PRÁCTICA 4º ESO
Algunas reacciones importantes:
REACCIONES DE NEUTRALIZACIÓN
Y
REACCIONES REDOX
PREELIMINAR: ÁCIDOS Y
BASES (ÁLCALIS)
Antes que
nada es importante saber las principales propiedades de las sustancias ácidas y
las bases (también llamadas álcalis), para poder entender mejor estos
experimentos y sobre todo la neutralización;
Cuando en
una solución acuosa (con H2O) se mezclan unas determinadas
cantidades equivalentes de una sustancia ácida con una alcalina, da lugar a una
disolución neutra, a este método se
le conoce como neutralización.
Para poder identificar si una sustancia es ácida, si es básica o si es neutra se utiliza un lo que se conoce como indicador ácido-base . un
indicador que se utiliza mucho en Química es el indicador fenolftaleína, y no solamente por el hermoso color que toma
cuando reacciona como base o ácido al mezclarse con una sustancia, sino que
también permite hacer mediciones exactas, reales y fáciles para comprobar la
neutralización, los niveles de acidez o alcalinidad en estas sustancias. Esto
se descubrió en 1905, gracias a un científico llamado Von Baeyer .
Cuando se
mezclan sustancias básicas como el Bicarbonato
de sodio y la fenolftaleína obtenemos
un color violeta o "magenta" lo cual significa que es un sustancia
base la cual está ligeramente en un nivel de alcalinidad, pero si se mezclara
con otro tipo de sustancia como cítrico, generalmente tiene niveles altos en ácidos,
no tiene color, o sea es incoloro esto indica que ha pasado a
ser una sustancia ácida.
El pH es
un factor muy importante, porque determinados procesos químicos
solamente pueden tener lugar a un determinado pH. El pH es un indicador de la
acidez de una sustancia. Está determinado por el número de iones libres de hidrógeno (H+)
en una sustancia. El termino pH proviene del abreviar "pondus Hydrogenium". Esto
significa literalmente el peso del hidrógeno. El pH es un indicador del número
de iones de hidrógeno. Tomó forma cuando se descubrió que el agua estaba
formada por protones (H+) e iones hidroxilo (OH-).
Hay muchos y
diversos métodos en
los cuales los utilizamos para medir el pH. Uno de ellos es usando un trozo de
papel indicador del pH.
Cuando se
introduce el papel en una solución, cambiará de color. Cada color diferente
indica un valor de
pH diferente. Este método no es muy preciso y no es apropiado para determinar valores de
pH exactos. Es por eso que ahora hay tiras de test disponibles,
que son capaces de determinar valores más pequeños de pH, tales como 3.5 o 8.5.
El método
más preciso para determinar el pH es midiendo un cambio de
color en un experimento químico de laboratorio.
Con este método se pueden determinar valores de pH, tales como 5.07 y 2.03.
Cuando los ácidos entran en contacto con el agua,
los iones se separan. Por ejemplo, el cloruro de hidrógeno se disociará en iones
hidrógeno y cloro
HCl ® H+ + Cl-
Las bases también se
disocian en sus iones cuando entran en contacto con el agua. Cuando el
hidróxido de sodio entra en el agua se separará en iones de sodio e hidroxilo
NaOH ® Na+ + OH-
Cuando una sustancia ácida acaba en el agua, le cederá a ésta un protón. El
agua se volverá entonces ácida. El número de protones que el agua recibirá
determina el pH. Cuando una sustancia básica entra en contacto con el agua
captará protones. Esto bajará el pH del agua. Cuando una sustancia es
fuertemente ácida cederá más protones al agua. Las bases fuertes cederán más
iones hidroxilo.
CASO CONCRETO
Durante el proceso que
los seres humanos que realizamos y lo llamamos "alimentación" nosotros
necesitamos un nivel ácido, para poder descomponer fácilmente los alimentos,
pero tampoco demasiado ya que si se
encuentra muy ácido puede causar lesiones internas que provocarían ulceras,
gastritis o enfermedades gástricas
de este tipo. Para combatir estos padecimientos es necesario consultar
primeramente a un médico y este sabrá que recetar dependiendo del nivel de
acidez.
El estómago
produce ácido clorhídrico para digerir los alimentos, sin embargo esta
sustancia puede ser excesiva si se consumen alimentos irritantes o muy
condimentados, y regularmente para combatir la acidez en el estómagos tomamos
los analgésicos o sal de frutas y una base para contrarrestarlo es el
bicarbonato con agua.
Cuando
sentimos un pequeño ardor o acidez, es necesario tomar un antiácido la
cual contiene una base (media alcalina) que permite actuar en contra de la
acidez en el estómago.
El antiácido actúa en forma neutralizadora la cual
aumenta los niveles de alcalinidad en el pH de mucosa estomacal. Los antiácidos
más antiguos y conocidos (comúnmente son caseros) son el carbonato cálcico
(CaCO3) y el bicarbonato sódico (NaHCO3)
En otras palabras los antiácidos son bases débiles por lo que solamente
actúan por reacción de la neutralización para el ácido estomacal y, formar la
sustancia de agua con sal.
El genérico usado
comúnmente en los antiácidos estomacales comerciales es:
HCl (ácido gástrico) + Antiácido (base
débil) ® H2O + CO2 +
sales
Para neutralizar una de las fórmulas
más conocidas para los antiácidos es el hidróxido de aluminio,
la cual su ecuación química puede ser:
3 HCl + Al
(OH)3 ® AlCl3 + 3 H2O
Y la reacción del bicarbonato de sodio está relacionada con la liberación
de CO2 que salen a través de un simple y pequeño eructo.
A continuación se presenta una lista
de productos y su pH:
es el color aproximado que
toman estas sustancias cuando se les agrega la fenolftaleína.
a) LA REACCIÓN
ÁCIDO-BASE
Estamos acostumbrados a oír en los anuncios
publicitarios que compremos un champú de pH neutro, que si tiene acidez de
estómago tómese una sal de frutas o que la lluvia ácida ha provocado un
problema medioambiental bastante serio. Todo ello es debido a que algunas
sustancias pueden agruparse en sustancias ácidas, básicas o neutras. El grado
de acidez de un compuesto viene reflejado por el concepto de pH. El valor que
pueden tomar las sustancias habituales oscila dentro de una escala de entre 0 a
14, en donde un compuesto muy ácido lo catalogaríamos con un valor próximo a 0
y uno neutro estaría en torno al valor de 7.
Para
medir el pH del medio podemos utilizar un instrumento denominado pHmetro o una
sustancia que cambia su color con el pH, un indicador, siendo la fenolftaleína
el más empleado a intervalos de pH básicos.
Veamos
dos ejemplos prácticos:
APLICACIÓN 1: EL ALIENTO MÁGICO O EL TEST DEL CO2
En esta experiencia se comprobarán los
“mágicos” poderes del aire de nuestros pulmones, ya que seremos capaces de
decolorar una disolución morada con el hecho de soplar en la propia disolución.
Se
prepara, en primer lugar, una disolución basificada con NaOH, introduciéndose
unas gotas del indicador fenolftaleína.La disolución se vuelve morada morada Sobre
esa disolución se sopla –ayudándonos una pajita de refresco - durante unos minutos
y.... ¡la disolución se torna incolora! ¿Cómo ha sido posible esto? La
fenolftaleína nos indica un cambio en el pH de la disolución pasando de una
disolución coloreada a una incolora:
Lo que está ocurriendo es que la disolución
se está volviendo ácida. La reacción que ha tenido lugar corresponde a una
reacción ácido-base. Esta reacción consiste en:
Por tanto, si tenemos una base al comienzo en
nuestro matraz (NaOH), debe de ser un ácido el aire que sale de nuestros
pulmones, pero lo que sabemos es que el aire de nuestros pulmones está formado
principalmente de dióxido de carbono (CO2). ¿Cómo se convierte en un ácido?
El CO2 en contacto con el agua nos da un compuesto
ácido denominado ácido carbónico, obteniéndose así el ácido:
CO2 + H2O
→ H2CO3
Se puede comprobar la acidez del aire expulsado
por los pulmones utilizando indicadores como la fenolftaleína, pues el CO2
que espiramos se disuelve parcialmente en agua y es capaz de acidificar una
solución ligeramente básica.
Si se utiliza fenolftaleína como
indicador, la solución alcalina adquiere color violeta. Soplando mediante una
pajita en el interior de la disolución, la solución alcalina de color violeta
se decolorará al soplar a través de la pajita.
¡¡Precaución:hay
que soplar, no aspirar!!
APLICACIÓN
2: LA LENTEJA SALTARINA
Este
experimento consiste en contemplar el movimiento de ascenso y descenso de una
serie de lentejas en una disolución en donde se produce una reacción
ácido-base.
Se prepara una mezcla de
agua y vinagre. Se introducen varias lentejas. Posteriormente, se añaden unas
cucharaditas de bicarbonato sódico y se agita la mezcla.
Lo que ocurre
es lo siguiente: al reaccionar el vinagre (ácido acético) con el bicarbonato
(base) se forma dióxido de carbono gaseoso, burbujas que dan un aspecto
efervescente al líquido.
VIDEOS APLICACIÓN
la crisis económica aplicada a un puñado de lentejas:
Responde a las siguientes cuestiones con lo nuevo que has
aprendido:
·
¿Qué significa el que un gel de baño tenga pH neutro?
·
¿Cómo podemos saber si una sustancia es ácida o es
neutra? ¿Qué se puede utilizar para averiguarlo?
·
Cuando se tiene acidez de estómago, se suele tomar
bicarbonato sódico, ¿porqué?
Cuestiones para profundizar
·
El esmalte dental es un compuesto básico
(hidroxiapatito), ¿de qué naturaleza será el compuesto que origina las caries?
¿De dónde provendrán esas sustancias que degradan el esmalte?
¿A qué se debe el burbujeo que se produce al añadir un comprimido
efervescente al agua?
b) LA REACCIÓN REDOX
Existen otro tipo de reacciones en las cuales un compuesto pierde
electrones (se oxida) para que otro los gane (se reduce). Este fenómeno se
denomina reacción redox. El ejemplo más claro lo tenemos cuando observamos que
una barra de hierro con el tiempo se va tornando marrón. Lo que ha ocurrido es
que el hierro pierde electrones y se va oxidando con el oxígeno del aire
formando óxidos de hierro de color marrón:
Fe -2e- → Fe2+ → FeO → Fe2O3
APLICACIÓN: EL EXPERIMENTO DE LA BOTELLA AZUL
Veamos cómo el agua de una botella completamente cerrada cambia, sin causa
aparente, de transparente a azul y viceversa.
Pero, esto no es magia, simplemente nos aprovechamos de las características
de una reacción química que se describe a continuación, en la que tiene lugar
un cambio de color.
Una reacción de ida y vuelta (reversible)
Podemos decir que una reacción química es una transformación en la que a
partir de unas sustancias, denominadas reactivos, obtenemos otras distintas,
que llamamos productos de la reacción. Esta transformación va asociada, a
veces, a cambios de color que podemos detectar fácilmente. En este experimento
trabajamos con una reacción y un indicador ácido-base que se decolora, de azul
a transparente, pero que vuelve al color inicial bajo determinadas condiciones.
Material necesario:
- Botella con tapón.
- Vasos de precipitados.
- Probeta.
- Balanza.
- Glucosa.
- Hidróxido de sodio.
- Azul de metileno.
- Agua.
¿Qué hacemos?
Preparamos dos
disoluciones:
Disolución A: 2 gramos de glucosa en 100 mL de agua.
Disolución B: 2 gramos de hidróxido de sodio en 100 mL de agua.
Mezclamos las dos disoluciones dentro de una botella y añadimos unas gotas
de azul de metileno. Tapamos y agitamos, en este momento la disolución tendrá
color azul. Si dejamos reposar, al cabo de un tiempo, la botella se decolora
quedando la disolución transparente: Pero, se puede volver a recuperar el color
azul si agitamos de nuevo. Dejando reposar la disolución se decolora otra vez,
de forma que podemos repetir el proceso varias veces.
¿Por qué ocurre esto?
Una de las formas en las
que se puede producir una reacción química es por transferencia de electrones
de unas sustancias a otras. La pérdida de electrones es conocida como oxidación
y la ganancia de éstos reducción.
La glucosa es una
sustancia que se oxida fácilmente cuando se encuentra en un medio alcalino.
Glucosa +
oxígeno ® ácido glucónico + OH-
Para observar la reacción utilizamos un indicador, el azul de metileno, que
se presenta en dos formas: cuando hay oxígeno presente en la disolución el
indicador toma un color azul (forma oxidada). Al agitar estamos disolviendo el
oxígeno del aire en la disolución que tenemos en la botella. Pero, si el
oxígeno se agota la disolución se decolora porque el azul de metileno se
transforma en su forma reducida. Al dejar en reposo el oxígeno disuelto
reacciona con la glucosa.
Podemos considerar la
reacción en dos etapas:
1 1) Al dejar reposar la botella:
2) Con el oxígeno del aire: al agitar la
botella:
CONCLUSIÓN
La glucosa es un agente reductor y en disolución básica reducirá
el azul de metileno a una forma incolora. Cuando se agita la disolución capta
oxígeno, reoxidándose el azul de metileno y logrando que vuelva a la forma
azul.
Lo
que ocurre en este tipo de reacciones es un movimiento de electrones de un
compuesto a otro. Esto es lo que ocurre en una pila convencional, en donde el
movimiento de electrones que produce una reacción redox podemos reconducirlos a
través de un hilo de cobre permitiendo su paso a través de una bombilla
iluminándose a su paso:
Responde a las siguientes cuestiones con lo nuevo que has
aprendido:
·
¿Por qué no se quema nada en la luna?
·
¿Por qué la lejía blanquea la ropa?
·
¿Qué tipo de reacción química se da en las pilas? ¿Qué
quiere decir la palabra “alcalina” de la denominación “pila alcalina”?
Cuestiones para profundizar
·
¿Puede una reacción
redox hacer que uno tenga que pagar una multa de tráfico?
·
El deterioro del cuerpo humano con el tiempo es debido a unos
compuestos denominados radicales libres que se generan tras la oxidación de los
alimentos para obtener energía. Sin embargo, el consumo de frutas o de cereales
para desayuno previene el deterioro del organismo: ¿cómo se llaman los
compuestos que impiden este deterioro? Cita alguno.
EVALUACIÓN
Como instrumento de co-evaluación y auto-evaluación, los alumnos utilizarán la siguiente diana:
Además cada alumno cumplimentará también su diario de aprendizaje, donde contestará los , modo de auto-evaluación siguientes aspectos:
1. FECHA
2. CONTENIDO BÁSICO DE LA SESIÓN.
3. ¿CUÁLES SON LAS PRINCIPALES IDEAS QUE DEBO RECORDAR DE LO TRATADO?
4. HOY HE APRENDIDO QUE….
5. NO ME HA QUEDADO CLARO…
6. LO QUE MÁS ME HA GUSTADO HA SIDO…
7. LO QUE MENOS ME HA GUSTADO HA SIDO…
8. OTRAS OBSERVACIONES (Comentarios)
Como instrumento de hetero-evaluación, la profesora utilizará la siguiente rúbrica:
Además los grupos tendrán que contestar a las cuestiones planteadas sirviéndose de ayuda tanto de al información suministarda en esta página como buscando en internet. Después se realizará una puesta en común/debate en el aula.
