Procesos Físicos y Químicos

Apuntes

Prof. C. Torres

Tipos de procesos

Procesos Físicos: Los cambios de estado de

cualquier material en los que su composición química permanece invariable

Procesos Químicos: En un cambio químico o

reacción química se altera la estructura y composición de la materia: de unas sustancias iniciales se obtienen otras dist intas.

Procesos Administrativos: Procesos donde se

identif ican actividades administrat ivas para transformar las entradas en salidas según una secuencia de pasos preestablecida.

cambios físicos.

Los cambios de estado de cualquier material en los que su composición química permanece invariable

Tienen lugar sin que se altere la estructura y composición de la materia, es decir, las sustancias puras que la componen son las mismas antes y después del cambio.

Ejemplo: Si tenemos agua mezclada con azúcar (agua azucarada) y la

calentamos hasta evaporar toda el agua posible, en el recipiente queda el azúcar; es decir, se obtienen los materiales iniciales: agua (ahora en forma de vapor) y azúcar.

Así, cuando mezclamos dos materiales y podemos separarlos por procedimientos físicos, entonces el cambio ocurrido también es un cambio físico.

Otros tipos de cambios físicos pueden ser patear una pelota o romper una hoja de papel. En todos los casos podría cambiar la forma, como cuando cortas el papel, pero la sustancia se mantiene, es decir, el papel sigue estando ahí.

Transformaciones o cambios Físicos

Procesos físicos1. Solidificación2. Fusión (cambio de estado)3. Absorción (química)4. Condensación5. Evaporación (proceso físico)6. Ebullición7. Sublimación (física)8. Volatilización

cambio de estado

cambio de estado

En física y química se denomina cambio de estado a la evolución de la materia entre varios estados de agregación sin que ocurra un cambio en su composición.

Los tres estados básicos son el sólido, el líquido y el gaseoso.

Solidificación y Fusión

La solidificación es un proceso físico que consiste en el cambio de estado de la materia de líquido a sólido.

Es el proceso inverso a la fusión. En general, los compuestos disminuyen de

volumen al solidificarse, aunque no sucede en todos los casos; en el caso del agua incluso aumenta.

Muy aplicado en procesos Metalúrgicos

La absorción

La absorción en química es un proceso físico o químico en el cual átomos, moléculas o iones pasan de una primera fase a otra incorporándose al volumen de la segunda fase = son atrapadas o retenidas en la superficie de un material.

Esta segunda fase puede ser líquida, gaseosa o sólida. A diferencia de la adsorción, no es un proceso de

superficie, sino de volumen.

Condensación, Ebullición y Evaporación

Condensación: Se denomina condensación al proceso físico que consistente

en el paso de una sustancia en forma gaseosa a forma líquida. Es el proceso inverso a la ebullición.

Evaporación: La evaporación es el proceso físico por el cual átomos o

moléculas en estado líquido pasa al estado gaseoso, por haber tomado energía suficiente para vencer la tensión superficial.

A diferencia de la ebullición, éste es un proceso paulatino, y no es necesario que toda la masa alcance el punto de ebullición.

Condensación y Licuefacción

Aunque el paso de gas a líquido depende, entre otros factores, de la presión y de la temperatura, generalmente se llama condensación al tránsito que se produce a presiones cercanas a la ambiental. Cuando se usa una sobrepresión elevada para forzar esta transición, el proceso se denomina licuefacción.

Licuefacción de los gases o licuación es el cambio de estado que ocurre cuando una sustancia pasa del estado gaseoso al líquido, por acción de la temperatura y el aumento de presión.

Sublimación

La sublimación es el proceso físico que consiste en el cambio de estado de la materia sólida al estado gaseoso, sin pasar por el estado líquido (Sublimación progresiva).

Se puede llamar de la misma forma al proceso inverso, el paso directo del estado gaseoso al estado sólido, pero es más apropiado referirse a esa transición como sublimación inversa.

Un ejemplo clásico es el hielo seco. Se llama hielo seco o nieve carbónica al estado sólido del

anhídrido carbónico. Recibe este nombre porque, pese a parecerse al hielo o a la nieve por su aspecto y temperatura, cuando se evapora (o más propiamente cuando se sublima) no deja residuo de humedad. Tiene una temperatura de -78 °C (-108 °F).

Volatilización

Volatilización es un proceso físico que consiste en el cambio de estado de la materia sólida al estado gaseoso, sin pasar por el estado líquido.

Antiguamente también se la llamaba de la misma forma que al proceso inverso, la sublimación.

Un ejemplo clásico son las bolitas de naftaleno.

Rocío (fenómeno físico)

El rocío es un fenómeno físico en el que la humedad del aire precipita condensándose en forma de gotas por la disminución brusca de la temperatura, o el contacto con superficies frías.

Es el proceso físico contrario a la evaporación.

Es un fenómeno vinculado con la capacidad del aire para incorporar y retener vapor de agua.

Procesos Químicos

Cambios químicos

Este sucede cuando el material experimenta una transformación en su estructura química, como consecuencia de su interacción o relación con la estructura química de otro material, transformándose ambas estructuras (se altera la estructura y composición de la materia: de unas sustancias iniciales se obtienen otras distintas?

Esto da como resultado la formación de un nuevo material con características diferentes a las iniciales; es decir, ocurrió una reacción química.

Como reconocer un cambio químico: Basta observar ciertos indicios como la formación de un precipitado, el

cambio de color y sabor o la formación de un gas.

cambios químicos

Ejemplos:

En el experimento de la manzana se puede apreciar un cambio químico, ya que sus constituyentes externos reaccionaron con el oxígeno del aire y se produjo un oscurecimiento por la reacción de oxidación (ver glosario) o envejecimiento. Su estructura interna cambió y ya no es posible recuperarla por medios físicos, por ejemplo, cortar la parte oxidada, ya que solo se obtendría un tejido vegetal nuevo.

En la naturaleza, la mayoría de las alteraciones que se producen son cambios químicos, como la combustión, la pudrición, la fermentación, la digestión de los alimentos, etcétera.

Sin embargo, también existen otros tipos de transformaciones químicas, como cuando se quema basura, o uno fundamental, que es la respiración, donde hay una reacción química.

Reducción

En química, una reducción es el proceso electroquímico por el cual un átomo o ión gana uno o varios electrones. Implica la disminución de su estado de oxidación. Este proceso es contrario al de oxidación.

Cuando un ión o átomo se reduce: Gana electrones Actúa como agente oxidante Es reducido por un agente reductor Disminuye su estado o número de oxidación Por ejemplo, el hierro (III) puede ser reducido a hierro (II):

Fe3+ + 1e- → Fe2+

En química orgánica, la disminución de enlaces de átomos de oxígeno a átomos de carbono o el aumento de enlaces de hidrógeno a átomos de carbono se interpreta como una reducción. Por ejemplo:

HC≡CH → H2C=CH2 (el etino se reduce para dar eteno)

CH3COH → CH3CH2OH (el etanal se reduce a etanol)

La oxidación La oxidación es una reacción química en la que un metal o un no metal cede

electrones. La reacción química opuesta a la oxidación se conoce como reducción es decir

cuando una especie química acepta electrones.

Estas dos reacciones siempre se dan juntas, es decir, cuando una sustancia se oxida, siempre es por la acción de otra que se reduce. Una cede electrones y la otra los acepta. Por esta razón, se prefiere el término general de reacciones redox.

El nombre de "oxidación" proviene de que en la mayoría de estas reacciones, la transferencia de electrones se da mediante la adquisición de átomos de oxígeno (cesión de electrones o viceversa).

Sin embargo, la oxidación y la reducción puede darse sin que haya intercambio de oxígeno de por medio, por ejemplo, la oxidación de yoduro de sodio a yodo mediante la reducción de cloro a cloruro de sodio:

2NaI + Cl2 → I2 + 2NaCl

Esta puede desglosarse en sus dos hemi reacciones correspondientes:2 I-1 ←

→ I2 + 2 e-

Cl2 + 2 e- ←→ 2 Cl-1

En estas dos ecuaciones queda explícita la transferencia de electrones. Si se suman las dos ecuaciones anteriores, se obtiene la primera

Clasificación de los cambios químicos: dependiendo de la energía

Dependendiendo de si desprenden o absorben energía, los cambios químicos se clasifican en reacciones endergónicas o exergónicas.

Reacciones endergónicas Para que ocurran estas reacciones, es necesario que exista un aporte constante de energía.

Las sustancias participantes -los reactantes- deben absorber energía para poder formar sustancias nuevas -los productos-.

En este caso, los productos tienen mayor cantidad de energía que las sustancias que sirvieron de reactantes.

Por ejemplo: Óxido de mercurio + Calor (Mercurio + Oxígeno) En este tipo de reacciones se puede decir que la energía utilizada es un reactante más.Reacciones exergónicas Son las que liberan la energía al medio ambiente. Al reaccionar, los reactantes desprenden

energía, además de formarse nuevas sustancias. En este tipo de reacciones químicas, los productos que se forman tienen menos cantidad de energía química que los reactantes.

Por ejemplo: Madera + Calor (Cenizas + humo + luz + anhídrido carbónico + calor + vapor de agua) Todas las combustiones son ejemplos de reacciones exergónicas. En este tipo de reacciones se puede decir que la energía liberada sería un producto dentro de

la reacción total. Es necesario aclarar que muchas de estas reacciones necesitan un pequeño aporte de energía

para que se pueda iniciar la reacción, y la energía liberada es mucho mayor que la adicionada al principio de la reacción.

Tipos de reacciones:

Cambios Químicos: Son aquellos en que se producen transformaciones, pueden ser Instantáneos o pueden

durar mucho t iempo Ej. La oxidación de la coraza de un auto.TIPOS DE REACCIONESReacción de Combustión: reacción que necesita de un combustible (sustancia que se

quema) y un comburente (oxígeno)Precipitación: Se combinan 2 sustancias líquidas para obtener una sustancia sólida que se

llama precipitado Ej: HNO3 HCl + AgNO3= AgCL + HNO3Descomposición Térmica: Reacción que apartir de una sustancia obtienes a lo menos otras

2 diferentes. Esta es mediante la entrega de energía calórica.Carbonización: Uno de los productos obtenidos es carbono. Este cambio puede ser

consecuencia de : Combustión: Fogata porque se quema la leña y cualquier sustancia orgánica que se someta

a fuego forma carbono además porque hay oxígeno. Des. Termina: Azúcar al hacer caramelo.Sustitución: Reacción en que participan un elemento y un compuesto y el elemento usa el

lugar de uno de los elementos que forman el compuesto. Ej: Fe+CuSO4=Cu+FeSo4COMBINACIÓN: Consiste en combinar sustancias pequeñas entre sí para formar una sola: Tg) + R(g) = Z(s) En todo cambio químico se realiza una reacción química

Anexos:Plasma (estado de la materia)

En física y química, un plasma es un sistema que contiene un número significativo de partículas cargadas libres y cuya dinámica presenta efectos colectivos dominados por las interacciones electromagnéticas de largo alcance entre las mismas.

Con frecuencia se habla del plasma como un estado de agregación de la materia con características propias, diferenciándolo de este modo del estado gaseoso, en el que no existen efectos colectivos importantes

Los dos parámetros de los que depende que una sustancia o mezcla se encuentre en un estado o en otro son temperatura y presión.

La temperatura es una medida de la energía cinética de las moléculas y átomos de un cuerpo.

Un aumento de temperatura o una reducción de la presión favorecen la fusión, la evaporación y la sublimación, mientras que un descenso de temperatura o un aumento de presión favorecen los cambios opuestos.

Límites• > 4.500 ºC No hay sólidos • > 6.000 °C No hay líquidos (solo gases) • >10,000 °C Sólo plasma

La destilación

La destilación es la operación de separar, mediante calor, los diferentes componentes líquidos de una mezcla.

Una forma de destilación, conocida desde la antigüedad, es la obtención de alcohol aplicando calor a una mezcla fermentada.

El aparato utilizado para la destilación es el alambique, que consta de un recipiente donde se almacena la mezcla, a la que se le aplica calor, un condensador donde se enfrían los vapores generados, llevándolos de nuevo al estado líquido y un recipiente donde se almacena este líquido concentrado.

En la industria química se utiliza la destilación para la separación de mezclas simples o complejas. Una forma de clasificar la destilación puede ser la de que sea discontinua o continua.

Elementos del aparato de destilación simple

1. Mechero

2. Balón de destilación, que deberá contener pequeños trozos de material poroso (cerámica, o material similar) para evitar sobresaltos repentinos por sobrecalentamientos.

3. Cabeza de destilación: No es necesario si el balón de destilación tiene una tubuladura lateral.

4. Termómetro: El bulbo del termómetro siempre se ubica a la misma altura que la salida a la entrada del refrigerador. Para saber si la temperatura es la real, el bulbo deberá tener al menos una gota de líquido. Puede ser necesario un tapón de goma para sostener al termómetro y evitar que se escapen los gases (muy importante cuando se trabaja con líquidos inflamables).

5. Tubo refrigerante.

6. Entrada de agua: El líquido siempre debe entrar por la parte inferior, para que el tubo permanezca lleno con agua.

7. Salida de agua: Casi siempre puede conectarse la salida de uno a la entrada de otro, porque no se calienta mucho el líquido.

8. Se recoge en un balón, vaso de precipitados, u otro recipiente.

9. Fuente de vacío: No es necesario para una destilación a presión atmosférica.

10. Adaptador de vacío: No es necesario para una destilación a presión atmosférica