Transformaciones físicas y química.

En un sistema material, pueden producirse diversas modificaciones, a las cuales clasificamos como transformaciones físicas y transformaciones químicas. Desde el punto de vista de la constitución de la materia, diremos que una transformación física es aquella en la cual, la constitución de las moléculas de las sustancias que intervienen, no varía. Es decir que se mantienen las uniones químicas entre los atomos que constituyen las sustancias del sistema. Así fraccionar en trozos un sólido, fundirlo, volverlo a solidificar, son transformaciones físicas.

En tanto que diremos que se produce una transformación química, cuando la constitución de las moléculas de la sustancia que forman el sistema, varia. Así al calentar un trozo de carbonato de calcio, hasta que se obtiene un residuo blanco de óxido de calcio, habiéndose desprendido un gas que es dióxido de carbono, es una transformación química.

Desde el punto de vista experimental, podemos decir que toda transformación física es reversible. Esto quiere decir, que variando la causa que produce la transformación, esta puede realizarse en sentido inverso. Se obtendrá como producto final, un sistema con las mismas propiedades intensivas originales. Por ejemplo si calentamos un trozo de hielo, este funde, si enfriamos el agua líquida obtenida, esta se solidifica originando nuevamente hielo. En tanto cuando se produce una transformación química, no basta con eliminar la causa que lo produjo para que la transformación se detenga e incluso se invierta.

Por ejemplo, si calentamos un trozo de hulla, que es carbón fósil, en presencia de oxígeno, llega un momento en que el carbono se combina con el oxígeno y produce dióxido de carbono; simultáneamente van formándose las cenizas como residuo solido de la combustión de la hulla y otros productos que no es el caso detallar. Si enfriamos el sistema, no recuperamos la hulla que entro en combustión, ni liberaremos el oxígeno que se había combinado con el carbono. Podemos concretar las principales características experimentales de las transformaciones físicas y químicas en el siguiente cuadro comparativo.

Transformaciones físicas.

Las sustancias que constituyen el sistema son las mismas antes, durante y después de la transformación.

La transformación puede repetirse indefinidamente con la misma cantidad de sustancia, previa transformación inversa.

La alteración de las propiedades intensivas es transitoria.

 

Transformaciones químicas.

Las sustancias que constituyen el sistema original, no son las mismas que las que constituyen el sistema después de la transformación.

La transformación puede realizarse una sola vez con la misma cantidad de sustancia.

La alteración de las propiedades intensivas es permanente.

 

Fenómenos físicos que producen fenómenos químicos.

Temperaturas del orden de 1000º a 2000ºC, son tan grandes que pueden cambios químicos, las energías requeridas para producir cambios químicos son del orden de 10000 a 100000 calorías [1]. Algunos sistemas de transformaciones químicas requieren el uso de presiones de 100000 atmosferas para poder inyectar energías elevadas del orden de 10000 a 100000 calorías. Como regla general el incremento de la temperatura incrementa la tasa de la reacción química y el aumento de la presión en una reacción gaseosa aumentará el número de colisiones entre los reactivos, aumentando la velocidad de reacción. La velocidad de las reacciones en gases aumenta  significativamente con la presión, lo que equivale a aumentar la concentración del gas. Para las reacciones en fase condensada, como los sólidos y líquidos, la dependencia en la presión es chica y aumenta cuando la presión es muy alta.

Existen sistemas técnicos en los que se pueden obtener presiones del orden de 200000 atmosferas con temperaturas tan altas como 2500ºC y temperaturas del orden de 10000ºC se obtienen en tiempos de pocos segundos del orden de 1 a dos segundos, estos sistemas se utilizan en el campo de la química y metalurgia, que es la técnica de obtención y tratamientos de metales.

Un profundo cambio físico y  o químico se produce en las rocas, las rocas metamórficas surgen de la transformación de los tipos de rocas existentes, en un proceso llamado metamorfismo, que significa un  cambio de forma, la roca original o protolito, se somete a una temperatura mayor de 150 a 200°C y presiones de 1480 atmosferas.

 

Fenómenos naturales.

Vemos continuamente que las sustancias pueden experimentar cambios bajo la influencia de causas diversas como el calor, la luz, la electricidad, la presión: el agua se evapora o se hiela, el hierro se cubre de herrumbre, las plantas crecen, los alimentos son digeridos, el papel, la madera y el carbón en la estufa arden al contacto de un fosforo encendido y se transforman en gases  y cenizas. Estos cambios y modificaciones en el estado de los cuerpos son llamados fenómenos naturales.

El siguiente ejemplo es la representación esquemática del flujo de nitrógeno a través del medio ambiente. La atmósfera es la  reserva natural más importante  de nitrógeno, formando hasta un 78 %  de los gases de la misma. Ya que  los seres vivos no pueden utilizar el nitrógeno atmosférico para transfórmalos en aminoácidos y otros compuestos nitrogenados, usan el nitrógeno presente en los minerales del suelo. El hecho de existir gran cantidad de nitrógeno en la atmósfera, hay una escasez de nitrógeno en el suelo, siendo un factor limitante para el desarrollo de los vegetales.

El flujo de circulación de nitrógeno a través del medio orgánico y el medio físico se denomina ciclo del nitrógeno representándose en forma esquemática en el siguiente dibujo,

 

 

 

Referencias.

[1] High Pressure Methods , H. Tracy Hall  Brigham Young University, Provo, Utah

 

 

 

 

 

 

Eduardo Ghershman, 4.7.2014

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