Reacciones en la vida diaria
Lo que vas a aprender
- Reconocer los reactivos y los productos de reacciones de la cocina y del entorno a partir de su ecuación balanceada.
- Relacionar cada reacción con la evidencia observable que la delata.
- Comprobar, contando átomos, que una ecuación dada está balanceada.
- Explicar con la conservación de la masa por qué una balanza marca menos o más al final de una reacción en un recipiente abierto.
Para qué
¿Para qué sirve esto?
No hace falta un laboratorio para ver reacciones químicas. Una torta que se infla en el horno, una tableta que burbujea en un vaso de agua, una reja que se pone rojiza con la lluvia o una mata que crece junto a la ventana: en todos esos casos unas sustancias se transforman en otras.
En esta lección vas a reconocer esas reacciones cotidianas con su ecuación ya balanceada: cuáles son los reactivos, cuáles los productos y qué evidencia nos avisa de que algo nuevo se formó. También vas a contar sus átomos para comprobar que, en la cocina igual que en el laboratorio, los átomos solo se recombinan.
Explicación
Cómo se lee una reacción de la casa
Para entender cualquier reacción de la vida diaria conviene seguir tres pasos:
- ¿Qué hay al comienzo y qué aparece al final? A la izquierda de la flecha van los reactivos, lo que se pone; a la derecha, los productos, lo que se forma.
- ¿Qué evidencia se ve? Burbujas, un color nuevo, un sólido, calor.
- ¿Cuadran los átomos? En la ecuación balanceada hay los mismos átomos de cada elemento a los dos lados.
El vinagre y el bicarbonato
El vinagre es sobre todo agua con un poco de ácido acético, CH₃COOH. Cuando se le echa bicarbonato de sodio, NaHCO₃, aparece una espuma de burbujas. La reacción es:
$$\mathrm{NaHCO_3 + CH_3COOH \rightarrow CH_3COONa + H_2O + CO_2}$$
Los productos son acetato de sodio, CH₃COONa, que queda disuelto; agua, y dióxido de carbono, CO₂, el gas de las burbujas. La ecuación muestra solo las sustancias que cambian: el agua que ya traía el vinagre está ahí desde antes y no reacciona.
Esta misma idea hace subir algunas masas de la cocina. El polvo de hornear trae bicarbonato y un ácido en polvo; secos no reaccionan, pero con la humedad de la masa y el calor del horno se encuentran, forman dióxido de carbono y las burbujas de gas inflan la torta.
La tableta efervescente
Muchas tabletas efervescentes traen ácido cítrico, C₆H₈O₇, y bicarbonato de sodio. Mientras están secas no pasa nada. Al caer al agua se disuelven, se encuentran y reaccionan:
$$\mathrm{C_6H_8O_7 + 3NaHCO_3 \rightarrow Na_3C_6H_5O_7 + 3H_2O + 3CO_2}$$
Otra vez la evidencia es el gas: el burbujeo se llama efervescencia. El producto Na₃C₆H₅O₇ es el citrato de sodio, que queda disuelto en el agua.
La puntilla y la reja
El hierro de una puntilla o de una reja reacciona con el oxígeno del aire, y para eso necesita agua: en aire seco casi no se oxida, y con lluvia o humedad se oxida rápido. Se forma óxido de hierro, un sólido rojizo que se desmorona. La herrumbre real también guarda agua, pero aquí la simplificamos con esta ecuación:
$$\mathrm{4Fe + 3O_2 \rightarrow 2Fe_2O_3}$$
La evidencia es el cambio de color y de textura. Por eso las rejas se pintan: la pintura no deja que el aire húmedo toque el hierro. Y fíjate en un detalle que sorprende: el objeto oxidado pesa más que el nuevo, porque se le unieron átomos de oxígeno (y algo de agua) que venían del aire.
Una reacción del entorno: la fotosíntesis
Las plantas también hacen química. En sus hojas, con la energía de la luz, el dióxido de carbono del aire y el agua que suben las raíces se transforman en glucosa, C₆H₁₂O₆, un azúcar que la planta usa como alimento, y en oxígeno, que sale al aire:
$$\mathrm{6CO_2 + 6H_2O \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6O_2}$$
Aquí casi no hay evidencias a simple vista, pero se pueden buscar: una planta acuática al sol suelta burbujitas de oxígeno desde sus hojas.
Lo que tienen en común
En todas estas reacciones los átomos de los reactivos se separan y se reagrupan. El carbono del dióxido de carbono termina en la glucosa; el oxígeno del aire termina en el óxido de la reja; el carbono del bicarbonato termina en las burbujas. Si cuentas, en cada ecuación encontrarás los mismos átomos de cada elemento a los dos lados.
Seguridad. El vinagre con bicarbonato solo se mezcla con el docente, con gafas y en un vaso abierto, nunca en una botella tapada. No mezcles otros productos de la casa para probar: algunos de limpieza, juntos, sueltan gases peligrosos.
Ejemplo resuelto
Los átomos de la tableta efervescente
Comprueba, elemento por elemento, que la ecuación C₆H₈O₇ + 3NaHCO₃ → Na₃C₆H₅O₇ + 3H₂O + 3CO₂ está balanceada.
Ver la solución paso a paso
Carbono: seis en el ácido cítrico y uno en cada uno de los tres bicarbonatos; a la derecha, seis en el citrato y uno en cada una de las tres moléculas de CO₂.
$$\text{átomos de C en }\mathrm{C_{6}H_{8}O_{7}} + 3 \cdot \text{átomos de C en }\mathrm{NaHCO_{3}} = \text{átomos de C en }\mathrm{Na_{3}C_{6}H_{5}O_{7}} + 3 \cdot \text{átomos de C en }\mathrm{CO_{2}}$$
Hidrógeno: ocho en el ácido y uno en cada bicarbonato; a la derecha, cinco en el citrato y dos en cada agua.
$$\text{átomos de H en }\mathrm{C_{6}H_{8}O_{7}} + 3 \cdot \text{átomos de H en }\mathrm{NaHCO_{3}} = \text{átomos de H en }\mathrm{Na_{3}C_{6}H_{5}O_{7}} + 3 \cdot \text{átomos de H en }\mathrm{H_{2}O}$$
Oxígeno: siete en el ácido y tres en cada bicarbonato; a la derecha, siete en el citrato, uno en cada agua y dos en cada CO₂.
$$\text{átomos de O en }\mathrm{C_{6}H_{8}O_{7}} + 3 \cdot \text{átomos de O en }\mathrm{NaHCO_{3}} = \text{átomos de O en }\mathrm{Na_{3}C_{6}H_{5}O_{7}} + 3 \cdot \text{átomos de O en }\mathrm{H_{2}O} + 3 \cdot \text{átomos de O en }\mathrm{CO_{2}}$$
Sodio: uno en cada bicarbonato, frente a tres en el citrato.
$$3 \cdot \text{átomos de Na en }\mathrm{NaHCO_{3}} = \text{átomos de Na en }\mathrm{Na_{3}C_{6}H_{5}O_{7}}$$
Los cuatro elementos cuadran:
$$\mathrm{C_{6}H_{8}O_{7} + 3NaHCO_{3} \rightarrow Na_{3}C_{6}H_{5}O_{7} + 3H_{2}O + 3CO_{2}}$$
Respuesta: Está balanceada: 9 átomos de C, 11 de H, 16 de O y 3 de Na a cada lado.
Cuenta los átomos de cada elemento a cada lado de la tableta efervescente (el coeficiente por el subíndice) y llena la tabla. Si cada elemento da lo mismo antes y después, la ecuación está balanceada: los átomos solo se reorganizaron.
Ejemplo resuelto
La masa del vinagre con bicarbonato
En NaHCO₃ + CH₃COOH → CH₃COONa + H₂O + CO₂, compara la masa de los reactivos con la de los productos sumando las masas de sus moléculas (H = 1, C = 12, O = 16, Na = 23).
Ver la solución paso a paso
Las masas de los átomos, redondeadas, dan para el bicarbonato:
$$M_m\left(\mathrm{NaHCO_{3}}\right) = 23 + 1 + 12 + 3 \cdot 16$$
Masa de los reactivos:
$$M_m\left(\mathrm{NaHCO_{3}}\right) + M_m\left(\mathrm{CH_{3}COOH}\right)$$
Da:
$$144$$
Masa de los productos:
$$M_m\left(\mathrm{CH_{3}COONa}\right) + M_m\left(\mathrm{H_{2}O}\right) + M_m\left(\mathrm{CO_{2}}\right)$$
Da lo mismo:
$$144$$
En un vaso abierto, el CO₂ se va al aire y la balanza deja de pesarlo. Por eso marca menos al final, aunque la masa se conservó.
Respuesta: Los reactivos y los productos suman 144 u cada uno; en un vaso abierto la balanza marca menos porque el CO₂ escapa.
Ejemplo resuelto
La puntilla que gana masa
Una puntilla nueva pesa 10 g. Después de varias semanas a la intemperie, oxidada, pesa 10,3 g (masas inventadas). ¿Cuántos gramos de oxígeno se le unieron?
Ver la solución paso a paso
Primero comprobamos con las masas de las moléculas (Fe = 56, O = 16) que la reacción conserva la masa:
$$4 \cdot M_m\left(\mathrm{Fe}\right) + 3 \cdot M_m\left(\mathrm{O_{2}}\right) = 2 \cdot M_m\left(\mathrm{Fe_{2}O_{3}}\right)$$
La puntilla no creó masa: lo que aumentó es lo que se le unió del aire. Si suponemos, como en la ecuación simplificada, que solo se le une oxígeno, la diferencia es:
$$10{,}3 - 10$$
Se le unieron:
$$0{,}3$$
Respuesta: Con la ecuación simplificada, se le unieron 0,3 g de oxígeno del aire. En la herrumbre real, una parte de ese aumento es agua.
Práctica
En la fotosíntesis, $\mathrm{6CO_{2} + 6H_{2}O \rightarrow C_{6}H_{12}O_{6} + 6O_{2}}$, ¿cuántos átomos de oxígeno hay del lado de los productos?
Seis en la glucosa y dos en cada una de las seis moléculas de O₂: 6 + 12 = 18. A la izquierda también hay 18: doce en el CO₂ y seis en el agua.
¿Verdadero o falso? La ecuación de la fotosíntesis tiene los mismos átomos de cada elemento a los dos lados: $\mathrm{6CO_{2} + 6H_{2}O \rightarrow C_{6}H_{12}O_{6} + 6O_{2}}$
Hay 6 átomos de carbono, 12 de hidrógeno y 18 de oxígeno a cada lado. El carbono del aire terminó en la glucosa.
¿Cuántos átomos de hidrógeno tiene una molécula de glucosa, C₆H₁₂O₆?
El subíndice del H es 12: la glucosa tiene doce átomos de hidrógeno, seis de carbono y seis de oxígeno.
¿Cuántos átomos de hidrógeno tiene una molécula de ácido acético, CH₃COOH?
Hay tres hidrógenos en el CH₃ y uno más al final, en el COOH: cuatro en total.
En la reacción de la tableta efervescente, $\mathrm{C_{6}H_{8}O_{7} + 3NaHCO_{3} \rightarrow Na_{3}C_{6}H_{5}O_{7} + 3H_{2}O + 3CO_{2}}$, ¿cuántos átomos de sodio hay del lado de los reactivos?
Cada NaHCO₃ tiene un sodio y hay tres: 3 × 1 = 3. A la derecha están los mismos tres, en el Na₃C₆H₅O₇.
¿Verdadero o falso? En la reacción del vinagre con el bicarbonato, la masa de los reactivos es igual a la de los productos: $M_m\left(\mathrm{NaHCO_{3}}\right) + M_m\left(\mathrm{CH_{3}COOH}\right) = M_m\left(\mathrm{CH_{3}COONa}\right) + M_m\left(\mathrm{H_{2}O}\right) + M_m\left(\mathrm{CO_{2}}\right)$
84 + 60 = 144 a la izquierda y 82 + 18 + 44 = 144 a la derecha. La masa se conserva aunque una parte salga como gas.
Un vaso con agua y una tableta efervescente pesa 254 g en total. Cuando termina el burbujeo, en el vaso abierto, la balanza marca 253,3 g (masas inventadas). ¿Cuántos gramos de gas escaparon?
La diferencia, 254 g − 253,3 g = 0,7 g, es el dióxido de carbono que se fue al aire. No se perdió masa: la balanza dejó de pesar el gas.
Una arandela de hierro pesaba 6 g y, al oxidarse, se le unieron 0,3 g de oxígeno del aire (masas inventadas). ¿Cuántos gramos pesa ahora?
Lo que vino del aire se quedó unido al hierro: 6 g + 0,3 g = 6,3 g. Por eso el objeto oxidado pesa más que el nuevo.
En la reacción del vinagre con el bicarbonato, ¿cuáles son los reactivos?
Los reactivos son lo que se pone al comienzo y se transforma: el NaHCO₃ y el CH₃COOH. El acetato de sodio, el agua y el CO₂ son los productos.
Echas una tableta efervescente en un vaso de agua. ¿Qué observación es la mejor evidencia de que hay un cambio químico?
El dióxido de carbono es una sustancia nueva. Hundirse, moverse o hacerse pequeña no prueba nada: también una piedra de sal se hunde y se disuelve sin reaccionar.
Reto
Une cada sustancia con su fórmula.
Toca el nombre de una sustancia de la lección y después su fórmula.
Reto
El candado de la cocina.
Cada pista da un dígito. Mira los subíndices, y multiplica por el número de adelante cuando lo haya.
Cierre
En resumen
En una reacción cotidiana, los reactivos son lo que se pone al comienzo y los productos, lo que se forma; la ecuación balanceada los muestra a cada lado de la flecha.
El vinagre con bicarbonato y la tableta efervescente producen dióxido de carbono, y la evidencia son las burbujas; el polvo de hornear infla las masas con ese mismo gas.
El hierro se oxida con el oxígeno del aire, y necesita humedad para hacerlo; la evidencia es el color rojizo, y el objeto oxidado pesa más porque se le unió oxígeno.
En la fotosíntesis el dióxido de carbono y el agua forman glucosa y oxígeno con la energía de la luz.
En todas, los mismos átomos de cada elemento están a los dos lados de la ecuación: solo se recombinan.
Vocabulario
- Efervescencia
Salida de muchas burbujas de gas de un líquido, como en una tableta que se disuelve en agua.
- Oxidación del hierro
Reacción del hierro con el oxígeno y el agua del aire húmedo; en aire seco casi no ocurre. Forma óxido de hierro, un sólido rojizo.
- Bicarbonato de sodio
Sustancia blanca de la cocina, de fórmula NaHCO₃, que produce dióxido de carbono cuando reacciona con un ácido.
- Ácido acético
Ácido que le da el sabor agrio al vinagre; su fórmula es CH₃COOH. El vinagre es sobre todo agua con un poco de este ácido.
- Fotosíntesis
Reacción con la que las plantas, usando la luz, forman glucosa y oxígeno a partir de dióxido de carbono y agua.
Guía para el docente
Tiempos
- Inicio · 5 min — Lleve una tableta efervescente, un frasco de bicarbonato, vinagre de cocina y una puntilla oxidada. Pregunte qué tienen en común y deje que propongan ideas.
- Explicación · 15 min — Siga los tres pasos de la lectura con cada reacción. Haga usted la tableta en un vaso de agua frente al grupo, y si lo desea el vinagre con bicarbonato en un vaso abierto, con gafas.
- Práctica · 20 min — Preguntas y retos en parejas. Pida que, antes de contar, subrayen con un color los reactivos y con otro los productos de cada ecuación.
- Cierre · 5 min — Que cada estudiante elija una de las reacciones y escriba sus reactivos, sus productos y la evidencia que la delata.
Preguntas para el salón
- ¿Por qué la tableta efervescente no burbujea dentro del empaque, si ya trae el ácido y el bicarbonato juntos?
- ¿Por qué una reja oxidada pesa más que cuando era nueva? ¿De dónde salió esa masa?
- ¿Cómo podrían comprobar que una planta acuática suelta un gas cuando está al sol?
Errores típicos
- Confundir reactivos y productos porque los nombres se parecen (bicarbonato de sodio y acetato de sodio). Pida que señalen de qué lado de la flecha está cada sustancia antes de nombrarla.
- Pensar que el agua del vinagre es un reactivo. Explique que la ecuación muestra solo lo que cambia; el agua del vinagre estaba antes y sigue después.
- Creer que el oxidado pesa más porque se creó materia. Pregunte qué elemento del aire aparece en la fórmula del óxido y no estaba en la puntilla.
- Contar mal los átomos de fórmulas largas como Na₃C₆H₅O₇. Pida que escriban debajo de cada fórmula una lista: cuántos de C, cuántos de H, cuántos de O, cuántos de Na.
Tarea sugerida
Observar en la casa, sin hacer mezclas, una reacción de la cocina o del entorno (pan que se dora, fruta que se oscurece, metal oxidado) y describir sus reactivos, sus productos y la evidencia que se ve.