PRÁCTICA 4º ESO: ALGUNOS TIPOS DE
REACCIONES QUÍMICAS
REACCIÓN DE COMBUSTIÓN
Dentro de las reacciones químicas hay un tipo llamado
“reacciones de combustión”.
Una reacción de combustión es una reacción de
oxidación rápida en la que se libera energía luminosa y calorífica.
Los procesos de combustión y de oxidación tienen algo
en común: la unión de una sustancia con el oxígeno. La única diferencia es la
velocidad con que el proceso tiene lugar. Así, cuando el proceso de unión con
el oxígeno es lo bastante lento como para que el calor desprendido durante el mismo
se disipe en el ambiente sin calentar apreciablemente el cuerpo, se habla de oxidación. Si
el proceso es rápido y va acompañado de un gran aumento de temperatura y en
ocasiones de emisión de luz (llama), recibe el nombre de combustión.
Ésta consiste en una combinación química con el
oxígeno de la atmósfera para dar dióxido de carbono y agua. Se obtiene
La
reacción de combustión se basa en la reacción química exotérmica de una
sustancia o mezcla de sustancias llamada combustible con el oxígeno. Es característica de esta
reacción la formación de una llama, que es la masa gaseosa incandescente que
emite luz y calor, que esta en contacto con la sustancia combustible.
La reacción de combustión puede llevarse a cabo directamente con el oxigeno o bien con una mezcla de sustancias que contengan oxígeno, llamada comburente, siendo el aire atmosférico el comburente más habitual.
La reacción de combustión puede llevarse a cabo directamente con el oxigeno o bien con una mezcla de sustancias que contengan oxígeno, llamada comburente, siendo el aire atmosférico el comburente más habitual.
EJEMPLO:
En este experimento vamos a
estudiar la combustión de una vela y vamos a ver cómo es necesaria la presencia
de oxígeno para la combustión y cómo este oxígeno se consume en el proceso. Se
trata de un experimento muy famoso que realizó Lavoisier en la segunda mitad del
siglo XVIII.
Material que vas a necesitar:
Un plato hondo
Un vaso (preferiblemente
estrecho)
Una vela.
¿Cómo realizamos el experimento?
En primer lugar vas a colocar el
plato encima de una mesa lleno con bastante agua. No ce falta que esté lleno hasta
el borde.
Dentro del agua coloca una vela
que se mantenga derecha.
Enciende la vela y observa cómo
arde.
Tapa todo el conjunto con el vaso
y observa lo que ocurre.
Verás como la vela poco a poco va
dejando de arder hasta que se extingue la llama. A la vez observa cómo el nivel
del agua va subiendo en el interior del vaso.
¿Por qué
ocurre esto?
Cuando arde una
vela tiene lugar una reacción de combustión. Lo que arde realmente no es la
mecha que sale de ella, sino la cera o parafina de la que está hecha. Con el
calor la parafina primero funde y luego se evapora. La parafina en forma
gaseosa y en contacto con el oxígeno del aire experimenta una reacción química
en la que se desprende mucha energía (en forma de calor y luz) el resultado es
la llama. La reacción química que tiene lugar es:
parafina + O2 -------> CO2 + H2O
Observa
que en la reacción intervienen dos sustancias de partida la parafina
(inicialmente sólida) y el oxígeno contenido en el aire (un gas), son los
reactivos. A partir de ellos se obtienen dos sustancias totalmente diferentes
el dióxido de carbono (un gas) y agua (también en estado gaseoso), son los
productos. Si te fijas bien, verás que en paredes del vaso se empañan, incluso
se forman una gotitas de agua. Lo que está ocurriendo es que el vapor de agua,
en contacto con las paredes frías, se condensa.
La
pregunta ahora es: ¿por qué sube el nivel del agua en el interior del vaso?. Puedes
intentar responderla tú mismo antes de leer la respuesta en el párrafo siguiente.
En la
reacción se consume un gas, el oxígeno que forma parte del aire, pero se forma
otro, el dióxido de carbono obtenido en toda combustión. Resulta que el volumen
de dióxido de carbono producido es más pequeño que el volumen de oxígeno que se
consume. El resultado es que en el interior del vaso el volumen de gas final es
menor que el inicial. Eso hace que disminuya la presión en el interior y, por
ello, sube el agua hasta que la presión interior es igual a la exterior.
REACCIÓN DE PRECIPITACIÓN
Son reacciones en las que se forma un producto
insoluble (no se disuelve) en el medio, normalmente agua. Cuando una
sustancia iónica, se pone en un disolvente, sus iones pueden separarse
(disolverse) o permanecer juntos (no se disuelve). Esto depende de la
naturaleza de los reactivos, temperatura, grado de división del soluto...
Se produce reacción de precipitación,
cuando al mezclar sustancias iónicas, los iones existentes en el medio tienden
a estar unidos, formando un precipitado.
En las reacciones de
precipitación se forma un producto insoluble.
En química se llama precipitado a
una sustancia sólida que se forma en el interior de una disolución. En esta
experiencia vamos a ver cómo a partir de una reacción química obtenemos un
precipitado.
Material que vas a necesitar:
·
Vaso pequeño o copa
·
Un papel de filtro (de los que se utilizan para el café)
·
Leche
·
Refresco de cola
·
Agua tónica
·
Vinagre
·
Limón
¿Qué vamos a ver?
En este experimento vamos a
obtener precipitados a partir de productos caseros. En realidad, vamos a observar
cómo la caseína (proteína contenida en la leche) precipita en un medio ácido.
La leche es una mezcla de
proteínas, lípidos y glúcidos en un medio acuoso. Entre las proteínas disueltas
en la leche, la más importante es la caseína. Cuando esta proteína se encuentra
en un medio ácido se produce su desnaturalización, tiene lugar una reacción
química que altera su estructura, y deja de ser soluble en agua lo que provoca
que precipite.
En el experimento vamos a ver
cómo al poner la leche en contacto con diversos medios ácidos se produce la
precipitación de la caseína.
¿Qué debes hacer?
Experimento 1
·
Pon un poco de leche en una copa o en un vaso pequeño
·
Añade unas gotas de vinagre. Observa bien lo que ocurre.
·
Deja el vaso con su contenido en reposo durante un tiempo. ¿Qué
observas?
·
Separa ahora el sólido del líquido utilizando un filtro (también
sirve un trapo o un pañuelo). ¿Qué observas? ¿Qué propiedades tiene el sólido
obtenido?
Experimento 2
·
Repite la experiencia anterior haciendo reaccionar la leche con
otras sustancias: refresco de cola, agua tónica, zumos, etc.
·
Sigue investigando.
Sigue experimentando
Puedes seguir investigando otras
sustancias que tengan la propiedad de hacer precipitar la caseína de la leche.
REACCIÓN CON DESPRENDIMIENTO DE GASES
En esta experiencia vamos a
estudiar, utilizando sustancias que puedes encontrar fácilmente en casa, una
reacción química en la que se desprenden gases.
Material que vas a
necesitar:
·
Un vaso
·
Una cucharilla
·
Bicarbonato del que se vende en las farmacias
·
Vinagre
·
Limón
¿Qué vamos a ver?
La reacción química que tiene
lugar es la siguiente:
NaHCO3
+ HAc ----> NaAc + CO2 + H2O
Los productos que se obtienen
son: una sal (NaAc) que queda disuelta en el agua (H2O) y dióxido de
carbono (CO2) que al ser un gas burbujea a través del líquido.
¿Qué debes hacer?
Experimento 1
·
En el fondo de un vaso, o en un plato, coloca un poco de
bicarbonato de sodio en polvo.
·
Deja caer sobre él unas gotas de vinagre. ¿Qué ocurre? Observa el
efecto del gas que se desprende.
·
Repite la experiencia utilizando zumo de limón en vez de vinagre.
·
Haz otros experimentos para ver si el bicarbonato reacciona con
otras bebidas ácidas (por ejemplo, zumo de naranja, zumo de manzana, refresco
de cola, etc.).
Experimento 2
·
Prepara una disolución con 1 cucharadita de bicarbonato en medio
vaso de agua.
·
Utiliza una parte de la disolución para ver cómo reacciona con el
vinagre y otra para el zumo de limón.
·
Repite la experiencia con disoluciones más concentradas de
bicarbonato (2, 3 cucharaditas, etc.) y compara los resultados obtenidos con
los del caso anterior. ¿Observas diferencias? ¿Cuáles?
·
Sigue experimentando
Ahora podemos intentar recoger el
gas (dióxido de carbono) que hemos obtenido. Para ello vamos a repetir el
experimento 2 utilizando una botella, en vez de un vaso, y un globo.
·
Pon vinagre en una botella.
·
En un globo pon una cucharadita de bicarbonato.
·
Sujeta el globo en la boca de la botella, con cuidado para que no
caiga el bicarbonato. Ya tenemos preparado el experimento.
·
Levanta el globo y deja caer el bicarbonato sobre el vinagre.
Observa cómo según se va desprendiendo el dióxido de carbono el globo se va
hinchando.
Puedes probar con distintas
cantidades de reactivos (vinagre y bicarbonato) y ver cómo varía la presión del
gas en el globo.
REACCIÓN DE NEUTRALIZACIÓN
CONCEPTO PREVIO: ¿QUÉ ES EL pH?
Tal como el
"metro" es una unidad de medida de la longitud, y un
"litro" es una unidad de medida de volumen de un líquido, el pH es
una medida de la acidez o de la alcalinidad de una sustancia>.
Cuando, por ejemplo,
decimos que el agua está a 91° Celsius expresamos exactamente lo caliente que
está. No es lo mismo decir “el agua está caliente” a decir “el agua está a 91
grados Celsius”.
De igual modo, no es lo
mismo decir que el jugo del limón es ácido, a saber que su pH es 2,3, lo cual
nos indica el grado exacto de acidez. Necesitamos ser específicos.
Por lo tanto, la medición
de la acidez y la alcalinidad es importante, pero ¿cómo está relacionado el pH
con estas medidas?
Escala de pH
Los ácidos y las
bases tienen una característica
que permite medirlos: es la concentración de los iones de hidrógeno (H+). Los
ácidos fuertes tienen altas concentraciones de iones de hidrógeno y los ácidos
débiles tienen concentraciones bajas. El pH, entonces, es un valor numérico que
expresa la concentración de
iones de hidrógeno.
Hay centenares de ácidos.
Ácidos fuertes, como el ácido sulfúrico, que puede disolver los clavos de
acero, y ácidos débiles, como el ácido bórico, que es bastante seguro de
utilizar como lavado de ojos. Hay también muchas soluciones alcalinas, llamadas
"bases", que pueden ser soluciones alcalinas suaves, como la Leche de
Magnesia, que calman los trastornos del estómago, y las soluciones alcalinas
fuertes, como la soda cáustica o hidróxido de sodio, que puede disolver el
cabello humano.
Los valores numéricos
verdaderos para estas concentraciones de iones de hidrógeno marcan fracciones
muy pequeñas, por ejemplo 1/10.000.000 (proporción de uno en diez
millones). Debido a que números como este son incómodos para trabajar, se ideó
o estableció una escala única. Los valores leídos en esta escala se llaman las medidas del "pH".
La
escala pH está dividida en 14 unidades, del 0 (la acidez máxima) a 14 ( nivel
básico máximo). El número 7 representa el nivel medio de la escala, y
corresponde al punto neutro. Los valores menores que 7 indican que la muestra
es ácida. Los valores mayores que 7 indican que la muestra es básica.
La
escala pH tiene una secuencia logarítmica, lo que significa que la diferencia
entre una unidad de pH y la siguiente corresponde a un cambio de potencia 10.
En otras palabras, una muestra con un valor pH de 5 es diez veces más ácida que
una muestra de pH 6. Asimismo, una muestra de pH 4 es cien veces más ácida que
la de pH 6.
Cómo se mide el pH
Una manera simple de
determinarse si un material es un ácido o una base es utilizar papel de
tornasol. El papel de tornasol es una tira de papel tratada que se vuelve color
rosa cuando está sumergida en una solución ácida, y azul cuando está sumergida
en una solución alcalina.
Los papeles tornasol se
venden con una gran variedad de escalas de pH. Para medir el pH, seleccione un
papel que dé la indicación en la escala aproximada del pH que vaya a medir. Si
no conoce la escala aproximada, tendrá que determinarla por ensayo y error,
usando papeles que cubran varias escalas de sensibilidad al pH.
Para medir el pH, sumerja
varios segundos en la solución el papel tornasol, que cambiará de color según
el pH de la solución. Los papeles tornasol no son adecuados para usarse con
todas las soluciones. Las soluciones muy coloreadas o turbias pueden enmascarar
el indicador de color.
El método más exacto y
comúnmente más usado para medir el pH es usando un medidor de pH (o pHmetro) y
un par de electrodos. Un medidor de pH es básicamente un voltímetro muy
sensible, los electrodos conectados al mismo generarán una corriente eléctrica
cuando se sumergen en soluciones. Un medidor de pH tiene electrodos que
producen una corriente eléctrica; ésta varía de acuerdo con la concentración de
iones hidrógeno en la solución.
Indicadores ácido-base
Desde tiempos muy antiguos, se conocen distintas sustancias de origen orgánico que
tienen la propiedad de cambiar su color, dependiendo de las características ácidas o básicas de las
sustancias a las que son añadidas. En la actualidad, estas sustancias, y muchas otras, que se han introducido
en el uso habitual de los laboratorios químicos, se utilizan con la finalidad
de determinar el valor del pH de las disoluciones, así como también, el punto final
de las valoraciones ácido –base. Dichas sustancias reciben el nombre de
indicadores ácido-base.
Así podemos definir a un indicador ácido-base como, una sustancia que
puede ser de carácter ácido o básico débil, que posee la propiedad de presentar coloraciones diferentes dependiendo del pH de
la disolución en la que dicha sustancia se encuentre diluida.
Cada uno de los indicadores posee un intervalo de viraje que lo caracteriza, es decir,
un entorno en mayor o menor medida, reducido de unidades de pH. Dentro de dicho
intervalo es donde se produce el cambio de color, o viraje. Un indicador tiene
mayor utilidad, cuanto más pequeño es su intervalo de viraje,
produciéndose así de forma más clara y sencilla el cambio de color.
En la tabla siguiente se muestran algunas
indicadores ácidos-base, junto a los datos de sus intervalos de viraje y el
color que tienen cuando el pH es menor o superior, a dicho intervalo.
Ejemplo:
Pongamos como ejemplo el comportamiento
del indicador azul de bromotimol, en tres soluciones diferentes: la solución
ácida, neutra y básica.
· Al añadir nuestro indicador azul de bromotimol, en un tubo de ensayo que
contenga una disolución de HCl por ejemplo, veremos un color amarillo en la
solución, que tendrá un pH < 6.0.
·
Si añadimos el mismo indicador a otro tubo de ensayo, esta vez relleno de
agua, veremos que tendrá una coloración verde, con un pH= 7.
·
Por último, cuando añadimos el indicador de azul de bromotimol, a un tubo
de ensayo que contenga una disolución de NaOH, veremos como ésta se tiñe de
azul, con un pH > 7.6. Se comprueba de este modo que el intervalo de viraje
está entre 6.0 y 7.6.
El papel indicador universal,
es gran utilidad en los laboratorios para poder medir de manera muy sencilla
los diferentes pH de las disoluciones. Su manejo es extremadamente sencillo,
pues basta con introducir un trocito de papel en la disolución problema, y éste
inmediatamente mostrará un color determinado, que puede ir desde el rojo al
azul, dependiendo si es ácida o básica.
Una reacción de neutralización es una
reacción entre un ácido y una base, generalmente en las reacciones acuosas
ácido-base se forma agua y una sal, un ejemplo es el producto de la reacción ácido-base
del HCl con NaOH
HCl(ac) + NaOH(ac) ® NaCl(ac) + H2O(liq)
MATERIAL:
1
cuentagotas
1 matraz
Erlenmeyer de 50 ml
1 cuchara
10 ml de
vinagre blanco
Bicarbonato
casero (NaHCO3)
Rojo de
fenol u otro indicador
PROCEDIMIENTO:
Coloca 10 ml de vinagre en un matraz Erlenmeyer de 50 ml y agrega 2 o 3 gotas del
indicador (rojo de fenol). Observa el cambio de color que se presenta y
anótalo.
Agrega poco a poco bicarbonato de sodio en el matraz con vinagre hasta que observes un
cambio de color ¿Qué sucedió? ¿Ocurrió una reacción química? ¿Cómo la
identificastes? ¿Qué tipo de reacción se llevó a cabo? ¿Cuáles son los productos de
esta reacción?
Hechas
las observaciones, agrega un exceso de NaHCO3 ¿Qué ocurrió? ¿Cambió de color
de nuevo la solución? ¿Qué crees sea lo que ocasionó ésto?
EXPLICACIÓN:
Como el
vinagre es un ácido y el bicarbonato de sodio una base sus características son
opuestas, por lo cual al reaccionar anulan sus propiedades mutuamente, ésto es,
se neutralizan; como resultado de esta reacción química se obtiene agua y una
sustancia nueva denominada sal. Esta reacción es posible de identificar gracias
a dos evidencias: el vire de color del indicador y la aparición de efervescencia.
Los
indicadores viran de color según sea la naturaleza de la sustancia con que se
pongan en contacto: ácidos, bases o sales (neutras). La presencia de burbujas
(efervescencia) se debe a la descomposición del bicarbonato de sodio (NaHCO3) en
gas dióxido de carbono (CO2). La ecuación de la reacción química es
la siguiente:
Al agregar el exceso de NaHCO3 el
color del indicador vira de nuevo, esto se debe a que la solución deja de ser
neutra y adquiere una función básica.
VARIANTE DE ESTA PRÁCTICA DE REACCIÓN DE NEUTRALIZACIÓN
“EL ESTÓMAGO PIDE AYUDA”
MATERIALES:
Vasos de vidrio o frascos de Gerber
Frascos goteros
Agua destilada
Anaranjado de metilo
Ácido clorhídrico concentrado
Sal de frutas o Alka-Seltzer (antiácido)
Cerveza
PROCEDIMIENTO:
En un vaso coloca 50 ml de cerveza, 0.5 ml de ácido clorhídrico y
unas gotas de anaranjado de metilo.
En otro vaso disuelve un Alka-Seltzer o sal de frutas en 30 ml de
agua.
En el vaso con la cerveza agrega poco a poco la solución de
Alka-Seltzer hasta la desaparición de la coloración rojiza.
EXPLICACIÓN:
La realización de esta práctica, tiene como objetivo que el alumno
observe una reacción de neutralización semejante a la que se lleva a cabo en el
estómago de una persona que ha ingerido cerveza o alimentos ácidos.
Nota: El
anaranjado de metilo lo podemos sustituir por colorante natural de col morada.
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Soy profesora de preparatoria, éste blog contiene información muy importante, puedo tomar información de éste sitio?
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