, y el proceso continúa. La transpiración es principalmente agua, así que el proceso en cuestión es la conversión endotérmica de agua líquida en vapor de agua. Cuando el hipotálamo detecta que la temperatura del cuerpo ha subido demasiado, intensifica la pérdida de calor del cuerpo de dos formas principales. Primero, aumenta el flujo de sangre cerca de la superficie de la piel, para intensificar el enfriamiento por radiación y convección. El aspecto “sonrojado” de una persona acalorada es resultado de este aumento en el flujo sanguíneo sub-superficial. Segundo, el hipotálamo estimula la secreción de sudor de las glándulas sudoríparas, lo que aumenta el enfriamiento por evaporación. b) Figura 5. Procesos exotérmicos. a) Interacción con los alrededores y b) Esquema que representa cómo en una reacción exotérmica, la energía requerida para romper enlaces de los reactivos (flechas pequeñas) es menor que la liberada en la formación de los productos (flecha grande). 179

REACCIONES TERMOQUÍMICAS Química 4. ENTALPÍA las moléculas implica una disminución de su energía La mayoría de las reacciones químicas que se llevan potencial y, por tanto, una mayor estabilidad de los a cabo en el laboratorio se producen en recipientes productos frente a los reactivos. abiertos, es decir, a presión constante. Cuando el proceso tiene lugar a presión constante, el calor de reacción se denomina variación de entalpía (ΔH); si las condiciones son de 25 °C y 1 atm de presión, se denomina variación de entalpía estándar (ΔH °). Energía de activación El hecho de que una reacción sea exotérmica, no significa que dicha reacción se produzca espontáneamente en cuanto los reactivos entren en contacto. Por ejemplo, la combustión del propano es muy exotérmica, pero el propano no arde solo al estar en contacto con el oxígeno. Hace falta una pequeña llama, una chispa, que inicie la reacción; posteriormente, se mantiene por sí sola. Esa cantidad de energía inicial se denomina energía de activación. Durante una reacción, las moléculas de los reactivos Figura 6. Representaciones gráficas del progreso de chocan entre sí, rompiendo las uniones entre los reacciones termoquímicas, indicando en cada una la átomos, formándose un estado intermedio llamado cantidad de energía necesaria para activar la reacción complejo activado y, posteriormente, se vuelven a química (Ea) y la diferencia de energía (E o H) entre los formar nuevas moléculas, dando lugar a los reactivos y los productos que es el calor o energía productos (Fig. 6). involucrada en la reacción. La primera gráfica es una Para romper los enlaces en las moléculas de los representación general del avance de una reacción reactivos es necesario un aporte de energía (el termoquímica, la segunda; muestra el progreso de la complejo activado intermedio tiene mayor energía reacción de fotosíntesis y, la tercera; la de respiración que los reactivos). Luego, los nuevos enlaces (reacción inversa de la fotosíntesis). formados desprenderán energía (energía de enlace). Si esa energía desprendida es mayor que la de activación, la reacción será exotérmica. Si, por el contrario, se desprende menos de la que se ha absorbido, los productos tendrán mayor energía que los reactivos (reacción endotérmica). Un proceso exotérmico desde el punto de vista físico se interpreta así: el desprendimiento de calor está relacionado con un aumento en la energía de los movimientos al azar de las moléculas del sistema; este aumento espontáneo de la energía cinética en 180

REACCIONES TERMOQUÍMICAS Química Al final de un proceso exotérmico la entalpía del común, son los inhibidores enzimáticos que se sistema habrá disminuido (ΔH < 0) y los productos encuentran dentro de los ingredientes de algunos corresponderán a un estado de menor energía medicamentos que, al poseer alta especificidad, potencial (más estable) que los reactivos. aseguran que el medicamento va a tener Así, al quemar el gas propano para cocinar, la pocos efectos secundarios y por lo tanto, una baja entalpía o calor de la reacción tendrá un valor toxicidad. negativo (Fig. 6). 5. ECUACIONES TERMOQUÍMICAS Existen sustancias, llamadas catalizadores, que en Una ecuación termoquímica es una ecuación química contacto con los reactivos, hacen que disminuya la balanceada en la cual se indica el H, además del energía de activación necesaria, haciendo que la estado físico de las especies que reaccionan y de los reacción pueda darse con mayor rapidez. productos, ya que los cambios de estado de una sustancia tienen lugar con intervención de calor. Por El catalizador no reacciona con los reactivos, es ejemplo, la combustión del etanol se puede decir, no se gasta (no aparece en la reacción como representar así: reactivo ni como producto), sólo mejora las condiciones para que la reacción se produzca. Estos C2H5OH (l) + 3O2 (g)  2CO2 (g) + 3H2O (l) + 1.367 KJ ó son específicos de una reacción concreta (Fig. 7). C2H5OH (l) + 3O2 (g)  2CO2 (g) + 3H2O (l) ∆H = -1.367 KJ/mol Figura 7. Ejemplo de una enzima “X” como catalizador Donde: específico de una reacción determinada. El sustrato (verde), ∆H: calor de reacción: ∆H: Hp-Hr (Energía de enlaces formados es la molécula sobre la cual la enzima ejerce su acción menos energía de enlaces rotos). catalítica. Esta acción, es caracterizada por la formación de Hp: Entalpía o calor de los productos (Energía enlaces formados). un complejo que representa el estado de transición, previo a Hr: Entalpía o calor de los reactivos (Energía enlaces rotos). la formación de los productos. Estas ecuaciones se pueden interpretar como sigue: Actualmente buena parte de la investigación química 1.367 KJ se liberan por cada mol de reacción, que es avanza en la búsqueda de catalizadores apropiados lo mismo que decir que 1.367 KJ se liberan por mol para distintas reacciones. Ejemplos de reacciones de etanol consumido, 1.367 KJ se liberan por cada catalizadas son los procesos digestivos y de tres moles de O2 consumido o que 1.367 KJ se metabolismo de los seres vivos, utilizando algunas liberan por cada dos moles de CO2 formados. enzimas de nuestro cuerpo; la obtención de derivados del petróleo, fermentación del yogur, cerveza y bebidas alcohólicas (levaduras), etc. Los inhibidores son sustancias que disminuyen o reducen la rapidez de la reacción e incluso la paralizan, bloqueando el mecanismo de formación del complejo activado. Al igual que los catalizadores, son específicos de cada reacción. Un ejemplo 181

REACCIONES TERMOQUÍMICAS Química ¿Por qué somos intolerantes a ciertos alimentos? Las enzimas ayudan a que muchas funciones de nuestro organismo se hagan de manera más rápida y de un modo más eficaz. Algunas de las funciones más destacables de las enzimas son: a. el favorecer la digestión y absorción de los nutrientes; pues descomponen las proteínas, carbohidratos y grasas en sustancias asimilables, b. efecto antiinflamatorio; que favorece la recuperación de golpes, c. eliminación de toxinas y metales pesados, entre otras. Al tener una falta o déficit de enzimas, el cuerpo lo manifiesta con diferentes síntomas como malas digestiones, gases, eructos, hinchazón abdominal, acidez o ardor de estómago, alergias e intolerancias alimentarias, etc. Por ejemplo, los azúcares lactosa, sucrosa y maltosa son fraccionados por las enzimas lactasa, sucrasa y maltasa, las cuales están localizadas en la mucosa del intestino delgado. Normalmente, las enzimas dividen estos azúcares en azúcares sencillos, como la glucosa, que son absorbidos en el flujo sanguíneo a través de la pared intestinal. En ausencia de una enzima específica, los azúcares no son digeridos y se impide su absorción, permaneciendo en el intestino delgado. La alta concentración de azúcares resultante hace que una gran cantidad de líquidos entre en el intestino delgado, provocando diarrea. Los azúcares sin absorber son fermentados por las bacterias en el intestino grueso, lo que da lugar a heces ácidas y flatulencia. ACTIVIDAD 3. (Tiempo: 30 minutos) EXPERIMENTANDO CON ENZIMAS Materiales 1 trozo de apio. 1 papa. 1 trozo de hígado de res. 4 vasos de vidrio pequeños. 100 mL de peróxido de hidrógeno (agua oxigenada, H2O2). 1 probeta de 50 mL o recipiente medidor de volúmenes de cocina. 1 plumón permanente. Procedimiento 1. Formar grupos de cuatro a cinco integrantes. 2. Etiquetar cada vaso como A, B, C y D. 3. Medir en la probeta, 25 mL de peróxido de hidrógeno y colocarlos en el vaso A. Repetir para los otros tres vasos. 4. Colocar en el vaso B un pedacito de hígado, en el C un pedazo de papa pelada y en el D un trocito de apio. 5. Observar lo que sucede en cada vaso y comparar. Pregúnteles: ¿qué tipo de sustancias contienen los materiales que agregó en los vasos B, C y D? ¿Por qué las clasifica como tales? ¿Cuál acelera más esta reacción de descomposición? 182

REACCIONES TERMOQUÍMICAS Química ACTIVIDAD INTEGRADORA CON… MATEMÁTICA Ley de Hess Dado que algunas reacciones químicas no se efectúan en un solo paso, calcular la cantidad de energía absorbida o liberada (H) por ese cambio químico implica el uso de la Ley de Hess, que dice “si una reacción se efectúa en una serie de pasos, ΔH para la reacción será igual a la suma de los cambios de entalpía para los pasos individuales”. El H total para el proceso es independiente del número de pasos y de la naturaleza específica del camino por el cual se lleva a cabo la reacción. Por ejemplo, a partir de las siguientes entalpías de reacción: N2(g) + 2O2(g)  2NO2(g) H = +67.6 kJ 2NO(g) + O2(g)  2NO2(g) H = - 113.2 kJ Calcule el calor de reacción de N2(g) + O2(g)  2NO(g) Para ello debe sumar de manera algebraica las reacciones y de igual manera las entalpías, es decir, los compuestos que estén al mismo lado de la flecha de la reacción se suman y los compuestos que aparezcan a ambos lados de la flecha se restan. De ser necesario, arregle (rote) una de las reacciones de manera tal que al hacer las operaciones algebraicas con las reacciones, se obtenga la ecuación final (ecuación de la cual se quiere obtener el calor de reacción). Así: N2(g) + 2O2(g)  2NO2(g) H = +67.6 kJ 2NO2(g)  2NO(g) + O2(g) H = + 113.2 kJ N2(g) + O2(g)  2NO(g) H = + 180.8 kJ Si notó, se invirtió la segunda ecuación y los NO2 se eliminaron entre sí pues se restan ya que están a ambos lados de la ecuación. Teniendo en cuenta lo anterior y sus conocimientos de álgebra, encuentre el ΔH de la reacción C (grafito) → C (diamante) si: C (grafito) + O2 (g) → CO2 (g) ΔH = -393 kJ C (diamante) + O2 (g) → CO2 (g) ΔH = -395 kJ NOTA: Tenga en cuenta que la ecuación final o neta a la que debe llegar es en la que el grafito pasa directamente a diamante. Para ello, debe realizar el arreglo de una de las ecuaciones. No olvide las reglas de operaciones aritméticas elementales. RESUMEN 183