Lesson 3.1“What Happens When Fuels Burn?”

Chemical ReactionsLesson Guides

Lesson 3.1

© The Regents of the University of California

1

83

Name: _____________________________________________ Date: ________________________

Chemical Reactions—Lesson 3.1—Activity 3–4

Reading “What Happens When Fuels Burn?”

1. Read and annotate the article “What Happens When Fuels Burn?”

2. Choose and mark annotations to discuss with your partner. Once you have discussed these annotations, mark them as discussed.

3. Now, choose and mark a question or connection, either one you already discussed or a different one you still want to discuss with the class.

4. Answer the reflection question below.

Rate how successful you were at using Active Reading skills by responding to the following statement:

As I read, I paid attention to my own understanding and recorded my thoughts and questions. (check one)

F Never

F Almost never

F Sometimes

F Frequently/often

F All the time

Active Reading Guidelines

1. Think carefully about what you read. Pay attention to your own understanding.

2. As you read, annotate the text to make a record of your thinking. Highlight challenging words and add notes to record questions and make connections to your own experience.

3. Examine all visual representations carefully. Consider how they go together with the text.

4. After you read, discuss what you have read with others to help you better understand the text.

© 2018 The Regents of the University of California. All rights reserved. Permission granted to photocopy for classroom use.

When you burn wood in a fireplace, the wood is the fuel that keeps the fire going. Cars are powered by fire inside their engines; gasoline is the fuel that keeps those fires burning.

What Happens When Fuels Burn?Most people burn fuels every single day. Fuels are substances that release energy when they burn. They are very important to us because we use the energy from burning fuels to do many things, such as run cars and buses, heat homes, and cook food. For example, gasoline is the fuel used in most car engines. When it burns, the energy it releases makes the car move. To prepare for a long trip, you fill your gas tank with gasoline—but after you drive for a while, the tank is empty and you need to fill it up again. What happened to the gasoline? Where did it go?

When we burn something—whether it is a log, a match, or the gasoline in our gas tank—what we are actually doing is causing a chemical reaction. Burning gasoline may not seem like the kinds of chemical reactions that you have seen before. After all, chemical reactions cause substances to change into other substances as the atoms of the reactants rearrange to form the products. When gasoline burns, it doesn’t seem to change into a different substance. Instead, it seems to disappear, leaving you with an empty tank. If burning gasoline actually causes a chemical reaction to happen, then why doesn’t your tank fill up with a different substance? Can a chemical reaction cause something to change into nothing?

What Happens When Fuels Burn? E1

Wh

at H

app

ens

Wh

en F

uel

s B

urn

? ©

20

18 T

he

Reg

ents

of t

he

Un

iver

sity

of C

alifo

rnia

. All

righ

ts r

eser

ved

. P

erm

issi

on

gran

ted

to p

urc

has

er to

ph

oto

cop

y fo

r cl

assr

oo

m u

se.

Imag

e cr

edit

: Sh

utt

erst

ock

.

Antoine Lavoisier was a French scientist who did many experiments to find out whether matter could disappear or be added during a chemical reaction.

Wh

at H

app

ens

Wh

en F

uel

s B

urn

? ©

20

18 T

he

Reg

ents

of t

he

Un

iver

sity

of C

alifo

rnia

. All

righ

ts r

eser

ved

. P

erm

issi

on

gran

ted

to p

urc

has

er to

ph

oto

cop

y fo

r cl

assr

oo

m u

se.

Scientists began to wonder about this question back in the 1700s. Around this time, a French scientist named Antoine Lavoisier (an-TWAN la-VWA-see-ay) began studying what happened to the masses of substances before and after a chemical reaction. Mass is a measure of how much matter makes up an object. First, Lavoisier measured the mass of two reactants before mixing them to cause a chemical reaction. After the reaction had happened, he measured the mass of the products. Every time, Lavoisier found that the reactants and the products had the same mass! Through these experiments, Lavoisier helped come up with the idea we now call the Law of Conservation of Matter: matter cannot be created or destroyed during chemical reactions. This is because the atoms that make up all matter cannot be

created or destroyed during chemical reactions. This law tells us that all of the atoms that go into a chemical reaction must come out in the form of one substance or another. Chemical reactions cause atoms to rearrange into new and different groups, but the atoms themselves never stop existing, and new atoms never appear out of nowhere.

So what does the Law of Conservation of Matter have to do with burning gasoline? It means that even though your gas tank is empty, the atoms that formed the gasoline must still exist somewhere in some form. The only reason that these atoms seem to disappear is because the substances that form when gasoline burns are invisible gases. You can’t see them, but they are there, and sometimes that isn’t a good thing.

E2 What Happens When Fuels Burn?

When ethanol burns, it mixes with oxygen, and the atoms of these reactants rearrange to form two products: carbon dioxide and water in the gas phase.

Carbon-Containing fuels

Gasoline is just one of many fuels that contain carbon. One of the most common fuels in use today is ethanol, a substance made up of groups of two carbon atoms, six hydrogen atoms, and one oxygen atom. Ethanol is made from corn and used as a substitute for gasoline. Like gasoline, ethanol is a colorless liquid at room temperature. When you burn anything, including ethanol, you are mixing it with oxygen. However, just having oxygen around isn’t enough to make something burn; this reaction only happens at a high temperature. Burning reactions release energy in the forms of heat and light, but these chemical reactions result in more than just energy. See the diagram below to learn more.

The chemical reaction that happens when ethanol and oxygen mix produces two substances: carbon dioxide and water in the gas phase. Since both of these are invisible, colorless gases, it seems like nothing is left of the liquid that was in your gas tank. However, the atoms of the reactants haven’t disappeared at all—they’ve only rearranged to form the products. The carbon dioxide and water produced by this chemical reaction enter the atmosphere whenever we burn ethanol or other carbon-containing fuels. In the recent past, humans have increased the amount of carbon dioxide in Earth’s atmosphere by burning such fuels, resulting in widespread changes to Earth’s climate. In response to these effects, scientists are working to find fuels that can release energy without producing carbon dioxide.

What Happens When Fuels Burn? E3

Wh

at H

app

ens

Wh

en F

uel

s B

urn

? ©

20

18 T

he

Reg

ents

of t

he

Un

iver

sity

of C

alifo

rnia

. All

righ

ts r

eser

ved

. P

erm

issi

on

gran

ted

to p

urc

has

er to

ph

oto

cop

y fo

r cl

assr

oo

m u

se.

Hydrogen Fuel

Like gasoline, hydrogen is a fuel that can be burned to power cars and buses. However, unlike gasoline, hydrogen does not contain carbon. It is a substance made up of hydrogen atoms. When you burn anything, including hydrogen fuel, you are mixing it with oxygen. Still, having oxygen around won’t cause something to burn on its own; this reaction only happens at a high temperature. Fires are hot and bright because burning reactions release energy, but energy is not the only result of these chemical reactions. See the diagram below to learn more.

The chemical reaction that happens when hydrogen and oxygen mix produces only one substance: water in the gas phase. Since this is an invisible, colorless gas, you can’t see it, which makes it seem like nothing is left behind by burning hydrogen fuel. However, the atoms of the reactants haven’t disappeared at all—they’ve only rearranged to form the product.

The water produced by this chemical reaction enters the atmosphere whenever we burn hydrogen. Still, compared to the carbon dioxide that is produced when we burn gasoline, ethanol, and other carbon-containing fuels, the water produced by burning hydrogen has a less harmful effect on Earth’s climate.

If we can power our cars with hydrogen without producing carbon dioxide, then why don’t more vehicles use hydrogen fuel? Unfortunately, the technology needed to use hydrogen as a fuel is expensive, and storing hydrogen fuel can be difficult. Also, the most common way of getting pure hydrogen is by separating it from substances that contain carbon—so although burning hydrogen fuel does less harm to Earth’s climate than burning carbon-containing fuels, the production of hydrogen fuel is still a problem for scientists trying to reduce climate change.

E4 What Happens When Fuels Burn?

Wh

at H

app

ens

Wh

en F

uel

s B

urn

? ©

20

18 T

he

Reg

ents

of t

he

Un

iver

sity

of C

alifo

rnia

. All

righ

ts r

eser

ved

. P

erm

issi

on

gran

ted

to p

urc

has

er to

ph

oto

cop

y fo

r cl

assr

oo

m u

se.

When hydrogen burns, it mixes with oxygen, and the atoms of these reactants rearrange to form the product: water in the gas phase.

83

Nombre: _____________________________________________ Fecha: _______________________

Reacciones químicas—Lección 3.1—Actividad 3–4

Leer “¿Qué sucede cuando se queman los combustibles?”

1. Lee y añade apuntes al artículo “¿Qué sucede cuando se queman los combustibles?”

2. Escoge y marca apuntes para discutir con tu compañero/a. Una vez que hayas discutido estos apuntes, marca que los discutieron.

3. Ahora, escoge y marca una pregunta o conexión, ya sea una que ya discutiste o una diferente que todavía quieres discutir con la clase.

4. Contesta la pregunta de reflexión debajo.

Evalúa qué tan exitoso/a fuiste en usar las habilidades de Lectura Activa respondiendo a la siguiente declaración:

Al leer, yo presté atención a mi propia comprensión y apunté mis pensamientos y preguntas. (marca una)

F Nunca

F Casi nunca

F A veces

F Frecuentemente/a menudo

F Todo el tiempo

Pautas de la Lectura Activa

1. Piensa cuidadosamente sobre lo que lees. Presta atención a tu propia comprensión.

2. Mientras lees, añade apuntes al texto para tener un registro de tus ideas. Destaca las palabras difíciles, y agrega notas para apuntar tus preguntas y hacer conexiones con tu propia experiencia.

3. Examina cuidadosamente todas las representaciones visuales. Considera cómo se relacionan con el texto.

4. Después de leer, discute lo que leíste con otros/as estudiantes para ayudarte a comprender mejor el texto.

© 2018 The Regents of the University of California. All rights reserved.

¿Qué sucede cuando se queman los combustibles? E1

Cuando quemas leña en una chimenea, la leña es el combustible que mantiene ardiendo el fuego. Los autos son operados con fuego dentro de sus motores; la gasolina es el combustible que mantiene ardiendo esos fuegos.

¿Qué sucede cuando se queman los combustibles?La mayoría de la gente quema combustibles todos los días. Los combustibles son sustancias que liberan energía al quemarse. Son muy importantes para nosotros, porque utilizamos la energía producida al quemar combustibles para hacer muchas cosas, como hacer funcionar autos y buses, calentar casas y cocinar alimentos. Por ejemplo, la gasolina es el combustible utilizado en la mayoría de los motores de auto. Cuando se quema gasolina, la energía que libera hace que el auto se mueva. Para prepararte para un largo viaje, llenas el tanque de gasolina con gasolina, pero después de manejar por un tiempo, el tanque está vacío

y necesitas volver a llenarlo. ¿Qué pasó con la gasolina? ¿Adónde se fue?

Cuando quemamos algo (ya sea un tronco, un cerillo o la gasolina en nuestro tanque de gasolina) lo que hacemos en realidad es causar una reacción química. Quemar gasolina tal vez no se parezca a los tipos de reacciones químicas que has visto. Después de todo, las reacciones químicas causan que sustancias cambien a otras sustancias cuando los átomos de los reactivos se reorganizan para formar los productos. Cuando se quema la gasolina, no parece cambiar a una sustancia diferente, R

eacc

ion

es e

nd

otér

mic

as y

exo

térm

icas

© 2

018

Th

e R

egen

ts o

f th

e U

niv

ersi

ty o

f Cal

iforn

ia. A

ll ri

ghts

res

erve

d. I

mag

e cr

edit

: Sh

utt

erst

ock

¿Qu

é su

ced

e cu

and

o se

qu

eman

los

com

bu

stib

les?

© 2

018

Th

e R

egen

ts o

f th

e U

niv

ersi

ty o

f Cal

iforn

ia. A

ll ri

ghts

res

erve

d. I

mag

e cr

edit

: Sh

utt

erst

ock

E2 ¿Qué sucede cuando se queman los combustibles?

Antoine Lavoisier era un científico francés que realizó muchos experimentos para descubrir si la materia podría desaparecer o agregarse durante una reacción química.

sino que parece que desapareciera, dejándote un tanque vacío. Si quemar gasolina realmente causa que suceda una reacción química, entonces ¿por qué no se llena tu tanque con una sustancia diferente? ¿Puede una reacción química causar que algo se convierta en nada?

Los/as científicos/as empezaron a hacerse esta pregunta en el siglo 1700. Alrededor de esa época, un científico francés llamado Antoine Lavoisier empezó a estudiar qué pasaba con las masas de las sustancias antes y después de una reacción química. La masa es una medida de cuánta materia compone un objeto. Primero, Lavoisier midió la masa de dos reactivos antes de mezclarlos para causar una reacción química. Una vez que la reacción había sucedido, midió la masa de los productos. Cada vez, Lavoisier encontró que los reactivos y los productos tenían la misma masa. A través

de estos experimentos, Lavoisier ayudó a establecer la idea que ahora llamamos la Ley de Conservación de la Materia: La materia no puede ser creada ni destruida durante las reacciones químicas. Esto es debido a que los átomos que componen toda materia no pueden ser creados ni destruidos durante reacciones químicas. Esta ley nos dice que todos los átomos que entran a una reacción química deben salir de ella en forma de una sustancia u otra. Las reacciones químicas causan que los átomos se reorganicen en nuevos y diferentes grupos, pero los átomos mismos nunca dejan de existir, y nuevos átomos nunca aparecen de la nada.

Entonces, ¿qué tiene que ver la Ley de Conservación de la Materia con quemar gasolina? Quiere decir que aunque tu tanque de gas esté vacío, los átomos que formaron la

¿Qu

é su

ced

e cu

and

o se

qu

eman

los

com

bu

stib

les?

© 2

018

Th

e R

egen

ts o

f th

e U

niv

ersi

ty o

f Cal

iforn

ia. A

ll ri

ghts

res

erve

d.

¿Qu

é su

ced

e cu

and

o se

qu

eman

los

com

bu

stib

les?

© 2

018

Th

e R

egen

ts o

f th

e U

niv

ersi

ty o

f Cal

iforn

ia. A

ll ri

ghts

res

erve

d.

¿Qué sucede cuando se queman los combustibles? E3

Cuando el etanol se quema, se mezcla con oxígeno, y los átomos de estos reactivos se reorganizan para formar dos productos: dióxido de carbono y agua en la fase de gas.

gasolina deben existir todavía en algún lugar y en alguna forma. La única razón por la cual estos átomos parecen desaparecer es que las sustancias que se forman al quemarse la gasolina son gases invisibles. No puedes verlos, pero están ahí, y pueden tener efectos dañinos.

Combustibles que contienen carbono

La gasolina es solo uno de muchos combustibles que contienen carbono. Uno de los combustibles de uso más común hoy en día es el etanol, una sustancia compuesta por grupos de dos átomos de carbono, seis átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno. El etanol está hecho de máiz y es utilizado como sustituto de gasolina. Al igual que la gasolina, el etanol es un líquido sin color a temperatura ambiente. Cuando quemas algo, sea lo que sea, incluyendo etanol, lo estás mezclando con oxígeno. No obstante, no basta tener solo oxígeno para hacer que algo se queme; esta reacción sucede solo a temperaturas elevadas. Las reacciones que suceden cuando algo se

quema liberan energía en forma de calor y luz, pero estas reacciones químicas resultan en más que solo energía. Consulta el diagrama abajo para aprender más.

La reacción química que sucede cuando el etanol y el oxígeno se mezclan produce dos sustancias: dióxido de carbono y agua en fase de gas. Ya que ambos son gases invisibles y sin color, pareciera que no quedara nada del líquido que estaba en tu tanque de gasolina. Sin embargo, los átomos de los reactivos no han desaparecido en absoluto. Nada más se han reorganizado para formar los productos. El dióxido de carbono y el agua producidos por esta reacción química pasan a la atmósfera cada vez que quemamos etanol u otros combustibles que contienen carbono. Desde no hace mucho tiempo, los humanos han aumentado la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera de la Tierra quemando tales combustibles. Este aumento ha resultado en cambios generalizados en el clima de la Tierra. En respuesta a estos efectos, los/as científicos/as están trabajando para encontrar combustibles que puedan liberar energía sin producir dióxido de carbono.

Quemar etanol a escala atómica

etanol oxígeno dióxido de carbono agua

¿Qu

é su

ced

e cu

and

o se

qu

eman

los

com

bu

stib

les?

© 2

018

Th

e R

egen

ts o

f th

e U

niv

ersi

ty o

f Cal

iforn

ia. A

ll ri

ghts

res

erve

d.

¿Qu

é su

ced

e cu

and

o se

qu

eman

los

com

bu

stib

les?

© 2

018

Th

e R

egen

ts o

f th

e U

niv

ersi

ty o

f Cal

iforn

ia. A

ll ri

ghts

res

erve

d.

E4 ¿Qué sucede cuando se queman los combustibles?

Combustible de hidrógeno

Al igual que la gasolina, el hidrógeno es un combustible que puede ser quemado para hacer funcionar autos y buses. Sin embargo, a diferencia de la gasolina, el hidrógeno no contiene carbono. Es una sustancia compuesta por átomos de hidrógeno. Cuando quemas algo, sea lo que sea, incluyendo el combustible de hidrógeno, lo estás mezclando con oxígeno. No obstante, no basta con tener solo oxígeno para hacer que algo se queme; esta reacción sucede solo a temperaturas elevadas. El fuego es ardiente y brillante porque las reacciones que suceden cuando algo se quema liberan energía, pero la energía no es el único resultado de estas reacciones químicas. Consulta el diagrama abajo para aprender más.

La reacción química que sucede cuando se mezclan hidrógeno y oxígeno produce una sola sustancia: agua en la fase de gas. Ya que es un gas invisible y sin color, no puedes verlo, por lo que da la impresión que no quedara nada después de quemar combustible de hidrógeno. Sin embargo, los átomos de los reactivos no han desaparecido en absoluto. Nada más se han reorganizado para formar el producto.

El agua producida por esta reacción química pasa a la atmósfera cada vez que quemamos hidrógeno. Aún así, comparado al dióxido de carbono producido cuando quemamos gasolina, etanol y otros combustibles que contienen carbono, el agua producida al quemar hidrógeno tiene un efecto menos dañino al clima de la Tierra.

Si podemos hacer funcionar nuestros autos con hidrógeno sin producir dióxido de carbono, ¿entonces por qué no hay más vehículos que usan combustible de hidrógeno? Desafortunadamente, la tecnología necesaria para usar hidrógeno como un combustible es cara, y almacenar combustible de hidrógeno puede ser difícil. Además, la manera más común de obtener hidrógeno puro es separarlo de sustancias que contienen carbono. Así que aunque quemar combustible de hidrógeno le hace menos daño al clima de la Tierra que quemar combustibles que contienen carbono, la producción de combustible de hidrógeno sigue siendo un problema para los/as científicos/as que están intentando reducir el cambio climático.

Cuando el hidrógeno se quema, se mezcla con oxígeno, y los átomos de estos reactivos se reorganizan para formar el producto: agua en fase de gas.

Quemar combustible de hidrógeno a escala atómica

hidrógeno oxígeno agua

¿Qu

é su

ced

e cu

and

o se

qu

eman

los

com

bu

stib

les?

© 2

018

Th

e R

egen

ts o

f th

e U

niv

ersi

ty o

f Cal

iforn

ia. A

ll ri

ghts

res

erve

d.

¿Qu

é le

su

ced

e a

tu c

om

ida?

© 2

018

Th

e R

egen

ts o

f th

e U

niv

ersi

ty o

f Cal

iforn

ia. A

ll ri

ghts

res

erve

d. I

mag

e cr

edit

: Sh

utt

erst

ock