Cambio físico y cambio químico

¿Para qué sirve esto?

En la cocina pasan muchas cosas en pocos minutos. El hielo de la limonada se derrite, el azúcar desaparece en el tinto, el pan se dora en la tostadora y una tajada de manzana se pone café si la dejas al aire. Todos son cambios, pero no son de la misma clase.

En algunos, la sustancia sigue siendo la misma: el hielo derretido sigue siendo agua. En otros, aparece algo que antes no estaba: lo dorado del pan tostado ya no es harina cruda. Saber distinguirlos te ayuda a entender por qué una puntilla se daña con la humedad, por qué sube una torta en el horno o por qué no da lo mismo guardar la leche fuera de la nevera.

En esta lección vas a aprender a hacer la pregunta que separa los dos tipos de cambio y a buscar las evidencias que la responden. Es la puerta de entrada a las reacciones químicas, que vas a estudiar en el resto de la unidad.

La pregunta clave: ¿hay una sustancia nueva?

Para decidir qué clase de cambio ocurrió no basta con mirar si «algo pasó». La pregunta es otra: al final, ¿hay una sustancia que no estaba al principio?

• Si la respuesta es no, el cambio es físico.
• Si la respuesta es sí, el cambio es químico, y también se llama reacción química. Las sustancias del comienzo son los reactivos y las nuevas son los productos.

Los cambios físicos

En un cambio físico la sustancia conserva su identidad. Puede cambiar de estado (fundirse, evaporarse, congelarse), de forma o de tamaño (romperse, doblarse, molerse), o mezclarse con otra sin dejar de ser lo que era (disolverse).

El agua es el mejor ejemplo. Hielo, agua líquida y vapor son la misma sustancia, H₂O: cada molécula tiene dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, en cualquiera de los tres estados. Lo que cambia es qué tan juntas y qué tan quietas están las moléculas. Por eso, al derretirse el hielo, lo único que se escribe es un cambio de estado:

$$\mathrm{H_2O(s) \rightarrow H_2O(l)}$$

La fórmula es la misma a los dos lados. Lo mismo pasa al disolver sal o azúcar en agua: el azúcar no desaparece, se reparte en pedacitos tan pequeños que ya no se ven. Si dejas evaporar el agua, el azúcar vuelve a aparecer. Que el material se pueda recuperar con un método sencillo es una buena pista de un cambio físico, aunque no siempre funciona como regla: un papel rasgado no se vuelve a pegar solo, y rasgarlo sigue siendo un cambio físico, porque los pedazos siguen siendo papel.

Los cambios químicos y sus evidencias

Las sustancias nuevas no se ven con una etiqueta. Se reconocen porque tienen otras propiedades: otro color, otro olor, otro estado, otra forma de comportarse. Por eso, en el laboratorio y en la casa, buscamos evidencias:

• Cambio de color que no se debe a mezclar pinturas: la puntilla que se cubre de óxido rojizo, la manzana que se pone café, el pan que se dora.
• Desprendimiento de un gas: aparecen burbujas cuando se mezcla vinagre con bicarbonato, o cuando una tableta efervescente cae en el agua.
• Formación de un sólido al mezclar dos líquidos: el líquido se enturbia y al rato se asienta un polvo en el fondo.
• Cambio de temperatura sin que nadie caliente ni enfríe: la mezcla se calienta o se enfría sola.
• Un olor nuevo, como el de la leche cuando se corta.

En la oxidación de una puntilla el hierro, Fe, se une con el oxígeno, O₂, del aire y se forma óxido de hierro, Fe₂O₃, un sólido rojizo que se desmorona. Su fórmula es distinta de la de los reactivos: es otra sustancia. Escrito con fórmulas (la herrumbre real tiene también agua, pero aquí la simplificamos):

$$\mathrm{4Fe(s) + 3O_2(g) \rightarrow 2Fe_2O_3(s)}$$

Cuidado: una evidencia es una pista, no una prueba

Una sola evidencia puede engañar. Cuando el agua hierve salen muchas burbujas, pero no hay sustancia nueva: las burbujas son vapor de agua, la misma H₂O en estado gaseoso. Un bombillo encendido da luz y se calienta, y al apagarlo sigue siendo el mismo bombillo. Por eso se juntan varias evidencias y se vuelve a la pregunta clave: ¿la sustancia del final es otra?

Al justificar, escribe la conclusión y la evidencia que la apoya. Por ejemplo: «Es un cambio químico, porque al mezclar vinagre con bicarbonato salieron burbujas de un gas que no estaba antes, el dióxido de carbono».

¿Y la masa?

En los dos tipos de cambio los átomos no se crean ni se destruyen. En un cambio físico las moléculas no cambian, y en uno químico los átomos se separan y se unen de otra manera, como vas a ver en la próxima lección. Por eso, si nada entra ni sale del recipiente, la masa del final es igual a la del comienzo. Si una balanza marca menos, hay que preguntarse qué se escapó: en un vaso abierto, el gas de las burbujas se va al aire y la balanza ya no lo pesa.

Seguridad. La mezcla de vinagre con bicarbonato se hace solo con el docente, con gafas y en un vaso abierto. No mezcles otras sustancias de la casa para «ver qué pasa»: algunos productos de limpieza producen gases peligrosos.

En resumen

• En un cambio físico la sustancia sigue siendo la misma; en un cambio químico se forman sustancias nuevas, con otras propiedades.

• Fundir, evaporar, disolver, romper o doblar son cambios físicos; oxidarse, dorarse, cortarse la leche o reaccionar el vinagre con el bicarbonato son cambios químicos.

• Las evidencias de un cambio químico son el cambio de color, el desprendimiento de gas, la formación de un sólido, el cambio de temperatura y un olor nuevo.

• Una evidencia sola puede engañar, como las burbujas del agua que hierve; al justificar se escribe la conclusión con sus evidencias.

• Si nada entra ni sale del recipiente, la masa no cambia; si la balanza marca menos en un vaso abierto, es que se escapó un gas.

Vocabulario

Cambio físico

Cambio en el que la sustancia sigue siendo la misma: cambian su forma, su tamaño o su estado, o se mezcla con otra sin dejar de ser lo que era.

Cambio químico

Cambio en el que unas sustancias se transforman en otras nuevas, con propiedades distintas. También se llama reacción química.

Evidencia

Algo que se puede observar o medir y que sirve para apoyar una conclusión.

Reactivo

Sustancia que hay al comienzo de un cambio químico y que se transforma.

Producto

Sustancia nueva que aparece al final de un cambio químico.