Hasta aquí hemos estudiado los cambios en el movimiento de los objetos (mecánica) y las relaciones cuantitativas entre cambios mecánicos y no mecánicos (trabajo, calor y principio de conservación de la energía). Ahora vamos a estudiar cambios en los que desaparecen unas sustancias y aparecen otras nuevas, con propiedades distintas. Se trata de los cambios químicos.
¿Qué interés puede tener estudiar los cambios en que desaparecen unas sustancias y se producen otras sustancias nuevas?
La comprensión y el control de los cambios químicos puede permitirnos producir sustancias con unas propiedades útiles (como pinturas, medicamentos, plásticos, semiconductores, abonos, nuevos materiales, ...) o evitar la desaparición de sustancias valiosas (prevenir la corrosión de los metales, por ejemplo) o la aparición de sustancias tóxicas y contaminantes (como los gases responsables de la lluvia ácida o del calentamiento de la atmósfera).
En otros casos, las reacciones químicas pueden ser utilizadas para realizar trabajo y/o calor sobre otros sistemas y producir cambios mecánicos o eléctricos (motores de gasolina, baterías, ..). En definitiva, si miramos a nuestro alrededor es difícil encontrar algún objeto que no haya sufrido cambios químicos para llegar al estado en que lo vemos. Incluso, por supuesto, en nuestro propio cuerpo se producen miles de reacciones químicas continuamente que hacen que estemos vivos y sanos, es decir, que “funcionemos” adecuadamente. La bioquímica busca comprender y controlar las reacciones químicas que ocurren en los seres vivos, lo que permite, entre otras cosas, luchar contra muchas enfermedades.
A.1. ¿Qué podemos hacer para avanzar en nuestra comprensión acerca de la naturaleza de los cambios químicos, de cómo se producen?
Los distintos materiales que podemos encontrar a nuestro alrededor (sólidos, líquidos o gaseosos) tienen unas propiedades que son comunes a todos ellos (como masa, volumen, carga eléctrica) y otras propiedades que son diferentes (temperaturas de fusión y de ebullición, conductividad térmica y eléctrica, elasticidad, forma de reaccionar con los ácidos, color, ...). Explicar cómo es posible que aparezcan y desaparezcan sustancias (el cambio químico) exige, en primer lugar, que expliquemos a qué se deben las propiedades de los materiales, tanto las comunes a todos, como las diferentes. Esto conduce a la cuestión de cómo son los materiales “por dentro”, qué es lo que hace que tengan al mismo tiempo unas propiedades comunes y otras diferentes. Si comprendemos cómo son las sustancias por dentro, podremos dar el paso siguiente y plantearnos qué puede ocurrir en una reacción química para que aparezcan sustancias que no estaban al principio y desaparezcan (del todo o en parte) sustancias que estaban presentes.
Así, pues, en este tema nos vamos a plantear: ¿Cómo son los materiales por dentro? ¿Por qué existe una diversidad tan grande de materiales? ¿Cómo pueden desaparecer y crearse en las reacciones químicas?
Sobre estas cuestiones ya tenéis algunos conocimientos. La mayoría de las personas “saben” que los materiales de los que están hechos los objetos están formados por partículas muy pequeñas llamadas átomos y moléculas. Sin embargo, es muy probable que no puedan justificar por qué estamos totalmente seguros de su existencia. Esta situación es lógica, pues no es evidente que los objetos estén formados por átomos y moléculas. Incluso, parece mas bien lo contrario: que los objetos se puedan cortar en trozos más y más pequeños hasta un límite que sólo viene impuesto por el grosor del instrumento cortante. Parece que la materia es “continua” y no que esté formada por partículas indivisibles.
Aristóteles frente a Demócrito
El triunfo de Demócrito. Los materiales están hechos de partículas.
En la primera parte de este tema trataremos de justificar por qué creemos en la existencia de átomos y moléculas. Una vez establecida dicha existencia, en la segunda parte, desarrollaremos algunas de las consecuencias de la hipótesis atómico-molecular que han hecho posible la comprensión y el control de los cambios de unas sustancias en otras (las reacciones químicas).