Los cambios químicos ocurren cuando una sustancia se combina con otra para formar una nueva sustancia, llamada síntesis química o, alternativamente, descomposición química en dos o más sustancias diferentes. Estos procesos se denominan reacciones químicas y, en general, no son reversibles excepto por otras reacciones químicas. Algunas reacciones producen calor y se llaman reacciones exotérmicas y otras pueden requerir calor para permitir que ocurra la reacción, que se llaman reacciones endotérmicas . Comprender los cambios químicos es una parte importante de la ciencia de la química .
Cuando se producen reacciones químicas, los átomos se reorganizan y la reacción se acompaña de un cambio de energía a medida que se generan nuevos productos. Un ejemplo de cambio químico es la reacción entre sodio y agua para producir hidróxido de sodio e hidrógeno . Se libera tanta energía que el gas de hidrógeno liberado se quema espontáneamente en el aire. Este es un ejemplo de cambio químico porque los productos finales son químicamente diferentes de las sustancias antes de la reacción química.
Tipos
Los químicos clasifican los cambios químicos en tres clases principales: cambios químicos inorgánicos, cambios químicos orgánicos y cambios bioquímicos.
Cambios inorgánicos
La química inorgánica describe las reacciones de elementos y compuestos que, en general, no involucran carbono. Los cambios suelen tener lugar en laboratorios o en una escala mayor en industrias pesadas.
Los tipos típicos de cambio incluyen neutralización (mezclar un ácido con una base , resultando en agua y sal ), oxidación incluyendo combustión , reacciones redox , etc.
Cambios orgánicos
La química orgánica tiene que ver con la química del carbono y los elementos y compuestos con los que reacciona. Estos compuestos incluyen aceite mineral y todos sus productos y gran parte de la producción de industrias que fabrican productos farmacéuticos , pinturas , detergentes , cosméticos , combustibles , etc. Los ejemplos típicos de cambios químicos orgánicos incluyen el craqueo de hidrocarburos pesados en una refinería de petróleo para crear más gasolina a partir del petróleo crudo , ya que la gasolina tiene una mayor demanda que los hidrocarburos más pesados, como los aceites combustibles residuales. Otras reacciones incluyen, metilación, reacciones de condensación , polimerización , halogenación , etc.
Cambio bioquímico
La bioquímica se ocupa de la química del crecimiento y la actividad de los organismos vivos. Es una química donde la mayoría de las reacciones son controladas por proteínas complejas llamadas enzimas y son moderadas y limitadas por hormonas . La química siempre es muy compleja y todavía no se comprende completamente. La descomposición del material orgánico también está dentro del alcance de la bioquímica, aunque en este caso lo que está involucrado es el crecimiento y la actividad de hongos , bacterias y otros microorganismos. Los tipos típicos de cambio incluyen todo el proceso involucrado en la fotosíntesis , un proceso en el cual el dióxido de carbono y el aguase convierten en azúcares y oxígeno por las plantas , la digestión en el que los materiales ricos en energía son utilizados por organismos para crecer y moverse, ciclo de Krebs que libera energía a partir de las reservas almacenadas, proteína de síntesis que permiten a los organismos crecer utilizando procesos controlados por ARN etc.
Evidencia de un cambio químico.
Lo siguiente puede indicar que se ha producido un cambio químico, aunque esta evidencia no es concluyente:
- Cambio de olor.
- Cambio de color (por ejemplo, plateado a marrón rojizo cuando el hierro se oxida).
- Cambio de temperatura o energía , como la producción ( exotérmica ) o la pérdida ( endotérmica ) de calor .
- Cambio de composición: papel que se convierte en cenizas cuando se quema.
- Luz y / o calor emitido.
- Formación de gases, que a menudo aparecen como burbujas en líquidos.
- Formación de un precipitado (partículas insolubles).
- La descomposición de la materia orgánica (por ejemplo, alimentos en descomposición).
- El cambio es difícil o imposible de revertir.
Un reloj químico (o reacción de reloj ) es una mezcla compleja de reaccionar compuestos químicos en los que la aparición de una propiedad observable se produce después de un tiempo de inducción predecible. [1] En los casos en que uno de los reactivos tiene un color visible, cruzar un umbral de concentración puede conducir a un cambio abrupto de color después de un lapso de tiempo reproducible.
Una clase de ejemplo son las reacciones del reloj de yodo , en las que una especie de yodo se mezcla con reactivos redox en presencia de almidón. Después de un retraso, de repente aparece un color azul oscuro debido a la formación de un complejo de triyoduro-almidón .
Se pueden agregar reactivos adicionales a algunos relojes químicos para construir un oscilador químico . Por ejemplo, la reacción de Briggs-Rauscher se deriva de una reacción de reloj de yodo al agregar ácido perclórico , ácido malónico y sulfato de manganeso .
La descomposición química es la descomposición de una sola entidad (molécula normal, reacción intermedia, etc.) en dos o más fragmentos. [1] La descomposición química generalmente se considera y define como exactamente lo contrario de la síntesis química . En resumen, la reacción química en la que se forman dos o más productos a partir de un solo reactivo se denomina reacción de descomposición.
Los detalles de un proceso de descomposición no siempre están bien definidos, pero parte del proceso se entiende; Se necesita mucha energía para romper los enlaces. Dado que todas las reacciones de descomposición rompen los enlaces que lo mantienen unido para producir sus partes básicas más simples, las reacciones requerirían alguna forma de esta energía en diversos grados. Debido a esta regla fundamental, se sabe que la mayoría de estas reacciones son endotérmicas, aunque existen excepciones.
La estabilidad de un compuesto químico es eventualmente limitada cuando se expone a condiciones ambientales extremas como calor , radiación , humedad o la acidez de un solvente . Debido a esta descomposición química, a menudo es una reacción química no deseada . Sin embargo, la descomposición química se está utilizando de muchas maneras.
Por ejemplo, este método se emplea para varias técnicas analíticas, en particular la espectrometría de masas , el análisis gravimétrico tradicional y el análisis termogravimétrico . Además, las reacciones de descomposición se usan hoy en día por una serie de otras razones en la producción de una amplia variedad de productos. Una de ellas es la reacción de descomposición explosiva de la azida de sodio [(NaN 3 ) 2 ] en gas nitrógeno (N 2 ) y sodio (Na). Es este proceso el que impulsa los airbags que salvan vidas presentes en prácticamente todos los automóviles actuales. [2]
Las reacciones de descomposición generalmente se pueden clasificar en tres categorías; reacciones de descomposición térmica, electrolítica y fotolítica.
Fórmula de reacción [ editar ]
En la descomposición de un compuesto en sus partes constituyentes, la reacción generalizada para la descomposición química es:
- AB → A + B
- 2 H 2 O ( l ) → 2 H 2 ( g ) + O 2 ( g )
Ejemplos adicionales [ editar ]
Un ejemplo de descomposición espontánea ( sin la adición de una fuente de energía externa) es la del peróxido de hidrógenoque se descompone lentamente en agua y oxígeno (ver video a la derecha ):
- 2 H 2 O 2 → 2 H 2 O + O 2
También debe tenerse en cuenta que esta reacción es una de las excepciones a la naturaleza endotérmica de las reacciones de descomposición.
Otras reacciones que implican descomposición requieren la entrada de energía externa. Esta energía puede ser en forma de calor, radiación, electricidad o luz. Esta última es la razón por la cual algunos compuestos químicos, como muchos medicamentos recetados, se guardan y almacenan en botellas oscuras que reducen o eliminan la posibilidad de que la luz los alcance e inicie la descomposición.
Cuando se calienta, los carbonatos se descomponen. Una excepción notable es el ácido carbónico (H 2 CO 3 ). [4] Comúnmente visto como la "efervescencia" en las bebidas carbonatadas, el ácido carbónico se descompone espontáneamente con el tiempo en dióxido de carbono y agua. La reacción se escribe como:
- H 2 CO 3 → H 2 O + CO 2
Otros carbonatos se descompondrán cuando se calienten para producir su correspondiente óxido metálico y dióxido de carbono. [5] La siguiente ecuación es un ejemplo, donde M representa el metal dado:
- M CO 3 → M O + CO 2
- CaCO 3 → CaO + CO 2
Los cloratos metálicos también se descomponen cuando se calientan. En este tipo de reacción de descomposición, un cloruro de metal y gas oxígeno son los productos. Aquí, de nuevo, M representa el metal:
- 2 M ClO 3 → 2 M Cl + 3 O 2
Una descomposición común de un clorato está en la reacción del clorato de potasio donde el oxígeno es el producto. Esto se puede escribir como:
- 2 KClO 3 → 2 KCl + 3 O 2
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