GUÍA TEÓRICO PRÁCTICA
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1° MEDIO
Reacciones químicas cotidianas
GUÍA TEÓRICO PRÁCTICA
Química
Unidad Nº1
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GUÍA TEÓRICO PRÁCTICA Nº6: REACCIONES QUÍMICAS COTIDIANAS
GUÍA TEÓRICO-PRÁCTICA N°6
REACCIONES QUÍMICAS COTIDIANAS
INTRODUCCIÓN El aire que nos rodea es una mezcla de gases que forma un complejo sistema
químico en continuo cambio y que está en directa relación con nuestro entorno.
Tanto los gases propios del aire como aquellos que se liberan en las actividades
humanas tienen la capacidad de reaccionar y producir nuevas sustancias
gaseosas.
El oxígeno del aire, a pesar de no ser el más abundante en composición (solo un 21% del total de aire de la atmósfera), presenta ciertas propiedades que lo
convierten en una sustancia clave para muchos procesos, ya sea en producción
industrial como en las reacciones que llevan a cabo los seres vivos.
El oxígeno del aire es una molécula elemental, es decir, contiene átomos del mismo elemento unidos por medio un enlace. Cuando nos referimos al
oxígeno, en realidad, hablamos de oxígeno molecular (dioxígeno u O2) que es
el que se presenta en la atmósfera y no al átomo del sistema periódico. Su
representación estructural es:
77,98%
20,99%
0,60%0,03% 0,40%
Aire de la Atmósfera
Nitrógeno Oxígeno
Argón Dioxido de Carbono
Otros
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REACCIONES EN LA VIDA COTIDIANA
Una de las características del oxígeno molecular es que es incoloro en su
estado basal (gas), además de inodoro, insípido y altamente reactivo, pues
reacciona fácilmente con otras sustancias. Precisamente, por este último motivo es que el oxígeno forma parte de cientos de compuestos y se combina
con la gran mayoría de los elementos de la Tabla Periódica.
Reacciones de Combustión
Es en estas interacciones donde comúnmente participa el gas oxígeno. En ellas
se comporta como una sustancia con alta energía química capaz de transformar a una sustancia combustible en productos gaseosos. Se dice que
el gas oxígeno es un comburente y quema al combustible.
Los combustibles más comunes son compuestos químicos que contienen
carbono e hidrógeno en su estructura y se denominan hidrocarburos. Éstos
pueden ser sustancias sólidas como carbón o madera; otros líquidos, como gasolina, crudo de petróleo o parafina; y muchos gases, como propano o
metano (gas natural). En general, las reacciones de combustión ocurren muy
rápido y a alta temperatura. Dependiendo de la cantidad de comburente
disponible (O2) se pueden generar 2 tipos de combustión: completa y/o
incompleta. Analicemos cada una:
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Combustión Completa
Ocurre cuando la cantidad de comburente (O2) disponible es suficiente para que reaccione (o se queme) todo el combustible. En estas condiciones se
generan como productos, gas CO2 (dióxido de carbono) y vapor de agua (H2O),
ninguno de ellos es tóxico. Este tipo de combustión se presenta con una llama
azul que brinda la mayor cantidad de energía térmica (calor).
La reacción general de combustión completa puede representarse como:
Combustible + O2(g) ⎯⎯⎯→ CO2(g) + H2O(g)
Un ejemplo cotidiano lo constituye la combustión del gas metano (CH4) con gas oxígeno (O2). En el proceso se genera dióxido de carbono (CO2), agua
(H2O) y calor, pues es una reacción exotérmica. La ecuación de este proceso
es:
CH4(g) + 2 O2(g) ⎯⎯⎯→ CO2(g) + 2 H2O(g) + energía
Combustión Incompleta
Si la cantidad de comburente es insuficiente para que reaccione todo el combustible disponible, la combustión se denomina incompleta. En ella se
obtiene hollín (sustancia negra, muy fina y grasienta), vapor de agua y
monóxido de carbono (CO). Éste último es un gas muy tóxico que puede
producir la muerte si se inhala en exceso. La combustión incompleta genera
una llama amarilla/naranjo que genera menos calor. La reacción general de
una combustión incompleta es:
Combustible + O2(g) ⎯⎯⎯→ CO(g) + H2O(g)
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De esta manera, si se quema de forma incompleta el gas metano se obtendrá
lo siguiente:
2 CH4(g) + 3 O2(g) ⎯⎯⎯→ 2 CO(g) + 4 H2O(g) + energía
En conclusión, un mismo combustible puede dar origen a una reacción de
combustión completa o incompleta, por lo tanto, dependerá de la cantidad de oxígeno disponible la ocurrencia de una u otra. Ahora bien, los productos que
se obtengan en las distintas combustiones de hidrocarburos también
dependerán de la composición del combustible, en general, algunas mezclas
de estos pueden contener cantidades menores de nitrógeno y azufre, además
de carbono e hidrógeno, por lo tanto, es factible que se generen óxidos de
nitrógeno (NOx) y óxidos de azufre (SOx), ambos tóxicos para el medioambiente, pues son los precursores de la lluvia ácida.
Reacciones de Oxidación y Reducción
Seguramente has comprobado que, si dejas una manzana expuesta al aire,
sin su cáscara, se oxida. Lo anterior también ocurre con algunos metales, que
expuestos al agua y aire generan una cubierta de óxido que los deteriora. Ambos ocurren gracias a una reacción denominada oxidación – reducción.
Toda combinación de una sustancia con oxígeno recibe el nombre de
oxidación, sin embargo, y con el propósito de aclarar conceptos, los químicos
llaman oxidación a las reacciones donde una sustancia cede electrones a otra.
En lo específico, las oxidaciones son reacciones más lentas que las combustiones vistas anteriormente y que, debido a que la temperatura no se
incrementa significativamente, la sustancia que se oxida no arde. Esto es lo
que ocurre con los metales cuando quedan a la intemperie o con la
putrefacción de la materia orgánica.
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Dijimos que, a nivel atómico, la oxidación se produce cuando un átomo o ion cede uno o más electrones (agente reductor) a otro, sin embargo, ninguna
reacción de oxidación ocurre sin que consecutivamente se genere una
reducción, pues la especie que recibe los electrones también cambia su
naturaleza (agente oxidante).
Por lo tanto, las reacciones óxido y las de reducción también conocidas como procesos REDOX, suceden de forma simultánea:
Dos procesos claves para la vida
La presencia de oxígeno en la atmósfera hace posible la vida en la Tierra, pues
gracias a las reacciones de fotosíntesis y de respiración celular, los seres vivos
podemos dar uso al gas oxígeno disponible.
La mayor parte del oxígeno presente en la atmósfera es producida por plantas,
bosques, cultivos y por plancton marino, como resultado de la fotosíntesis. Al
mismo tiempo, las células de todos los seres vivos necesitan de este oxígeno
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para poder realizar todas sus funciones vitales, en un proceso llamado
respiración celular.
¿Qué importancia tiene el oxígeno en estos procesos que perpetúan la
vida sobre la Tierra?
FOTOSÍNTESIS
A diferencia de las células animales, en las vegetales existen organelos llamados cloroplastos que contienen en su interior un pigmento esencial para
la fotosíntesis denominado clorofila, la cual es capaz de absorber la luz solar,
proceso clave en la fotosíntesis.
Esta es un proceso químico que ocurre principalmente en las hojas de las
plantas, en la que los organismos fotosintéticos, a partir de luz, dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O), sintetizan glucosa (C6H12O6), una sustancia
rica en energía química.
¿Cómo fue que se construyó el conocimiento científico sobre la
fotosíntesis?
El origen del estudio sobre este proceso se remonta a la antigua Grecia, cuando
Aristóteles propuso que el color verde de las hojas de las plantas estaba
directamente relacionado con la luz solar. En la reacción general de fotosíntesis
los reactantes son: dióxido de carbono, energía lumínica y agua. En tanto, los
productos generalmente son: glucosa y gas oxígeno. La ecuación general es:
6 CO2 + 6 H2O + Energía ⎯⎯⎯→ C6H12O6 + 6 O2
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RESPIRACIÓN CELULAR
Cuando los seres vivos, incorporamos el oxígeno generado en la fotosíntesis,
se inicia otro proceso vital: la respiración celular.
Ésta es una compleja secuencia de reacciones químicas que ocurren al interior
de las células. En su gran mayoría son reacciones oxidación (o combinación
con oxígeno) de moléculas sencillas como monosacáridos (glucosa) y
aminoácidos con el propósito de obtener de ellos la energía necesaria para
vivir. La ecuación general de la respiración celular puede resumirse de la
siguiente forma:
C6H12O6 + 6 O2 ⎯⎯⎯→ 6 CO2 + 6 H2O + Energía (ATP)
En general, podemos afirmar que la respiración celular es un proceso de combustión, ya que ocurre interacción con oxígeno, generación de agua y de
gas dióxido de carbono, además de liberación de energía. Sin embargo, en los
seres vivos es una combustión controlada y la energía que se obtiene se
almacena como reserva en moléculas denominadas ATP. Otra parte de esta
energía se libera como calor.
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REACCIONES DE NEUTRALIZACIÓN
En nuestros hogares empleamos con frecuencia muchas sustancias que tienen
el apelativo de ácidas o alcalinas (básicas).
¿Qué ácidos y bases utilizas o consumes tú comúnmente? Es probable
que hayas mencionado algunas ácidas, como vinagre, jugo de limón y vitamina
C, y otras alcalinas, como bicarbonato de sodio, amoníaco y soda cáustica.
Para identificar con certeza a ambos tipos de sustancias es común el uso de
reactivos denominados indicadores. Estos se presentan en tiras de papel
impregnadas como el tornasol, o bien en mezclas concentradas como la fenolftaleína.
El indicador usado en los laboratorios es el llamado indicador universal o
papel indicador pH, que es una mezcla de varios indicadores impregnados
en tiras de papel de color naranja.
Más allá de conocer qué sustancias cotidianas son ácidos o álcalis, lo
interesante es que si se mezclan entre ellas ocurre un proceso llamado
neutralización o reacción de neutralización que produce siempre una sal y
agua. La ecuación general para que la estudies es:
El proceso se denomina Neutralización, porque cuando ocurre, las
propiedades de ambas sustancias se anulan. Por ejemplo, si reaccionan
mezclas con la misma concentración de HCl (un ácido) y de NaOH (una base),
obtenemos agua y cloruro de sodio, ambas sustancias neutras, sin carácter
ácido ni básico. La ecuación general para este ejemplo es:
HCl + NaOH ⎯⎯⎯→ NaCl + H2O
Ácido + Base Sal + Agua
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I) Actividades
1. Observa las siguientes fotografías y luego responde:
a. Marca con un círculo una la manzana que se oxidará más rápido.
Explica por qué.
b. Marca con una X la manzana que se oxidará más lento. Explica por
qué.
2. Completa el siguiente cuadro considerando las reacciones químicas.
Reacción Ecuación Reactantes Productos
Fotosíntesis
Combustión
incompleta
Respiración
celular
Combustión
completa
APLICANDO LO APRENDIDO
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3. En las siguientes imágenes puedes observar las estructuras químicas
de la clorofila, componente importante en la producción de oxígeno en
las plantas y la hemoglobina, ubicada en los glóbulos rojos de la sangre, encargada del transporte del oxígeno a través de nuestro
cuerpo.
Clorofila Hemoglobina
a. Observando las estructuras de la clorofila y de la hemoglobina,
¿qué diferencias y similitudes ves entre ellas?
b. ¿Por qué la fotosíntesis y la respiración celular son consideradas
procesos vitales complementarios?
II) Marque la alternativa correcta:
1. Considere la siguiente ecuación de asimilación de CO2 por parte de las
plantas:
6 CO2 + 6 X + Energía ⎯⎯⎯→ C6H12O6 + O2
Al respecto, X corresponde a
A) agua.
B) proteínas.
C) enzimas. D) temperatura.
E) ácidos.
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2. Uno de los productos finales de la respiración celular es
A) dióxido de carbono. B) oxígeno.
C) ácido pirúvico.
D) amoniaco.
E) monóxido de carbono.
3. En una reacción de óxido-reducción siempre hay transferencia de:
I) Neutrones
II) Protones
III) Electrones
De las anteriores, es (son) correcta(s)
A) Solo I.
B) Solo II. C) Solo III.
D) Solo I y II.
E) Solo II y III.
4. Si en una reacción química ocurre una transferencia de electrones, se habla de reacción de óxido-reducción. Al respecto, indique la única
afirmación falsa:
A) Cuando una sustancia gana electrones, se reduce
B) La corrosión de los metales es un proceso de oxidación
C) La sustancia que se oxida es el agente reductor y la que se reduce
es el agente oxidante D) La oxidación de la sustancia ocurre primero que la reducción
E) Cuando una sustancia pierde electrones, se oxida
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5. Un remedio muy curioso para tratar la picadura de insectos es aspirina
disuelta en un poco de agua. Esta pasta se aplica sobre la zona
afectada consiguiéndose una disminución del escozor e inflamación, ya que este medicamento tiene precisamente estas propiedades (es
analgésico y antinflamatorio). De acuerdo con sus conocimientos ¿qué
tipo de reacción es la que ocurre en este proceso?
A) Combustión completa
B) Óxido – Reducción (REDOX) C) Neutralización
D) Respiración celular
E) Falta información para determinarlo
Ahora corresponde revisar el logro de los aprendizajes esperados para la
unidad. Marca con una X el casillero que corresponda, donde:
Bien Logrado (BL): He logrado plenamente el aprendizaje
Medianamente
logrado (ML):
He logrado parcialmente el aprendizaje.
Aún me falta trabajar algunos de los aspectos
Por lograr (PL): Aún no he logrado el aprendizaje.
Debo seguir trabajando para ello
Aspectos para evaluar BL ML PL
1 Conozco la composición de la atmósfera.
2 Comprendo el papel del oxígeno en la combustión y la oxidación.
3 Comprendo la importancia de la fotosíntesis y la respiración
celular.
4 Comprendo las reacciones de neutralización acido-base.
VERIFICANDO LO APRENDIDO
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SOLUCIONARIO
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I) Actividades
1.
a.
En este caso, la manzana que tiene la mayor superficie de contacto se oxidará más rápido.
b.
En este caso, la manzana que tiene menor superficie de
contacto se oxidará más lento.
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2.
Reacción Ecuación
Fotosíntesis 6 CO2 + 6 H2O + E ⎯⎯⎯→ C6H12O6 + 6 O2
Reactantes:
Agua y dióxido
de carbono, con
absorción de
energía (E).
Productos: Glucosa y
oxígeno.
Combustión incompleta Combustible + O2 ⎯⎯⎯→ CO + H2O
Reactantes:
Combustible e
insuficiente
oxigeno Productos:
Agua y
monóxido de
carbono
Respiración
celular C6H12O6 + 6 O2 ⎯⎯⎯→ 6 CO2 + 6 H2O + E
Reactantes:
Glucosa y oxígeno.
Productos:
Agua y dióxido
de carbono, con
desprendimiento
de energía (E).
Combustión
completa Combustible + O2 ⎯⎯⎯→ CO2 + H2O
Reactantes: Combustible y
suficiente
oxígeno.
Productos:
Agua y dióxido
de carbono
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3.
a. La hemoglobina y la clorofila presentan un ion metálico en el su
centro molecular.
b. Porque la fotosíntesis es capaz de generar compuestos orgánicos a
partir de sustancias inorgánicas, lo que favorece el desarrollo de
los seres vivos vegetales. Por otro lado, la respiración celular es un
proceso vital para utilizar la materia orgánica como combustible en
los seres vivos vertebrados e invertebrados.
II) Marque la alternativa correcta:
1. A
2. A
3. C
4. D
5. C