dissabte, 30 de juliol de 2011

Dissolucions iòniques...reaccions químiques o canvi físic?

Davant l'interrogant de qualificar una dissolució aquosa d'un sòlid iònic ( com per exemple la sal comú o NaCl) com un procés de canvi físic o bé un procés de canvi químic, m'he plantejat fer una reflexió al respecte. Fent recerca a la bibliografia de les diferents definicions de reacció química, de dissolució, de canvis físics, etc, he arribat a unes idees clares del que vol dir una dissolució d'una sal en un medi iònic com l'aigua, i el que vol dir que es produeixi un canvi químic. Per tal de compartir-ho amb vosaltres de manera clara, ho he volgut extreure d'aquest espai de publicació en l'elaboració d' aquest document.

Tot i les idees clares que queden paleses a l'anterior document, es genera un dubte latent que està molt ben plantejat en l'apartat teòric de moltes publicacions. Per exemple, el projecte APQUA 10-12, publica a la darrera pàgina:
"...dissoldre sal de cuina...en aigua es classifi
ca com un canvi físic, perquè la sal es pot recuperar si es fa evaporar tota l'aigua. Ara bé, què passa realment quan els ions sodi i els ions clor presents en el clorur de sodi sòlid es dissolen en l'aigua? Els ions se separen i són envoltats per una quantitat específica de molècules d'aigua. En Essència, les combinacions de molècules ió-aigua en la solució no són iguals als ions sodi i clor en la sal de cuina sòlida. Tot i que es forma quelcom nou, encara s'acostuma classificar a les solucions com un canvi físic..."

Segons aquest p
lantejament, sembla que en alguns aspectes la ciència segueix una línia doctrinal en la que algunes coses són així "per que si", encara que el context faci pensar el contrari. Perquè si realment la dissolució provoca un canvi químic, si tal i com hem deduït a classe, les substàncies a la dissolució són diferents respecte al sòlid abans de dissoldre’s, quin motiu porta als científics a establir el procés de dissolució com un canvi físic?
Personalment, a m
i no em convenç l'argument que el sòlid dissolt es pot recuperar escalfant, respecte a les reaccions químiques en que no es recuperen els reactius I dic això, perquè hi ha moltes reaccions químiques que són reversibles, ( sinó no existiria el concepte importantíssim d'equilibri químic). El que passa a aquestes reaccions és, que per donar-se en el sentit contrari a l'habitual, hem de canviar les condicions externes. Per exemple:
la sal de potassi, amb sosa càustica, dóna h
idròxid de potassi:

KCl + NaOH--> K(OH)
sòlid
el qual podem purificar per evaporació

Ara bé, aquesta reacció no és del tot en sentit
directe, és un equilibri i transcorre en tots dos sentits. Si nosaltres afegim al medi de reacció un àcid, aquest neutralitza els anions OH de la sosa (NaOH) que van desapareixent, i la reacció reverteix a l'esquerre tornant a aparèixer la sal de cuina en solució.

Es a dir, que no és una bona explicació dir qu
e una dissolució no és un canvi químic perquè es recuperen els reactius, perquè per fer-ho s'han de variar les condicions externes (augmentant la temperatura per evaporar el líquid), de la mateixa manera que en les reaccions reversibles.
(NOTA: val a dir
, que no totes les reaccions químiques són reversibles, ni molt menys.)

En realitat, jo pe
nso que el punt clau de la qüestió està en si considerem la unió de les dos parts de les molècules iòniques ( en la sal seria Na+ i Cl- ) com un enllaç "químic" pur o no. Observem la definició que fa al respecte la Wikipèdia (treta del Handbook - manual de productes i reaccions químiques d'acceptació internacional):


"...Los
compuestos iónicos forman redes cristalinas constituidas por iones de carga opuesta unidos por fuerzas electrostáticas. Este tipo de atracción determina las propiedades observadas. Si la atracción electrostática es fuerte, se forman sólidos cristalinos de elevado punto de fusión e insolubles en agua; si la atracción es menor, como en el caso del NaCl, el punto de fusión también es menor y, en general, son solubles en agua e insolubles en líquidos apolares como el benceno.[1..."

i la definició d'enllaç iònic feta per W. Kossel:

"...Se denomina enlace iónico al
enlace químico de dos o más átomos cuando éstos tienen una diferencia de electronegatividad de 1,7 ó mayor. Este tipo de enlace fue propuesto por W. Kossel en 1916...."

Si acurem en la
lectura d'aquestes darreres afirmacions, veiem que l'enllaç "iònic" és un tipus una mica especial d'enllaç químic: l'estructura cristalina dels sòlids iònics té aquesta forma:

i la interacció que hi ha entre cada àtom de clor i de sodi és del una interacció electrostàtica del següent tipus:

Des d'aquest punt de vista, tenim sobre el paper ( o millor dit sobre la pantalla) dos opcions científiques molt properes però sensiblement diferents:

  • Kossel defineix l'enllaç iònic entre ions en els cristalls com un enllaç químic, però la comunitat científica sembla que parla de les dues parts de les molècules iòniques ( positives i negatives ) com a entitats estructurals amb identitat pròpia. En aquest sentit, una dissolució trencaria els "pseudoenllaços químics" de les parts positiva i negativa dels ions, però mantenint les estructures moleculars d'ambdues entitats. Partint d'aquesta perspectiva , la dissolució de substàncies iòniques en aigua no seria un procés de canvi químic, sinó físic, en el que les estructures moleculars que donen identitat a les substàncies ( els ions ) es mantenen intactes.
  • Per altra banda, en el cas que el consens científic mantingui un criteri en el que l'enllaç iònic és un enllaç químic que dóna identitat al conjunt NaCl com uns substància diferent química i estructuralment dels ions que resulten en la dissolució ( Na+ i Cl-), la conclusió és que a partir d'un reactiu, una substància concreta amb la seva estructura molecular i propietats químiques, hem obtingut per un procés de dissolució dos noves substàncies arran del trencament d'enllaços químics, amb propietats químiques i estructurals diferents: per definició, hi ha hagut una reacció química.

Aquesta reflexió personal no pretén ser determinista ni adoptar cap posició definitiva, ans al contrari, voldria crear un punt de vista crític i comprensiu del tema que ajudés als docents a entendre una mica més el funcionament de la matèria en aquella dimensió microscòpica a la que, a l’escola, només podem arribar amb la imaginació.

Jordi Bermúdez Mar
tos


3 comentaris:

  1. Javier Pujol Marquina30 de juliol de 2011 a les 2:09

    Muy buen artículo Jordi, felicidades. Comparto tu punto de vista i hace tiempo que pense en la necesidad de llegar a un acuerdo en esta dicotomia. La comunidad científica amenudo es engullida por la relatividad de los significados, i los docentes como nosotros i nuestros alumnos nos vemos sobrepasados por la diversidad de clasificaciones y descripciones. De todos modos, yo aprovecho esta relatividad para ceder el protagonismo a los alumnos, ya que la búsqueda, el contraste i el desarrollo del criterio propio sobre las diferentes informaciones (en un mundo totalmente "infoxicado"), es una de las competencias más útilies en esta sociedad.

    ResponElimina
  2. M'agrada molt el plantejament que fas al document enllaçat. Una manera de descriure dissolucions i reaccions químiques molt interessant.

    ResponElimina
  3. Felicitats, has escrit un article molt il•lustratiu i pedagògic. Com es nota la teva vocació de mestre! M’ha agradat molt llegir-lo i recordar conceptes. Estic d’acord amb tu, la tradició també té el seu pes en la ciència, per a bé i per a mal. En aquest sentit, molts termes científics s’han definit a partir d’experiments que en el seu dia van ser pioners, però que es van realitzar en unes condicions adequades per a ser percebuts directament pels nostres sentits. A mesura que comptem d’eines analítiques més avançades i anem reduïm la nostra escala per a l’estudi de processos més profunds, és lògic que la frontera entre aquests conceptes es vagi difuminant i calgui, fins i tot, revisar-los. La mecànica quàntica, per exemple, és física o és química?... i quina és la diferència entre la física química, i la química física? Doncs precisament això, és una qüestió d'escala, predominantment macroscòpica en el primer cas i atòmica i molecular en el segon.

    Bé, no m’allargo més. El que pretenc dir només és que la terminologia científica es fonamenta en convenis que tenen una major o menor acceptació, amb una història determinada al darrera, però que també són susceptibles de ser adaptats i millorats a mesura que avança el coneixement. El que és important, en tot cas, és entendre bé els fenòmens a que fan referència.

    ResponElimina