Síntesis Química: Definición, función y ejemplos

¿Qué es la síntesis en química?

La palabra síntesis se refiere a la formación de nuevos elementos mediante la combinación de elementos o componentes. La definición de síntesis química introduce el concepto de crear nuevas sustancias provocando un cambio químico en los materiales de partida. Una síntesis química implica reacciones químicas, que son procesos donde los químicos reaccionan para formar nuevas sustancias. La combinación de dos o más materiales da lugar a la producción de un nuevo material. Esta es una analogía adecuada para la síntesis química: un carro se fabrica mediante la combinación de una cesta y ruedas, de forma similar a cómo muchos compuestos químicos se fabrican mediante la combinación de otras sustancias químicas. La Figura 1 muestra una ilustración básica de la síntesis química; Dos elementos diferentes reaccionan para producir un nuevo elemento.

La mayoría de los compuestos químicos que se utilizan en el día a día no se encuentran de forma natural tal como están; se forman mediante la reacción de varios otros compuestos químicos. El amoníaco, que es uno de los aditivos fertilizantes más importantes gracias a su alto contenido de nitrógeno, se sintetiza químicamente en el Proceso Haber, que es un proceso de síntesis química que hace reaccionar hidrógeno con nitrógeno para formar amoníaco. Muchos otros compuestos químicos se producen mediante síntesis química. Este proceso hace posible la producción de una gran cantidad de productos químicos.

Cómo hacer síntesis química

La síntesis química se lleva a cabo agregando dos o más sustancias y dejándolas reaccionar. Una reacción química ocurre cuando los materiales de partida se transforman en nuevos materiales. Las reacciones químicas involucran los siguientes elementos:

• Reactivos, que son sustancias químicas que se utilizan como materiales de partida. Su composición química se altera durante una reacción.
• Productos, que son sustancias químicas que se generan en la síntesis química. Se originan a partir de los reactivos.

Los reactivos se convierten en productos rompiendo sus enlaces químicos y reorganizando sus átomos de una manera nueva. La síntesis química puede tener otros elementos secundarios que pueden resultar imprescindibles en algunos casos. Esos elementos secundarios se resumen en lo siguiente:

• Catalizadores, que son compuestos químicos que no se consumen en las reacciones; se utilizan para acelerar la reacción. Posteriormente se recuperan ya que ellos mismos no sufrieron ningún cambio químico. Algunas reacciones no ocurrirán a menos que se use un catalizador. Los catalizadores sirven para aumentar la velocidad de la reacción reduciendo la energía de activación. Velocidad de reacción significa la velocidad a la que una reacción avanza hasta completarse. La energía de activación es la energía mínima necesaria para activar los átomos de los reactivos para que puedan convertirse químicamente en productos. Al reducir la energía de activación con un catalizador, los reactivos se transforman en productos con una energía aún menor. En consecuencia, esto aumenta la velocidad de la reacción.
• Reactivos, que son sustancias químicas que se utilizan para iniciar reacciones químicas o detectar la presencia de otras sustancias. Los reactivos pueden o no consumirse en las reacciones.

La síntesis química se puede presentar mediante un diagrama que comunique claramente el material de partida y los productos finales; Estos diagramas se denominan ecuaciones químicas. En la Figura 2 se presenta un ejemplo de tales ecuaciones.

Las ecuaciones químicas usan flechas para mostrar hacia dónde se dirige la reacción. La Figura 2 muestra un ejemplo de una reacción directa, donde los reactivos se consumen por completo y se forman productos. Cabe señalar que los caracteres del lado izquierdo de las ecuaciones son siempre los reactivos y que los caracteres del lado derecho son siempre los productos. La naturaleza de la reacción se representa mediante la flecha. Las reacciones reversibles se presentan mediante flechas dobles {eq}\rightleftharpoons {/eq}.

{eq}A + B \rightleftharpoons C + D {/eq}

Las ecuaciones químicas con flechas dobles son un ejemplo de síntesis química reversible, donde los reactivos (A y B) se pueden reformar. Esta doble flecha muestra que la velocidad de formación de la producción es igual a la velocidad de reformación de los reactivos; en otras palabras, la síntesis química está en equilibrio.

El papel de la síntesis química

Muchos compuestos químicos que se utilizan en la vida cotidiana se han descubierto mediante síntesis química. Observar cómo reaccionan dos o más sustancias químicas ha abierto la puerta a la producción de muchas sustancias químicas diferentes. La síntesis química juega un papel importante en la producción en masa de diversos compuestos químicos únicos que se utilizan industrial, comercial y residencial. La mayoría de los productos químicos utilizados no se encuentran tal como se encuentran en la naturaleza; se fabrican sintéticamente mediante reacciones químicas. A continuación se muestran algunos ejemplos de productos de síntesis química importantes y cómo se sintetizan.

• La síntesis de óxido de aluminio {eq}Al_2O_3 {/eq}.
• La síntesis de cal apagada, hidróxido de calcio {eq}Ca(OH)_2 {/eq}.

El óxido de aluminio {eq}Al_2O_3 {/eq} es un óxido químico importante que se utiliza como retardante de fuego y humo. Este compuesto químico también se utiliza en otras aplicaciones, incluida la producción de cerámica. El óxido de aluminio se sintetiza calentando un mineral rico en hidróxido de aluminio {eq}Al(OH)_3 {/eq} a temperaturas muy extremas, como 1100 {eq}^{\circ} {/eq}C.

{eq}Al(OH)_{3} ​​\rightarrow Al_2O_3 + 3H_2O {/eq}

Este tipo de síntesis química utilizó solo un reactivo. Este reactivo se transformó en productos tratándolo con calor. No es necesario tener al menos dos reactivos en todas las reacciones. Algunas reacciones utilizan solo un reactivo.

La cal apagada, que es hidróxido de calcio, {eq}Ca(OH)_2 {/eq}, se sintetiza haciendo reaccionar cal viva, óxido de calcio y agua, como se muestra en la ecuación.

{eq}CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 {/eq}

La cal apagada tiene diversos usos industriales. Se utiliza como reactivo en la fabricación de papeles Kraft, que se utilizan como bolsas de papel. También se utiliza en el tratamiento de aguas residuales y en yesos y morteros.

Ejemplos de síntesis química

Un ejemplo de síntesis en química implica la combinación de materiales de partida para producir nuevos materiales. La síntesis química también puede ocurrir usando un solo material. Las siguientes subsecciones analizan algunos de los ejemplos comunes de productos de síntesis química y cómo se sintetizan. Esos ejemplos incluyen:

• La síntesis de moléculas de azúcar.
• La síntesis de colorantes azoicos.

La síntesis química de las moléculas de azúcar.

El cuerpo humano utiliza moléculas de azúcar para obtener energía. La glucosa es una molécula de monosacárido simple que el cuerpo utiliza para obtener energía. Las moléculas de disacárido, como la sacarosa, se producen mediante síntesis química mediante la deshidratación de dos moléculas de monosacárido, como se muestra en la Figura 5. La sacarosa se produce a partir de la reacción de la glucosa con la fructosa, que también es una molécula de azúcar monosacárido. La sacarosa también se utiliza como fuente de energía en el cuerpo. También se sintetiza en las fábricas para poder utilizarlo como edulcorante en bebidas y dulces.

Esta síntesis química implica lo siguiente:

• Reactivos: Una molécula de glucosa y una molécula de fructosa.
• Productos: Una molécula de sacarosa.

La síntesis química de los colorantes azoicos.

Los colorantes azoicos son colorantes sintéticos que se producen únicamente mediante síntesis química. No ocurren naturalmente. Los colorantes azoicos se producen mediante la reacción de dos anillos aromáticos que se unen con un átomo de nitrógeno, como se muestra en la Figura 6. Los anillos aromáticos son anillos de carbono cíclicos que contienen enlaces dobles y simples alternos. Los colorantes azoicos se utilizan en diversas aplicaciones. Se utilizan para conseguir un determinado pigmento en ropa, seda, etc. Se utilizan principalmente en cosmética, textiles, pinturas y en la industria gráfica.

Esta síntesis química implica lo siguiente:

• Reactivos: Dos anillos aromáticos unidos a un átomo de nitrógeno, Ar-N.
• Productos: Colorante azoico, Ar-N=N-Ar.

Resumen de la lección

Una síntesis química es un proceso en el que los materiales de partida se modifican químicamente y se convierten en nuevos materiales. La síntesis química implica reacciones químicas, donde los átomos de los materiales de partida se reordenan de forma diferente para producir nuevos materiales. Los elementos de las reacciones químicas son:

• Reactivos, que son sustancias que se utilizan como materiales de partida para producir nuevas sustancias químicas.
• Productos, que son sustancias que se forman a partir de los reactivos.

Algunas reacciones requieren catalizadores, que se utilizan para aumentar la velocidad de reacción y hacer que la reacción avance más rápido. A veces se utilizan reactivos para iniciar reacciones químicas. La síntesis química implica hacer reaccionar dos químicos diferentes para producir nuevos productos, esto se presenta a través de ecuaciones químicas. La síntesis química es muy importante y crucial porque ha hecho posible la producción de varios compuestos. Especialmente aquellos que no se producen de forma natural. En muchas industrias se producen compuestos únicos a gran escala, que luego se utilizan en diversas aplicaciones. Un ejemplo de síntesis química es la producción de sacarosa a partir de dos moléculas de monosacáridos.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador