físicoquímica 2° c - wordpress.com...2 antes de comenzar con el tema de esta unidad realiza los...
TRANSCRIPT
1
E.E.S.M.T.P.P.P.I. N° 8199 “Nuestra Señora de la Guardia”
Físicoquímica 2° C
NOMBRE Y APELLIDO DEL ALUMNO/A:……………………………………………………
Profesora Débora Ramirez
Unidad n°3
“¿Qué cambios sufre la
materia?”
2
Antes de comenzar con el tema de esta unidad realiza los ejercicios 1
a 5 de la sección de actividades para refrescar algunos conceptos acerca de los
estados de agregación de la materia….
Los cambios, todas las pequeñas o grandes transformaciones o
alteraciones que el ser humano observa suceder a su alrededor y en su propia
persona, siempre han sido motivo de curiosidad y preocupación. Muchos de esos
cambios habrán maravillado a los primeros hombres extasiándolos con su
belleza. Otros, les habrán provocado sensaciones de pánico y estupor. Una flor
que se abre, el vuelo de una mariposa o simplemente el agua de un río que
fluye con tranquilidad, no pueden haber generado las mismas inquietudes
que una tormenta eléctrica o el pasaje del día a la noche. Sin embargo, todos
esos cambios han sido -y lo siguen siendo – motivo de largas observaciones, de
una cantidad de preguntas y de algunas respuestas que nos han permitido ir
modificando nuestro conocimiento del mundo.
Los cambios son manifestaciones constantes de la naturaleza. En ella se
producen desde fenómenos sólo perceptibles, a través de enormes períodos de
tiempo, por ejemplo el desgaste por erosión de una roca, hasta fenómenos
prácticamente instantáneos, como el de una combustión. Cambio y fenómeno
son palabras que, en química, tienen igual significado.
CAMBIO ES TODA MODIFICACIÓN QUE SE PRESENTA, AUN CUANDO SEA
INSIGNIFICANTE.
Es posible utilizar diferentes criterios para clasificar los cambios en la
naturaleza. Una clasificación los agrupa en dos categorías muy específicas:
cambios físicos y cambios químicos.
Estos son cambios físicos
Un sonido que quiebra el silencio.
Estos son cambios químicos
Papas crudas que se transforman en
papas fritas.
3
Agregar sal al agua.
Un objeto que cambia de lugar.
Un papel que se quema.
Una tela que se destiñe.
Es toda modificación que no produce Es toda modificación que produce
cambios en las propiedades intensivas cambios en las propiedades intensivas
o sustanciales. Esto significa que las o sustanciales. Esto significa que las
sustancias, que constituyen los materiales sustancias, que constituyen los
involucrados, permanecen inalterados. materiales involucrados, se
transforman en otras diferentes
Cambio físico Cambio químico
4
En los cambios físicos se puede volver al estado inicial y reiniciar el proceso las
veces que se desee. Esto no sucede con los cambios químicos, ya que ellos pueden
realizarse una sola vez con la misma cantidad de sustancia. Por ejemplo, el
mismo fósforo puede encender una sola vez.
No obstante, no es beneficioso centrarse en esta característica para
diferenciar cambios físicos y químicos, porque puede llevar a interpretaciones
erróneas.
Los cambios que ocurren en la naturaleza pueden clasificarse en físicos
o químicos, en función de la formación o no de nuevas sustancias.
Ejemplos
Tipo de cambio Justificación
Fundir hielo Físico La sustancia sigue siendo
agua
Hacer caramelo Químico Aparecen nuevas sustancias
con propiedades diferentes:
olor color, etc.
Evaporar alcohol Físico Las moléculas que ahora
están en el aire siguen siendo
alcohol.
Cambios físicos: Los cambios de estado de la materia
Para quienes viven en climas muy fríos, es habitual observar cómo se
derrite la nieve cuando aumenta la temperatura, que transforma así el estado
de agregación del agua sólida a líquida. Cuando se calienta lo suficiente una
pava con agua, esta comienza a hervir y cambia del estado líquido al gaseoso.
Los cambios de estado de los materiales son transformaciones físicas,
ya que no se modifica su composición: tanto en forma de hielo o nieve como
líquida o gaseosa, el agua sigue siendo la misma sustancia, de fórmula
química H2
O. Entre los tres estados más conocidos de la materia se dan los
siguientes cambios:
5
Cambio de estado Nombre Ejemplo
Líquido a sólido Solidificación Formación de cubitos de hielo
en el congelador.
Sólido a líquido Fusión Se derrite un helado.
Sólido a gaseoso Sublimación o Volatilización Se transforma en gas la
naftalina.
Gaseoso a sólido Sublimación inversa El iodo gaseoso se solidifica.
Líquido a gaseoso Evaporación o vaporización Ropa mojada que se seca al sol.
Gaseoso a líquido Condensación Aparecen gotas de agua sobre
un vidrio en días fríos.
Los cambios de estado pueden explicarse a través del modelo cinético
de particular. Cuando se entrega suficiente energía térmica (en forma de
calor) a un sólido, sus partículas comienzan a moverse más libremente y
pueden pasar al estado líquido. De la misma manera, un líquido se
transforma en un gas cuando aumenta su temperatura. Por el contrario para
que un líquido se solidifique (o un gas se condense) se le debe quitar
suficiente energía térmica y disminuir su temperatura. De este modo podemos
interpretar los cambios de estado de agregación de la materia como ganancia
o pérdida de energía. Esto es válido en ambas direcciones, es decir que los
cambios de estado son reversibles.
Interpretación de los cambios de estado desde el modelo de partículas
Cambios de estado regresivos
Un cambio de estado de agregación con pérdida de energía se
denomina cambio regresivo. Los cambios de este tipo son: la condensación, la
solidificación y la sublimación.
6
a- La condensación es el pasaje de un vapor del estado gaseoso al estado
líquido, como cuando el vapor de agua de la atmósfera se condensa en
pequeñas gotitas formando las nubes. Las partículas de vapor comienzan
a perder energía con el aumento de la presión o la disminución de la
temperatura y se acercan tanto unas a otras que se produce el cambio de
estado. Si este cambio ocurre en un gas, como el que se usa para los
encendedores, el pasaje del estado gaseoso al estado líquido se
denomina licuefacción.
b- La solidificación es el pasaje del estado líquido al estado sólido, como
cuando el caramelo líquido se solidifica sobre una manzana (como la
que vende el pochoclero) o el agua líquida se convierte en hielo.
c- La sublimación, en cambio, es el pasaje del estado gaseoso al estado
sólido sin pasar por el estado líquido. Sólo se produce en algunas
sustancias, como el yodo o la naftalina. Un ejemplo que seguramente
conocés es el hielo seco que se usa en las heladerías: es dióxido de
carbono (el gas que eliminamos en la respiración) sublimado.
Resuelve el ejercicio 6 de la sección de actividades
Cambios de estado progresivos
Los cambios de estado en los que la materia gana energía se denominan
progresivos. Estos son la fusión, la vaporización y la volatilización.
a- La fusión es el pasaje del estado sólido al líquido, como cuándo el
chocolate o la manteca se derriten. Al agregar energía en forma de
calor, la energía cinética de las partículas aumenta superando a las
fuerzas de atracción que mantienen unidas entre sí a las partículas del
sólido. Es ese instante el sólido se funde, es decir, cambia de estado de
agregación.
b- La vaporización es el pasaje de la materia del estado líquido al estado
gaseoso, como cuándo hierve el agua de la pava o se evapora un perfume
porque lo dejamos abierto. Pueden darse dos fenómenos:
Si las partículas se encuentran en la superficie libre del líquido se
convierte en vapor sin aumento de la temperatura, el pasaje se
denomina evaporación. Esto se explica porque algunas partículas
del líquido poseen más energía que otras y cuando logran vencer
la presión externa escapan de la superficie.
Cuando el vapor se desprende por el aumento de la temperatura
en toda la masa el líquido, el fenómeno se llama ebullición.
La volatilización es el pasaje del estado sólido al estado gaseoso
sin pasar por el líquido, tal como sucede con la naftalina que
usamos en el ropero como antipolillas.
7
Resuelve el ejercicio 7 y 8 de la sección de actividades
Resuelve los ejercicios 9, 10, 11 y 12 de la sección de actividades
Los cambios químicos: las reacciones químicas
En los cambios o reacciones químicas, la composición de la materia se
modifica: hay ruptura de los enlaces de las moléculas y posterior formación de
nuevos enlaces: se forman nuevas sustancias. Así, la reacción ente el hidrógeno
(H2
) y el nitrógeno (N2
) permite la obtención de amoníaco (NH3
).
Podemos darnos cuenta cuando estamos frente a una reacción química por la
aparición de algunos signos. Entre ellos podemos mencionar:
Desprendimiento de gases: ocurre cuando la reacción produce
sustancias gaseosas a temperatura ambiente. Estas se pueden
detectar por ejemplo, por el burbujeo que se produce en el
recipiente.
Cambio de coloración: se produce por la formación de una o más
sustancias nuevas. Por ejemplo: la oxidación del hierro produce
una sustancia rojiza, el óxido de hierro.
Formación de precipitado: cuando al mezclar líquidos aparece un
sólido que, como decanta o precipita al fondo del recipiente, es
llamado precipitado.
Cambios de temperatura: al mezclar determinadas sustancias se
puede producir la liberación o absorción de calor. Si al mezclar
dos sustancias que se hallan a temperatura ambiente en un tubo
de ensayo, este se calienta (sin haber usado un mechero), ello
indica la presencia de una reacción química.
Cuando una manzana cortada queda expuesta al aire, se produce un cambio
en la coloración que indica la presencia de una reacción química. En
realidad se trata de más de una reacción. Primero, unas sustancias presentes
en la fruta, llamadas fenoles, se oxidan al reaccionar con el oxígeno del aire y
forman compuestos llamados quinonas, los que a su vez reaccionan con otras
sustancias y dan lugar finalmente a compuestos coloridos. Éstos cambian la
coloración del interior de la manzana tornándola amarronada.
8
El lenguaje de la química: Las ecuaciones químicas y su significado
Al describir procesos químicos, se les esquematiza para facilitar su
comprensión. Las reacciones químicas se expresan con ecuaciones químicas,
formadas por:
Tomando como ejemplo, la siguiente ecuación representa la reacción de
combustión del gas metano.
Reactivos Sentido de la reacción Productos
CH4
+ 2 O2
CO2
+ 2 H2
O
Metano Oxígeno Dióxido de Agua
carbono
Se lee: una molécula de metano reacciona con 2 de oxígeno para formar una
molécula de dióxido de carbono y dos de agua.
La ecuación sólo indica la proporción que se debe mantener para realizar una
reacción química, no que deba colocarse necesariamente la cantidad
indicada.
Balanceo de ecuaciones
Determinar los coeficientes estequiométricos implica balancear la
ecuación. Hay cálculos específicos para ello. Pero si la ecuación es sencilla se
puede hacer por “tanteo”. La reacción del hierro (Fe) con el oxígeno gaseoso
(O2
) produce óxido de hierro:
Fe + O2
FeO
Los
REACTIVOS SON LAS SUSTANCIAS QUE REACCIONAN Y DAN
LUGAR A OTRAS NUEVAS. VAN AL COMIENZO.
Los
PRODUCTOS SUSTANCIAS FORMADAS A PARTIR DE LOS REACTIVOS, COMO CONSECUENCIA DE LA
REACCIÓN. SE UBICAN A LA DERECHA DE LA ECUACIÓN.
Los COEFICIENTES
ESTEQUIOMÉTRICOS
NÚMEROS QUE INDICAN LA RELACIÓN ENTRE LA CANTIDAD DE MOLÉCULAS DE REACTIVOS Y DE PRODUCTOS. SE UBICAN ANTES DE LAS
FÓRMULAS.
La FLECHA INDICA EL SENTIDO EN EL QUE SE
PRODUCE LA REACCIÓN QUÍMICA.
9
Pero esta ecuación no está balanceada: hay más átomos de oxígeno en
los reactivos que en el producto. Para balancearla, no se pueden modificar las
fórmulas de las sustancias (una sustancia es como es, no podemos cambiarla),
se deben agregar los coeficientes estequiométricos. Como del lado izquierdo hay
dos átomos de oxígeno y del lado derecho uno solo, se debe colocar un 2
delante de la fórmula FeO.
Fe + O2
2 FeO
Pero ahora hay dos átomos de Fe a la derecha y uno a la izquierda. Entonces
se agrega un 2 delante de Fe:
2 Fe + O2
2 FeO
Entonces, dos átomos de hierro reaccionan con una molécula de oxígeno
para dar dos de óxido de hierro.
Resuelve los ejercicios 13, 14 y 15 de la sección de actividades
10
11
12
13
14
Combustión completa e incompleta
Cuando la proporción de combustible y de oxígeno (comburente) es
apropiada, todo el carbono se convierte en dióxido de carbono (CO2
) y se forma
15
agua gaseosa, que no son productos tóxicos; entonces, la combustión es
completa. Esta combustión presenta una llama azul pálido, y es el tipo de
llama que brinda la mayor cantidad de calor.
En cambio, si el oxígeno es escaso, el combustible se quema con dificultad
y forma monóxido de carbono (CO) y vapor de agua; por lo tanto la
combustión es incompleta y no suministra todo el calor posible. El monóxido de
carbono es un gas muy tóxico que puede producir la muerte si se lo inhala en
exceso. La combustión incompleta produce una llama amarillo brillante.
Cuando esto se observa en las cocinas es necesario limpiar o reparar las
hornallas.
En ciertos casos, la escasez de oxígeno es tal que la combustión resulta
aún más incompleta, quedando residuos carbonosos como el “hollín”.
16
17
En síntesis.
Reacción exotérmica
Reactivos Productos +
CALOR
El sistema libera calor al medio
Reacción endotérmica
Reactivos + CALOR
Productos
El sistema absorbe calor del
medio
18
Resuelve los ejercicios 16 a 18 de la sección actividades