Cambios físicos y químicos

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CAMBIOS FISICOS Y QUÍMICOS

SARAH ALEJANDRA CABEZA LONGO,

KAREN ALEJANDRA FREIRE ROSERO

*Laboratorio de Química Orgánica General, Facultad de Ciencias Naturales, Exactas y de la Educación, Universidad del Cauca, Popayán-Colombia.

RESUMEN: En esta práctica se realizaron procesos para reconocer los significados y las diferencias entre cambios químicos y físicos de sustancias, las cuales son variedades de materia, de composición y carácter, definidos y reconocibles. Una transformación que implique un cambio en la composición determinada es un cambio químico o reacción química, mientras que un cambio físico de una sustancia no implica transformaciones en su composición. Se analizaron materiales como yodo, parafina, etanol, agua, ácido clorhídrico, zinc, permanganato de potasio y peróxido de hidrógeno, antes y después de experimentar los cambios respectivos, donde se observó que el yodo se sublimó, la parafina se derritió, y el etanol y el agua ebulleron, sin cambiar su carácter y composición, a diferencia del ácido clorhídrico con zinc, y el permanganato de potasio con peróxido de hidrógeno, que reaccionaron, transformando su estructura y naturaleza. Se logró adquirir los conocimientos necesarios para determinar el cambio existente luego de ejecutar un proceso.

1. INTRODUCCIÓN

Una propiedad física se puede medir y observar sin que cambie la composición o identidad de la sustancia. Una propiedad química puede ser observada efectuando un cambio químico [1]. En un cambio físico, una sustancia no se transforma en una distinta, a diferencia de un cambio químico, en el que una sustancia sí se transforma en otra, con naturaleza y propiedades diferentes.

Conocer los cambios físicos y químicos, por qué suceden y qué pasa en las sustancias después de estos, permiten comprender mejor los fenómenos naturales que nos rodean, y de este modo, poderlos reproducir en el laboratorio. Se pueden realizar procedimientos donde las sustancias reaccionen, de forma controlada, y así, satisfagan los resultados esperados. Si, por ejemplo, se conoce el punto de ebullición del agua, se podrá calcular el tiempo y el calor al que debe ser expuesta para que esta hierva. O en el caso del hierro, evitar que se oxide exponiéndolo a un ambiente donde abunda el oxígeno.

1. METODOLOGÍA

En esta práctica se desarrollaron cinco experimentos, donde se observan los dos tipos de cambios a estudiar, de ciertas sustancias, a ciertas condiciones.

En el primer procedimiento se hizo uso de yodo y trozos de hielo. En un vaso de precipitado se colocaron cristales de yodo, se tapó con una cápsula de porcelana que contenía hielo y se calentó sobre una plancha de calentamiento.

Después, se hizo uso de trozos de parafina que se agregaron a una espátula y se calentaron suavemente sobre la plancha de calentamiento.

A continuación, se empleó agua y etanol. Se llenó un vaso de precipitado con agua y en un tubo de ensayo se vertió etanol, el tubo de ensayo se introdujo en el vaso de precipitado, se calentaron suavemente sobre una plancha de calentamiento y se tomaron sus temperaturas varias veces, hasta que ebulleron.

Luego se hizo uso de ácido clorhídrico y granallas de zinc. En un tubo de ensayo se agregó ácido clorhídrico y granallas de zinc, e inmediatamente la boca del tubo de ensayo se tapó con el dedo pulgar, después de esperar un poco menos de medio minuto se destapó el tubo de ensayo, acercándole una llama, lo cual produjo un sonido.

En el quinto experimento se empleó permanganato de potasio y peróxido de hidrógeno. En un tubo de ensayo, se colocó 0.5 mL de solución de permanganato de potasio y 0.5 mL de peróxido de hidrógeno, se introdujo un palillo de madera en punto de ignición, sin que tocara la sustancia, dentro del tubo, donde este se mantuvo encendido.

1. RESULTADOS Y ANÁLISIS

En el primer experimento, al colocar el vaso de precipitados tapado con la cápsula de porcelana sobre la plancha de calentamiento, se pudo observar un proceso llamado sublimación, el yodo pasó de estado sólido a gaseoso sin pasar por el estado líquido, desprendiendo un gas de color morado. Después, al colocar hielo en la cápsula de porcelana, se observó que el yodo sublimado formó cristales en la parte de abajo de la cápsula de porcelana, la cristalización se debe a que los átomos de yodo establecen enlaces formando una red cristalina.

Para el siguiente procedimiento, se usó una espátula con parafina en ella, se colocó en una plancha de calentamiento a 185°C, se observó su cambio de estado de sólido a líquido, entre 61°C y 62°C y su punto de solidificación en 60°C, lo cual concuerda con lo esperado, debido al estado en el que se encontraba en principio, la parafina [2].

Para el siguiente experimento se usó un vaso de precipitado al que se le agregó 50 mL de agua, y un tubo de ensayo al que se le agregó 3 mL de etanol. El tubo de ensayo se introdujo en el vaso de precipitado y estos se calentaron a 300°C sobre una plancha de calentamiento, se observó que ebullen a temperaturas de 93°C y 78°C, respectivamente. Esto se genera cuando la presión de vapor es igual a la presión atmosférica definida a nivel del mar, una atmósfera. A esa temperatura, la presión de vapor del líquido llega a ser suficiente para superar la presión atmosférica y permitir que se formen burbujas de vapor dentro de la mayor parte del líquido [3].

Según lo anterior, se puede decir que la presión atmosférica de Popayán es menor, pero no está tan alejada, a una atmósfera, debido a la altura donde se encuentra. Los puntos de fusión del agua y el etanol, a una atmósfera, son 100°C y 78°C, respectivamente [4]. El hecho de que el etanol haya ebullido a 78°C a menos de una atmósfera puede ser debido, principalmente, a una mala lectura del instrumento.  

Estas dos sustancias fueron calentadas a la misma temperatura, pero la composición de sus moléculas es diferente, por lo que ebulleron en diferentes puntos, en el caso del agua, sus moléculas generan atracción por medio de polos opuestos (polo positivo y polo negativo) esto hace que el agua tenga un enlace covalente, el cual es muy fuerte. En el caso del etanol, este tiene un átomo más en su molécula, que es el átomo de carbono, por lo que las cargas del etanol se distribuyen en más partes, aunque el etanol sigue teniendo un enlace fuerte porque en su molécula hay hidrogeno y se crean enlaces covalentes, es menos fuerte que los enlaces de la molécula del agua, por eso, el agua se demora más en ebullir.

A continuación, para el siguiente procedimiento, se usó un tubo de ensayo con desprendimiento lateral, al que se le agregaron 0.5 mL de solución de ácido clorhídrico y granallas de zinc, inmediatamente se tapó el tubo con el dedo pulgar hasta que se sintió presión, se quitó el dedo y se acercó un palillo en punto de ignición. En esta reacción, el zinc movió el hidrógeno del compuesto inicial del ácido clorhídrico, por lo que al final se obtuvo hidrógeno gaseoso y cloruro de zinc, al acercarle el palillo encendido, se produjo un sonido parecido al de una flauta, y el tubo de ensayo se calentó debido a que la reacción es exotérmica, es decir, se liberó parte de la energía producida por la reacción.

Para el último experimento se usó un tubo de ensayo, siendo sostenido con pinzas de madera, en el que se agregó 0.5 mL de peróxido de hidrógeno y 0.5 mL de permanganato de potasio, también se usó un palillo de madera, recubierto con parafina, en punto de ignición. Se observó que, al meter el palillo al tubo de ensayo, su llama se avivaba entre más cerca estaba del líquido, pero sin tocarlo, por lo que se puede decir que el peróxido de hidrógeno y el permanganato de potasio reaccionaron y produjeron óxido de manganeso, hidróxido de potasio, oxígeno y agua, de los cuales solo actuó el oxígeno sobre la llama, los demás se quedaron en el tubo de ensayo.

Después de realizada la práctica, comparando cómo eran en principio las sustancias y cómo se veían después de la reacción, se pueden clasificar los procedimientos en dos tipos, en los que hubo cambios físicos, y en los que hubo cambios químicos.

En el experimento realizado con yodo, después de que este se sublimara y formara cristales al entrar en contacto con un medio a menor temperatura, siguió siendo yodo, no cambió su composición. Luego, al calentar la parafina, se observó que esta se derritió y después, se solidificó, sin embargo, su composición siguió siendo la misma. También en el procedimiento realizado calentando agua y etanol, estos ebulleron, pero su composición siguió igual. En estos tres procedimientos, las sustancias experimentaron cambios físicos, debido a que sus enlaces no fueron modificados, por lo que después del proceso siguieron siendo las mismas.

Cuando se realizó el procedimiento con el ácido clorhídrico y el zinc se observó que, al entrar en contacto, estos sufrieron una alteración en sus enlaces químicos, lo que produjo una reacción, por lo que hubo un sonido y el tubo de ensayo que contenía las sustancias, se calentó. También en el experimento con permanganato de potasio y peróxido de hidrógeno hubo cambios químicos, o sea que la composición de los materiales cambió y se produjo oxígeno, de allí que se avivara la llama al introducirla en el tubo de ensayo. En ambos procesos ocurrieron reacciones químicas, es decir, hubo cambios químicos.

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