Química

Cambios químicos: características, ejemplos, tipos

Los cambios químicos son las modificaciones que se producen en sustancias o materia a partir de reacciones químicas. Se caracterizan por ser irreversibles, pues implican la formación de nuevos enlaces que necesitan de energía o de otras reacciones para revertir sus efectos.

La vida y su bioquímica, por ejemplo, se componen de constantes cambios químicos que delatan un sinfín de reacciones que suceden dentro de los seres vivos. El resultado es el crecimiento, desarrollo y envejecimiento de los tejidos vegetales y animales; que como bien se sabe, científica y termodinámicamente, se trata de un proceso irreversible.

Es por eso que en las criaturas vivientes, desde invertebrados a vertebrados, encontramos los cambios químicos incluso mientras consumen sus alimentos, pues emplean reacciones enzimáticas para degradarlos y aprovechar la energía y el material químico que extraen de ellos.

Índice del artículo

¿Cómo reconocer cambios químicos?

Una de las principales características para reconocerlos en la naturaleza consiste en observar si ocurre un cambio de coloración, o si se produce un olor particular. Es así que en las estaciones del año se aprecia cómo las arboladas comienzan paulatinamente a cambiar el color de sus hojas; en ellas la clorofila y sus pigmentos naturales sufren reacciones químicas.

El enrojecimiento de las hojas en otoño es un clarísimo ejemplo de un cambio químico. Conectando esto con la vida, los pulpos y camaleones se camuflan gracias a una serie de reacciones químicas que involucran las células de sus pieles; pero que a diferencia de las hojas, pueden revertir los cambios de color mediante otras reacciones que “desactiven” el camuflaje.

No obstante, las diferentes coloraciones del cielo y de las nubes no son producto de cambios químicos sino físicos: la dispersión de Raleigh. Mientras, el blanqueamiento de la ropa y la remoción de sus manchas, al igual que la tinción de las prendas con colorantes, son cambios químicos.

Características

Se hizo mención de que el cambio de color y olor son dos de las principales características de que ha ocurrido un cambio químico y que, por lo tanto, ha sucedido un fenómeno que encierra una o múltiples reacciones químicas.

A continuación, se abordarán otras características importantes que permiten detectarlo directamente con nuestros sentidos. Mientras más características puedan percibirse, más probable será que estemos ante un cambio químico y no uno físico.

Cambio de temperatura o liberación de luz

Un cambio químico viene acompañado por un aumento (reacción exotérmica) o descenso (reacción endotérmica) de la temperatura; es decir, si se produce calor, o si por el contrario se obtiene la sensación de frío, respectivamente. Asimismo, en ocasiones la liberación de calor sucede paralelamente a la aparición de luz.

Formación de gases

La formación de los gases se relaciona directamente con los cambios de olores. Si el gas se forma en un medio líquido, se observará un burbujeo, indicativo de un cambio químico.

Esto se debe a que hay moléculas con presiones de vapor altas que fácilmente son arrastradas por el aire, o a la liberación de moléculas pequeñas, tales como CO2, H2S, CH4, O2, etc., que son productos finales de determinadas reacciones.

Formación de precipitado

Si las reacciones toman lugar en un medio líquido y comienza a observarse la formación de un precipitado, cualquiera sea su color o textura, se dice que ha ocurrido un cambio químico. Igualmente, pudiera darse el caso donde dos gases se mezclen y se formen cenizas o sales.

Irreversibilidad

Si bien es cierto que existen reacciones reversibles capaces de establecer un equilibrio, los cambios generados con las características descritas hasta ahora por sí solos son irreversibles; necesitan que intervengan otras reacciones o energía de cualquier tipo para que se reviertan sus efectos. Y aun así, en muchos casos es prácticamente imposible.

Esta irreversibilidad se observa en un cambio de la composición, o en el deterioro de la materia. Por ejemplo, un árbol que arde en llamas y termina en cenizas, cuya composición final es diferente a la del árbol, no podrá revertir el cambio químico acontecido por ningún medio; a menos que se pudiera dar vuelta atrás el tiempo.

Tipos

Los cambios químicos en sí mismos no están sujetos a ninguna clasificación: se perciben con nuestros sentidos y puede inferirse o examinarse qué tipos de reacciones químicas están tomando lugar. Es así que tales cambios se deban a un grupo de reacciones inorgánicas, orgánicas o bioquímicas.

Cuando se habla de “cambios” inorgánicos, se dice que no interviene ningún compuesto de esqueleto carbonado, sino más que todo complejos de metales de transición; óxidos, sulfuros, hidruros, nitruros, halógenos, entre otros compuestos.

Mientras, en los cambios orgánicos y bioquímicos participan compuestos carbonados, con la diferencia de que los primeros suelen ocurrir fuera de los organismos (exceptuando las reacciones realizadas por los fármacos), y los segundos en el interior de ellos (en lo que concierne a enzimas, metabolismo, biomoléculas).

Ejemplos

Amarillamiento de los papeles

Los papeles con el tiempo van perdiendo su blancura para tornarse amarillentos o marrones. Este proceso se debe a la oxidación de sus polímeros, especialmente la lignina, que junto a la celulosa van incorporando átomos de oxígeno que terminan debilitando sus interacciones intermoleculares.

Fuegos artificiales

Los fuegos artificiales representan una reacción de combustión, en el que una mezcla de propelentes, nitrato de potasio, carbón y azufre arde a la vez que excita electrónicamente las sales metálicas que impregnan de colores las explosiones resultantes.

Caries

Las caries generan un cambio de color en los dientes a causa de su desmineralización, ocasionada por los ácidos generados cuando los microorganismos digieren la sacarosa de los alimentos. El esmalte dental, el cual consiste de una matriz mineralógica de fosfatos de calcio, pierde sus iones conforme aumenta la acidez y progresa la formación de las caries.

Crecimiento de algas

La eutrofización de los lagos fomenta el crecimiento de algas, las cuales tapizan de verde su superficie producto de un cambio en las propiedades químicas del agua; cambio que termina siendo visible y negativo para la fauna acuática.

Disolución del Alka-Seltzer

Los Alka-Seltzer cuando se disuelven en agua comienzan a liberar burbujas que demuestran su efervescencia. Los gases se deben al CO2 generado por la disolución del NaHCO3, junto a los ácidos cítrico y acetilsalicílico que vienen en la tableta compactada.

Pestilencias corporales

Cuando sudamos es inevitable, tarde o temprano, percibir olores desagradables localizados debajo de los brazos, en la piel, o en los pies. Estos malos olores se deben a moléculas orgánicas volátiles sintetizadas por microorganismos, y denotan que ha ocurrido un cambio químico.

Putrefacción

La descomposición orgánica de los seres vivos o alimentos son cambios químicos que involucran una serie de reacciones complejas. Los malos olores vienen acompañados de un cambio en la composición, así como del color. Por ejemplo, la putrefacción de las frutas como los plátanos y aguacates muestra todas estas características.

Cocacola y menta

Aunque se trata formalmente de una reacción física, sin rompimientos de enlaces químicos pero sí con la participación consecutiva de un equilibrio entre las especies H2CO3 y CO2, la erupción de cocacola-menta puede tomarse como referencia para detectar otras explosiones que sí puedan ser netamente químicas.

La menta ofrece sitios de nucleación para que se formen burbujas pequeñas de CO2, las cuales absorben parte del CO2 disuelto al interferir con sus interacciones con las moléculas de agua. Así, el CO2 disuelto se concentra en múltiples burbujas pequeñas, las cuales se oponen a la creciente tensión superficial del agua causada por el azúcar y otros compuestos.

El resultado es que las burbujas de CO2 escapan arrastrando el agua que no quiere “soltarlas”. Esto ocasiona que aparezca la espuma característica de estas erupciones de menta, tal como se observa en la imagen superior.

Explosiones

Las explosiones suelen ser reacciones de combustión muy vigorosas, de las cuales se desprenden humo, luz y calor. Donde ocurra una explosión, se está frente a un cambio químico.

Combustión de la madera

La madera se compone en esencia de celulosa y lignina, ambos polímeros orgánicos. Sus átomos de carbono reaccionan vigorosamente con el oxígeno del aire originando CO y CO2, dependiendo de qué tan completa es la combustión y el grado de oxigenación.

Este es un cambio químico porque los polímeros de la madera no pueden volver a su estado inicial, además de que hay desprendimiento de calor, luz y humo.

Bronceado

El enrojecimiento o bronceado de nuestra piel, al estar bajo un intenso sol, indica que hubo un cambio en su composición debido a la reacción de la melanina contenida en sus células, las cuales se oxidan y descomponen.

Jugo de col morada

Partiendo del jugo de col morada puede montarse un experimento para mostrar cambios de coloración en función del pH. Es fácil de reproducir en cualquier laboratorio o cocina.

Si este jugo se adiciona a diferentes tubos de ensayo, se rotulan, y se les agregan diferentes sustancias, desde ácidas (vinagre) a alcalinas (detergente), se tendrá un abanico de colores (imagen superior).

Esto se debe a que el jugo de la col morada contiene indicadores ácido-base naturales, los cuales responden a los cambios de pH. Mientras más ácido sea la disolución, más roja lucirá; y si por el contrario es muy básica, se tornará amarillenta.

Cocinar un huevo

Cuando se fríe o cocina un huevo permitimos que el calor desnaturalice sus proteínas, rompiendo sus enlaces y formando otros mientras pierde su estructura original.

Desteñido del cuero

Los colores del cuero pueden desteñirse por acción del oxígeno del aire y la radiación UV, los cuales provocan que se rompan los enlaces químicos entre los tintes y el material orgánico.

Horneado

El cambio de coloración que se observa en los panes y dulces, así como su evidente aumento de volumen respecto a la masa cruda, es indicativo de varios cambios químicos.

Primero, por el levantamiento ocasionado por la levadura y el polvo de hornear; y segundo, por la reacción de Maillard, donde proteínas y azúcares reaccionan entre sí para tornar dorada la mezcla.

Corrosión

Los metales se oxidan, por lo que pierden su lustre, se oscurecen y comienzan a corroerse cuando las capas de óxido formadas ya no pueden adherirse o cohesionar con el interior metálico. La corrosión más representativa es la del hierro, por el color pardo característico de su óxido.

Baterías

Dentro de las baterías o pilas ocurren reacciones químicas que generan electricidad, corrientes eléctricas que recorren un circuito externo y accionan sus dispositivos. En esencia el ánodo pierde electrones (oxidación), estos electrones activan el dispositivo (control remoto, teléfono, reloj, apuntador, etc.), y terminan luego en el cátodo (reducción).

Sangre de los mosquitos

Si un mosquito nos pica y los matamos al instante o a los pocos minutos, notaremos que la sangre es de color rojo claro. Mientras, si transcurre un lapso de unas cuantas horas y matamos a este mismo mosquito, veremos que la sangre es oscura, incluso presentará tonalidades pardas.

Este cambio de coloración es indicativo de que la sangre ha sufrido reacciones químicas dentro del mosquito.

Reloj de yodo

Uno de los cambios químicos más impresionantes se observa en la famosa reacción del reloj de yodo. Se le dice así porque su velocidad puede controlarse modificando la concentración de los reactivos. La reacción llega a su fin cuando aparece un color azul intenso, muy oscuro, haciendo gran contraste con la transparencia inicial observada.

Este color (imagen superior) se debe a las interacciones entre el almidón y el complejo aniónico I3–. Una de sus versiones parte del yodato, IO3–, y el bisulfito, HSO3–:

IO3– + 3HSO3– → I– + 3HSO4–

El I– reacciona con el IO3– del medio para generar yodo:

IO3– + 5I– + 6H+ → 3I2 + 3H2O

Y este a su vez reacciona con más bisulfito:

I2 + HSO3– + H2O → 2I– + HSO4– + 2H+

Una vez se acabe el HSO3–, la segunda reacción predominará hasta haber un exceso de I2, el cual se unirá al I– para formar el I3–. Y finalmente, el I3– interaccionará con las moléculas de almidón oscureciendo la disolución.

Pasta de elefante

Nuevamente, y para finalizar, se nombra una reacción química específica pero con cambios demasiado visibles para dejarla por fuera: la pasta de diente para elefantes (imagen superior). En ciertos videos la cantidad de espuma es tal, que literalmente podría cepillarse la boca de un elefante.

Esta reacción se basa en la descomposición catalítica del peróxido de hidrógeno, H2O2 (agua oxigenada), con iones yoduros, I–, provenientes de sales solubles como el NaI o KI. La primera reacción que ocurre es, de acuerdo a la siguiente ecuación química:

H2O2 + I – → H2O + IO –

La especie IO – posteriormente reacciona con el H2O2 en una segunda reacción:

IO – + H2O2 → H2O + O2 + I –

Donde se regenera el catalizador I – (no se consume).

Nótese que los productos finales son H2O y O2. Si a la mezcla de reacción se agrega detergente y colorantes, el agua junto con el oxígeno formará espuma de manera vigorosa, la cual ascenderá por el recipiente y se disparará hacia arriba, en contra de la gravedad.

Quemar papel

Cuando se quema un papel, se produce dióxido de carbono, vapor de agua y cenizas. Estas tres sustancias son químicamente diferentes de la primera sustancia, por lo que se trata de un cambio químico.

Oxidación de manzana

Cuando se pica una manzana y se deja al aire libre, esta pasa de ser color marfil a ser marrón u ocre. A esto se le llama oxidación.

Pudrición de comida

Cuando la comida se pudre, se produce un cambio químico. Por ejemplo, los huevos podridos pasan por un proceso de descomposición que hace que cambien de color y de olor.

Producción de yogurt

El yogurt es el resultado de un cambio químico en el que intervienen la leche y ciertas bacterias, como la Streptococcus thermophilus y la Lactobacillas bulgaricus.

Abrir botella de champagne

Cuando se abre una botella de champagne o de alguna bebida gaseosa, se observa un burbujeo. Este burbujeo quiere decir que el ácido carbónico en la bebida se ha roto, liberando el dióxido de carbono.

Producción de vino

La creación de vino a partir de uvas es un proceso de fermentación. Este es un ejemplo de reacción química anaeróbica en la que el azúcar es transformado en alcohol etílico y dióxido de carbono.

Referencias

  1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Química. (8va ed.). CENGAGE Learning.
  2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (08 de octubre de 2019). Chemical Change Definition in Chemistry. Recuperado de: thoughtco.com
  3. Wikipedia. (2019). Chemical change. Recuperado de:  en.wikipedia.org
  4. Mandeep Sohal. (29 de septiembre de 2019). Chemical Change vs. Physical Change. Chemistry LibreTexts. Recuperado de: chem.libretexts.org
  5. Nathan Crawford. (2019). What Is a Chemical Change? – Properties, Types & Examples Video. Study. Recuperado de: study.com
  6. HowStuffWorks. (2019). Why do newspapers turn yellow over time? Recuperado de: science.howstuffworks.com
  7. Science Buddies. (14 de junio de 2012). Spurting Science: Erupting Diet Coke with Mentos. Recuperado de: scientificamerican.com
  8. Quimitube. (2014). Experiencias de laboratorio: El reloj de yodo. Recuperado de: quimitube.com