Fenómenos químicos

¿Qué son los fenómenos químicos?

Los fenómenos químicos son procesos termodinámicos que comprenden una serie de reacciones químicas que se presentan en la vida diaria. Si bien es cierto que las reacciones químicas pueden estudiarse o realizarse dentro de un laboratorio, los fenómenos químicos se aprecian en cualquier lugar; al aire libre, en las nubes, en nuestros organismos o en la misma cocina.

Algunos ejemplos de cambios químicos son quemar madera o papel, digerir comida, cocinar un huevo, la oxidación del hierro, hornear un pastel, la pudrición de una fruta, asar carne, la explosión de fuegos artificiales, entre otros.

Es fácil reconocer los fenómenos químicos, aunque no se hallan aislados, sino en conjunto con cambios físicos (o biológicos). Se dice que ha ocurrido un fenómeno químico cuando se observa un incremento de la temperatura, liberación de gases, iluminación repentina, formación de precipitados, o cambios de olor, color o textura.

No obstante, todos los fenómenos químicos comparten en común la transformación en la identidad de la materia, el rompimiento de enlaces para establecerse otros nuevos, la desaparición de reactivos para generarse productos.

Un “simple” fenómeno químico puede englobar o encasillar un número vasto de reacciones químicas que obedezcan uno o más mecanismos. Esto ocurre particularmente cuando cocinamos, quemamos algo o comemos, así como en procesos bioquímicos interesantes como la bioluminiscencia.

Características de los fenómenos químicos

– La materia se transforma. Los enlaces químicos se rompen y se forman nuevos, lo que genera la creación de nuevas sustancias. Los reactivos se convierten en productos con propiedades físicas y químicas diferentes.

– La masa se conserva. En un fenómeno químico, la masa total de los reactivos es igual a la masa total de los productos, en virtud de la ley de conservación de la masa (Lavoisier).

– Cambio energético. Implican un intercambio de energía. Puede liberarse energía (reacciones exotérmicas) o absorberse (reacciones endotérmicas).

– Hay irreversibilidad, generalmente. En muchos casos, los fenómenos químicos no son fácilmente reversibles. Una vez que las sustancias reaccionan, es difícil que vuelvan a su estado original, aunque hay excepciones en reacciones reversibles.

– Reordenamiento atómico. Los átomos de los reactivos se reordenan para formar nuevas estructuras en los productos.

– Cambios en las propiedades físicas. Las nuevas sustancias formadas suelen tener propiedades físicas distintas, como densidad, punto de fusión o ebullición.

– Cambios perceptibles. Los fenómenos químicos usualmente se acompañan de procesos observables, como cambios de color, liberación o absorción de gases, formación de precipitados o emisión de luz y calor.

Ejemplos de fenómenos químicos

• Cristalización de minerales. Si bien no todos los mecanismos de cristalización de minerales son estrictamente fenómenos químicos, sí lo son cuando proceden a partir de una disolución acuosa, la cual lentamente se va evaporando mientras los iones se agrupan y forman cristales salinos. Las corrientes de agua pueden arrastrar los iones de las rocas a otras regiones, donde finalmente se evapora y dejan un rastro de cristales, como sucede, por ejemplo, en los lagos de sales.
• Combustión. Donde hay fuego, hay una oxidación vigorosa y altamente exotérmica. Al encender la cabeza de una cerilla, esta se quema con el oxígeno del aire para producir óxidos, lo cual no solo se evidencia por el calor, sino también por el cambio de color en la cerilla de rojo a negro. Un incendio es, pues, un fenómeno químico que implica la formación de muchos óxidos, aunque si ocurre en un bosque, selva o montaña, estos constarán casi en su totalidad de monóxido de carbono, así como óxidos de nitrógeno y azufre.
• Lluvia ácida. La lluvia ácida es un fenómeno químico que involucra la hidratación de varios óxidos ácidos gaseosos (NO_x, SO₃, ClO₂, CO₂). Estos óxidos gaseosos, al interaccionar con las gotas de agua de las nubes, se transforman en sus respectivos oxoácidos (HNO₃, H₂SO₄, HClO₃, H₂CO₃), los cuales terminan siendo descargados en la lluvia. Las lluvias ácidas se caracterizan por su alto contenido de HNO₃ y H₂SO₄, afectando los ecosistemas acuáticos, los sembradíos, acidifican el agua de los ríos y deterioran las estatuas de mármol.
• Producción y deterioro del ozono. El ozono de la estratosfera se produce cuando el oxígeno reacciona con la radiación ultravioleta del Sol, y su destrucción natural, aunque por mecanismo distinto, vuelve a regenerar el oxígeno. Sin embargo, hay especies químicas que a causa de la radiación ultravioleta se descomponen en radicales libres que destruyen el ozono, inhibiéndolo de su acción protectora.
• Fermentación. La fermentación es un ejemplo de fenómeno químico porque los microorganismos catalizan reacciones sobre un sustrato orgánico, que por lo general se trata de un alimento, jugo o bebida, para generar un cambio drástico en sus propiedades organolépticas, en especial a lo que respecta a su sabor, como ocurre con la cerveza y el vino.
• Cocinar. Pudiera escribirse un libro sobre todos los fenómenos químicos que tienen lugar al cocinar. Para empezar, el uso del fuego ya implica la desnaturalización de las proteínas que integran los alimentos, su deshidratación y el rompimiento de ciertos enlaces para generar productos que intensifican sus sabores y colores. Hervir un huevo, hornear panes o galletas, freír pollo o carne, preparar café, calentar pasta, aderezar una ensalada con vinagre, fermentar piñas, añadirle limón al pescado para neutralizar sus aminas volátiles, etc., son ejemplos en esencia de fenómenos químicos.
• Caramelización y reacción de Maillard. Otro fenómeno químico particular que ocurre frecuentemente en la cocina es la caramelización. Consiste en quemar parcialmente una disolución azucarada hasta que se torne dorada o marrón, es decir, se detiene justo en el momento en el que esté listo el caramelo. Los azúcares comienzan a deshidratarse por acción del calor para originar un compendio de moléculas, algunas pequeñas (furanona y maltol), gracias a las cuales el caramelo posee su olor característico; otras poliméricas (caramelina y caramelano), responsables de los colores del caramelo. Cuando los azúcares están acompañados además de proteínas, ocurre la reacción de Maillard, donde ahora los azúcares reaccionan con los grupos aminos de estas. Nuevamente, es típico observar el fenómeno químico que involucra tal reacción en el horneado de galletas o bizcochos, en la preparación de cervezas, en la fritura de tocinos, en el dorado de las carnes, en el asado del pollo, en el tostado de los cereales, etc.
• Bioluminiscencia. Finalmente, y no menos importante o curioso, está la bioluminiscencia, donde organismos o criaturas son capaces de generar, mediante la acción de la enzima luciferasa sobre la proteína luciferina, su propia luz. Un claro ejemplo se aprecia en las luciérnagas y sus parpadeos amarillos en medio de la noche.

Referencias

1. Whitten, D., Peck & Stanley. Química. (8va ed.). CENGAGE Learning.
2. Shiver & Atkins. Química Inorgánica (Cuarta edición). McGraw Hill.
3. Chemical Phenomena. Recuperado de sciencedirect.com.
4. Helmenstine, A.M. Examples of Chemical Reactions in Everyday Life. Recuperado de thoughtco.com.
5. Chemical reaction. Recuperado de en.wikipedia.org.