Los átomos se recombinan

¿Para qué sirve esto?

Imagina un juego de fichas para armar. Con las mismas fichas construyes un carro, lo desarmas y luego armas una casa. La casa es algo nuevo, pero no apareció ninguna ficha ni se perdió ninguna: solo cambió la manera en que están unidas.

En la lección anterior viste que en un cambio químico aparecen sustancias nuevas. Ahora vas a ver cómo es posible: las fichas son los átomos. En una reacción, los átomos de los reactivos se separan y se vuelven a unir de otra forma, y así nacen los productos. Con esa idea vas a poder leer una ecuación química, contar sus átomos y explicar por qué la masa no cambia cuando nada se escapa del recipiente.

Moléculas con bolas

Una manera sencilla de pensar en las moléculas es dibujarlas con bolas: cada átomo es una bola, cada elemento tiene su color y las bolas que se tocan están unidas por un enlace. Así, una molécula de hidrógeno, H₂, son dos bolas iguales pegadas; una de cloro, Cl₂, son dos bolas más grandes, y una de cloruro de hidrógeno, HCl, es una bola de cada clase.

Lo que pasa en una reacción

Cuando el hidrógeno reacciona con el cloro, las moléculas chocan, se rompen los enlaces H–H y Cl–Cl, y los átomos se vuelven a unir de otra manera: cada hidrógeno queda pegado a un cloro. Se escribe así:

$$\mathrm{H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl}$$

Fíjate en el esquema: a la izquierda hay dos bolas de hidrógeno y dos de cloro, y a la derecha también. Son las mismas bolas, en otra combinación. Nada se creó y nada se perdió; lo nuevo es la manera en que están unidas, y por eso el producto tiene propiedades distintas a las de los reactivos.

Los dos números de una ecuación

En una ecuación aparecen dos clases de números y no dicen lo mismo:

• El subíndice es el número pequeño dentro de la fórmula. Dice cuántos átomos de ese elemento tiene una molécula: en H₂O hay dos de hidrógeno y uno de oxígeno.
• El coeficiente va delante de la fórmula. Dice cuántas moléculas hay: 2HCl son dos moléculas de cloruro de hidrógeno. Si no hay coeficiente, se entiende que es uno.

Para contar los átomos de un elemento, se multiplica el coeficiente por el subíndice. En 2H₂O hay dos moléculas con dos hidrógenos cada una: cuatro hidrógenos, no tres. Y nunca se cambia un subíndice para «arreglar» una cuenta: H₂O₂ ya no es agua, es otra sustancia.

En este curso las ecuaciones te llegan ya balanceadas, es decir, con los coeficientes correctos. Tu trabajo es leerlas y comprobar, contando, que tienen los mismos átomos de cada elemento a los dos lados. Cómo se encuentran esos coeficientes lo vas a aprender en química de décimo.

Los átomos se conservan; las moléculas, no siempre

En la formación del agua, dos moléculas de hidrógeno reaccionan con una de oxígeno:

$$\mathrm{2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O}$$

Entran tres moléculas y salen dos. ¿Se perdió algo? No: entran cuatro átomos de hidrógeno y dos de oxígeno, y en las dos moléculas de agua están exactamente esos seis átomos. Lo que se conserva en una reacción son los átomos de cada elemento, no el número de moléculas.

La masa se conserva

La idea que se asocia a Lavoisier es sencilla y poderosa: si se pesa con cuidado todo lo que hay antes y después de una reacción, dentro de un recipiente cerrado, la masa total no cambia. Ahora puedes ver por qué. Cada átomo conserva su masa cuando cambia de compañeros, y si al final están los mismos átomos, la masa total tiene que ser la misma.

Para comprobarlo con números se usan las masas de los átomos que trae la tabla periódica, redondeadas. Como un átomo es pequeñísimo, su masa no se da en gramos sino en una unidad muy pequeña, la unidad de masa atómica, que se escribe u. El hidrógeno, el átomo más liviano, tiene casi exactamente 1 u; las masas del oxígeno, el nitrógeno y el cloro aparecen en los ejemplos. La masa de una molécula es la suma de las masas de sus átomos, y en esta lección la escribimos Mₘ, por ejemplo Mₘ(H₂O).

Cuando la balanza parece decir otra cosa

A veces la balanza marca menos al final, como cuando el vinagre con bicarbonato burbujea en un vaso abierto: el gas que se forma se va al aire y ya no se pesa. Otras veces marca más, como la puntilla que se oxida: se le unió oxígeno del aire, que nunca se había pesado. En los dos casos la masa se conserva; lo que pasa es que el sistema no estaba cerrado y algo salió o entró sin que lo midiéramos.

En resumen

• En una reacción química se rompen los enlaces de los reactivos y los mismos átomos se unen de otra manera para formar los productos.

• El subíndice dice cuántos átomos de un elemento tiene una molécula; el coeficiente, cuántas moléculas hay. Los átomos se cuentan multiplicando los dos.

• En una ecuación balanceada hay los mismos átomos de cada elemento a los dos lados, aunque el número de moléculas cambie.

• Como cada átomo conserva su masa, la masa total de los productos es igual a la de los reactivos en un recipiente cerrado.

• Si la balanza marca menos o más, es que algo salió o entró sin pesarse, casi siempre un gas.

Vocabulario

Molécula

Grupo de átomos unidos entre sí; es la unidad más pequeña de muchas sustancias, como el agua o el oxígeno del aire.

Enlace

Unión entre dos átomos dentro de una molécula. En una reacción unos enlaces se rompen y se forman otros.

Ecuación química

Manera de escribir una reacción con fórmulas: los reactivos a la izquierda de la flecha y los productos a la derecha.

Subíndice

Número pequeño dentro de una fórmula; dice cuántos átomos de ese elemento tiene una molécula.

Coeficiente

Número que va delante de una fórmula; dice cuántas moléculas de esa sustancia participan. Si no se escribe, vale uno.

Conservación de la masa

En una reacción la masa total de los productos es igual a la de los reactivos, porque los átomos solo se reorganizan.