Diferencia entre cambio físico y químico

Diferencia entre cambio físico y químico

Dada la importancia de la ciencia en nuestra vida, es necesario dar respuesta a la diferencia entre cambio físico y químico. Las ramas científicas encargadas de abarcar estas disimilitudes actúan conjuntamente elaborando multitud de teorías al respecto. El objetivo es entender cada factor para encontrarle una utilidad práctica que valide el tiempo y esfuerzo invertido en su estudio. En el siguiente artículo de GEOenciclopedia entenderás sus características, utilidades y la diferencia entre cambio físico y químico.

El conflicto para establecer los límites entre cambios físicos y químicos

No existe un límite bien definido para separar los cambios físicos y químicos de la materia. Esto ocurre con frecuencia cuando se intenta abstraer la complejidad de la realidad y encasillarla en la simpleza de la clasificación. De esa manera, procesos que a priori podemos clasificar dentro de un cambio físico reciben la consideración de cambio químico.

Un ejemplo de esto sería la concepción del grafito y el diamante que, aun compartiendo la misma composición y disposición para reaccionar con el oxígeno, tienen estructuras muy diferentes. A pesar de ello, la transformación alotrópica del grafito a diamante se considera un cambio químico. A su vez, la vaporización del diamante se considera un cambio físico, aun cuando la transformación estructural es más notable que en el primer caso.

Lo mismo ocurre si comparamos la sublimación del agua con la desnaturalización de las proteínas de la clara de huevo. El primer caso se considera cambio físico a pesar de las modificaciones en propiedades como la densidad. Mientras, desnaturalización de las proteínas se considera un cambio químico obviando el hecho de que la ruptura de los enlaces de hidrógeno y la secuencia atómica es la misma.

De esta manera, se comparan las sustancias para, a través de una concepción humana, determinar su repercusión y esclarecer la diferencia entre cambio físico y químico. Esta construcción no es perfecta y por ello surgen excepciones o incongruencias como las ya expuestas. Además, la correcta interpretación de ambos conceptos requiere una comprensión de estos a distintas escalas, es decir, a nivel macroscópico, microscópico y simbólico.

Por consiguiente, se visualizan las diferencias entre cambios físicos y químicos como una herramienta que persigue facilitar el estudio de los procesos que afectan a la materia. Mientras que las cuestiones de la química o la física cuántica se dejan en un segundo plano hasta que los conceptos más elementales se interioricen. Sin embargo, conviene recordar que la diferencia entre cambio físico y químico es compleja. Por tanto, los cambios físicos y químicosno deben considerarse como realidades totalmente independientes.

Qué es un cambio químico

El concepto de cambio químico se entiende a partir de las reacciones químicas. En ellas, los elementos químicos que forman las sustancias no varían, pero si lo hace la asociación química, obteniéndose un compuesto diferente. Este nuevo producto puede obtenerse por una mezcla de varios o por la evolución de una única sustancia, como ocurre con la descomposición térmica del azúcar. De esta forma, se puede definir cambio químico como una transformación en la que la sustancia inicial interactúa con otros elementos químicos o compuestos, o incluso por sí sola, para convertirse en una sustancia nueva. Este nuevo producto tendrá propiedades diferentes en comparación con sus antecesores.

Sin embargo, y como se ha visto en el caso del diamante, diferencias estructurales pueden caer dentro de la definición de cambio químico. Por ello, está bastante extendida la idea de que los cambios químicos producen modificaciones en las propiedades específicas. Aunque ya se ha visto que, en el caso de la sublimación del agua, la propiedad específica conocida como densidad cambia y aun así se considera un cambio físico.

Por tanto, la diferencia entre cambio físico y químico sigue siendo difícil incluso tras la aceptación del modelo atómico de Dalton, sobre todo en procesos como las disoluciones, fabricación de vidrio, aleaciones, etc. Para simplificarlo, aceptamos que durante el cambio químico los elementos permanecen y lo que varía es la distribución de los átomos y iones a través de diversos enlaces químicos en respuesta a las circunstancias del ambiente de formación.

Ejemplos de cambios químicos de la materia

Por ejemplo, la oxidación del cobre se produce porque el metal interactúa con el oxígeno del aire. Los elementos químicos siguen siendo los mismos, pero la distribución atómica ha cambiado tal como se observa en la reacción. Además, esta reacción química nos coloca el cobre metálico como una sustancia inicial de color rojizo, mientras que su producto es de color verde. Esta variabilidad del color es una evidencia de cambio químico a nivel macroscópico.

2Cu(s) + O2(g) → 2 CuO(s)

Algunos cambios químicos conllevan la expulsión de varios productos. De esta manera, la reacción química entre el zinc (Zn) y el ácido clorhídrico produce cloruro de zinc e hidrógeno. Ambos productos poseen manifestaciones físicas distintas, ya que uno es una sal y el otro un gas. Sin embargo, ha de considerarse cambio químico ante la evidente redistribución atómica y las diferencias contrastables de las propiedades entre reactivos y productos.

Zn(s) + 2 HCl (ac) → ZnCl2 + H2 (g)

En este artículo encontrarás más Ejemplos de cambios químicos de la materia.

Qué es un cambio físico

Los cambios físicos de la materia se manifiestan a través de una variación de su forma, volumen o estado sin alterar su identidad química. Son transformaciones muy evidentes a nivel macroscópico, pero también tienen su consideración microscópica a través de la física cuántica. A esta escala de observación, las partículas de una sustancia sólida presentan un estado de agregación muy firme, donde solo pueden vibrar desde su posición de equilibrio. En cambio, en el estado de agregación de un gas, las partículas pueden dispersarse con libertad.

Ejemplos de cambios físicos de la materia

Algunos componentes pueden contraerse o dilatarse, es decir, cambiar su volumen en función de la temperatura. Este es el funcionamiento de los termómetros de mercurio, donde el líquido es muy sensible a los cambios térmicos y se dilata de manera directamente proporcional. De esta manera puede subir por un pequeño capilar indicando la temperatura exacta del sujeto.

Así mismo, las partículas de los gases se dispersan al aumentar la temperatura, por lo que la densidad del compuesto disminuye sustancialmente. El contraste de densidades entre los distintos materiales hace que el más liviano se eleve. Gracias a ello, los globos aerostáticos pueden desplazarse en la vertical, ya que, al calentarse el gas de su interior, este se vuelve menos denso que el aire.

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Diferencias entre cambios físicos y químicos de la materia

Comparando los ejemplos de los apartados anteriores, se puede determinar que la diferencia entre cambio físico y químico radica en la naturaleza de la sustancia. Por tanto, el cambio químico implica una redistribución de los elementos químicos que deriva en la formación de un nuevo compuesto. Mientras, los cambios físicos de la materia excluyen las variaciones composicionales de las sustancias.

Sin embargo, existen algunas excepciones a la norma que dificultan su estudio y que hacen palpable la complejidad de la naturaleza. La física y química son disciplinas científicas complementarias que pretenden dar respuesta a estos procesos, aun cuando en muchos casos no se pueden probar experimentalmente y hemos de conformarnos con modelos teóricos.

En cualquier caso, los cambios químicos y físicos de la materia están íntimamente relacionados entre sí y sus escalas de observación comprenden varias perspectivas a considerar. En ocasiones, los límites entre unos y otros pueden difuminarse y no se sabe con exactitud cuál de los dos determina la dinámica del otro. Lo que es seguro es que la ciencia seguirá avanzando en esa línea de pensamiento para descubrir la esencia de la materia.

Ahora que ya conoces la diferencia entre cambio físico y químico, te invitamos a leer este artículo de GEOenciclopedia sobre las Propiedades generales de la materia.

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Bibliografía
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  • Universidad Nacional de Colombia. 2016. Diseño de una propuesta metodológica apoyada en las TICs, que contribuya a la enseñanza de los cambios químicos de la materia desde un enfoque experimental. Disponible en: https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/58016