domingo, 9 de enero de 2011

Las reacciones químicas

Considero que el concepto más importante de la química es el de “reacción química”. De hecho, yo definiría a la química como el estudio de las reacciones químicas. Pero, ¿qué es una reacción química? De manera breve y sencilla se puede definir una reacción química como “la transformación de una o más sustancias en otras sustancias distintas”. Es decir, es un fenómeno donde una o más sustancias se convierten en otras con propiedades totalmente diferentes. Por ejemplo, si quemamos una hoja de papel ocurre una reacción química, ya que el papel se transforma en humo y cenizas, que son sustancias totalmente distintas a la sustancia original. Las sustancias que hay al inicio, antes de la transformación, se denominan “reactivos”; las sustancias que quedan al final, las que resultan de la transformación, se denominan “productos”.

En la vida cotidiana estamos rodeados de numerosas reacciones químicas. Por ejemplo, cuando quemamos el gas doméstico en las hornillas de la estufa o cuando se quema la gasolina en los motores de los autos ocurren reacciones químicas. Cuando cocinamos nuestros alimentos cociéndolos, horneándolos o friéndolos también ocurren muchas reacciones químicas (las mamás que cocinan son expertas, sin saberlo, en una gran diversidad de reacciones químicas). Incluso los procesos que ocurren en nuestro propio cuerpo, tales como la respiración, la digestión y el metabolismo en general implican una enorme variedad de reacciones químicas. La vida misma es un conjunto de millares de reacciones químicas.

Otro aspecto de la importancia de las reacciones químicas es que la mayoría de los materiales que usamos cotidianamente se producen por medio de reacciones químicas. Por ejemplo, materiales como los plásticos (polietileno, PET, PVC, etc.), los metales (aluminio, cobre, hierro, etc.), las fibras sintéticas (nylon, acrilán, dracón, etc.), el papel, los jabones, los detergentes, los cosméticos, los medicamentos y muchos otros, se producen en plantas industriales por medio de reacciones químicas que se llevan a cabo en una escala enorme, usando grandes y complejos recipientes diseñados para controlar las condiciones en que ocurren dichas reacciones; estos equipos donde se realizan las reacciones en escala industrial se denominan “reactores químicos”.


En resumen, la industria química consiste en el manejo y control de reacciones químicas con el fin de obtener productos útiles para la sociedad.

Considerando el papel central de las reacciones químicas en la vida y la civilización surge otra duda: ¿por qué ocurren las reacciones químicas? Para comprenderlo, una vez más necesitamos la teoría atómica. Recordemos que, según esta teoría, cada elemento está formado por átomos específicos y cada compuesto está formado por moléculas específicas. Recordemos también que las moléculas son partículas formadas por el enlace químico de dos o más átomos (todo esto lo expliqué en el rollo “Elementos y compuestos”). Durante una reacción química los átomos de las sustancias se reacomodan, formando moléculas distintas, debido a que se rompen y se forman nuevos enlaces químicos. Por lo tanto, se producen compuestos diferentes a los originales; esto explica por qué las sustancias se transforman en otras distintas. Entonces, las reacciones químicas ocurren cuando se rompen los enlaces químicos de una o más sustancias y se forman otros enlaces nuevos.

Es importante destacar que durante una reacción química los átomos se reordenan, pero permanecen inalterados; sólo se enlazan de forma distinta. Es decir, los núcleos de cada átomo (formados por protones y neutrones) no cambian durante una reacción química. Los fenómenos en que los núcleos de los átomos sí se modifican son la fusión y la fisión nuclear, los cuales expliqué en el rollo “Fusión, fisión y enlace químico”. Por lo tanto, la fusión y la fisión no son reacciones químicas, sino reacciones nucleares.

Una característica importante de las reacciones químicas es que siempre involucran cambios de energía, principalmente en forma de calor. Existen reacciones químicas que liberan energía (calor) hacia el ambiente circundante y otras que absorben energía (calor) del medio circundante. Las reacciones químicas que liberan calor se denominan “exotérmicas” y las que absorben calor se denominan “endotérmicas”. Por ejemplo, las reacciones químicas que ocurren cuando quemamos algo (denominadas reacciones de “combustión”) son exotérmicas; todos hemos experimentado que al quemar algo se genera calor. El calor que usamos en la vida cotidiana para calentar, por ejemplo, nuestros alimentos o el agua para bañarnos, proviene precisamente de reacciones de combustión de gas natural o gas L.P.; de no ser por las reacciones exotérmicas no podríamos cocinar nuestros alimentos ni asearnos todos los días. De hecho, desde la perspectiva histórica, uno de los factores fundamentales del inicio de la civilización humana fue el “descubrimiento” del fuego, que no fue más que el control, por parte de nuestros antepasados homínidos, de las reacciones exotérmicas de combustión.

En el estudio de la química las reacciones se representan con ecuaciones químicas. Una ecuación química es la representación escrita de una reacción química usando los símbolos y las fórmulas de las sustancias que participan en la reacción. Por ejemplo, la reacción de combustión del gas natural (que ocurre en las hornillas de la estufa de quienes usan este combustible en sus hogares) se representa con la siguiente ecuación química:


Esta ecuación nos dice varias cosas. Antes de la flecha están los reactivos, es decir, las sustancias que hay antes de la transformación. En este caso, la fórmula química CH4 corresponde al gas natural, que es un compuesto denominado “metano”; la fórmula química O2 corresponde al oxígeno del aire (siempre que quemamos una sustancia, reacciona con el oxígeno del aire). La flecha central representa la transformación de las sustancias. Después de la flecha están los productos, es decir, las sustancias que quedan después de la transformación. En este caso, la fórmula química CO2 corresponde al dióxido de carbono, un gas que se produce en todas las combustiones; y la fórmula química H2O es del agua que, en forma de vapor, también se genera en todas las combustiones. En resumen, la ecuación química de la reacción de combustión del gas natural nos dice que el metano y el oxígeno reaccionan para producir dióxido de carbono y agua. Este es sólo un ejemplo de los millares de ecuaciones químicas que existen; de hecho, hay una ecuación por cada tipo de reacción química que ocurre en la naturaleza.

En conclusión, la mayoría de los fenómenos que ocurren en la naturaleza, muchas de nuestras labores cotidianas, los procesos industriales que nos proporcionan diversos materiales útiles y la vida misma, son reacciones químicas. El conocimiento y control de las reacciones químicas ha sido un factor fundamental para el surgimiento y el desarrollo de la civilización.