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Vivimos en un mundo formado por un número incontable de átomos, iones y moléculas que se mueven constantemente y que chocan unos con otros constantemente dando origen a innumerables cambios en la materia. Estos cambios pueden ser cambios físicos, tales como el derretimiento de un hielo al sol o la evaporación del solvente de una pintura a secarse, pero en muchos casos son cambios químicos o reacciones químicas.
Una de las partes más divertidas de estudiar química es aprender a reconocer estos cambios que ocurren todo a nuestro alrededor, y a aprender a ver más allá de la belleza de algunos de estos cambios, así como de la simplicidad de otros. Por eso en el presente artículo, presentamos una lista de diez ejemplos de cambios químicos que ocurren a nuestro alrededor y que experimentamos todos (o casi todos) los días.
Distintos tipos de cambios en la materia
Antes de adentrarnos en los ejemplos sobre los cambios químicos, es importante repasar qué son los cambios químicos, para así poder distinguirlos de los demás procesos de cambio que también ocurren constantemente a nuestro alrededor.
Recordemos que la materia puede sufrir distintos tipos de procesos de cambio o transformaciones. A grandes rasgos, estos cambios se clasifican en cambios físicos, cambios químicos y cambios o transformaciones nucleares.
¿Qué es un cambio físico?
Los cambios físicos son aquellos en los que las sustancias no sufren cambio alguno en su estructura fundamental. Es decir, son procesos de transformación en los que no cambian ni la naturaleza, ni la composición elemental, ni la manera en la que están unidos o enlazados entre sí los átomos e iones que conforman las a las sustancias presentes en la materia.
Por ejemplo, la evaporación del agua es un cambio físico porque tanto el agua líquida como el agua gaseosa siguen siendo agua, a pesar de haberse evidenciado una transformación.
¿Qué es un cambio químico?
Por otro lado, los procesos o cambios químicos son transformaciones en las que una o más sustancias químicas se transforman en otra u otras diferentes por medio de un cambio bien sea en su composición elemental, o en la manera y orden en la que están unidos entre sí los átomos que las conforman.
Es decir, los cambios químicos consisten en un proceso de desarmado y reconfiguración de los átomos de una o más sustancias químicas, denominadas reactantes, para producir una o más sustancias químicas diferentes, denominadas productos.
Los cambios químicos son fácilmente reconocibles ya que implican la desaparición de una o más sustancias y la aparición de una o más sustancias químicas diferentes. Estas pueden tener propiedades y características radicalmente distintas a las de las sustancias originales, haciéndolas, en algunos casos, muy fáciles de reconocer. Por ejemplo, muchas reacciones químicas producen cambios drásticos de color, la liberación repentina de grandes cantidades de energía en forma de calor, luz o ambos o pueden incluso estar marcados por la aparición de cristales impresionantes de distintos colores aparentemente de la nada.
¿Qué es un cambio nuclear?
En último lugar tenemos a los cambios nucleares. Las reacciones nucleares son mucho menos frecuentes que los cambios físicos y químicos, pero también son de gran importancia. Consisten en procesos en los que cambia el núcleo de un átomo para así producir uno o más átomos nuevos. Este es el tipo de reacciones que ocurren en las plantas de energía nuclear, en la explosión de una bomba atómica o el en núcleo de las estrellas.
Ahora que hemos recordado qué son los cambios químicos y sabemos cómo distinguirlos de los otros dos tipos de cambios que puede sufrir la materia, veamos algunos ejemplos específicos de cambios químicos que ocurren constantemente a nuestro alrededor.
1. El cortado de la leche
La mayoría de nosotros alguna vez se ha encontrado con la desagradable sorpresa de que la leche que estaba en la nevera se ha echado a perder. Esto lo notamos inmediatamente al observar que lo que parecía inicialmente una mezcla homogénea de color blanco, ahora se ha separado en dos fases claramente distinguibles, una de las cuales es más sólida y flota sobre una fase acuosa.
Este proceso se debe a la acción de bacterias que, al crecer y reproducirse, llevan a cabo una serie de reacciones bioquímicas que acidifican la leche. Pero, a pesar de que las reacciones bioquímicas son, de hecho, un conjunto de reacciones químicas de distintos tipos, la reacción que vemos a simple vista se da entre los iones hidronio responsables de la acidez (iones H3O+) y las proteínas de la leche que originalmente estaban disueltas en el agua.
Al disminuir el pH de la leche (o aumentar su acidez, que es lo mismo), el exceso de iones hidronio reacciona con las proteínas, transfiriéndoles protones a las moléculas de proteína por medio de una reacción ácido-base. La proteína protonada se hace menos soluble y, ultimadamente, precipita pasando al estado sólido y separándose del agua.
2. La eliminación de la dureza del agua con resinas de intercambio iónico
Se le conoce como agua dura al agua que posee una concentración relativamente alta de iones calcio (Ca2+) y magnesio (Mg2`). El agua dura puede traer muchos problemas para el hogar, entre los que se encuentran la precipitación de carbonato de calcio y magnesio en las tuberías lo que lentamente las obstruye hasta el punto en el que no dejan pasar más el agua. También forman sales insolubles con las moléculas de jabón, evitando que este actúe eliminando impurezas cuando nos lavamos o bañamos.
En los lugares donde el agua es dura, se suelen instalar filtros especiales que eliminan estos iones del agua, efectivamente “ablandándola.” A diferencia de un filtro convencional que es un material poroso que no deja pasar partículas de determinado tamaño, los filtros para eliminar la dureza del agua en realidad están compuestos por dos resinas especiales denominadas resinas de intercambio iónico. Estas resinas sactúan por medio de reacciones químicas.
La primera resina intercambia los mencionados cationes (Ca2+ y Mg2+) por protones por medio de una reacción química de desplazamiento como la siguientes:
Donde M2+ representa a cualquiera de los dos cationes Mientras tanto, para evitar que el agua se acidifique, otra resina intercambia los aniones que hacen de contraiones para el calcio y el magnesio por iones hidróxido:
Los iones hidróxido liberados en la resina de intercambio aniónico luego neutralizan a los protones liberados de la resina de intercambio catiónico mediante otra reacción química:
3. La decoloración de las pinturas al sol
Si salimos a dar un paseo corto por cualquier pueblo o ciudad y nos fijamos en los múltiples avisos y pancartas publicitarias repartidas a cada lado de la carretera, notaremos que las vallas nuevas tienen colores intensos y vibrantes mientras que las que llevan más tiempo expuestas al sol, el viento y la lluvia ya han perdido la mayor parte de su color. De hecho, los primeros colores en desapareces suelen ser los tonos azules y verdes, quedando los tonos rojos y amarillos, razón por la cual muchas impresiones viejas expuestas al sol se ven de color amarillento o anaranjado.
En algunos casos esto se debe al desgaste y la erosión por parte del viento y la lluvia, pero en la mayoría de los casos, la decoloración se debe a la descomposición química de los pigmentos, en especial los de tonos azules y verdes, por la acción de los rayos ultravioleta del sol.
4. La formación de espuma al agregar agua oxigenada a una herida
El agua oxigenada es una disolución acuosa que contiene alrededor del 10% al %30 de peróxido de hidrógeno (H2O2). Este compuesto se descompone espontáneamente en oxígeno gaseoso y agua por medio de una reacción química de desproporción o dismutación:
Esta reacción es muy lenta en una botella de agua oxigenada para uso antiséptico como la que solemos tener en un botiquín de primeros auxilios. Sin embargo, las células de nuestra sangre y de la mayoría de eucariotas poseen orgánulos en los que hay enzimas especializadas en descomponer catalíticamente el peróxido de hidrógenos. Así, cuando agregamos agua oxigenada a una herida abierta, esta descompone rápidamente el peróxido de hidrógeno, liberando oxígeno gaseoso el cual produce las burbujas que forman la espuma que observamos.
5. La cristalización de los plásticos expuestos al sol
La luz solar y sus rayos ultravioleta son capaces de catalizar una gran cantidad de reacciones químicas distintas. Una de ellas es la descomposición de las cadenas poliméricas que forman la estructura de los plásticos. Como consecuencia, la mayoría de los objetos plásticos que dejamos al sol por mucho tiempo, acaban perdiendo sus propiedades plásticas y convirtiéndose en un material rígido y quebradizo, similar a un conjunto de cristales compactados.
Este proceso, que muchas veces se asocia con la cristalización, es un cambio químico ya que altera la composición química y la conectividad entre los átomos que forman las largas moléculas de los polímeros.
6. El cambio de color de los alimentos al freírlos o asarlos
Pocas cosas son más deliciosas que el roma y el sabor del caramelizado que se forma en la superficie de las carnes y vegetales al grillarlos, freírlos o asarlos. Como todo en la cocina, este proceso de caramelizado ocurre gracias a una serie de procesos químicos diversos. En este caso, se trata de un conjunto muy complejo de reacciones químicas conocidas como reacciones de Maillard.
Estas son reacciones que ocurren entre las azúcares de los alimentos y los residuos de los aminoácidos en las proteínas. Se suelen denominar reacciones de Maillard, aunque técnicamente se trata de reacciones de glucosilación o glicosilación similares a las que ocurren comúnmente dentro de las células vivas, pero sin la intervención de catalizadores enzimáticos. En su lugar, las reacciones de Maillard son impulsadas por el calor.
7. La cristalización de la miel
La miel es una disolución muy concentrada de distintas azúcares en agua. A pesar de su alta concentración, por lo general, todos los solutos permanecen disueltos. Sin embargo, si dejamos una botella de miel sin perturbar durante un largo período de tiempo, lo más probable es que observemos que, o bien comienzan a aparecer pequeños cristales de azúcar en el fondo, o bien se desencadena la cristalización completa de toda la miel con lo que todo termina convirtiéndose en un solo bloque aparentemente sólido.
Este proceso de cristalización suele considerarse un cambio químico. Sin embargo, el mismo puede revertirse fácilmente calentando ligeramente la miel, con lo cual se aumenta la solubilidad de los azúcares presentes y los mismos se vuelven a disolver.
8. El curado de los esmaltes catalizados
Existe una gran variedad de pinturas y esmaltes distintos en el mercado, cada uno de los cuales tiene su aplicación particular. Sin embargo, cuando buscamos un acabado fuerte, brillante y muy resistente, casi siempre optamos por algún tipo de esmalte catalizado. Estos esmaltes no son más que resinas plásticas formadas por polímeros largos que poseen cadenas laterales capaces de unirse unas con otras por medio de reacciones químicas. Cuando estas reacciones ocurren, se forma una red de moléculas interconectadas que es extremadamente resistente.
Sin embargo, estas reacciones requieren la acción de un catalizador para que ocurran, de lo contrario, el esmalte se solidificaría en el frasco y no se podría aplicar a la superficie. Este catalizador se compra junto con el esmalte, y se mezcla con este en la proporción adecuada según la cantidad de esmalte que se quiera preparar.
Así que, la próxima vez que veamos a cualquier pintor o incluso a una manicurista, que mezcla un esmalte con una pequeña cantidad de una sustancia transparente e incolora, para luego aplicar el esmalte a una superficie cualquiera, recordemos que estamos a punto de ver una reacción química catalizada de formación de enlaces cruzados entre resinas poliméricas.
9. La caramelización del azúcar
Al calentar azúcar en una sartén con una pequeña cantidad de agua, podremos observar que el azúcar primero se funde, pasando al estado líquido. Sin embargo, al calentar un poco más, notamos que comienza a tornarse color marrón claro y a liberar un delicioso olor característico. Se ha formado caramelo.
En este punto, se evidencia la ocurrencia de una reacción química, ya que se está formando un compuesto con un aroma distinto al del azúcar pura, y que, además, posee un color distinto, ya que el azúcar es naturalmente blanca. Este proceso de formación de caramelo (o caramelización), es una reacción química en la que las moléculas de sacarosa del azúcar de mesa se enlazan unas con otras formando así un polímero.
10. El curado de pegamentos en base a resinas epóxicas
Al igual que los esmaltes catalizados, las resinas epóxicas están formadas por plásticos pre-polimerizados en los que las cadenas de polímero están inicialmente libres unas de otras. Sin embargo, al mezclarse con una segunda resina que posee entre sus componentes un catalizador adecuado, se desencadena una reacción de polimerización en la que se entrelazan las cadenas laterales de los polímeros, endureciendo la resina.
Este es el principio de funcionamiento de muchos pegamentos muy duros y resistentes.
Referencias
Arias Giraldo, S., & López Velasco, D. M. (2019). Reacciones químicas de los azúcares simples empleados en la industria alimentaria. Lámpsakos. 22. 123–136. https://www.redalyc.org/journal/6139/613964509011/html/
Departamento de Química Inorgánica. (s. f.). Descomposición catalítica del peróxido de hidrógeno. Universidad de Alicante. https://dqino.ua.es/es/laboratorio-virtual/descomposicion-catalitica-del-peroxido-de-hidrogeno.html
Gazechim Composites Ibérica. (2013, 25 octubre). Resina Epoxi. https://www.gazechim.es/noticias/actualidad/resina-epoxi/
Madsen, J. (2020, 18 febrero). La ciencia detrás del proceso de curado de epoxi. Heatexperts. https://www.heatxperts.com/es/blog/post/la-ciencia-detras-del-proceso-de-curado-de-epoxi.html
VelSid. (2014, 26 julio). Reacción de Maillard. Gastronomía & Cía. https://gastronomiaycia.republica.com/2010/03/11/reaccion-de-maillard/
Verdemiel. (2019, 12 noviembre). Miel Cristalizada, la miel pura de toda la vida. https://www.verdemiel.es/blog/2019/11/12/miel-cristalizada-la-miel-pura-de-toda-la-vida/
