Ámbito Científico - TecnolóxicoESA – MÓDULO 3

Unidade Didáctica 4 AS REACCIÓNS QUÍMICAS

Índice da Unidade:1 - A linguaxe química....................................................................................................................................3

2 - Cambios físicos e cambios químicos......................................................................................................4

2.1. Cambios físicos....................................................................................................................................4

2.2. Cambios químicos................................................................................................................................4

3 - Características da reacción química........................................................................................................6

3.1. Formación de novas substancias.........................................................................................................6

3.2. Conservación da masa: Lei de Lavoisier..............................................................................................6

3.3. Intercambio de enerxía.........................................................................................................................7

4 - Representación das reaccións químicas: a ecuación química.............................................................7

4.1. Axuste dunha ecuación química...........................................................................................................8

5 - Tipos de reaccións químicas....................................................................................................................9

6 - Masa dunha substancia: masa atómica e masa molecular.................................................................10

6.1. Masa atómica.....................................................................................................................................10

6.2. Masa molecular...................................................................................................................................11

7 - Cantidade de substancia.........................................................................................................................11

7.1. Mol. ....................................................................................................................................................11

7.2. Número de Avogadro..........................................................................................................................12

7.3. Masa molar.........................................................................................................................................12

7.4. Volume molar......................................................................................................................................13

8 - Cálculos estequiométricos.....................................................................................................................13

9 - Reaccións químicas e o noso contorno................................................................................................16

9.1. Aumento do efecto invernadoiro e cambio climático...........................................................................16

9.2. A destrución da capa de ozono...........................................................................................................20

9.3. A chuvia ácida.....................................................................................................................................22

9.4. Contaminación da auga......................................................................................................................23

9.5. Contaminación do solo.......................................................................................................................24

ÁMBITO CIENTÍFICO – TECNOLÓXICO U.D. 4 . AS REACCIÓNS QUÍMICAS

A vida sería imposible se os átomos e as moléculas non reaccionasen entre si producindo novas substancias. A clorofila das plantas capta a luz procedente do Sol; esta enerxía, xunto co CO2 e o H2O absorbidos, convértense dentro do vexetal noutras moléculas, como os glícidos, e estas serven de alimento a animais herbívoros e, en última instancia, as persoas.

Por outra banda, a maioría das substancias e dos obxectos que nos rodean son produto de procesos en que houbo cambios químicos. Combustibles, fármacos, plásticos, baterías, novos materiais, electrodomésticos, coches, alimentos... son bos exemplos. Todo isto é o resultado do coñecemento dos mecanismos e factores que afectan ás reaccións químicas. O noso propio corpo é un enorme laboratorio onde en cada segundo se producen millóns de reaccións químicas que, simplemente, chamamos vida.

1 - A LINGUAXE QUÍMICAO número de compostos químicos que hai é tan elevado que se fai necesario empregar unha linguaxe específica para mostrar a información química. Para iso utilízase unha linguaxe química simbólica e universal que simplifica e fai accesible a información a toda a comunidade científica, independentemente do idioma que fale o escriba.

As bases nas que se sustenta a linguaxe química son as seguintes:

Cada elemento químico represéntase por un símbolo, constituído por unha ou dúas letras da súa inicial (xeralmente da súa raíz latina ou grega)

Elemento Símbolo Raíz Elemento Símbolo Raíz

Prata Ag Argentum Ferro Fe Ferrum

Ouro Au Aurum Mercurio Hg Hidrargirium

Carbono C Carbo Potasio K Kalium

Calcio Ca Calx Fósforo P Phosphorós

Cobre Cu Curpum Xofre S Sulphur

Cada composto represéntase mediante unha fórmula, que resulta da combinación dos símbolos dos elementos químicos que a integran.

Exemplos: N2, H2O, CaCl2, SO3, Fe(SO4)3, HCl

Unha fórmula molecular indica o número exacto de átomos de cada elemento que hai na molécula.

En cada fórmula represéntase:

Os átomos dos elementos químicos integrantes.O número de átomos que interveñen de cada elemento químico mediante a colocación dun subíndice a continuación do símbolo do elemento químico.A non colocación de subíndice ningún a continuación do símbolos do elemento químico indica que dese elemento só intervén un átomo, é dicir, nunca se escribe o subíndice 1.Cando hai un grupo de átomos que se repite máis dunha vez, escríbese o grupo encerrado entre parénteses e cun subíndice que indica cantas veces está repetido o grupo de átomos.En xeral, escríbese a esquerda o símbolo do elemento máis metálico.

Para indicar a presenza de varias moléculas colócase diante da fórmula un número que indica o número de moléculas que interveñen.

3

ÁMBITO CIENTÍFICO – TECNOLÓXICO U.D. 4 . AS REACCIÓNS QUÍMICAS

Composto Fórmula Significado

Cloruro de hidróxeno HCl A molécula está formada pola unión de un átomo de hidróxeno (H) e un átomo de cloro (Cl).

Auga H2O A molécula está formada pola unión de dous átomos de hidróxeno (H) e un átomo de osíxeno (O).

Sulfato de ferro Fe(SO4)3

Na molécula, por cada átomo de ferro (Fe) hai 3 grupos de átomos SO4. Así, en total, na molécula hai un átomo de ferro, tres átomos de xofre (S) e 12 átomos de osíxeno (O)

3 H2O. Esta expresión significa que se dispón de 3 moléculas de auga cada unha formada por dous átomos de hidróxeno e un átomo de osíxeno.

2 - CAMBIOS FÍSICOS E CAMBIOS QUÍMICOS

2.1. Cambios físicos

Consideremos as accións seguintes: evaporar auga ou alcohol, rachar en dous anacos unha folla de papel, disolver azucre no leite e machucar allos no morteiro. Todas elas son exemplos de cambios físicos, porque as substancias son as mesmas antes e despois da acción realizada: a auga segue a ser auga, o alcohol segue a ser alcohol, o papel segue a ser papel, etc.

Nun cambio físico, as moléculas non sofren cambios, son idénticas antes e despois do cambio.

2.2. Cambios químicosConsideremos agora estoutros cambios: queimar o alcohol ou o papel, oxidarse o ferro, fritir un ovo, elaborar viño a partir da uva, botar un anaco de cobre en ácido nítrico. Son todos exemplos de cambios químicos ou reaccións químicas, xa que as substancias iniciais (alcohol, ferro, papel...) non son iguais que as finais.

Nun cambio ou nunha reacción química as moléculas non son as mesmas antes que despois. As substancias iniciais chámanse reactivos e as finais produtos.

Vexamos con detalle o que lles ocorre as moléculas de alcohol (CH3 - CH2OH) nun cambio físico, como a evaporación, e nun cambio químico, como a combustión (queimar):

Moléculas de alcohol (líquido) Moléculas de alcohol (gas)

4

Evaporación

ÁMBITO CIENTÍFICO – TECNOLÓXICO U.D. 4 . AS REACCIÓNS QUÍMICAS

Moléculas de alcohol e osíxeno Moléculas de CO2 e H2O

Esta reacción química de combustión do alcohol representámola graficamente así:

+ +

ALCOHOL OSÍXENO DIÓXIDO DE CARBONO AUGA

e con fórmulas químicas así: CH3CH2OH + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O

Para que as moléculas reaccionen teñen que achegarse entre si, máis concretamente teñen que chocar unhas coas outras. Se o choque é suficientemente violento e a orientación espacial a adecuada poden romper enlaces entre os átomos dos reactivos, separarse eses átomos e reunirse (enlazarse) de novo, pero con átomos diferentes, formando novas moléculas.

Fíxate nos debuxos seguintes, onde se representa a reacción F2 + H2 → 2 HF:

5

Combustión

Caso 1. Choque pouco violento entre as moléculas. Non hai reacción química

Caso 2. Choque violento entre as moléculas. Hai reacción química.

Moléculas achegándose

Chocan Afástanse sen reaccionar

Moléculas achegándose

Chocan

Fórmanse moléculas

novas

ÁMBITO CIENTÍFICO – TECNOLÓXICO U.D. 4 . AS REACCIÓNS QUÍMICAS

Pode ver unha animación do choque entre moléculas neste enderezo de internet:

http://www.deciencias.net/simulaciones/quimica/reacciones/energia.htm

http://www.colegioheidelberg.es/deps/fisicaquimica/applets/1-Reacciones%20Q/orientacolisiones11.swf

Actividades sobre cambios físico e químicos:

http://www.colegioheidelberg.es/deps/fisicaquimica/applets/1-Reacciones%20Q/activ_cambiosfyq.swf

http://www.colegioheidelberg.es/deps/fisicaquimica/applets/1-Reacciones%20Q/actreactypro.swf

http://www.iesaguilarycano.com/dpto/fyq/cq.html

Por tanto, en esencia, unha reacción química consiste na ruptura dalgúns dos enlaces (ou todos) entre os átomos nos reactivos e a formación de enlaces novos que dan lugar a novas moléculas e, xa que logo, novas substancias: os produtos.

3 - CARACTERÍSTICAS DA REACCIÓN QUÍMICA

3.1. Formación de novas substanciasEn calquera reacción química sempre se forman unha ou máis substancias novas.

3.2. Conservación da masa: Lei de LavoisierSabemos que nunha reacción química os átomos que hai nas moléculas dos reactivos son os mesmos que hai nas moléculas dos produtos pero enlazados de xeito diferente. E como son os mesmos, teñen a mesma masa antes que despois da reacción. Dito doutro xeito, a masa dos reactivos ten que ser igual á masa dos produtos.

Esta conservación da masa nas reaccións químicas descubriuna o químico francés Lavoisier (1743-1794), cando non se coñecía con certeza a existencia do átomo.

Ás veces parece que nas reaccións químicas non se conserva a masa. Por exemplo, se pesamos un papel antes e despois de queimalo, non pesa o mesmo. Cal e a explicación?

Ocorre que a reacción química que se produce na combustión do papel é esta:

papel + O2 (gas) → CO2 (gas) + H2O (gas) + cinzas

Se queimamos o papel nun frasco pechado e non deixamos escapar o dióxido de carbono (CO2) e a auga (gases) producidos, daquela habemos comprobar que os gramos antes e despois da combustión son os mesmos:

6

Caso 3. Choque entre as moléculas sen a orientación adecuada. Non hai reacción química

Moléculas achegándose

Chocan Afástanse sen reaccionar

ÁMBITO CIENTÍFICO – TECNOLÓXICO U.D. 4 . AS REACCIÓNS QUÍMICAS

En resumo, a conservación da masa nunha reacción química é consecuencia da "conservación" dos átomos na reaccións química.

Páxina na que atoparás exercicios sobre a Lei de Lavoisier:

http://www.iesaguilarycano.com/dpto/fyq/lavoisier.html

3.3. Intercambio de enerxíaDurante o curso dunha reacción química sempre se produce, en maior ou menor medida, un intercambio de enerxía (desprendemento ou absorción) xeralmente en forma de calor. Isto permite clasificar as reaccións químicas en:

Reaccións exotérmicas. Unha reacción química en que se desprenda enerxía chamase exotérmica. Esta enerxía desprendida pode ser de tres tipos: enerxía eléctrica (como na batería de chumbo dun coche), luminosa (como nas bengalas de socorro dun barco ou a luz do lume) e calorífica (como cando arde o gas butano).

Reaccións endotérmicas. Pero en moitas outras reaccións non se desprende enerxía, senón que os reactivos a absorben: son as reaccións endotérmicas, e poden absorber enerxía dos tres tipos anteriores (eléctrica, luminosa e calorífica).

Por que unhas reaccións liberan enerxía e outras a absorben? Porque para poder romper os seus enlaces os reactivos absorben enerxía, pero cando os átomos se xuntan de novo formando enlaces nos produtos, desprenden enerxía. Se desprende máis enerxía da que absorbeu, a reacción é exotérmica; se os reactivos absorben máis enerxía da que logo se desprende, a reacción é endotérmica.

4 - REPRESENTACIÓN DAS REACCIÓNS QUÍMICAS: A ECUACIÓN QUÍMICAA ecuación química é a representación simbólica da reacción química.

A representación dunha ecuación química segue as seguintes normas:

Na esquerda escríbense as fórmulas dos reactivos separados por signos + e na dereita, de igual modo, as dos produtos.Os reactivos sepáranse dos produtos mediante unha frecha → que indica o sentido da reacción.Entre parénteses ponse o estado físico da substancia: (g) = gas; (l) = líquido; (s) = sólido; (aq) = disolto en auga; (↓) = precipitado (sólido insoluble que se vai ao fondo do recipiente).

Exemplo: NH3 (g) + O2 (g) → H2O (l) + NO2 (g)

A ecuación química escríbese axustada, é dicir, co mesmo número e tipo de átomos ao inicio que ao final.

7

ÁMBITO CIENTÍFICO – TECNOLÓXICO U.D. 4 . AS REACCIÓNS QUÍMICAS

Isto é así porque sempre se cumpre a lei de conservación da masa.

4.1. Axuste dunha ecuación química

A ecuación química ten que reflectir que na reacción que representa non se crea nin desaparece ningún átomo; ten que haber os mesmos átomos de cada elemento nos reactivos e nos produtos. Por isto temos que axustar as ecuacións químicas.

Como se fai? Vémolo cun exemplo. A ecuación anterior, NH3 (g) + O2 (g) → H2O (l) + NO2 (g)

non está ben escrita, non está axustada. Observamos que nos reactivos hai tres átomos de hidroxeno (H) e nos produtos hai dous, e que nos reactivos hai dous átomos de osixeno (O) e nos produtos tres, e non pode ser así!

Para axustar a ecuación e que corresponda coa realidade do que ocorre, temos que determinar cantas moléculas de cada substancia realmente reaccionan. Pódese facer por aproximación ata igualar o número de átomos nos dous membros da ecuación. No caso da ecuación anterior sería:

4 NH3 (g) + 7 O2 (g) → 6 H2O (l) + 4 NO2 (g)

Os números que pomos diante das fórmulas de cada substancia chámanse coeficientes estequiométricos, e indican o número de moléculas que reaccionan. Comprobamos que está ben axustada:

Reactivos Produtos

Átomos de nitróxeno (N) 4 x 1 = 4 4 x 1 = 4

Átomos de hidróxeno (H) 4 x 3 = 12 6 x 2 = 12

Átomos de osíxeno (O) 7 x 2 = 14 (6 x 1) + (4 x 2) = 14

Xa que logo, na reacción anterior, catro moléculas de amoníaco (NH3) reaccionan con sete moléculas de osíxeno (O2) para producir seis moléculas de auga (H2O) e catro de óxido de nitróxeno (NO2).

Observacións prácticas:

No axuste non se poden cambiar os subíndices das fórmulas; non se pode facer, por exemplo, cambiar H2O por H3O xa que entón non sería auga!

Empeza axustando os elementos que aparezan no menor número de moléculas. Por exemplo, na reacción anterior non empeces axustando o osíxeno, xa que está presente en tres moléculas diferentes, entanto que o N e o H están só en dúas.

Páxinas para practicar o axuste de reaccións químicas:

http://www.colegioheidelberg.es/deps/fisicaquimica/applets/reaccionesq/actjusterq2.swf

http://www.iesaguilarycano.com/dpto/fyq/ajuste.html

http://www.educaplus.org/play-69-Ajuste-de-reacciones.html

8

ÁMBITO CIENTÍFICO – TECNOLÓXICO U.D. 4 . AS REACCIÓNS QUÍMICAS

5 - TIPOS DE REACCIÓNS QUÍMICAS

Reaccións de síntese. Neste tipo de reaccións dous reactivos combínanse para dar un produto.Exemplos:

2 Fe + O2 → 2 FeO 2 H2 + O2 → 2 H2O SO3 + H2O → H2SO4

Reaccións de descomposición. Unha substancia descomponse noutras dúas ou máis; ven sendo o proceso inverso do tipo anterior de reaccións:Exemplos:

2 KClO3 → 2 KCl + 3 O2 2 H2O2 → 2 H2O + O2 2 NaCl → 2 Na + Cl2

Reaccións de sustitución ou desprazamento. Neste tipo de reaccións, un elemento dun composto despraza a outro, ou dous elementos de distintos compostos se desprazan mutuamente de ambos os dous compostos.

Por exemplo, na seguinte reacción a prata (Ag) é sustituída polo sodio (Na):

AgNO3 + NaCl NaNO3 + AgClReaccións ácido-base.

Denomínase ácido toda sustancia que, en disolución acuosa, se disocia liberando ións hidróxeno (H+). Un exemplo de ácido é o ácido clorhídrico (Hcl): HCl Cl- + H+

Denomínase base toda sustancia que, en disolución acuosa, se disocia liberando ións hidroxilo (OH-). Un exemplo de base é o hidróxido de sodio (NaOH): NaOH Na+ + OH-

Cando un ácido e unha base en disolución acuosa reaccionan, ambos os dous perden as súas propiedades, formando auga e un sal. Ao perder as propiedades, dise que se neutralizan, polo que a reacción entre un ácido e unha base se denomina reacción de neutralización.

Exemplos: HCl + NaOH Cl- + H+ + Na+ + OH- NaCl + H2O

NaOH + HNO3 → NaNO3 + H2O

Reaccións de polimerización. Unha molécula (monómero) únese a outra igual moitas veces formando un polímero. Un exemplo é o plástico chamado polietileno:

Exemplo: CH2 = CH2 → ...− CH2 − CH2 − CH2 − CH2 − CH2 − CH2 − CH2 − CH2 − CH2 −...

Outro exemplo é o cloruro de polivinilo, PVC:

CH2 = CHCl → ...− CH2 − CHCl − CH2 − CHCl − CH2 − CHCl − CH2 − CHCl −...

Reaccións de oxidación-redución.

Unha reacción de oxidación é calquera proceso no que un elemento ou un composto gaña osíxeno.

Unha reacción de redución é calquera proceso no que un composto perde osíxeno.

9

Ácido + base Sal + auga

baseácido nítrico

sal neutro

etileno polietileno

cloruro de vinilocloruro de polivinilo

ÁMBITO CIENTÍFICO – TECNOLÓXICO U.D. 4 . AS REACCIÓNS QUÍMICAS

Un exemplo deste tipo de reacción é o seguinte: FeO + C CO + Fe

O óxido de ferro (FeO) redúcese porque perde osíxeno, sen embargo o carbono oxídase porque gaña osíxeno.

Xa que logo, chegamos á conclusión de que a oxidación e a redución teñen lugar sempre ao mesmo tempo nunha reacción química: cando unha sustancia se reduce, outra ten que oxidarse.

Exemplo: Fe + O2 → FeO o ferro oxídase, o osíxeno redúcese

Reaccións de combustión. A combustión é unha reacción de oxidación rápida na que o osíxeno (a maioría das veces do aire) reacciona con outra sustancia. A combustión é unha reacción exotérmica, que cede moito calor ao medio.

Exemplos: 2 C2H2 + 5 O2 → 4 CO2 + 2 H2O

2 C4 H10 + 13 O2 → 8 CO2 + 10 H2O

Páxinas web sobre as reaccións químicas:

http://recursos.cnice.mec.es/quimica/ulloa1/tercero/inicio.htm

http://recursos.cnice.mec.es/quimica/ulloa1/cuarto/inicio.htm

6 - MASA DUNHA SUBSTANCIA: MASA ATÓMICA E MASA MOLECULAR

6.1. Masa atómicaÉ a masa dun átomo.

Debido ao tamaño tan pequeno dos átomos non é útil usar como unidade de referencia o quilogramo nin os seus múltiplos, senón outra unidade denominada unidade de masa atómica (uma ou u) que se define como la doceava parte da masa do isótopo de carbono – 12.

1 unidade de masa atómica = 1,66.10-24 g

Por exemplo, a masa atómica do ouro é 3,27.10-22 gramos ; expresada en unidades de masa atómica a masa dun átomo de ouro son 197 u, que é un número máis cómodo.

Tendo en conta a existencia de diferentes isótopos dun mesmo elemento químico, resulta que a masa atómica é sempre a masa media ponderada da masa atómica dos distintos isótopos do elemento químico considerado. É así como figuran na táboa periódica.

Exemplo: Calculemos a masa media dun átomo de cloro. O cloro ten dous isótopos un de número másico 35 cunha abundancia do 75,53 % e unha masa atómica de 34,97 e outro de número másico 37, masa atómica 36,93 e unha abundancia do 24,47 %.

MCl =34.97⋅75.53

100 36.93⋅24.47

100= 35.45 u

10

acetileno

butano

ÁMBITO CIENTÍFICO – TECNOLÓXICO U.D. 4 . AS REACCIÓNS QUÍMICAS

6.2. Masa molecular

É a masa dunha molécula, ao sumar as dos átomos que a forman. Calcúlase sumando as masas atómicas relativas dos elementos que as forman.

Exemplo: Imos calcular a masa molecular do butano:

A fórmula do butano é C4H10 o que significa que nunha molécula de butano hai 4 átomos de carbono e 10 átomos de hidróxeno.

A masa atómica do carbono (C) é Mc = 12.011 u e a do hidróxeno (H) é MH = 1,00794 u

Xa que logo: Mbutano = MC⋅4 MH⋅10 = 12.011⋅4 1.00794⋅10 = 50.12 u

7 - CANTIDADE DE SUBSTANCIA

7.1. Mol.

Os átomos e moléculas son tan pequenos que, por pouca cantidade de substancia que haxa o seu número é enorme.

Por exemplo, en 50 mm3 de auga hai 1670 trillóns de moléculas, en notación científica: 1,67.1021 moléculas.

Empregar cantidades tan grandes non resulta cómodo e por iso acordaron utilizar unha unidade suficientemente grande para medir a cantidade dunha substancia.

A unidade de cantidade de substancia no sistema internacional é o mol que corresponde á cantidade de substancia que contén 6,02.1023 partículas.

Exemplos:

Cantidade Gramos Número de partículas

1 mol de cobre (Cu) 63.55 gramos 6. 1023 átomos de cobre

1 mol de auga (H2O) 18,015 gramos 6.1023 moléculas de auga

1 mol de amoníaco (NH3) 17.03 gramos 1023 moléculas de amoníaco

Nas seguintes páxinas web podes realizar actividades para entender estes conceptos:

http://www.iesaguilarycano.com/dpto/fyq/mol/mol.html

http://www.iesaguilarycano.com/dpto/fyq/recursos3.html

http://perso.wanadoo.es/cpalacio/mol2.htm

11

ÁMBITO CIENTÍFICO – TECNOLÓXICO U.D. 4 . AS REACCIÓNS QUÍMICAS

7.2. Número de AvogadroO número 6,02.1023 denomínase número de Avogadro, en honor ao científico do século XVIII Amadeo Avogadro e represéntase con NA.

NA = 6,02.1023

Os científicos adoptaron o número 6,02.1023 como unidade porque:

A masa de 6,02.1023 átomos dun elemento coincide exactamente co valor numérico da masa atómica do elemento expresada en gramos.

A masa de 6,02.1023 moléculas dun composto coincide exactamente co valor numérico da masa molecular do composto expresada en gramos.

7.3. Masa molarÉ a masa dun mol de partículas (átomos, moléculas, ións, ...). Simbolízase con M e ten por unidade o gramo por mol ( g

mol ).1 mol de A = M gramos de A

vvvvv

Imos utilizar o que levamos aprendido nuns exemplos nos que facemos cálculos con moles, gramos, moléculas e átomos.

Calculamos cantos moles, átomos e moléculas hai en 100 g de auga.

Datos para ter en conta: 1 mol de H2O = 18 g = 6.1023 moléculas de auga

Pódense facer os cálculos por “regra de tres” ou por factores de conversión (métodos equivalentes). Aquí usaremos, por comodidade de escritura, os factores de conversión.

100gx 1 mol H2 O18 g H2O

= 5,56 mol H2O

5,56 mol H2O x 6.1023moléculas1 mol H2 O = 3,34.1024 moléculas de H2O

3.34⋅1024 moléculas de H2O × 3 átomos1 molécula = 1025 átomos

Cantos gramos son 3 mol de acido sulfúrico, H2SO4?

Datos necesarios: 1 mol H2SO4 = 98 g = 6.1023 moléculas

3 mol H2SO4×98 g

1 mol H2SO4= 294 g de H2SO4

12

ÁMBITO CIENTÍFICO – TECNOLÓXICO U.D. 4 . AS REACCIÓNS QUÍMICAS

Cantos átomos de osixeno hai neses gramos?

3mol H2 SO4×6⋅1023 moléculas

1 mol× 4 átomos de osíxeno

1molécula H2SO4 = 7,2.1024 átomos de osíxeno

Calculamos a masa en gramos dunha molécula de ácido clorhídrico, HCl.

Datos: 1 mol HCl = 36.46 gramos = 6.1023 moléculas]

1molécula × 34.46 g6⋅1023moléculas

= 6,08.10-23 g

vvvvv

7.4. Volume molarÉ o volume que ocupa un mol de gas.

Así, a 0 ºC e 1 atm (condicións normais), un mol de gas ocupa 22.4 litros aproximadamente.

Por exemplo, un mol de O2 ocupa 22.4 litros, un mol de helio (He) tamén ocupa 22.4 L e un mol de metano (CH4) ocupa 22.4 L.

8 - CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOSA partir da ecuación química axustada podemos calcular a cantidade de produto que pode obter a partir dunha certa cantidade de reactivo ou, inversamente, a cantidade de reactivo necesario para obter unha certa cantidade de produto. Estes cálculos denomínanse cálculos estequiométricos.

Exemplos:

A ecuación química axustada indícanos a proporción en que reaccionan as moléculas entre si. Así, a reacción

2 HCl + Zn → ZnCl2 + H2 (g) dinos que:

Dúas moléculas de HCl reaccionan cun átomo de Zn producindo unha molécula de ZnCl2 e unha molécula de H2 gasoso

Dous moles de moléculas de HCl reaccionan cun mol de átomos de Zn, producindo un mol de ZnCl2 e un mol de H2 gasoso...

E aplicando os conceptos de mol, masa molar e volume molar podemos recoller a información anterior nunha táboa

2 HCl + Zn → ZnCl2 + H2 (g)

Moles 2 mol 2 mol → 1 mol 1 mol

Gramos 72.92 g 65.41 g → 136.32 g 2.02 g

Litros (CN) --- --- → --- * 22.4 L

* O volume molar só é aplicable aos gases

13

ÁMBITO CIENTÍFICO – TECNOLÓXICO U.D. 4 . AS REACCIÓNS QUÍMICAS

A táboa permítenos realizar moitos cálculos referidos a esta reacción química:

Se facemos reaccionar 200 g de cinc (Zn) con ácido clorhídrico (HCl) suficiente:

a) Cantos gramos de cloruro de cinc (ZnCl2) se producirán?b) Cantos moles e litros de hidróxeno gas (H2) recolleremos?

Solución:

a) 200g Zn ×136.32 g ZnCl2

65.41g Zn= 416.8 g ZnCl2

b) 200 g Zn ×1 mol H2

65.41 g Zn= 3.06 mol H2 (g)

c) 200 g Zn ×22.4 L H2

65.41 g Zn= 68.49 L H2 (g)

vvvvv

Na combustión do gas butano (C4H10) despréndese dióxido de carbono e vapor de auga.a) Escribir e axustar a ecuación química do proceso.b) Facer a táboa de datos relativa á reacción.c) Unha bombona de butano ten 12 kg deste gas.

c1) Cantos gramos e litros de osixeno O2 do aire compren para queimar todo o butano?c2) Cantos gramos de dióxido de carbono se emiten a atmosfera nesta combustión?c3) Cantos moles de auga se producirán?

Solucións:

a) A ecuación química é: C4H10 (g) + O2 (g) → CO2 (g) + H2O (g).

Axustámola empezando polo C e polo H, deixando o axuste do osíxeno para o final; resulta:

2 C4H10 (g) + 13 O2 (g) → 8 CO2 (g) + 10 H2O (g)

b) Agora facemos a táboa cos datos de gramos, moles e litros:

2 C4H10 (g) + 13 O2 (g) → 8 CO2 (g) + 10 H2O (g)• Moles 2 mol 13 mol → 8 mol 10 mol

• Gramos 116.25 g 415.98 g → 352.08 g 180.15 g

• Litros (CN) 44.8 L 291.2 L → 179.2 L 224 L

c) Quéimanse 12 000 gramos de butano. Facemos os cálculos que nos piden:

c.1 12000g C4H10 ×415.98 g O2

116.25g C 4H10= 42 940 g O2

12000g C4H10 ×291.02 L O2

116.25g C 4H10= 30 059 L O2

14

ÁMBITO CIENTÍFICO – TECNOLÓXICO U.D. 4 . AS REACCIÓNS QUÍMICAS

c.3 12000g C4H10 ×352.08 g O2

116.25g C 4H10= 36 344 g CO2

c.4 12000g C4H10 ×10 mol H2O

116.25g C 4H10= 1 032 mol H2O

Nas seguintes páxinas web podes realizar actividades sobre:

Axustes de reacciones: http://www.educaplus.org/play-69-Ajuste-de-reacciones.html

Cálculos estequiométricos: http://www.iesaguilarycano.com/dpto/fyq/ajuste.html

9 - REACCIÓNS QUÍMICAS E O NOSO CONTORNOA importancia das reaccións químicas na economía mundial e na nosa vida cotiá é enorme. A elaboración de combustibles, medicamentos, fibras téxtiles, plásticos, papel, vidro, pinturas, anticonxelantes, fertilizantes, etc. require reaccións químicas. Porén, as reaccións químicas, tanto as naturais como as provocadas polas persoas, teñen moitas repercusións ambientais.

O aspecto negativo máis importante é a contaminación como consecuencia da vertedura ao medio de substancias contaminantes procedentes das industrias, vehículos, calefaccións, actividades domésticas, etc ...

Un contaminante é todo axente que produce consecuencias negativas sobre o medio e cuxa cantidade, concentración ou densidade nun momento lugar e tempo dados é superior ao esperado por causas naturais.

As substancias químicas contaminantes máis importantes son:

Partículas en suspensión procedentes dos tubos de escape dos vehículos, das incineracións de residuos ou das industrias.

Gases emitidos nos procesos de combustión. Cando queimamos combustibles fósiles (carbóns, petróleo e derivados) liberamos á atmosfera CO2 acompañado doutros gases como metano e óxidos de nitróxeno e xofre, responsables en gran parte da contaminación atmosférica.

Líquidos en forma de verteduras de fábricas e das augas residuais urbanas non depuradas.

Os problemas ambientais máis importantes son: o incremento do efecto invernadoiro, a destrución da capa de ozono, a chuvia ácida e a contaminación da auga e do solo.

9.1. Aumento do efecto invernadoiro e cambio climáticoO clima da Terra está condicionado polo equilibrio entre a entrada e saída da radiación solar. Agás pequenas flutuacións motivadas polas manchas solares, a cantidade de radiación que alcanza a superficie terrestre é máis ou menos constante nos últimos séculos, unha media de 1.389 vatios/m2.

Mais non toda esta enerxía solar é absorbida polo planeta. O 30 % é reflectido polas nubes, a superficie terrestre e a atmosfera que a envían de novo ao espazo exterior. O 70 % é absorbido e fai posible a vida na Terra. Esta enerxía non permanece indefinidamente xa que, se fose así, a temperatura subiría sen control.

A radiación devólvese ao espazo en forma de enerxía infravermella. Non obstante, parte dela é reabsorbida polo vapor de auga, o dióxido de carbono e outros gases. Este proceso permite que, polo efecto invernadoiro das nubes e dalgúns gases, a temperatura media superficial sexa de 15 ºC. Sen a retención desta parte da radiación infravermella a temperatura sería de –18 ºC.

15

ÁMBITO CIENTÍFICO – TECNOLÓXICO U.D. 4 . AS REACCIÓNS QUÍMICAS

Nos últimos 250 anos o noso sistema de produción incrementou a cantidade de gases con efecto invernadoiro na atmosfera. A actividade industrial, as centrais termoeléctricas e os automóbiles consumen combustibles fósiles que desprenden CO2. Os residuos en descomposición e as explotacións de gando producen metano. Os fertilizantes nitroxenados emiten grandes cantidades de óxido de nitróxeno. Todos estes gases que permanecen durante décadas na atmosfera, evitan a saída de parte da radiación infravermella da Terra. Desde a revolución industrial o nivel de CO2 aumentou nun 31 % e o de CH4 nun 151 %. Estamos a rexistrar a maior cantidade destes gases desde hai 420.000 anos.

Analizados os datos anteriores, é lóxico comprender que o efecto invernadoiro ten que incrementarse ao serretida unha maior cantidade de radiación infravermella. Este aumento é suficiente para que a actividade humana provoque un cambio climático global.

O aumento medio de 0,8 ºC das temperaturas e a subida de 0,1 a 0,2 metros do nivel do mar no último século, a recesión dos glaciares continentais, o aumento da temperatura superficial maior dos últimos 1.000 anos no século XX e o feito de que o aumento do CO2 na Terra coincide co aumento de temperatura superficial, parecen indicarnos que un exceso de emisión de gases de efecto invernadoiro pode provocar un incremento de temperatura.

Este quentamento do planeta pode alterar o clima globalmente. Algúns científicos consideran que terá pouco impacto a curto prazo, pero que, se alcanzamos certo nivel crítico, producirá cambios relativamente drásticos na atmosfera e nos océanos transformando o clima nun prazo de poucos anos.

16

ÁMBITO CIENTÍFICO – TECNOLÓXICO U.D. 4 . AS REACCIÓNS QUÍMICAS

O próximo século, analizando simulacións sobre a acción da contaminación antrópica na atmosfera por gases invernadoiro, o clima poderá ter as seguintes características:

Un quentamento global medio de 1,5 a 4,5 ºC.

A maior latitude os invernos serán menos fríos e os veráns menos cálidos.

A precipitación global aumentará entre o 3 % e o 15 %.

Aumento de precipitacións todo o ano nas zonas de latitude alta, mentres que as zonas tropicais as verán lixeiramente reducidas.

Nas seguintes páxinas web podes atopar información, animacións, etc... sobre o efecto invernadoiro:

http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/naturaleza/2004/08/26/140161.php

http://www.portalplanetasedna.com.ar/efecto_invernadero1.htm

http://www.profesorenlinea.cl/Ciencias/Efecto_invernadero.htm

9.2. A destrución da capa de ozonoNa estratosfera, entre os 15 e 30 km. de altura, atópase a chamada capa de ozono, unha zona na que se reteñen as radiacións ultravioletas (UV) de orixe solar cunha serie de reaccións entre o osíxeno atómico (O), o osíxeno molecular (O2) e o ozono (O3). Os mecanismos de formación e destrución natural do O3 podemos resumilos nas seguintes reaccións:

Formación do ozono:

1. A radiación ultravioleta do Sol produce a rotura (fotólise) das moléculas de osíxeno en dous átomos libres deste elemento.

O2 + UV O + O

2. Estes átomos únense facilmente a outras moléculas de osíxeno e forman unha molécula de tres átomos (O3), que é o ozono.

O2 + O O3 + calor

Destrución do ozono:3. A radiación ultravioleta tamén fai que as moléculas de ozono “rompan”, dando lugar a un átomo de

osíxeno e unha molécula de O2.

O3 + UV O2 + O

4. Os átomos de osíxeno liberados poden:

Reaccionar co ozono facendo que rompan e liberando dous molécula de osíxeno.

17

Radiación ultravioleta

ÁMBITO CIENTÍFICO – TECNOLÓXICO U.D. 4 . AS REACCIÓNS QUÍMICAS

Volver formar novas moléculas de ozono, polo que o proceso se repite indefinidamente. Desta forma, a capa de ozono filtra a maior parte da radiación ultravioleta prexudicial que nos chega do Sol.

Normalmente este sistema está en equilibrio xa que o ozono que se destrúe volve a formarse retendo as radiacións ultravioletas nun 90 % aproximadamente. Lembremos que o osíxeno atmosférico é unha consecuencia da fotosíntese e que na atmosfera primitiva non existía. Ao formarse o O2 e posteriormente o O3, a estratosfera protexe os seres vivos dos raios UV sobre a superficie terrestre.

Na actualidade a emisión de certos tipos de gases como os CFC (compostos clorofluorocarbonados), HCFCs, halóns e bromuro de metilo (BrMe) alteran o equilibrio das reaccións da capa de ozono, diminuíndo a cantidade de O3, problema que se detectou na Antártida nas primaveras, entre o ano 1977 e 1984. A este fenómeno os científicos denominárono burato na capa de ozono.

Os gases CFC dos aerosois, insecticidas, sistemas de refrixeración, etc. son moi lixeiros e ascenden rapidamente á estratosfera. Alí son descompostos polas radiacións ultravioletas e liberan cloro, que reacciona co ozono destruíndoo:

Isto diminúe a cantidade de ozono (O3) na estratosfera o que dá lugar a unha perda de eficacia na retención da radiación ultravioleta o que favorece a chegada de radiacións ultravioletas á superficie do planeta, que afectan ao noso sistema inmunolóxico e son canceríxenas.

A emisión e produción destes gases contaminantes seguirá, como mínimo, ata mediados do século XXI, afectando á recuperación do ozono, polo que aumentará a radiación UV sobre a superficie da Terra, o que nos levará á aparición de maior número de cancros de pel, cataratas, debilidade do sistema inmunitario dos seres vivos, redución da produtividade vexetal, etc.

A investigación científica manifestou que canto máis se tarde en prohibir o uso e fabricación de HCFCs e de BrMe, máis tempo tardará en recuperarse a capa de ozono, e durante máis tempo estarán os seres vivos expostos ás radiacións UV.

Estas substancias, utilizadas nos aerosois, disolventes e refrixerantes, cando acadan a estratosfera provocan un problema planetario, xa que o seu efecto é global.

18

O3 + O O

2 + O

2

CFCl3 + UV CFCl

2 + Cl

Cl + O3 O2 + ClO

ClO + O Cl + O2

ÁMBITO CIENTÍFICO – TECNOLÓXICO U.D. 4 . AS REACCIÓNS QUÍMICAS

Nas seguintes páxinas web podes:

➔ Atopar máis información sobre a capa de ozono:http://www.portalplanetasedna.com.ar/capa_ozono.htmhttp://www.ingenieroambiental.com/ozono.htm

➔ Ver a evolución da capa de ozono ao longo dos anos:http://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/monthly/index.html

➔ Ver unha animación das reaccións de formación e destrución do ozono (en inglés):http://www.atmos.washington.edu/2004Q4/211/09_OzoneDep.swf

9.3. A chuvia ácidaA combustión de carbón e e dos derivados do petróleo para a obtención de enerxía produce óxidos de xofre e nitróxeno que, unha vez liberados á atmosfera combínanse co vapor de auga e forman ácido sulfúrico e ácido nítrico que caen á Terra en forma de chuvia ácida que destrúe follas de árbores, acidifica o chan e pode provocar a morte de bosques enteiros.

Os combustibles fósiles con maior cantidade de S e N, os de peor calidade, producen unha maior liberación de gases indesexable ao combinarse co osíxeno atmosférico. Os óxidos de S e N, ao reaccionar coa auga que contén a atmosfera, producen ácidos que precipitan en forma de gotas de chuvia, nevadas, néboas ou orballos:as chuvias ácidas. As seguintes reaccións son un exemplo dos procesos de combustión e acidificación.

S (xofre) + O2 (osíxeno) SO2 (dióxido de xofre)

SO2 (dióxido de xofre) + H2O (auga) H2SO3 (ácido sulfuroso)

H2SO3 (ácido sulfuroso) + 2OH- (ión hidróxido) H2SO4 (ácido sulfúrico) + H2O (auga)

Os contaminantes deposítanse na superficie da Terra en forma seca ou húmida: os constituíntes químicos da atmosfera desprázanse en forma de precipitacións de chuvia, neve ou néboas (depósito húmido) ou en forma de gases e partículas (depósito seco).

Os efectos das chuvias ácidas afectan a amplas zonas de todo o planeta. É un tipo de contaminación que denominamos transfronteiriza. Os depósitos non afectan só aos países emisores. O sentido da circulación

19

Evolución mensual da capa de ozono na Antártida (ano 2003)

ÁMBITO CIENTÍFICO – TECNOLÓXICO U.D. 4 . AS REACCIÓNS QUÍMICAS

dos ventos na atmosfera determinará as zona receptoras, que poden situarse a gran distancia dos focos de contaminación, polo que necesitamos unha regulación internacional para solucionar este problema.

Os efectos máis comprobados das chuvias ácidas son os seguintes:

Corrosión das follas e redución en xeral do crecemento das árbores, causando mesmo a súa morte.

Acidificación das augas dos ríos e lagos, determinando a morte da flora e da fauna, e a imposibilidade de usalas para o consumo humano.

Acidificación do solo, o seu empobrecemento en nutrientes, que son arrastrados, perda de estrutura, etc.

Nas seguintes páxinas web podes atopar información, animacións, ... sobre a chuvia ácida:

http://ingenieria.uaslp.mx/Recursos/Animaciones/lluvia_acida.swf

http://www.isftic.mepsyd.es/w3/eos/MaterialesEducativos/mem/pronatura/acidrain.htm

http://www.profesorenlinea.cl/ecologiaambiente/LluviaAcida.htm

9.4. Contaminación da augaA contaminación da auga débese, ademais de a causas naturais, á actividade humana.

Os refugallos producidos pola actividade humana que se verten na auga deposítanse na terra, infíltranse no subsolo e chegan aos acuíferos, aos lagos, aos ríos e aos océanos.

Os contaminantes máis daniños son as augas residuais urbanas, os fertilizantes e pesticidas agrícolas e os residuos industriais.

Estes vertidos levan microorganismos patóxenos, que poden causar enfermidades como o cólera e a disentería; e substancias tóxicas, como o chumbo, o mercurio e o cadmio, que son velenosas.

Os vertidos de petróleo no mar e no litoral provocan as máis graves e catastróficas contaminacións, coma a sufrida polo afundimento do petroleiro Prestige nas costas galegas, ocasionando unha terrible marea negra.

20

Afundimento do Prestige (23 de novembro de 2002)

Ave mariña afectada por un vertido de petróleo

Vertido de augas residuais urbanas

Efectos da chuvia ácida nun bosque no Norte de Europa

ÁMBITO CIENTÍFICO – TECNOLÓXICO U.D. 4 . AS REACCIÓNS QUÍMICAS

9.5. Contaminación do solo Na agricultura, para compensar o empobrecemento de nitróxeno, potasio e fósforo que precisan as plantas, engádense abonos e fertilizantes aos terreos de cultivo. Os abonos inorgánicos enriquecen o solo cos sales minerais que lles faltan, pero poden ocasionar un grave desequilibrio ecolóxico ao alterar o ciclo dos microorganismos que forman os humus. Igualmente, os residuos das explotacións gandeiras levan moito nitróxeno, fósforo, potasio e microorganismos.

Estas substancias do solo poden pasar á auga, ao aire e ás cadeas tróficas: a parte dos fertilizantes que non aproveitan as plantas van parar ás augas e provocan nelas un fenómeno chamado eutrofización, que é un desenvolvemento excesivo de algas (produción primaria) polo enriquecemento de nutrientes minerais da auga.

As algas da superficie producidas pola eutrofización actúan como pantalla na capa de auga e reducen a superficie que recibe a luz.

Por outra parte, nas capas profundas, pola descomposición das algas, prodúcese ácido sulfhídrico (de olor desagradable) e unha gran diminución da cantidade de osíxeno, que dificulta a vida dos peixes, que se ven obrigados a abandonar estas augas ou morren.

Os praguicidas e herbicidas usados para combater as pragas de insectos e as malas herbas permanecen moito tempo sen degradarse e producen o envelenamento dos seres vivos. Poden acumularse nas cadeas tróficas provocando alteracións fisiolóxicas e a morte en moitos seres vivos, aínda que estean moi afastados da zona onde se empregaron.

21

Un lago antes e despois de sufrir eutrofización