Los Cambios de la Materia: Físicos, Químicos, Leyes Fundamentales y Velocidad de Reacción

Cambios Físicos

Un cambio físico es aquel que, al producirse, no altera la composición de las sustancias que intervienen.

Cuando el hielo se funde y se transforma en agua líquida, no ha cambiado su composición, aunque se encuentre en distinto estado.

En invierno, cuando hace mucho frío en el exterior, en la parte interior de las ventanas, la humedad del ambiente (agua en estado gaseoso) se condensa y forma gotas en los cristales (agua en estado líquido).

Cuando se disuelve una cucharada de azúcar en agua, cada sustancia mantiene la misma composición y propiedades que por separado, aunque el azúcar ha pasado de estado sólido a líquido.

Cambios Químicos

Un cambio químico es aquel que, al producirse, cambia la composición de las sustancias implicadas.

Al hornear una masa formada por la mezcla de harina, sal y levadura, se transforma en una nueva sustancia debido a un cambio químico. El pan horneado tiene un sabor y una textura diferentes a la mezcla inicial.

Al quemar una cerilla, esta arde y se desprende humo; la cerilla se ha transformado en cenizas y tiene una composición distinta a la inicial.

Si un objeto de hierro se deja cierto tiempo en presencia de oxígeno o agua, el hierro se oxida y se forma un óxido de hierro.

Leyes Fundamentales de la Química

Las leyes que rigen las reacciones químicas no se descubrieron hasta finales del siglo XVIII y principios del XIX. Sin embargo, en el siglo XVII, Robert Boyle (1627-1691) contribuyó al descubrimiento de estas leyes y sentó las bases de la química mediante sus estudios experimentales.

Ley de Conservación de la Masa

Esta sección del texto original no incluía la explicación de la Ley de Conservación de la Masa, solo la mencionaba como punto 3. Se asume que el contenido posterior se refiere a otras leyes.

Ley de las Proporciones Definidas

Después de que Lavoisier enunciara su ley (la de Conservación de la Masa), Joseph Proust dedujo la ley que relaciona las masas de los elementos que forman un compuesto.

Las sustancias reaccionan en cantidades fijas.

Ejemplo:

En una cápsula de porcelana se ponen 20 g de hierro (Fe) y 15 g de azufre (S). Se mezclan y se calientan hasta obtener un sólido negro y cristalino de sulfuro de hierro(II) (FeS). Se observa que todo el hierro ha reaccionado, sobra azufre, y se han formado 31,4 g de sulfuro de hierro(II). Por tanto, han reaccionado 11,4 g de azufre.

Al repetir la experiencia con una cantidad doble de hierro (40 g), se observa que reacciona con el doble de azufre, es decir, con 22,8 g de azufre.

Es decir:

Masa Fe / Masa S ≈ 1,75

20 g / 11,4 g ≈ 1,75

40 g / 22,8 g ≈ 1,75

Velocidad de una Reacción Química

La rapidez con la que se produce una reacción química viene determinada por la velocidad de reacción.

La velocidad de reacción determina la cantidad de sustancia que se forma o que desaparece en cada unidad de tiempo en una reacción química.

Esta velocidad depende de una serie de factores o variables:

• Naturaleza de los reactivos
• Concentración
• Superficie de contacto
• Catalizadores
• Temperatura

La Naturaleza de los Reactivos

Muchas reacciones son similares entre sí y, sin embargo, ocurren a velocidades muy diferentes, debido a que los reactivos implicados no son los mismos. Por ejemplo, no todos los metales se oxidan a la misma velocidad en contacto con el aire.

La Velocidad y la Oxidación de los Metales

No todos los metales se oxidan a la misma velocidad. Para comprobarlo, podemos comparar lo que le sucede al hierro, al cobre y al oro.

Si se expone un objeto de hierro a la intemperie, después de algunos días, se formará una pátina marrón de óxido de hierro.

Si un objeto de cobre está al aire, tras días o semanas no se aprecia ningún cambio en su superficie. Tras muchos meses de exposición, se formará una capa verde (óxido) debido a que reacciona con el oxígeno de la atmósfera.

El oro no se oxida con el oxígeno de la atmósfera.