Ley de conservación de la materia en combustión, ebullición, oxidación y fusión

Definición: reacción química en la que una sustancia (combustible) reacciona con el oxígeno ext{O}_2 liberando energía (calor y luz) y formando nuevos productos.

Ejemplo cotidiano: quemar gas natural ext{CH}_4 en la hornilla de la cocina.

Esquema de la reacción:

\text{CH}_4(g) + 2\,\text{O}_2(g) \longrightarrow \text{CO}_2(g) + 2\,\text{H}_2\text{O}(g) + \text{energía}

Verificación de la conservación de la materia:

1. Átomos antes: 1\,\text{C}, 4\,\text{H}, 4\,\text{O}.
2. Átomos después: 1\,\text{C}, 4\,\text{H}, 4\,\text{O}.
3. Como hay el mismo número de átomos de cada elemento, la masa se conserva: m_{\text{CH}_4} + 2\,m_{\text{O}_2} = m_{\text{CO}_2} + 2\,m_{\text{H}_2\text{O}}.
4. Es una reacción química: cambia la identidad de las sustancias (nacen ext{CO}_2 y ext{H}_2\text{O}), pero no cambia la masa total.

Definición: cambio de estado físico en el que el líquido pasa a vapor al absorber calor; ocurre a temperatura constante (punto de ebullición).

Ejemplo cotidiano: hervir agua en una olla; el vapor que escapa se condensa y vuelve a ser agua en el techo o en la tapa.

Esquema:

\text{H}_2\text{O}(l) + \text{calor} \longrightarrow \text{H}_2\text{O}(g)

1. La ebullición es un cambio FÍSICO: no se forman sustancias nuevas.
2. Las moléculas de agua son las mismas antes y después, solo se separan más.
3. Si se recoge todo el vapor en un recipiente cerrado y se vuelve a pesar, la masa es idéntica: m_{\text{H}_2\text{O}(l)} = m_{\text{H}_2\text{O}(g)}.

Definición: reacción química en la que un elemento o compuesto pierde electrones al reaccionar con oxígeno, formando óxidos (a menudo acompañada de corrosión o herrumbre).

Ejemplo cotidiano: la oxidación (corrosión) del hierro de una verja al aire húmedo, que aparece cubierta de óxido anaranjado (herrumbre).

Esquema:

4\,\text{Fe}(s) + 3\,\text{O}_2(g) \longrightarrow 2\,\text{Fe}_2\text{O}_3(s)

1. Átomos antes: 4\,\text{Fe}, 6\,\text{O}.
2. Átomos después: 4\,\text{Fe}, 6\,\text{O}.
3. El óxido resultante pesa más que el hierro original, pero la diferencia proviene del oxígeno del aire incorporado: m_{\text{Fe}} + m_{\text{O}_2 \text{absorbido}} = m_{\text{Fe}_2\text{O}_3}.
4. Es reacción química: se pierde el metal brillante y aparece un compuesto nuevo.

Definición: cambio de estado físico en el que el sólido pasa a líquido al absorber temperatura, sin formar sustancias nuevas.

Ejemplo cotidiano: derretir hielo en el vaso o derretir chocolate al baño María.

Esquema:

\text{H}_2\text{O}(s) + \text{calor} \longrightarrow \text{H}_2\text{O}(l)

1. La fusión es un cambio FÍSICO: cambia la estructura, no la identidad de la sustancia.
2. El hielo y el agua líquida son la misma sustancia: ext{H}_2\text{O}.
3. Pesa lo mismo antes y después: m_{\text{hielo}} = m_{\text{agua}}.
4. Si el recipiente está cerrado, ninguna molécula se pierde ni aparece.

Cuadro resumen

Conclusión: En los cuatro procesos, sean cambios físicos o químicos, la ley de la conservación de la materia se cumple: la masa total de los reactivos o del material inicial es igual a la masa total de los productos o del material final.