FÍSICA Y QUÍMICA 3º Y 4º DE ESO

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

vídeo práctica lenteja saltarina

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.