10 compuestos químicos de andar por casa

Cuando oímos hablar de compuestos químicos, solemos imaginar sólidos o líquidos altamente tóxicos, corrosivos e incluso explosivos, sin caer en la cuenta de que no sólo -como seres vivos- estamos formados por ellos sino que también estamos rodeados de ellos.

Para ilustrar esta afirmación, he preparado una pequeña lista con 10 compuestos químicos que tenemos a nuestro alcance sin salir de casa.

Sosa caústica (NaOH)

sosabotellaDe fórmula NaOH, el hidróxido de sodio o sosa caústica se comercializa en forma de lentejas, escamas o perlas y se utiliza en el ámbito doméstico como desatascante de tuberías y limpiador, aunque también es muy utilizado para la fabricación de jabón casero y la curación de aceitunas.

Bicarbonato (NaHCO3)

bicarbonato_sodicoNombre vulgar del hidrogenocarbonato de sodio o “bicarbonato de sodio“, de fórmula NaHCO3. Debido a su carácter de base débil se utiliza como antiácido después de una comida copiosa, y el hecho de que libere CO2 en contacto con un ácido hace de él un ingrediente indispensable en las levaduras químicas.

Amoniaco (NH3)

amoniacoSustancia de carácter básico, el amoniaco es muy empleado a nivel industrial para (por ejemplo) la fabricación de abonos, aunque a nivel doméstico lo empleamos como producto de limpieza .

Sal común (NaCl)

salmesa
Se denomina así al cloruro sódico, sustancia iónica cuyas propiedades lo hacen un excelente conservante alimenticio, además de ser el aditivo alimentario más importante. Es muy utilizado, además, para desecar carnes y pescados (salmón, bacalao, jamón, etc.), así como para “eliminar” la nieve de las calles y carreteras.

Naftalina

naftalinaMás conocida como “antipolillas”, la naftalina o naftaleno es de las pocas sustancias que puede, a temperatura ambiente, pasar directamente del estado sólido al gaseoso (sin pasar por el estado líquido). Su uso primordial, fuera del ámbito doméstico, es la fabricación de plásticos.

Lejía (NaClO)

lejiabotellaSe conoce como lejía al hipoclorito de sodio, comercializado en forma de disolución acuosa diluída. Se utiliza en casa como blanqueante y desinfectante (tanto en la limpieza del hogar como en  el lavado de verduras) gracias a su poder oxidante. En odontología, se utiliza en forma de disoluciones de composición perfectamente controlada para realizar endodoncias.

Etanol (CH3CH2OH)

alcohol_etilico_96Polémico ingrediente de las bebidas alcohólicas, el etanol se comercializa con un alto grado de pureza (96º o lo que es lo mismo, 96% en volumen) y en el ámbito doméstico es utilizado principalmente como desinfectante. Sin embargo, también es muy apreciado como limpiador (por ejemplo, para eliminar restos de rotulador sobre vidrio u otros materiales).

Ácido acético (CH3COOH)

vinagremanzanaSu verdadero nombre es ácido etanoico, es el componente que le da acidez al vinagre, y proviene de la fermentación del etanol en condiciones aerobias. Aparte de sus propiedades culinarias, se utiliza también como producto de limpieza (de hecho, en los supermercados venden “vinagre de limpieza”, en el que la concentración de ácido acético es mayor que en la del vinagre alimenticio, y NO es apto para el consumo).

Acetona (CH3COCH3)

acetona_1lLa acetona es el nombre con el que se conoce normalmente a la acetona. A nivel doméstico, su principal uso de debe a ser el principal componente de los quitaesmaltes, aunque también puede utilizarse como producto de limpieza de forma parecida al etanol. A nivel industrial y de laboratorio su uso es mucho más variado e incluye la elaboración de otros productos químicos o como disolvente orgánico.

Butano (CH3CH2CH2CH3)

butanoEl butano es un gas combustible que no necesita presentación. En el ámbito doméstico se utiliza para obtener de él energía en forma de calor mediante una reacción de combustión. También se utilizan con este fin otros hidrocarburos en estado gaseoso, como el metano o el propano.

Fuerza magnética sobre una carga

Según Lorentz, un campo magnético de intensidad B ejerce sobre una carga q que se mueve con velocidad v una fuerza magnética igual a:

\overrightarrow{B} = q \cdot (\overrightarrow{v} \wedge \overrightarrow{B})

 

Siendo \overrightarrow{v} \wedge \overrightarrow{B} el producto vectorial de los vectores \overrightarrow{v} y \overrightarrow{B}.

Al ser el resultado de un producto vectorial, la fuerza resultante será perpendicular a los dos vectores que hemos multiplicado, y su sentido lo dará la regla del sacacorchos. Matemáticamente, calcular un producto vectorial puede resultar complejo, pero deducir su dirección y sentido requiere, únicamente, entender la regla del sacacorchos.

Regla del sacacorchos

Vamos a imaginar una carga q que se mueve horizontalmente de izquierda a derecha, en presencia de un campo magnético vertical que va de abajo hacia arriba (en un caso) o de arriba hacia abajo (en otro caso).

vb01vb00

En este ejemplo, v y B están en el plano de la pantalla, por lo que el vector resultante sería perpendicular a ambos, y por lo tanto al plano de la pantalla.

Para aplicar la regla del sacacorchos, hay que girar el vector v para llevarlo hacia el vector B (como moveríamos las agujas de un reloj), pero hay que hacerlo por el camino más corto, y pensar cómo se movería un sacacorchos que girase de la misma manera:

  • Si el giro es a favor de las agujas del reloj, el sacacorchos entraría a través de la pantalla, por lo que \overrightarrow{v} \wedge \overrightarrow{B} iría hacia dentro:vb03
  • Si el giro es en contra de las agujas del reloj, el sacacorchos saldría a través de la pantalla, por lo que \overrightarrow{v} \wedge \overrightarrow{B} iría hacia fuera:vb02

Cuidado con el signo de la carga

La fuerza magnética que va a actuar sobre la carga en movimiento va a ser diferente dependiendo su signo:

  • Si la carga es positiva, el vector fuerza tiene la misma dirección y sentido que el vector \overrightarrow{v} \wedge \overrightarrow{B}vb04
  • Si la carga es negativa, el vector fuerza tiene la misma dirección y sentido contrario que el vector \overrightarrow{v} \wedge \overrightarrow{B}vb05

Cómo calcular estados de oxidación

En muchas ocasiones, resolviendo ejercicios de Química, necesitaremos conocer los estados de oxidación de los elementos que se encuentran en la fórmula de determinadas sustancias. Por ejemplo, para aprender a formular o antes de ajustar reacciones de oxidación-reducción. Y el cálculo es más sencillo de lo que parece.

Lo que hay que saber antes de empezar

SUSTANCIAS ELEMENTALES:

  1. El estado de oxidación de un elemento en una sustancia es la carga que tendría dicho elemento si todos los electrones de cada enlace se los quedara el átomo más electronegativo. Por lo tanto, si una sustancia es elemental (sólo tiene átomos de un tipo de elemento, como H2, O2, Fe, etc.), el estado de oxidación de sus átomos es 0.
  2. Los gases nobles no forman compuestos químicos y siempre aparecen como átomos independientes, por lo que su único estado de oxidación será 0.

COMPUESTOS QUÍMICOS:

  1. Los metales sólo pueden tener estado de oxidación 0 (si tenemos el metal puro) o positivo, nunca negativo.
  2. El estado de oxidación de F siempre es -1.
  3. El estado de oxidación de O es -2, excepto en los peróxidos (E.O. = -1) y en el OF2 (E.O. = +2).
  4. El estado de oxidación de H es -1 si está unido única y exclusivamente a metales, +1 en caso contrario.
  5. Los no metales (excepto F) pueden tener uno o más estados de oxidación positivos y un único estado de oxidación negativo.
  6. Los metales alcalinos (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) siempre tienen estado de oxidación +1.
  7. Los metales alcalinotérreos (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra) siempre tienen estado de oxidación +2.

Cómo calcular los estados de oxidación

Hay que tener en cuenta que la suma de los estados de oxidación de todos los átomos debe ser igual a la carga de la molécula. Por ejemplo, en SO4-2 si sumamos el estado de oxidación del azufre y 4 veces el estado de oxidación del oxígeno debemos obtener -2. Como el E.O. del oxígeno es -2, tenemos que:

E.O.(S) + 4 · (-2) = -2

E.O.(S) – 8 = -2

E.O.(S) = 8 – 2

E.O.(S) = +6

Un método más eficaz consiste en escribir la fórmula química y debajo de ella, en dos líneas, la siguiente información: en la primera, los estados de oxidación sin multiplicar por el número de átomos; en la segunda, los estados de oxidación multiplicados (la suma de los números de esta línea deben ser igual a la carga).

Fe2O3

Fe2 O3
E.O. SIN MULTIPLICAR (cada átomo debe tener el E.O. igual a +3) -2
↑:2 ↓·3
E.O. MULTIPLICADOS (debe ser igual a +6) -6 (la suma debe ser igual a 0)

En el Fe2O3 el estado de oxidación del hierro es +3.

Ca(NO3)2

Ca N2 O6
E.O. SIN MULTIPLICAR +2 (cada átomo debe tener el E.O. igual a +5) -2
↓·1 ↑:2 ↓·6
E.O. MULTIPLICADOS +2 (para que se anule con +2 y -12 aquí debe ir un +10) -12 (la suma debe ser igual a 0)

Ca tiene E.O. +2 (es alcalinotérrero) y el E.O. de O es -2 por lo que el de N (que es el único en el que podríamos dudar) es +5.

HCO3

H C O3
E.O. SIN MULTIPLICAR +1 +4 -2
↓·1 ↑:1 ↓·3
E.O. MULTIPLICADOS +1 +4 -6 (la suma debe ser igual a -1)

¿Te atreves?

Prueba tú a calcular los estados de oxidación de cada elemento en las siguientes sustancias: H3PO4, Hg, Fe2(SO4)3, NH4+ y CaCl2.

Lejía con propiedades extraordinarias

Hoy voy me voy a introducir en el curioso mundo de la publicidad televisiva, que retuerce el lenguaje para impresionar a las personas a las que dirigen sus mensajes, utilizando términos confusos o que tienen poco fundamento científico. Un buen ejemplo lo tenemos en los anuncios de lejía y quitamanchas.

La lejía “densa”

En esta caso, nos venden una lejía cuya “fórmula densa no salpica”. Cierto es que se añaden a ciertas lejías espesantes para que no salpiquen y puedan estropearnos la ropa que llevamos puesta o incluso la piel. Pero el adjetivo no sería “denso” sino “viscoso”.

La densidad de un líquido es la relación entre su masa y su volumen, mientras que la viscosidad es la resistencia de dicho líquido a fluir. Un líquido muy viscoso (por ejemplo, un champú) fluirá con dificultad, con lo que será difícil que salpique, pero nada tiene que ver con la densidad de dicho líquido.

El aceite de oliva, por ejemplo, es menos denso que el agua (por ello, el aceite flota), pero es más viscoso y por lo tanto le cuesta más fluir. Y en el caso de este anuncio, sería mucho más real si dijeran “su fórmula viscosa no salpica”.

Lejía con control de acidez

Esta lejía se presenta como “lejía con control de acidez”. Teniendo en cuenta que la lejía o hipoclorito de sodio (NaClO) es una sustancia básica, lo normal es que la frase fuera “con control de basicidad” o “con control de pH”. Aparte de este detalle, el anuncio trata de vender como una cualidad única que contiene este “añadido”, que no deja de ser una disolución reguladora del pH (también conocida como “disolución tampón”) como las contenidas en un gran número de productos de limpieza, cosmética, sanitarios, etc. Es como si en al anuncio de un coche dijeran “con 4 ruedas y un volante”.

El quitamanchas ¡con oxígeno líquido!

Se trata de un quitamanchas que incluye en su fórmula oxígeno líquido. Poco importa que el oxígeno necesite una temperatura inferior a los 183 ºC bajo cero para pasar de gas a líquido, que a esa temperatura lo único del quitamanchas que estaría líquido sería el oxígeno (el resto estaría congelado) y que tendría que ser vendido en recipientes especiales capaces de soportar y mantener dicha temperatura. Ellos sueltan la perla, y siempre habrá quien piense “guau, con oxígeno líquido” (leer con voz de Homer Simpson).

De los viajes en el tiempo mejor ni hablo.

Cómo aplicar la ley de Hess

La ley de Hess nos permite hallar la entalpía de una reacción “problema” a partir de otras reacciones que se nos proporcionan como datos. Se puede enunciar de la siguiente manera:

Si una serie de reactivos reaccionan para dar una serie de productos, el calor de reacción liberado o absorbido es independiente de si la reacción se lleva a cabo en una, dos o más etapas

Por lo tanto, si se puede llegar de unos reactivos a unos productos dados a partir de una sola reacción (la reacción “problema”) o a partir de varias (las reacciones “dato”), la entalpía puesta en juego debe ser la misma. La ley de Hess se basa en que la entalpía es función de estado, y por lo tanto su valor no depende del camino seguido para llegar de unos reactivos dados a los correspondientes productos.

Las reglas del juego

Aplicar la ley de Hess consiste en modificar todas las reacciones que se nos presenten como dato, para que al sumar todas ellas nos quede la reacción a la que debemos llegar, que es aquella de la que hay que calcular su entalpía. Para ello, seguimos los siguientes pasos:

  1. IMPRESCINDIBLE: todas las reacciones deben estar debidamente ajustadas ANTES de empezar a hacer nada más.
  2. Si en una reacción “dato” una sustancia está como reactivo y en la reacción “problema” está como producto, hay que dar la vuelta a la reacción “dato”. Su entalpía cambiará de signo.
  3. De igual manera, si en una reacción “dato” una sustancia está como producto y en la reacción “problema” está como reactivo, hay que dar la vuelta a la reacción “dato”. Su entalpía también cambiará de signo.
  4. Los coeficientes estequiométricos deben ser los mismos en ambas reacciones: si en la reacción “problema” de un reactivo (o producto) hay 5 moles y en la reacción “dato” hay 1 mol de dicha sustancia, tendremos que multiplicar esta reacción por 5. Su entalpía también hay que multiplicarla por este número.
  5. Cuando ya hayamos acabado de transformar las reacciones “dato”, hay que sumarlas, teniendo en cuenta que determinadas sustancias aparecen unas veces como reactivo y otras como producto, por lo que se eliminan totalmente (no queda nada de ellas a ningún lado de la reacción) o parcialmente (queda esta sustancia, en menor cantidad, sólo en un lado).
  6. Si sumando todas las reacciones “dato” obtenemos la reacción “problema”, la entalpía de ésta será la suma de las entalpías de las reacciones “dato”.

Un ejemplo

 

Se nos pide hallar la entalpía de la reacción Zn + \frac{1}{2} O_2 \rightarrow ZnO, a partir de las siguientes reacciones:

  • \not{H_2SO_4} + ZnO \rightarrow ZnSO_4 + H_2O (ΔH = -210 KJ/mol)
  • H_2SO_4 + Zn \rightarrow ZnSO_4 + H_2 (ΔH = -335 KJ/mol)
  • 2 H_2 + O_2 \rightarrow 2 H_2O (ΔH = -571 KJ/mol)

Si llamamos a cada reaccion, respectivamente A, B, C y D, tendremos que:

  1. Zn, en la reacción A, es un reactivo, y en C también (no hay que dar la vuelta a la reacción). Además, en A el coeficiente estequiométrico de Zn es 1, y en C también (no hay que multiplicar ni dividir la reacción C). Por lo tanto, dejamos C tal y como está.
    H_2SO_4 + Zn \rightarrow ZnSO_4 + H_2 (ΔH = -335 KJ/mol)
  2. O2, en la reacción A, es un reactivo, y en D también (no hay que dar la vuelta a la reacción). Sin embargo, en A el coeficiente estequiométrico de O es 1/2 y en D es 1, por lo que hay que dividir la reacción D entre 2. Su entalpía también irá dividida entre 2.
    H_2 + \frac{1}{2} O_2 \rightarrow H_2O (ΔH = -285,5 KJ/mol)
  3. ZnO, en la reacción A es un producto, y en la reacción B es un reactivo (hay que dar la vuelta a la reacción). En ambos casos, el coeficiente estequiométrico de ZnO es 1, por lo que no hay que multiplicar ni dividir. Por lo tanto, hay que dar la vuelta a la reacción B, y cambiar el signo de la entalpía.
    ZnSO_4 + H_2O \rightarrow H_2SO_4 + ZnO (ΔH = +210 KJ/mol)
  4. Sumamos todas las reacciones, y comprobamos que obtenemos la ecuación problema.
  • H2SO4 + Zn -> ZnSO4 + H2
  • H2 + 1/2 O2 -> H2O
  • ZnSO4 + H2O -> H2SO4 + ZnO

¿Porqué se tachan ciertas sustancias?

  • H2SO4 se encuentra como reactivo en la primera reacción y como producto en la segunda: se elimina.
  • ZnSO4 se encuentra como producto en la primera reacción y como reactivo en la tercera: se elimina.
  • H2 se encuentra como producto en la primera reacción y como reactivo en la segunda: se elimina.
  • H2O se encuentra como producto en la segunda reacción y como reactivo en la tercera: se elimina.

Las sustancias que no se eliminan son Zn y O2 (reactivos) y ZnO (producto), por lo que la reacción “suma” de las tres anteriores es igual a la reacción problema:

Zn + 1/2 O2 -> ZnO

Por lo que su entalpía será la suma de las entalpías de esas tres reacciones: ΔH = -335-285,5+210 = -410,5 KJ/mol

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