Las bacterias llevan a cabo procesos bioquímicos en la descomposición de los alimentos.
La materia
Cambios químicos
Además de los cambios físicos, la materia puede sufrir cambios químicos. Estos modifican completamente su naturaleza, forma y propiedades. Hoy conoceremos algunos ejemplos de estos cambios.
¿QUÉ SON LOS CAMBIOS QUÍMICOS?
A diferencia de los cambios físicos en los cuales sólo cambia la forma del material, cuando se produce un cambio químico hay una transformación en la que las sustancias cambian, modificándose incluso su estructura molecular. Esto da como resultado sustancias nuevas.
La oxidación es un cambio químico que se produce cuando los metales se combinan con el oxigeno.
¿Conoces algún material de los que uses cotidianamente que haya sufrido algún cambio químico? Si piensas en cualquier material de tipo artificial, lo más seguro es que a la materia prima le haya ocurrido esto desde su elaboración. Por ejemplo, el plástico a nuestro alrededor es un derivado del petróleo. También el papel y el cartón vienen de la madera de los árboles, y los cerámicos y vidrios de los materiales minerales.
Materiales que a través de cambios químicos se transforman
CAMBIOS QUÍMICOS Y REACCIONES QUÍMICAS
Cuando ocurre un cambio químico se modifica la composición natural de la sustancia: las partículas de las cuales están compuestas dejan de ser las mismas para componer así otra sustancia. ¿Cómo logramos que las partículas de una sustancia cambien para convertirse en otras? Para provocar un cambio químico en un material se debe romper la atracción entre las partículas que lo forman.
En química se representan estos tipos de cambios mediante las reacciones químicas. Una reacción química es un proceso en el que un conjunto de sustancias (reactivos) se transforman en un nuevo conjunto (producto). Durante este proceso se pueden observar distintos cambios en las propiedades de los reactivos de la reacción química, tales como cambios de color, formación de sólidos, desprendimiento de gases y desprendimiento o absorción de calor.
Esquema general de una reacción química
Las reacciones químicas se representan mediante una notación simbólica o abreviada:
Química: ¿qué es?
La química es una ciencia que se encarga del estudio de las propiedades, la composición y la estructura de la materia. También se ocupa de las transformaciones que ésta sufre durante las diversas reacciones químicas.
¿SABÍAS QUÉ?
Los cambios químicos no sólo consumen energía, sino que también pueden producirla. Es decir, que al producirse la transformación se puede liberar energía. Además, pueden ser cambios tanto irreversibles (lo que sucede en la mayoría de los casos), como reversibles.
Modelo que muestra las uniones entre las partículas que componen la materia.
QUIERO SABER SOBRE...
La combustión es una reacción que vemos cotidianamente. Si quieres saber más sobre este tema, puedes visitar la siguiente galería de infografías:
¿SABÍAS QUÉ?
Cuando ocurre todo lo contrario a la oxidación, se da la reducción. En este proceso un átomo o ión gana electrones, lo que disminuye la oxidación.
EXPERIMENTO: Bolitas Flotantes
Objetivo
El objetivo de este experimento es observar una reacción química sencilla a partir de materiales que comúnmente se encuentran en nuestros hogares.
Materiales
Una pecera pequeña o un bol.
Bolitas de naftalina.
Bicarbonato de sodio.
Vinagre.
Pasos a seguir
En la pecera pequeña se colocan las bolitas de naftalina.
Agrega 3 cucharaditas de bicarbonato de sodio.
Añade agua hasta llenar las ¾ partes de la pecera o recipiente.
Lentamente agrega el vinagre.
¿Qué sucedió?
Lo que se puede observar son las bolitas de naftalina subiendo y bajando en el agua, dando la sensación de que están brincando. Esto sucede gracias a las burbujas de dióxido de carbono que se adhieren a las bolitas. El dióxido de carbono se obtiene como producto de la reacción química entre el bicarbonato de sodio y el vinagre.
Al cocinar la carne, se produce un cambio químico que da como resultado el color dorado, el sabor y el aroma.
¿Conoces alguna otra reacción química?
A continuación te dejamos una infografía sobre la fosilización, un cambio químico que ocurre en condiciones especiales en los restos de organismos que alguna vez tuvieron vida:
La combustión
Una de las más conocidas reacciones es la combustión, sucede entre un combustible y un comburente u oxidante, generalmente es el oxígeno del aire que usamos para respirar. En la reacción se desprende una gran cantidad de energía en forma de luz y en diferentes temperaturas. Al liberarse calor puede verse en forma de llama.
Desprendimiento de energía lumínica y calórica en las reacciones de combustión, en forma de llama.
Al cocinar los huevos ocurre un cambio químico denominado desnaturalización.
La oxidación o corrosión
La oxidación es el proceso químico que da como resultado óxido. Este se genera cuando los metales o metaloides se combinan con el oxígeno. En este sentido, se pueden distinguir dos tipos de oxidaciones:
Lenta, que se da en aquellos casos en los que el aire o el agua hacen que los metales pierdan brillo y ocasionan su corrosión.
Rápida, que sucede cuando la combustión ha desprendido calor. Se da principalmente en aquellos elementos con carbono o hidrógeno.
La descomposición de la materia
La descomposición química se da cuando una sustancia, como consecuencia de diversos factores, se separa y origina dos más simples. Esta reacción puede suceder cuando el compuesto se expone al calor, la humedad, la radiación, la electricidad, o a determinados químicos.
La respiración
Este proceso químico se da en las células de gran cantidad de seres vivos. Los humanos, por ejemplo, incorporamos el oxígeno para oxidar la materia, convertirla en sustancias más simples y así producir energía.
CAMBIOS QUÍMICOS EN LA COCINA
Al cocinar nos encontraremos con numerosos cambios en los materiales, tanto físicos como químicos.
La Reacción de Maillard: muchos de los aromas y sabores de las comidas son consecuencia de esta reacción. Cuando calentamos algunos alimentos ocurren diversas reacciones entre los azúcares y las proteínas. Por ello también vemos cómo cambia el color de la cebolla, o el dorado de las carnes.
La desnaturalización: en este caso, las proteínas presentes en las carnes o en el huevo cambian su estructura. Es por ello que al cocinar dichos alimentos, se vuelven más firmes.
¡Cocina sin fuego!
¿Quieres ver que hay otras maneras de que se produzca este cambio químico? Toma un huevo y separa la yema de la clara. Toma esta última y agrégale alcohol o acetona. Poco a poco se coagulará y quedará blanca, tal como si estuviese cocida. Pero... ¡cuidado! No es para comer.
Reacciones químicas
Serie de videos sobre las reacciones químicas y cambios químicos.
Formación de agua
En este video podemos observar la energía que se genera durante la formación de agua a partir de hidrógeno y oxígeno. Durante esta reacción se rompen los enlaces covalentes entre los átomos de hidrógeno.
Desplazamiento de Hierro
Un video para graficar un cambio químico. Cuando se añade hierro a la solución de sulfato de cobre (II), se forma cobre y sulfato de hierro (II).
La energía y las reacciones químicas
Este recurso audiovisual grafica la relación entre las reacciones químicas y la energía.
La ciencia de los fuegos artificiales: reacciones químicas a 400 metros de altura
Aunque se han convertido en algo cada vez más sofisticado, todo lo que se ve en un espectáculo de fuegos artificiales es química en acción.
El poeta Goethe dijo en una ocasión que un loco enamorado sería capaz de hacer fuegos artificiales con el sol, la luna y las estrellas. Pero existe una manera de lograrlo más sencilla y práctica, eso sí, menos romántica: la química. Los fuegos artificiales son pura química.
¿Cómo se explica su funcionamiento? ¿A qué se deben esos colores? Cada fuego artificial lanzado hacia el cielo es una mezcla de productos químicos y combustible, cuidadosamente calibrados para producir un efecto particular.
A pesar de tener un origen no precisamente lúdico hoy los conocemos por su gran espectacularidad. Dicen que Hong Kong, Río de Janeiro o Dubái están entre los mejores del mundo en el arte de la pirotecnia. Aquí, en España, podemos presumir de los mágicos momentos que ofrecen en Elche, Murcia o la Comunidad Valenciana.
Los fuegos artificiales son pura química
Aunque las mezclas de los compuestos que nos podemos encontrar en ellos suele ser un secreto que las casas comerciales guardan celosamente, su composición sigue una receta muy concreta: una sustancia química rica en oxígeno y un químico que sirva como combustible.
Lo que vemos, lo que oímos con cada explosión, será por tanto el resultado de varias reacciones químicas -oxidaciones y reducciones- que tienen lugar dentro de los fuegos artificiales a medida que ascienden al cielo.
El carbono provee el combustible, el magnesio incrementa el brillo y la luminosidad, el calcio dará más intensidad a los colores.
Además del carbono, que provee el combustible; el magnesio, que incrementa el brillo y la luminosidad; el calcio, cuya función es dar más intensidad a los colores, existen tres tipos distintos de oxidantes que se encargan de generar el oxígeno que reaccionará durante la combustión: los nitratos, los cloratos y los percloratos. Sus diferencias estriban en la cantidad de oxígeno que ceden en forma de oxígeno molecular. Los nitratos ceden 1/3 del oxígeno que contienen, por el contrario, los cloratos (menos estables y más peligrosos de manejar) y percloratos ceden todo su oxígeno molecular. Estos, combinados con sustancias reductoras, de azufre y de carbono, encargadas de actuar como combustibles, producen la energía de la explosión.
Los enormes 'booms' escuchados a nivel del suelo serán entonces el resultado de una rápida liberación de energía en el aire, que, como si se tratara de un cañón, al reaccionar genera de forma muy rápida una gran cantidad de gases que son los encargados de empujar la bala y salir despedidos por la boca del cañón. Esto produce una onda de choque, una explosión sónica.
¿Cómo se produce el color?
El romántico Goethe se acercaba en parte a la explicación química. Los astrónomos pueden averiguar de qué están hechas las estrellas al ver el tipo de luz que producen. Con la pirotecnia pasa algo similar al observar el color de las llamas cuando se queman diversos productos químicos.
Esto se explica porque el color o colores que aparecen en los fuegos artificiales dependen de los productos químicos que están en ellos. Estas sustancias serán diferentes metales que se queman cuando el fuego artificial se apaga, diferentes metales que emiten colores específicos.
El causante de que una sustancia brille es el calor, metales como por ejemplo el aluminio, magnesio y titanio, se queman y son útiles para aumentar la temperatura de los fuegos artificiales.
Pero existen dos modos en que los fuegos artificiales producen el color: la incandescencia y la luminiscencia. Por una parte, la incandescencia es la luz producida por el calor como consecuencia de que el cuerpo emisor esté a alta temperatura. Sin embargo, presenta un problema, y es que los únicos colores que puede producir son los rojizos y amarillos o, si la temperatura es muy alta, el blanco.
Esto se soluciona gracias a su compañera, la luminiscencia -que atiende a la propiedad que tienen ciertos cuerpos de emitir luz tras haber absorbido energía de otra radiación sin elevar su temperatura- ya que con ella pueden obtenerse todos los colores del espectro visible.
Cuanto más energético sea el salto, más cerca estaremos de los colores azules, mientras que los saltos menos potentes estarán relacionados con la zona roja del espectro.
Para crearlos, los fabricantes de fuegos artificiales conocen aspectos como que el sodio es el responsable de los amarillos y los dorados, el bario produce los verdes, el cobre da lugar al color azul, las sales de estroncio al rojo y el titanio es el responsable de los destellos blancos y plateados.
Una cámara subjetiva muestra su interior
Saber qué colores genera cada componente no es suficiente para crear fuegos artificiales. Para que funcionen de forma adecuada necesitan seguir unos diseños que hacen que se calienten lo suficiente como para quemar y mostrar colores. Para hacerlo están colocados en cubos de 3 o 4 cm llamados estrellas. Estas contienen un agente oxidante, uno reductor, el componente de color y el neutralizante que mantiene todo unido.
Esos componentes que tienen como objetivo estabilizar la mezcla son agentes aglomerantes que además la protegen de la humedad y garantizan que durante su almacenaje no se eche a perder. Entre estas sustancias suele destacar la goma arábiga.
A través de este vídeo se pueden seguir las diferentes fases por las que pasan los fuegos artificiales: instalación, encendido, despegue y explosión de luz, color y sonido en la mayoría de los casos, incluyendo el aterrizaje. Todo esto sin destrucción de por medio, claro.
En nuestros días se están explorando nuevas formas de hacer compuestos pirotécnicos pero con mezclas más amigables con el medio ambiente. Este es el caso de un estudio en el que el uso de combinaciones con alto contenido en nitrógeno hace que se produzca menos humo y partículas.
Esta nota puede servir como disparador para comentar con los alumnos y realizar actividades que nos permitan pensar en distintos cambios químicos a nuestro alrededor.