- Com reconèixer canvis químics?
- Característiques
- Canvi de temperatura o alliberament de llum
- Formació de gasos
- Formació de precipitat
- irreversibilitat
- tipus
- exemples
- Groc dels papers
- focs artificials
- Carles
- Creixement d'algues
- Dissolució de l'Alka-Seltzer
- pestilències corporals
- putrefacció
- Cocacola i menta
- explosions
- Combustió de la fusta
- bronzejat
- Suc de col morada
- Cuinar un ou
- Destenyit de l'cuir
- enfornat
- corrosió
- bateries
- Sang dels mosquits
- Rellotge de iode
- Pasta d'elefant
- cremar paper
- Oxidació de poma
- Pudrición de menjar
- Producció de iogurt
- Obrir ampolla de xampany
- Producció de vi
- referències
Els canvis químics són les modificacions que es produeixen en substàncies o matèria a partir de reaccions químiques. Es caracteritzen per ser irreversibles, ja que impliquen la formació de nous enllaços que necessiten d'energia o d'altres reaccions per revertir els seus efectes.
La vida i la seva bioquímica, per exemple, es componen de constants canvis químics que delaten una infinitat de reaccions que succeeixen dins dels éssers vius. El resultat és el creixement, desenvolupament i envelliment dels teixits vegetals i animals; que com bé se sap, científica i termodinàmicament, es tracta d'un procés irreversible.
El canvi de coloració de les fulles durant la tardor és un exemple d'un canvi químic. Font: Jake Colvin via Pexels.
És per això que en les criatures vivents, des invertebrats a vertebrats, trobem els canvis químics fins i tot mentre consumeixen els seus aliments, ja que empren reaccions enzimàtiques per degradar-los i aprofitar l'energia i el material químic que extreuen d'ells.
Com reconèixer canvis químics?
Exemple de canvi químic
Una de les principals característiques per reconèixer-los en la naturalesa consisteix a observar si ocorre un canvi de coloració, o si es produeix una olor particular. És així que en les estacions de l'any s'aprecia com les arbrades comencen gradualment a canviar el color de les seves fulles; en elles la clorofil·la i els seus pigments naturals pateixen reaccions químiques.
L'enrogiment de les fulles a la tardor és un claríssim exemple d'un canvi químic. Connectant això amb la vida, els pops i camaleons es camuflen gràcies a una sèrie de reaccions químiques que involucren les cèl·lules de les seves pells; però que a diferència de les fulles, poden revertir els canvis de color mitjançant altres reaccions que "desactivin" el camuflatge.
No obstant això, les diferents coloracions de el cel i dels núvols no són producte de canvis químics sinó físics: la dispersió de Raleigh. Mentrestant, el blanquejament de la roba i la remoció de les seves taques, a l'igual que la tinció de les peces amb colorants, són canvis químics.
Característiques
Es va fer esment que el canvi de color i olor són dues de les principals característiques que ha passat un canvi químic i que, per tant, ha passat un fenomen que tanca una o múltiples reaccions químiques.
A continuació, s'abordaran altres característiques importants que permeten detectar directament amb els nostres sentits. Com més característiques puguin percebre, més probable serà que estiguem davant d'un canvi químic i no un físic.
Canvi de temperatura o alliberament de llum
Un canvi químic ve acompanyat per un augment (reacció exotèrmica) o descens (reacció endotèrmica) de la temperatura; és a dir, si es produeix calor, o si per contra s'obté la sensació de fred, respectivament. Així mateix, en ocasions l'alliberament de calor succeeix paral·lelament a l'aparició de llum.
Formació de gasos
La formació dels gasos es relaciona directament amb els canvis d'olors. Si el gas es forma en un mitjà líquid, s'observarà un bombolleig, indicatiu d'un canvi químic.
Això es deu al fet que hi ha molècules amb pressions de vapor altes que fàcilment són arrossegades per l'aire, o l'alliberament de molècules petites, com ara CO 2, H 2 S, CH 4, O 2, etc., que són productes finals de determinades reaccions.
Formació de precipitat
Si les reaccions prenen lloc en un medi líquid i comença a observar-se la formació d'un precipitat, qualsevol sigui el seu color o textura, es diu que ha ocorregut un canvi químic. Igualment, pogués donar-se el cas on dos gasos es barregin i es formin cendres o sals.
irreversibilitat
Si bé és cert que hi ha reaccions reversibles capaços d'establir un equilibri, els canvis generats amb les característiques descrites fins ara per si sols són irreversibles; necessiten que intervinguin altres reaccions o energia de qualsevol tipus perquè es reverteixin els seus efectes. I tot i així, en molts casos és pràcticament impossible.
Aquesta irreversibilitat s'observa en un canvi de la composició, o en el deteriorament de la matèria. Per exemple, un arbre que crema en flames i acaba en cendres, la composició final és diferent de la de l'arbre, està sotmès a un canvi químic esdevingut per cap mitjà; llevat que es pogués donar volta enrere el temps.
tipus
Els canvis químics en si mateixos no estan subjectes a cap classificació: es perceben amb els nostres sentits i pot inferir o examinar quins tipus de reaccions químiques estan prenent lloc. És així que aquests canvis es deguin a un grup de reaccions inorgàniques, orgàniques o bioquímiques.
Quan es parla de "canvis" inorgànics, es diu que no intervé cap compost d'esquelet carbonat, sinó més que tot complexos de metalls de transició; òxids, sulfurs, hidrurs, nitrurs, halògens, entre d'altres compostos.
Mentrestant, als canvis orgànics i bioquímics participen compostos carbonats, amb la diferència que els primers solen ocórrer fora dels organismes (exceptuant les reaccions realitzades pels fàrmacs), i els segons a l'interior d'ells (pel que fa a enzims, metabolisme, biomolècules).
exemples
Groc dels papers
Els plecs de paper es van tornant groguencs amb el temps. Font: makamuki0 via Pixabay.
Els papers amb el temps van perdent la seva blancor per tornar groguencs o marrons. Aquest procés es deu a l'oxidació de les seves polímers, especialment la lignina, que al costat de la cel·lulosa van incorporant àtoms d'oxigen que acaben debilitant les seves interaccions intermoleculars.
focs artificials
Els focs artificials representen una reacció de combustió, en el qual una barreja de propelents, nitrat de potassi, carbó i sofre crema alhora que excita electrònicament les sals metàl·liques que impregnen de colors les explosions resultants.
Carles
Les càries generen un canvi de color en les dents a causa del seu desmineralització, ocasionada pels àcids generats quan els microorganismes digereixen la sacarosa dels aliments. L'esmalt dental, el qual consisteix d'una matriu mineralògica de fosfats de calci, perd els seus ions a mesura que augmenta l'acidesa i progressa la formació de les càries.
Creixement d'algues
La capa d'algues i microorganismes que creix en els llacs de vegades és tal que pot tornar-se enganxosa. Font: Michael Meiters (https://www.flickr.com/photos/psychofreakx3/5963134909)
L'eutrofització dels llacs fomenta el creixement d'algues, les quals entapissen de verd la seva superfície producte d'un canvi en les propietats químiques de l'aigua; canvi que acaba sent visible i negatiu per a la fauna aquàtica.
Dissolució de l'Alka-Seltzer
Els Alka-Seltzer quan es dissolen en aigua comencen a alliberar bombolles que demostren la seva efervescència. Els gasos es deuen a el CO 2 generat per la dissolució de l'NaHCO 3, al costat dels àcids cítric i acetilsalicílic que vénen a la tauleta compactada.
pestilències corporals
Quan suem és inevitable, tard o d'hora, percebre olors desagradables localitzats sota dels braços, a la pell, o als peus. Aquests males olors es deuen a molècules orgàniques volàtils sintetitzades per microorganismes, i denoten que ha ocorregut un canvi químic.
putrefacció
La descomposició orgànica dels éssers vius o aliments són canvis químics que involucren una sèrie de reaccions complexes. Les males olors vénen acompanyats d'un canvi en la composició, així com de la color. Per exemple, la putrefacció de les fruites com els plàtans i alvocats mostra totes aquestes característiques.
Cocacola i menta
Una barreja de cocacola i menta fa erupció com un volcà de refresc. Font: Michael Murphy
Tot i que es tracta formalment d'una reacció física, sense trencaments d'enllaços químics però sí amb la participació consecutiva d'un equilibri entre les espècies H 2 CO 3 i CO 2, l'erupció de cocacola-menta es pot prendre com a referència per detectar altres explosions que sí puguin ser netament químiques.
La menta ofereix llocs de nucleació perquè es formin bombolles petites de CO 2, les quals absorbeixen part de l'CO 2 dissolt a l'interferir amb les seves interaccions amb les molècules d'aigua. Així, el CO 2 dissolt es concentra en múltiples bombolles petites, les quals s'oposen a la creixent tensió superficial de l'aigua causada pel sucre i altres compostos.
El resultat és que les bombolles de CO 2 escapen arrossegant l'aigua que no vol "deixar-les anar". Això fa que aparegui l'escuma característica d'aquestes erupcions de menta, tal com s'observa en la imatge superior.
explosions
Les explosions solen ser reaccions de combustió molt vigoroses, de les quals es desprenen fum, llum i calor. On passi una explosió, s'està davant d'un canvi químic.
Combustió de la fusta
La fusta es compon en essència de cel·lulosa i lignina, tots dos polímers orgànics. Els seus àtoms de carboni reaccionen vigorosament amb l'oxigen de l'aire originant CO i CO 2, depenent de què tan completa és la combustió i el grau d'oxigenació.
Aquest és un canvi químic perquè els polímers de la fusta no poden tornar al seu estat inicial, a més que hi ha despreniment de calor, llum i fum.
bronzejat
En els bronzejats dels que gaudeixen d'un dia a la platja es reflecteix un canvi químic. Font: Pxhere.
L'enrogiment o bronzejat de la nostra pell, a l'estar sota un intens sol, indica que hi va haver un canvi en la seva composició a causa de la reacció de la melanina continguda en les seves cèl·lules, les quals s'oxiden i descomponen.
Suc de col morada
Tubs d'assaig amb indicador de col morada. Font: Indikator-Blaukraut.JPG: Supermartlderivative work: Haltopub
Partint de l'suc de col morada pot muntar-se un experiment per mostrar canvis de coloració en funció de l'pH. És fàcil de reproduir en qualsevol laboratori o cuina.
Si aquest suc s'addiciona a diferents tubs d'assaig, es retolen, i se'ls afegeixen diferents substàncies, des àcides (vinagre) a alcalines (detergent), es tindrà un ventall de colors (imatge superior).
Això es deu al fet que el suc de la col morada conté indicadors àcid-base naturals, els quals responen als canvis de pH. Com més àcid sigui la dissolució, més vermella lluirà; i si per contra és molt bàsica, es tornarà groguenca.
Cuinar un ou
Quan es fregeix o cuina un ou permetem que la calor desnaturalitzi les seves proteïnes, trencant els seus enllaços i formant altres mentre perd la seva estructura original.
Destenyit de l'cuir
Els colors de l'cuir poden desteñirse per acció de l'oxigen de l'aire i la radiació UV, els quals provoquen que es trenquin els enllaços químics entre els tints i el material orgànic.
enfornat
El canvi de coloració que s'observa en els pans i dolços, així com la seva evident augment de volum respecte a la massa crua, és indicatiu de diversos canvis químics.
Primer, per l'aixecament ocasionat pel llevat i la pols de coure; i segon, per la reacció de Maillard, on proteïnes i sucres reaccionen entre si per tornar daurada la barreja.
corrosió
Els metalls s'oxiden, per la qual cosa perden la seva llustre, s'enfosqueixen i comencen a corroir quan les capes d'òxid formades ja no poden adherir-se o cohesionar amb l'interior metàl·lic. La corrosió més representativa és la de el ferro, pel color marró característic del seu òxid.
bateries
Dins de les bateries o piles tenen lloc reaccions químiques que generen electricitat, corrents elèctrics que recorren un circuit extern i accionen els seus dispositius. En essència l'ànode perd electrons (oxidació), aquests electrons activen el dispositiu (control remot, telèfon, rellotge, apuntador, etc.), i acaben després en el càtode (reducció).
Sang dels mosquits
Si un mosquit ens pica i els matem a l'instant o als pocs minuts, notarem que la sang és de color vermell clar. Mentrestant, si transcorre un lapse d'unes quantes hores i vam matar a aquest mateix mosquit, veurem que la sang és fosca, fins i tot presentarà tonalitats marrons.
Aquest canvi de coloració és indicatiu que la sang ha patit reaccions químiques dins de l'mosquit.
Rellotge de iode
La reacció de l'rellotge de iode és una de les més representatives d'un canvi químic. Font: Daniel J. Lulu
Un dels canvis químics més impressionants s'observa en la famosa reacció de l'rellotge de iode. Se li diu així perquè la seva velocitat pot controlar modificant la concentració dels reactius. La reacció arriba a la seva fi quan apareix un color blau intens, molt fosc, fent gran contrast amb la transparència inicial observada.
Aquest color (imatge superior) es deu a les interaccions entre el midó i el complex aniònic I 3 -. Una de les seves versions part de l'iodat, IO 3 -, i el bisulfit, HSO 3 -:
IO 3 - + 3HSO 3 - → R - + 3HSO 4 -
El I - reacciona amb l'IO 3 - de l'mitjà per generar iode:
IO 3 - + 5I - + 6H + → 3I 2 + 3H 2 O
I aquest al seu torn reacciona amb més bisulfit:
I 2 + HSO 3 - + H 2 O → 2I - + HSO 4 - + 2H +
Un cop s'acabi el HSO 3 -, la segona reacció predominarà fins a haver un excés d'I 2, el qual s'unirà a l'I - per formar el I 3 -. I finalment, el I 3 - interaccionarà amb les molècules de midó enfosquint la dissolució.
Pasta d'elefant
Experiment de la pasta d'elefant. Font: Ferbr1 via Wikipedia.
Novament, i per finalitzar, es nomena una reacció química específica però amb canvis massa visibles per deixar-la per fora: la pasta de dent per elefants (imatge superior). En certs vídeos la quantitat d'escuma és tal, que literalment podria raspallar la boca d'un elefant.
Aquesta reacció es basa en la descomposició catalítica de l'peròxid d'hidrogen, H 2 O 2 (aigua oxigenada), amb ions iodurs, I -, provinents de sals solubles com el NaI o KI. La primera reacció que passa és, d'acord a la següent equació química:
H 2 O 2 + I - → H 2 O + IO -
L'espècie IO - posteriorment reacciona amb l'H 2 O 2 en una segona reacció:
IO - + H 2 O 2 → H 2 O + O 2 + I -
On es regenera el catalitzador I - (no es consumeix).
Cal notar que els productes finals són H 2 O i O 2. Si a la barreja de reacció s'agrega detergent i colorants, l'aigua juntament amb l'oxigen formarà escuma de manera vigorosa, la qual ascendirà pel recipient i es dispararà cap amunt, en contra de la gravetat.
cremar paper
Quan es crema un paper, es produeix diòxid de carboni, vapor d'aigua i cendres. Aquestes tres substàncies són químicament diferents de la primera substància, de manera que es tracta d'un canvi químic.
Oxidació de poma
Quan es pica una poma i es deixa a l'aire lliure, aquesta passa de ser color ivori a ser marró o ocre. A això se li diu oxidació.
Pudrición de menjar
Quan el menjar es podreix, es produeix un canvi químic. Per exemple, els ous podrits passen per un procés de descomposició que fa que canviïn de color i d'olor.
Producció de iogurt
El iogurt és el resultat d'un canvi químic en el qual intervenen la llet i certs bacteris, com la Streptococcus thermophilus i la Lactobacillas bulgaricus.
Obrir ampolla de xampany
Quan s'obre una ampolla de xampany o d'alguna beguda gasosa, s'observa un bombolleig. Aquest bombolleig vol dir que l'àcid carbònic en la beguda s'ha trencat, alliberant el diòxid de carboni.
Producció de vi
La creació de vi a partir de raïm és un procés de fermentació. Aquest és un exemple de reacció química anaeròbica en la qual el sucre és transformat en alcohol etílic i diòxid de carboni.
referències
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Química. (8va ed.). Cengage Learning.
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (08 d'octubre de al 2019). Chemical Change Definition in Chemistry. Recuperat de: thoughtco.com
- Wikipedia. (2019). Chemical change. Recuperat de: en.wikipedia.org
- Mandeep Sohal. (29 de setembre de al 2019). Chemical Change vs. Physical Change. Chemistry LibreTexts. Recuperat de: chem.libretexts.org
- Nathan Crawford. (2019). What Is a Chemical Change? - Properties, Types & Examples Video. Study. Recuperat de: study.com
- HowStuffWorks. (2019). Why do newspapers turn yellow over time? Recuperat de: science.howstuffworks.com
- Science Buddies. (14 de juny de 2012). Spurting Science: Erupting Diet Coke with Mentos. Recuperat de: scientificamerican.com
- Quimitube. (2014). Experiències de laboratori: El rellotge de iode. Recuperat de: quimitube.com