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Tipos de reacciones químicas

En el apartado anterior hemos estudiado reacciones de oxidación. Este es solo un ejemplo de uno de los tipos de reacciones químicas que existen.

¿Cómo podríamos clasificar todos los tipos de reacciones químicas que existen? El siguiente vídeo nos ofrece alguna información:

A Ciencia cierta. Cambios físicos y químicos

¿Complicado? No tanto. Solo tenemos que aprender algunas ideas básicas para diferenciar las reacciones químicas. La mejor manera de conseguirlo es desarrollando experimentos de laboratorio que nos ayuden a conocerlas y clasificarlas.

Repasamos y aprendemos

En toda reacción química se absorbe o desprende energía (normalmente como calor o luz).

Como ya hemos visto, en una reacción química se rompen los enlaces de los reactivos y se forman nuevos enlaces para dar lugar a los productos de la reacción. Al romperse enlaces se absorbe energía y al formarse enlaces se desprende energía. 

Según el balance energético final, las reacciones se clasifican en:

  • Exotérmicas, cuando desprenden energía. La energía liberada en los nuevos enlaces que se forman es mayor que la empleada en los enlaces que se rompen.
  • Endotérmicas, cuando absorben energía. La energía absorbida en los enlaces que se rompen es mayor que la desprendida en los enlaces que se forman.

Podemos seguir aprendiendo un poco más en este enlace Energía en las reacciones químicas.

Actividades: la energía en las reacciones químicas

Cuando transcurre una reacción química, hay un intercambio de energía con el medio exterior del sistema en el que ocurre la reacción química.

A continuación, vamos a hacer varios experimentos en los que comprobaremos cómo tiene lugar ese intercambio de energía. Recordemos que tenemos que grabar en vídeo todos nuestros trabajos.

¡Ay qué calor!

Vamos a observar algunas reacciones que desprenden calor.

¿Qué vamos a necesitar?

Materiales    Reactivos

Vasos de precipitados              

Ácido clorhídrico (1 M)

Espátula

Hidróxido de sodio

Varilla de vidrio

Sulfato de cobre (II)

Termómetro

Limaduras de hierro

Guantes de látex

 

Gafas de seguridad

 

 

¿Qué vamos a hacer?

Realizaremos dos experiencias. Debemos tener cuidado al manejar productos como el ácido clorhídrico o el hidróxido de sodio. Por eso es importante respetar las normas de seguridad y ponernos los guantes y las gafas.

Experiencia

  • En un vaso de precipitados pequeño añadimos unos 15 mL de disolución de ácido clorhídrico. Seguidamente medimos su temperatura y la anotamos.
  • Añadimos a continuación al ácido clorhídrico unas 8 lentejas de hidróxido de sodio, muy despacio, lenteja a lenteja.  Agitamos con la varilla y medimos la temperatura a continuación.
  • Observamos qué ha ocurrido.
  • Escribimos la ecuación química correspondiente a la reacción que se ha producido.

 

Experiencia

  • En un vaso de precipitados pequeño vertemos unos 15 mL de agua y añadimos con la espátula sulfato de cobre (II) hasta formar una disolución concentrada. Agitamos con la varilla y medimos la temperatura a continuación. Anotamos el dato.
  • Añadimos a continuación unas limaduras de hierro y agitamos. Dejamos pasar unos diez minutos y medimos la temperatura. Anotamos el dato.
  • Observamos qué ha ocurrido.
  • Escribimos la ecuación química correspondiente a la reacción que se ha producido.

¿Qué ha ocurrido? Elaboramos un informe de laboratorio

Como siempre que vamos al laboratorio, concluimos redactando el informe de laboratorio de cada una de las experiencias. En este caso, además respondemos a estas preguntas

  • ¿Qué tipo de reacción son las que hemos visto en cada experimento?
  • Seguramente habéis usado alguna vez las “bolsas de calor”, de uso instantáneo, para aliviar algún dolor después de una caída ó de un  tirón tras una actividad deportiva; ¿Puedes explicar de dónde sale ese calor? ¿Qué tipo de reacción crees que ocurre en su interior?

¡Ay qué frío!

Vamos a experimentar con una reacción que absorbe calor.

¿Qué vamos a necesitar?

 

Materiales Reactivos
Erlenmeyer Hidróxido ed bario
Termómetro (que mida desde -40ºC a 50 ºC)     Cloruro amónico
Balanza  

 

¿Cómo lo vamos a hacer?
  • Pesamos en la balanza 8 g de hidróxio de bario y 2,75 g de cloruro amónico.
  • Introducimos ambos elementos en un matraz de erlenmeyer.
  • Agitamos suavemente para mezclar bien los dos reactivos.
  • Introducimos un termómetro y observamos lo que ocurre en el erlenmeyer. 
  • Identificamos qué gas es el que compone los vapores que se desprenden (Para ello acercaros al erlenmeyer y con un ligero movimiento de la mano intentad hacer llegar los vapores a nuestra nariz.).
  • Tomamos notas de las respuestas a estas preguntas: ¿Qué temperatura marca el termómetro? ¿Qué aspecto tiene el contenido en el matraz erlenmeyer?
¿Qué ha ocurrido? Elaboramos el informe de laboratorio

Además de realizar el informe de laboratorio, tendremos que responder a estas preguntas:

  • ¿Qué tipo de reacción, desde el punto de vista energético, es la que hemos realizado?
  • La digestión es una reacción química endotérmica, en la que los alimentos se rompen por acción del agua. Teniendo esto en cuenta, responde a dos preguntas:
  • ¿Mientras haces la digestión te convendrá estar en un lugar caliente o frío?
  • ¿Por qué favorecerá la digestión tomar una infusión caliente? 

Reacciones ácido-base

Tenemos muy claro que existen infinidad de reacciones químicas. Después de haberlas clasificado en función de la energía vamos a seguir estudiando otros tipos y criterios de clasificación. En este apartado trabajaremos sobre las reacciones ácido-base.

Los ácidos y las bases son muy comunes en la vida diaria. La reacción entre un ácido y una base se llama neutralización. Antes de seguir conviene repasar los conceptos de ácido y base.

Mujer con tubos de ensayo

 pylevn Experimentos.(CC BY)

¿Conocíamos ya estos conceptos? ¿Qué ideas o informaciones nuevas hemos encontrado en el enlace? ¿Hay algo que nos resulte confuso? Respondamos en grupo a estas preguntas y asegurémonos de que hemos entendido bien la información del enlace.

Cuando hayamos terminado, estaremos listos para los experimentos y actividades propuestos en este apartado sobre ácidos y bases. Recordemos, una vez más, que debemos grabarlos en vídeo.

Experimento: "Indicadores caseros"

Los indicadores ácido-base son sustancias que experimentan un cambio de color cuando varia suficientemente el pH de la disolución en que se encuentran. En este experimento vamos a obtener algunos indicadores de pH a partir de extractos vegetales. Estos indicadores nos servirán para identificar sustancias ácidas y básicas.

¿Qué vamos a necesitar?
Materiales Reactivos

- Vaso de precipitados

- Embudo y papel de filtro 

- Frascos o botellas

- Maza y mortero

- Placa calefactora

- Col lombarda

- Pétalos de rosa

- Infusiones de frutos rojos

- Etanol

- Agua

¿Cuándo lo vamos a hacer?

A.  Preparamos el extracto de col lombarda.

  • Troceamos finamente un par de hojas de col lombarda y las introducimos en el vaso de precipitados. Agregamos agua y calentamos al fuego, manteniendo la ebullición durante unos 10 minutos. Retiramos del fuego y la dejamos enfriar. A continuación filtramos el líquido de las hojas usando un embudo con papel de filtro. El líquido que se ha obtenido es el indicador de pH, que tendrá un intenso color violeta.
  • Guardamos el extracto de col en un frasco etiquetado o podemos  impregnar tiras de papel de filtro con el extracto y ls dejamos secar.

 

B. Preparamos el extracto de los pétalos de una rosa roja.

  • Troceamos finamente los pétalos y los introducimos en un mortero, agregamos unos 50 ml de etanol y machacamos los pétalos con una maza y un mortero. A continuación filtramos usando un embudo con papel de filtro.El extracto obtenido.
  • Guardamos el filtrado en un frasco debidamente etiquetado y bien cerrado para evitar la evaporación del alcohol.

C. Preparamos el extracto de frutos rojos

  • Añadimos una bolsa ed infusión de frutos rojos a 50 mL de agua, calentamos a ebullición y la concentramos.
  • Una vez enfriada la guardamos.
¿Qué ha ocurrido? Preparamos un informe de laboratorio

Como siempre completamos este informe siguiendo la guía de elaboración de informe de laboratorio.

Experimento: Comprobando el carácter ácido y básico de algunas sustancias

Vamos a hacer uso de los indicadores caseros obtenidos en la experiencia anterior con el fin de de detectar la presencia de ácidos y bases a nuestro alrededor 

¿Qué vamos a necesitar?

Definición del término



Materiales Reactivos
  • 3 vasos de precipitados
  • Cuentagotas
  • Agua
  • Los indicadores obtenidos en la experiencia anterior:

extracto de lombarda, extracto de pétalos de rosa y la infusión  de frutos rojos.

  • Sustancias de prueba:

limón, lejía, detergente, bicarbonato sódico, vinagre, café, salfumán, alcohol, zumos de frutas, amoniaco...

 

¿Cómo lo vamos a hacer?
  • Colocamos un poco de agua en tres vasos transparentes e incoloros.
  • Agregamos a cada uno de los 3 vasos un poco del extracto que queramos estudiar. El vaso central lo vamos a usar como patrón, mientras que los dos vasos restantes los usaremos para determinar las variaciones de color al irles agregando diversas sustancias. 
  • Para observar bien el color conviene que pongamos un folio blanco debajo de los vasos.
  • Una vez que observemos la coloración que presenta cada una de las sustancias debemos limpiar perfectamente los vasos para poder seguir con el estudio
  • Probamos con varias de las sustancias de prueba..
 ¿Qué ha ocurrido? Elaboramos el informe de laboratorio

Completamos ahora la tabla con los colores obtenidos y copiamos la tabla en nuestro diario de investigación.

Indicador

----------------------------

Producto

Col de lombarda     Extracto de rosas    

Infusión de               

frutos rojos 

 

A continuación, respondemos a estas preguntas

  • Cita el nombre de 3 ácidos  que aparezcan en la vida cotidiana.
  • ¿Qué diferencia hay entre el ácido clorhídrico y el salfumán?
  • Un champú de pH alrededor de 5, tendría carácter ¿básico, muy básico, neutro, ácido o muy ácido?
  • Como siempre, terminamos elaborando un informe de laboratorio con el esquema habitual.

      Reacción de un ácido con una base

      Esta es una actividad abierta. Tenemos que predecir qué puede ocurrir al hacer reaccionar un ácido con una base. Una vez emitida una hipótesis realizaremos las pruebas y experimentos que consideramos oportunas para contrastar esa hipótesis.

      Podemos tener una ayuda en la siguiente página del Proyecto Ulloa.

      Anotaremos en nuestro diario de investigación las hipótesis que hayamos establecido y las pruebas que hayamos llevado a cabo.

      Test de respiración

      Una pequeña experiencia para terminar nuestras actividades con ácidos y bases.

      • Tomamos un vaso que contiene un poco de agua con extracto de lombarda y una gotas de amoniaco casero y soplamos a través de una pajita de refresco. ¿Qué ocurre? ¿Por qué?
      • Anotamos nuestras observaciones en el diario de investigación.

      Reacciones de precipitación

      Las reacciones de precipitación son aquellas en las que se forma un producto insoluble (no se disuelve) en el medio, normalmente agua. A este producto insoluble se le llama precipitado. Un precipitado es un sólido insoluble que se separa de la disolución.

      En las reacciones de precipitación, cuando el proceso de separación del sólido de la disolución ocurre de manera rápida, se forma un sólido con una estructura desordenada de baja cristalinidad, denominada precipitado. Sin embargo, si el proceso de formación del sólido ocurre más despacio, da tiempo a que se forme una estructura más ordenada, denominada cristal. Vamos a experimentar ambos procesos.

      Experimento: Lluvia de oro

      Vamos a observar una reacción de precipitación.

      ¿Qué vamos a necesitar?

      Materiales Reactivos
      • 2 tubos de ensayo
      • 2 matraces de 100 mL           
      • 2 pipetas de 5 mL
      • Pinzas
      • Mechero de gas
      • Nitrato de plomo II, Pb(NO3 )2
      • Yoduro de potasio, Kl.
      • Agua destilada.
      ¿Cómo lo vamos a hacer?
      • Pesamos 0,33 g de Nitrato de plomo II, Pb(NO3 )2  y los disolvemos en 100 mL de agua destilada.
      • Pesamos 0,33 g de yoduro de potasio, KI  y los disolvemos en 100 mL de agua destilada.
      • Cogemos con pipetas distintas, 5 mL de cada disolución y los echamos en cada tubo de ensayo.
      • Echamos  el contenido de un tubo en el otro.
      ¿Qué ha ocurrido? Elaboramos el informe de laboratorio
      • Recordad que tenemos que realizar nuestro informe de laboratorio, como hacemos con todas las experiencias realizadas.
      • Anotamos todo lo que ocurre en vuestro diario de investigación.

      Experimento: Cristales metálicos

      ¿Qué vamos a necesitar?
      Materiales Reactivos
      • Vasos de precipitados
      • Pinzas metálicas
      • Vidrios de reloj
      • Espátula
      • Lupa binocular
      • Laminitas o granalla de cinc.
      • Alambre de cobre.
      • Limaduras de hierro.
      • Disolución de sulfato de cobre(II) (5%)
      • Disolución de nitrato de plomo(II) (5%)
      • Disolución de nitrato de plata (2%)

       

      ¿Cómo lo vamos a hacer?
      • Ponemos en un vidrio de reloj unas gotas de disolución de nitrato de plata y con ayuda de unas pinzas metálicas introducimos unas dos limaduras de cobre.
      • Observamos el contenido del  vidrio de reloj en la lupa binocular y describimos lo que vemos.
      • Ponemos ahora en un vaso de precipitados unos 25 mL de disolución de sulfato de cobre (II) y añadimos unas limaduras de hierro.
      • Dejamos pasar unas horas y entonces observaremos  un color cobre brillante alrededor de las limaduras. Las sacamos con ayuda de una espátula y colocamos en un vidrio de reloj para obsérvalas a través de la lupa binocular.
      • Describimos lo que vemos.
      • Introducimos en un vaso de precipitados que contenga unos 25 mL de disolución de nitrato de plomo (II) un trozo (laminilla, granalla) de cinc. 
      • ¿Qué observamos?  ¿Qué aspecto tienen los cristales ? ¿Cómo crecen?
      ¿Qué ha ocurrido? Elaboramos el informe de laboratorio

      Anotamos todo lo que ocurre en el diario de investigación y realizamos el informe

      Experimento: Volcán en el laboratorio

      Observamos el siguiente vídeo: Cristalización de plata 

      Elvira González. Cristalización de plata

      Se vierte disolución de nitrato de plata (AgNO3 )sobre un hilo de cobre. Cuando se pone en contacto el AgNO3 con el cobre, observamos cómo se forman  los cristalitos de plata.

      Cu + AgNO3 → Cu(NO3)2 + Ag

       

        Anotamos todo el proceso y las observaciones en nuestro diario de investigación.

      Reacciones de síntesis y descomposición

      Ahora vamos a experimentar reacciones de síntesis y de descomposición.

      Las reacciones de síntesis son la combinación de dos o más sustancias para formar un solo compuesto.

      A +  B  → C

      Las reacciones de descomposición son inversas a las síntesis y son aquellas en la cuales se forman dos o más productos a partir de un solo reactante.

      A → B + C

      Experimento: Vapores violetas

      Vamos a observar una reacción de síntesis que además es una reacción fuertemente exotérmica.

      ¿Qué vamos a necesitar?
      Materiales Reactivos
      • Cápsula de porcelana 
      • Espátula
      • Mortero
      • Balanza
      • Campana de gases           
      • Iodo
      • Aluminio
      • Agua
      ¿Cómo lo vamos a hacer?
      • Pesamos 2 g de iodo y los trituramos con la ayuda del mortero para obtener polvo.
      • Pesamos 0,3 g de aluminio en polvo y los añadimos a los gramos de iodo pesados anteriormente. Mezclamos bien con ayuda de la espátula.
      • Ponemos esta mezcla en una cápsula de porcelana y la llevamos a la campana de gases.
      • Para iniciar la reacción, añadimos unas gotas de agua.
      • Pensamos y reflexionamos: "¿Qué observamos después del proceso?
      ¿Qué ha ocurrido? Elaboramos el informe de laboratorio

      Anotamos lo que ocurre en el diario de investigación

      ¿Podrías escribir la reacción que tiene lugar?

      Nos acordamos de elaborar nuestro informe de laboratorio. 

      Anotamos todo lo que ocurre en vuestro diario de investigación

      Experimento: Volcán en el laboratorio

      Vamos a hacer una reacción similar a la que aparece en el video Un volcán en el laboratorio

      Elvira González. Un volcán en el laboratorio

      En este experimento observamos la descomposición del dicromato amónico por medio de un proceso químico exotérmico en el que este sólido cristalino de color naranja se transforma en un compuesto poco denso y esponjoso de color verde oscuro (óxido de cromo (III)) más dos gases  (nitrógeno y agua) simulando la erupción de un volcán.

       

      ¿Qué vamos a necesitar?
      Materiales Reactivos
      • Volcán de arcilla ( o en su defecto una cápsula de porcelana)          
      • Clip
      • Una pinza de madera
      • Mechero Bunsen
      • Campana de gases
      • Dicromato de amonio
      ¿Cómo lo vamos a hacer?

      1. Moldeamos con arcilla un volcán con su cráter y lo dejamos secar (si no es posible lo haremos en una cápsula de porcelana).

      2. Ponemos dentro del volcán una pequeña cantidad de dicromato amónico.

      Por razones de seguridad es conveniente realizar la experiencia en la vitrina de gases.

      Con ayuda de una pinza de madera calentamos un clip al rojo vivo a la llama del mechero Bunsen y  lo colocamos rápidamente sobre el dicromato.

      La reacción  que se produce es:

      (NH4)2Cr2O7 (s)     →       Cr2O3 (s) + N2 (g) +  4 H2O (g)

      ¿Qué ha ocurrido? Preparamos un informe en el laboratorio

      Observamos y  anotamos lo que ocurre en nuestro diario de investigación.

      Elaboramos nuestro informe de laboratorio.

      Tarea: hacemos un póster digital

      La tarea final de este apartado consistirá en clasificar en el esquema todas las reacciones que hemos realizado en esta etapa del proyecto, organizándolo en un póster digitalal que podremos adjuntar alguno de los vídeos grabados y fotografías tomadas.

      Una vez hecho nuestro póster, tendremos que enviar el enlace y el código para que nuestros compañeros y nuestro profesor puedan consultarlo e incluirlo en sus propios blogs de clase. También tenemos la posibilidad de incluir todos los pósters digitales en una galería de imágenes o en otro tipo de recurso.

      Para crear nuestro póster digital utilizaremos la herramienta Smore, o bien Impress

      La siguiente rúbrica servirá para evaluar nuestro trabajo y nos dará pistas y orientaciones.

      Diario de aprendizaje

      Después de finalizada la tarea, es el momento de guardar todos los documentos en la carpeta de investigación.

      También puede ser momento para revisar el trabajo que hemos hecho y anotar nuestras impresiones en un diario de aprendizaje.

      Abrimos una entrada con el título de este apartado y revisamos nuestro trabajo.

      Podemos responder a estos ítems:

      • No me ha costado hacer...
      • He tenido dificultades en...
      • No he terminado la tarea porque...
      • Doy por terminada la tarea (fecha)