UNIDAD5_CAMBIOS_QUIMICOS

física y química

unidad 5: CAMBIOS QUÍMICOS

4ºESO

Empezar

1- CAMBIOS FÍSICOS Y CAMBIOS QUÍMICOS

Los cambios en la materia son procesos en los que las sustancias pasan de un estado inicial a otro final distinto. Pueden clasificarse en:

Cambios físicos

Cambios químicos

2- LAS REACCIONES QUÍMICAS

En un proceso químico (o reacción química) se produce una profunda alteración de la materia. Se parte de unas sustancias (reactivos) y lo que se obtiene (productos) son unas sustancias completamente diferentes a las de partida.

Para representar abreviadamente las reacciones químicas se utilizan las ecuaciones químicas, que tienen 2 miembros separados por una flecha.

2.1- TEORÍA DE COLISIONES

Segun esta teoría, las reacciones químicas se producen de la siguiente forma: Las moléculas de los reactivos están en continuo movimiento, si las moléculas de los reactivos chocan de forma eficaz entre sí, los enlaces iniciales se rompen y se forman otros nuevos, dando lugar a los productos. (se reorganizan los átomos)

Para que los choques sean eficaces:

• Deben tener suficiente energía.
• Deben tener la adecuada orientación.

Hay reacciones muy rápidas (combustiones, explosiones) y muy lentas (algunas oxidaciones).

2.2- VELOCIDAD DE REACCIÓN

La velocidad de reacción es la rapidez con la que desaparecen los reactivos y se forman los productos.

2.3- ENERGÍA DE ACTIVACIÓN

Para que se produzca una reacción química hace falta energía, la llamada energía de activación

2.4- MECANISMOS DE REACCIÓN

Es la secuencia de pasos elementales mediante los que se produce una reacción química.

2.5- FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VELOCIDAD DE REACCIÓN

Hay una serie de factores que aumentan el número de choques y su eficacia: • La naturaleza de los reactivos: normalmente las reacciones iónicas son más rápidas. • La concentración (cuando hay reactivos gaseosos o en disolución): Al aumentar la concentración de los reactivos aumenta el número de choques y por lo tanto la velocidad de reacción.

• La temperatura: que provoca un aumento de velocidad de las moléculas, lo que implica un mayor número de choques, y que las partículas choquen a más velocidad, de esta forma los enlaces se rompen más fácilmente, y la velocidad de la reacción es mayor.

• El grado de división de los reactivos o superficie de contacto. En este sentido, a mayor división de los reactivos, hay mayor superficie de contacto, lo que implica un mayor número de choques y por lo tanto una mayor velocidad de reacción.

• Los catalizadores.

UN catalizador es una sustancia que modifica la velocidad de una R.Q, no es un reactivo ni un producto, se recupera al finalizar la reacción química (no se consume). Lo que hace el catalizador es modificar el camino que sigue la reacción química y que pase por otra vía en la cual la energía de activación será mayor o menor.

Hay dos tipos de catalizadores:

• Positivos: aumentan la velocidad de la reacción
• Negativos: Disminuyen la velocidad de reacción. Ej. conservantes.

5- AJUSTE DE ECUACIONES QUÍMICAS

Una ecuación química es la representación simbólica y abreviada de una reacción química. Ajustar una ecuación química consiste en comprobar que tenemos el mismo número de átomos en los reactivos que en los productos, y, si no es así tenemos que añadir coeficientes estequiométricos (números delante de las fórmulas) para que esto se cumpla.

El ajuste de reacciones, lo haremos por el método del tanteo, en el que seguíamos los siguientes pasos: 1- Escribimos la ecuación química

2- Se analizan los dos miembros de la ecuación, para ver si en ambos hay el mismo número de átomos de cada elemento.

3- Se añaden coeficientes delante de las fórmulas para igualar el número de átomos de cada elemento en ambos miembros.

Para ajustar una ecuación química se debe tener en cuenta que el coeficiente afecta a todos los átomos de la fórmula a la que precede. NO es posible cambiar las fórmulas para ajustar la ecuación (no puedes modificar los subíndices)

6- LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA MASA O LEY DE LAVOISIER

Es una de las leyes más importantes en el campo de la Química, y no por su complejidad, sino porque su establecimiento, a finales del siglo XVIII, marcó el nacimiento de la química moderna y el abandono de su predecesora, la alquimia. Por ello a su autor, el francés Antoine-Laurent Lavoisier (1743-1794) se le conoce como el padre de la química

7- MOL, MASA MOLAR Y MOLARIDAD

CONCEPTO DE MOL Recuerda que, como vimos el curso pasado, el concepto de mol, es similar al concepto de docena, un mol son 6,02 · 1023 unidades de algo.

El número 6,02 · 1023, número de unidades elementales que contienen un mol, se llama número de Avogadro, NA. La definición de mol es:

MASA MOLAR Es la masa de un mol de compuesto. Su valor coincide con el de masa molecular del compuesto pero expresado en gramos

La masa molar se utiliza para calcular el número de moles a partir de una cierta cantidad de sustancia. La relación entre la masa de una sustancia, la masa molar y el mol de esa sustancia es:

CONCENTRACIÓN MOLAR O MOLARIDAD En las reacciones químicas, es frecuente que los reactivos y los productos no se encuentren puros, sino en disolución. Las disoluciones ya sabes que están formadas por soluto (componente que se encuentra en menor proporción) y disolvente (componente en mayor proporción). Para indicar la cantidad de sustancia que contiene una disolución se utiliza la concentración molar.

La concentración molar o molaridad, se define como la cantidad de soluto (moles de soluto) por litro de disolución. Su unidad es mol/L

8- INFORMACIÓN QUE PROPORCIONA UNA REACCIÓN QUÍMICA

Cuando todos los compuestos (reactivos y productos) sean gases, y siempre que se midan en las mismas condiciones de presión y temperatura, además de lo anterior...

9- ECUACIÓN DE LOS GASES IDEALES

Cuando alguno de los compuestos que intervienen en la reacción es un gas, necesitamos hacer uso de la ecuación de los gases ideales:

• T es la temperatura a la que se encuentra el gas, medida en K

10- CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS

Los cálculos estequiométricos, son las distintas operaciones matemáticas que permiten calcular la cantidad de sustancia que reacciona o se produce en una determinada reacción química.

Antes de adentrarnos en los problemas de este curso, vamos a repasar problemas muy básicos de estequiometría que vimos el curso pasado.

TIPO 1: Cálculos de masas y moles

2.1. Cálculo de moles cuando te dan la masa de una nuestra de un compuesto químico

EJERCICIO. Calcula la cantidad de sustancia (moles) presente en 250 g de las siguientes sustancias: a) Sulfato de sodio, Na2SO4 b) Cobre (Cu) c) Glucosa, C6H12O6 d) Amoníaco, NH3

Para resolver este tipo de ejercicios, solo has de calcular la masa molar de cada compuesto y aplicar la fórmula de los moles

APARTADO A: La masa molar de Na2SO4 es:

Los moles de Na2SO4 se calculan aplicando la fórmula:

APARTADO B: La masa molar del Cu es:

Los moles de Cu se calcula aplicando la fórmula:

APARTADO C: La masa molar del C6H12O6 es:

Los moles de C6H12O6 se calcula aplicando la fórmula:

APARTADO D: La masa molar del NH3 es:

Los moles de NH3 se calcula aplicando la fórmula:

2.2. A partir de la masa de una de las sustancias que intervienen en una reacción (SUSTANCIA A), podemos calcular la masa de las demás (SUSTANCIA B).

EJERCICIO. El ácido clorhídrico (HCl) reacciona con el dióxido de manganeso (MnO2) para producir dicloruro de manganeso (MnCl2), cloro (Cl2) y agua (H2O). ¿Cuántos gramos de dicloruro de manganeso se obtienen cuando reaccionan 7,3 g de ácido clorhídrico con dióxido de manganeso?

PASO 1: Se identifican los reactivos y los productos y se escribe y ajusta la ecuación química que describe el proceso.

PASO 2: Calculamos los moles que hay en 7,3 g de HCL

PASO 3: A partir de los coeficientes estequiométricos, en la ecuación química ajustada, se calculan los moles de MnCl2

PASO 4: Sabiendo los moles de MnCl2 y su masa molar, calculo la masa que se obtiene.

El hierro (Fe) reacciona con oxígeno (O2) para formar trióxido de dihierro (Fe2O3). Si reaccionan 20 g de hierro, calcula la masa de trióxido de dihierro que se formará. Pesos atómicos: Fe: 55,84 g/mol O: 16 g/mol

1- Si no me la dan, escribo la ecuación y la ajusto. Indico los datos que me dan y los que me piden.

Calculo el número de moles del compuesto que me dan

Recuerda que los moles se calculaban diviendo la masa entre la masa molar (M)

Con una regla de 3, calculo los moles del compuesto que me piden.

1- La preparación de dicloruro de calcio tiene lugar según la siguiente reacción química:

Ajústala y calcula los gramos de CaCl2 que se obtendrán a partir de 0,25 moles de CaO.

2- Siguiendo con la misma reacción química

Calcula los gramos de H2O que se obtienen a partir de 112 g de CaO

3- ¿Qué masa de cloro (Cl2) se obtiene al tratar 80 g de dióxido de manganeso (MnO2) con exceso de HCl según la siguientereacción?

Mn: 54,9g/mol O: 16g/mol Cl; 35,45g/mol H: 1g/mol

TIPO 2: Cálculos con volúmenes de gases

EJERCICIO. En la reacción química anterior, ¿qué volumen de cloro, se obtendrá cuando reaccionen los 7,3 g de ácido clorhídrico? A) Si se mide en c. n. B) Si se mide a 1,5 atm y 50 ºC. otros DATOS: peso atómico del H: 1g/mol peso atómico Cl: 35,5 g/mol

Antes de empeza ten en cuenta que: Las condiciones normales son p = 1 atm, T = 0 ºC = 273 K. Para calcular el volumen de un gas, debemos aplicar la ecuación de los gases ideales, p · V = n · R · T, a los moles de gas obtenidos.

PASO 1: Se identifican los reactivos y los productos y se escribe y ajusta la ecuación química que describe el proceso.

PASO 2: Calculamos los moles que hay en 7,3 g de HCL

PASO 3: A partir de los coeficientes estequiométricos, en la ecuación química ajustada, se calculan los moles de Cl2 (regla de 3)

PASO 4: Sabiendo los moles de CL2, puedo calcular su volumen a través de la ecuación de los gases ideales

EJERCICIO 1. El aluminio reacciona con ácido clorhídrico produciendo cloruro de aluminio e hidrógeno según la siguiente reacción química:

Si reaccionan 5,4 g de aluminio, calcula el volumen de hidrógeno que se obtiene en C.N.

PASO 1: Escribimos la ecuación ajustada e indicamos los datos que tenemos y lo que nos piden

PASO 2: Calculamos el número de moles de Al

PASO 3: Calculamos el número de moles de H2 (regla de 3)

PASO 4: Sabiendo los moles ya puedo calcular el volumen

EJERCICIO 2. Queremos obtener 8 litros de hidrógeno (medidos en condiciones normales) haciendo reaccionar hierro metálico con agua para producir trióxido de dihierro e hidrógeno molecular. Calcula la masa de hierro necesaria.

PASO 1: Escribimos la ecuación ajustada e indicamos los datos que tenemos y lo que nos piden

PASO 2: Calculamos el número de moles de H2

PASO 3: Calculamos el número de moles de Fe con una regla de 3 y a continuación la masa

EJERCICIO 3. El carbonato de calcio se descompone formando óxido de calcio y dióxido de carbono.

Si se obtienen 4,48 L de CO₂ en C.N., calcula la masa de carbonato de calcio que ha reaccionado.

TIPO 3: Cálculos con sustancias en disolución

La mayoría de las reacciones químicas tienen lugar en disolución. En estos casos, el número de moles se calcula a partir de la concentración de la disolución y del volumen. A partir del volumen de una sustancia A en disolución que interviene en una reacción, de una determinada concentración molar, se puede calcular la masa de otra sustancia que también interviene en la reacción química.

Recuerda que la molaridad de una disolución indica los moles de soluto disueltos en un litro de esa disolución.

EJERCICIO. Se hacen reaccionar 6,5 g carbonato cálcico (CaCO3) con ácido clorhídrico (HCl) 1,5 M. Calcula la cantidad de disolución de ácido 1,5 M necesario para que la reacción sea completa (el volumen).

PASO 1: Escribimos la ecuación ajustada e indicamos los datos que tengo y los que nos piden

PASO 2: Calculamos los moles de CaCO3 que hay en 6,5 g de ese compuesto

PASO 3: A partir de los coeficientes estequiométricos, se calculan los moles de la sustancia de HCl.

PASO 4: Conociendo los moles de HCl y la concentración molar a la que se encuentra esta disolución, puedo calcular el volumen de disolución.

Se dan cuando se producen reacciones químicas, es decir, cuando los átomos rompen sus enlaces y forman otros nuevos. Cambia la naturaleza de la sustancia. Ej: combustión, oxidación, descomposición...

Son los que producen alteraciones en el aspecto de las sustancias, pero no en su naturaleza, es decir, las sustancias siguen siendo las mismas. Al volver a las condiciones iniciales, las sustancias vuelven a su estado de partida.