¡Me encanta cuando los profesores hacen preguntas! Siempre disfruto de una buena pregunta de ciencia porque me hacen pensar realmente en el tema para estar seguro de dar la respuesta correcta, pero cuando un profesor hace una pregunta, me siento obligado a dar una respuesta (si puedo) que les permita explicar el tema a sus alumnos. Recientemente, he estado hablando con un amigo profesor, sobre los cambios químicos y físicos, y cuanto más hablábamos, más pensaba que el resto de vosotros podría encontrar esto útil.
Los conceptos de cambios físicos y químicos están incluidos en el plan de estudios de primaria y secundaria de la mayoría de los estados, y se espera que los estudiantes sean capaces de decir si un cambio es físico o químico.
Para un cambio químico, al menos una de las sustancias involucradas debe terminar con una fórmula química diferente. Para un cambio físico, una sustancia puede cambiar sus propiedades físicas (tamaño, forma, color, etc.) pero su fórmula química sigue siendo la misma.
Bien, eso suena bastante simple. Si una fórmula química cambia, tenemos un cambio químico. Por ejemplo, si mezclamos vinagre y bicarbonato de sodio, la mezcla burbujea y efervesce, y terminamos con agua, dióxido de carbono y acetato de sodio.
CH3CO2H + NaHCO3 = H2O + CO2 + CH3COONa
Las fórmulas químicas del final son diferentes de las fórmulas del principio, lo que nos indica que se trata de un cambio químico.
Si las fórmulas químicas no cambian, entonces cualquier cambio es un cambio físico. Un buen ejemplo de ello es disolver azúcar en agua. Una vez que todo el azúcar se ha disuelto, tienes moléculas de azúcar mezcladas con las moléculas de agua. Las fórmulas químicas al final son las mismas que al principio, por lo que se trata de un cambio físico.
C12H22O11 + H2O = C12H22O11 + H2O
Aunque pueda parecer una distinción sencilla, a menos que conozcas las fórmulas químicas de las sustancias antes y después del cambio, no puedes estar seguro de qué tipo de cambio es. Hay indicadores de que un cambio PUEDE ser un cambio químico, como un cambio de color, un cambio de temperatura, la emisión de luz, la formación de burbujas de gas o la formación de un precipitado (partículas sólidas), pero NINGUNO de ellos es una prueba concluyente de un cambio químico. Cualquiera de ellos también puede ser causado por un cambio físico.
Cambio de color:
Mezcla un poco de colorante alimentario amarillo con un poco de colorante alimentario azul y obtendrás verde, un cambio físico que da lugar a un cambio de color.
Cambio de temperatura:
Pon un poco de alcohol en tu piel. Al evaporarse, tu piel se enfría. Esto es un cambio físico (evaporación) que te da un cambio de temperatura. ¿Y qué pasa con la producción de calor? Las bolsas de calor reutilizables que se venden para el dolor muscular contienen una solución supersaturada de una sustancia química llamada acetato de sodio. Cuando el acetato de sodio se cristaliza (un cambio físico), desprende bastante calor, pero la fórmula química sigue siendo la misma.
Dar luz:
Encienda una luz de neón. El gas neón se transforma en plasma y emite luz, pero sigue siendo neón, pero ahora es un plasma en lugar de un gas. Esto es un cambio físico.
Formación de burbujas de gas:
Calienta una olla con agua. Antes de que se caliente lo suficiente como para hervir, verás burbujas. Esas burbujas son gases que se disolvieron en el agua. Ese es un cambio físico que produce burbujas de gas. Continúa calentando el agua y ésta hervirá. De nuevo, obtendrás burbujas de gas, y de nuevo se trata de un cambio físico.
Formación de un precipitado:
Un precipitado es un sólido que se forma en una solución. Disuelve el azúcar en agua hasta que no se disuelva más. Deja que el agua se evapore y obtendrás un precipitado (¡y caramelos de roca!) Este es un cambio físico.
Reversible:
Muchas fuentes dicen que los cambios físicos son reversibles, mientras que los cambios químicos no lo son. Comprobemos esto con un ejemplo común de cambio físico. Rompa una hoja de papel en pedazos. No ha cambiado ninguna fórmula química, por lo que se trata de un cambio físico. Ahora invierte el cambio para volver a juntar los trozos en una hoja de papel. Adelante, hazlo ahora. Yo esperaré.
Ahora veamos un ejemplo aún más difícil. Si fundimos un poco de cobre y un poco de zinc, y luego los mezclamos, obtenemos una solución conocida como latón. El cobre y el zinc no han reaccionado químicamente, por lo que se trata de un cambio físico, pero si intentas invertir el proceso para separar el cobre y el zinc, tienes un verdadero reto entre manos.
Por otro lado, muchos cambios químicos son fácilmente reversibles. Puedes utilizar una corriente eléctrica para romper el agua (H2O) en hidrógeno (H2) y oxígeno (O2). Las fórmulas han cambiado, por lo que se trata de un cambio químico. Una pequeña chispa encenderá la mezcla de gases, produciendo agua (H2O). Acabas de invertir el cambio y has acabado con la misma sustancia con la que empezaste.
Si alguna vez has utilizado papel tornasol u otros indicadores de pH, ya has visto un ejemplo de cambio químico fácilmente reversible. Estos indicadores cambian su fórmula química en función del pH de su entorno, y la reacción química puede revertirse una y otra vez.
Otro gran ejemplo de cambios químicos reversibles es el ciclo del carbono. La respiración y la fotosíntesis son grandes ejemplos de cambios químicos que son reversibles. La respiración celular convierte el oxígeno en dióxido de carbono. La fotosíntesis convierte el dióxido de carbono en oxígeno. Las mismas moléculas se cambian químicamente una y otra vez, una y otra vez.
Lo que todo se reduce a que, a menos que conozcas las fórmulas químicas de las sustancias antes y después de un cambio, no hay forma de estar seguro de si el cambio fue químico o físico. Puedes hacer una conjetura, pero hasta que no mires esa ecuación química, no puedes estar seguro.
Se vuelve aún más desafiante cuando miras algunos de los ejemplos de libros de texto sobre cambios químicos y físicos. Por ejemplo:
1. Hornear un pastel, ¿es un ejemplo de cambio químico o de cambio físico?
Para aquí, y piensa bien en ambos ejemplos antes de seguir adelante. No, lo digo en serio. Detente. Piensa. Piensa un poco más. Luego haz clic aquí para obtener la respuesta.
Obviamente, la respuesta es no. ¿No? ¿Qué clase de respuesta es esa? Bueno, la pregunta era: «¿Hacer un pastel es un ejemplo de cambio químico o de cambio físico?». En realidad, hornear un pastel es un ejemplo de varios cambios químicos y de varios cambios físicos, así que no es uno O el otro. Por el contrario, se trata de varios ejemplos de ambos tipos de cambio. La desnaturalización de las proteínas de la leche, los huevos y la harina son cambios químicos. Se rompen los enlaces químicos y se crean nuevos enlaces. El bicarbonato de sodio y el ácido tartárico del polvo de hornear reaccionan químicamente para producir gas de dióxido de carbono para que su pastel suba. Eso también es un cambio químico.
Por otro lado, si pruebas el pastel, el azúcar no ha cambiado químicamente. Sigue siendo (C12H22O11), y sigue sabiendo a azúcar. Se ha disuelto en la masa líquida, pero eso es un cambio físico. Si pones un trozo de pastel en un cuenco con agua, lo machacas, lo cuelas y evaporas el agua, vuelves a tener el azúcar.
El agua de la masa no ha cambiado químicamente. Bastante ha evaporado, pero eso es un cambio físico. Si has añadido especias o aromas al pastel, probablemente no han cambiado químicamente, pero algunos de sus productos químicos volátiles se han disuelto y difundido por el pastel. Si has quemado el pastel, el sabor también habrá cambiado, y eso sería un cambio químico. El alcohol y el agua del extracto de vainilla se evaporaron (cambio físico), dejando la vainillina inalterada para aromatizar el pastel. Una vez que lo veas, hornear un pastel incluye varios ejemplos de cambios tanto químicos como físicos.
2. ¿Disolver la sal en el agua es un cambio químico o un cambio físico?
Ok, ahora el segundo. De nuevo, piénsalo bien antes de seguir. Luego pincha aquí para ver la respuesta.
El ejemplo #2 es parte de una conversación que estoy teniendo en este momento. Disolver la sal en el agua es un ejemplo comúnmente utilizado de un cambio físico, pero cuando se disuelve la sal (NaCl) en el agua (H2O), se obtienen iones de sodio (Na+) e iones de cloro (Cl-) mezclados con el agua (H2O). Algunas personas afirman que se trata de un cambio químico, ya que el compuesto iónico de cloruro de sodio se ha separado en iones de sodio e iones de cloro. Esta discusión sigue en pie, así que no dudes en añadir tus comentarios.
Aunque esto pueda parecer muy complejo, una vez que empiezas a aprender química, se hace mucho más fácil. A medida que estudias química, te centras en las fórmulas y ecuaciones químicas. Si miras una ecuación química te dirá al instante si las fórmulas han cambiado o no. ¿Quién iba a pensar que la química de la escuela secundaria podría ser mucho más sencilla que la ciencia de la escuela primaria?