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A vueltas con las sustancias químicas... A vueltas con las sustancias químicas...

Cambios químicos

Todo lo que nos rodea, e incluso nosotros mismos, estamos constituidos por sustancias químicas. Sin ellas nada sería posible. El aire que respiramos, el suelo que pisamos, la comida que consumimos, la ropa que vestimos, las medicinas que nos curan, el Sol, los planetas… todo es química. Nuestras células están formadas por sustancias químicas, incluso el ADN que contiene nuestros genes y que nos hace ser casi iguales o totalmente diferentes es pura química. Realiza esta actividad de la página QUIMICAWEB para que compruebes si tienes claro lo que son los cambios en la materia.



Cada sustancia química está constituida por átomos unidos en una proporción fija y constante. Estas sustancias cuando se combinan pueden sufrir transformaciones, que también se conocen como procesos químicos, que conducen a formar otras nuevas a partir de las iniciales. La química es la base de la vida y de los cambios que se producen en la materia que constituye el Universo.

 

Masas moleculares

Se calcula la masa que corresponde a cada uno de los compuestos químicos sumando las masas atómicas de todos los átomos que aparecen en su fórmula.


Masa molecular = ∑ Masas atómicas

Para que sepas un poco más...Aunque se denomina masa molecular, se aplica tanto a moléculas como a cristales, es decir, a todos los compuestos químicos. En el caso de los cristales, se utiliza para calcular la proporción más elemental que hay entre los iones del compuesto iónico.

Cuando veas una fórmula química date cuenta de que los subíndices que aparecen en ella indican el número de átomos de ese elemento que existen en el compuesto, o en el caso de los cristales, su proporción elemental. El paréntesis funciona como en matemáticas, es decir, un subíndice después de un paréntesis multiplica a todos los átomos que se encuentran dentro de él. Por ejemplo, la sustancia nitrato cúprico Cu(NO₃)₂ está formada por un átomo de cobre, dos de nitrógeno y seis de oxígeno.

Por ejemplo, para calcular la masa molecular del sulfato de aluminio, Al₂(SO₄)₃: 

Este compuesto está formado por 2 átomos de aluminio (Al), 3 átomos de azufre (S) y 12 átomos de oxígeno (O).

Sus masas atómicas (que puedes ver en la Tabla Periódica) son: Al = 27 u S = 32 u O = 16 u

La masa molecular se calcula así:

Mm = 27 u · 2 + (32 u · 1 + 16 u · 4) · 3 = 342 u.

Como la masa en umas de una molécula coincide numéricamente con la masa en gramos de moléculas, entonces un mol de Al₂(SO₄)₃ tiene una masa de 342 gramos. Pinchando en este enlace de Educaplus, tienes una calculadora de masas moleculares muy preciso...¡pruébalo!

 

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 después del proceso (productos) son unas sustancias completamente diferentes a las de partida.

Para representar abreviadamente las reacciones químicas se utilizan las ecuaciones químicas.

En una ecuación química se escriben las fórmulas de los reactivos a la izquierda y las de los productos a la derecha separados por una flecha:

Reactivos → Productos

El proceso de ajustar (o igualar) la ecuación consiste en colocar números delante de las fórmulas (coeficientes) para garantizar que exista el mismo número de átomos en los reactivos que en los productos, ya que en una reacción química no pueden desaparecer o crearse átomos. O lo que es lo mismo:

En una reacción química la masa permanece constante (Ley de Conservación de la Masa o Ley de Lavoisier). Con ello garantizamos que los reactivos están en las proporciones justas (cantidades estequiométricas) para reaccionar.

EJERCICIOS PARA AJUSTAR REACCIONES

Para que se verifique (ocurra) una reacción química ha de producirse:

Una ruptura de los enlaces en los reactivos.Un reagrupamiento de los átomos de forma distinta.Una formación de nuevos enlaces para formarse los productos.

CH₄ + 2 O₂   →    CO₂ + 2 H₂O

Para estudiar lo que ocurre realmente, tenemos que “contar” moléculas:

OBSERVAMOS que los reactivos han de estar en la proporción de 2 moléculas de O₂ por una de CH₄ , pero ¿cómo contamos moléculas?

Para conseguirlo tenemos que utilizar el concepto de mol:

Un mol de CH₄ es la cantidad de metano que contiene moléculas de metano y también sabemos que su masa coincide numéricamente con la masa molecular en gramos.

Esto es:

Masa molecular CH₄ = 16,0 g

Por tanto, si tomamos 16,0 g de CH₄ estamos cogiendo moléculas de CH₄.

Repitamos ahora el mismo razonamiento con el oxígeno.

Un mol de O₂ es la cantidad de oxígeno que contiene 6,02x1023 moléculas de O₂ y su masa coincide con la masa molecular en gramos, 32,0 g.

(DATE CUENTA QUE AUNQUE SEA UN SOLO ELEMENTO, LO QUE TENEMOS ES UNA MOLÉCULA CON DOS ÁTOMOS DE OXÍGENO).

Por tanto, si tomamos 32,0 g de O₂ estamos cogiendo 6,02x1023 moléculas de O₂.

Si necesito coger el doble de moléculas de oxígeno que de metano (esta proporción se mantiene siempre constante) debería de coger 2 moles, por tanto, 64,0 g de O

En resumen, si quiero que las moléculas de  CH₄O₂ estén en proporción 1:2 debería de coger 1 mol de metano y 2 moles de oxígeno molecular, o lo que es lo mismo, 16,0 g de CH₄ y 64,0 g de O₂.

Luego, en resumen, la masa de reactivos y productos se mantiene constante…¡cumpliendo la Ley de Lavoisier! ...Una ecuación química nos da mucha información, podemos calcular en cada momento la cantidad de sustancia que tenemos.

Masa de reactivos: 16,0 (1 mol) + 64,0 (2 moles) = 80,0 g

Masa de productos: 44,0 (1 mol) + 36,0 (2 moles) = 80,0 g

 

1 mol de CH₄    +     2 moles de O₂              →   1 mol de CO₂    +    2 moles de H₂O

1 MOLÉCULA           2 MOLÉCULAS              1 MOLÉCULA          2 MOLÉCULAS

Metano + Oxígeno molecular

En el caso de que las sustancias sean gases, y siempre que se midan en las mismas condiciones de presión y temperatura, la relación en moles se puede establecer como también como relación en volumen...Recuerda que según la ecuación de estado de los gases ideales:

Si consideramos un gas y el volumen se mide a 1 atm de presión y 0⁰C (condiciones normales), un mol ocupa 22,4 litros.