Guia cinética química

Actividad para el estudiante
Cinética química
¿Cómo ocurren las reacciones químicas?
Nivel: 3º Medio
Subsector: Ciencias químicas
Unidad temática: Cinética
Actividad: ¿Cómo ocurren las reacciones químicas?
¿Qué es la cinética de una reacción química?
La cinética de una reacción química da cuenta de la velocidad con la que ocurre
esta reacción y de qué forma reaccionan los reactivos para formar un producto.
¿Cómo ocurren las reacciones químicas? ¿Cómo es que los reactivos se juntan,
reaccionan, se mezclan, se unen o se separan para formar un producto distinto
al inicial? ¿Qué es lo que tiene que ocurrir? ¿Un reactivo cualquiera pasa por
varias etapas para formar un producto o sólo se transforma “mágicamente” en
un producto nuevo? ¿Cómo lo hace? ¿Qué se necesita?
Las respuestas a estas preguntas las podemos encontrar en dos teorías que
son complementarias. Ambas intentan explicar cómo ocurren las reacciones
químicas. La Teoría de colisiones indica que las reacciones se producen a
través de choques entre las partículas de reactivo, y la Teoría del complejo
activado indica que los reactivos alcanzan un estado de transición de alta
energía llamado complejo activado, el que luego decae a productos estables.
Por medio de esta actividad aprenderás en qué consisten ambas teorías, cómo
funcionan y cómo dos o más reactivos dan lugar a un producto.
Preguntas y aplicaciones
Realiza una investigación sobre las teorías anteriormente presentadas. Busca
información en tu texto de estudios o en las fichas temáticas del portal
educarchile.
Puedes comenzar leyendo acerca de cinética química y luego basarte en las
siguientes preguntas para poder comprender ambas teorías.
I. Teoría de colisiones
1) ¿En qué consiste la Teoría de colisiones?
2) ¿Qué es un choque ineficaz y qué uno eficaz?
3) ¿Cómo afectaría el aumento de presión y de temperatura sobre el
número de colisiones entre partículas de reactivo?
4) Observa la animación “Choques” que se encuentra en el portal
educarchile. En ella se ilustran un choque eficaz y otro ineficaz.
5) Escribe pequeñas conclusiones que te permitan describir en pocas y con
tus palabras en qué consiste esta teoría.
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Actividad para el estudiante
Cinética Química
¿Cómo afecta la temperatura a la velocidad de una reacción química?
Nivel: 3º Medio
Subsector: Ciencias químicas
Unidad temática: Cinética
Actividad: ¿Cómo afecta la temperatura a la velocidad de
una reacción química?
¿Cuál es la diferencia entre una explosión y la oxidación del hierro?
Sin duda, existen muchas diferencias. Por ejemplo, en una podemos ver una
llama producto de la reacción y en otra simplemente vemos el resultado: el
hierro oxidado. Pero ambas reacciones corresponden a una oxidación de un
material y, por tanto, corresponden a una reacción química.
¿Cuál ocurre más rápido?
Las explosiones ocurren, sin duda, mucho más rápido que la reacción de
oxidación del hierro, que en algunas ocasiones puede demorar varios días o
meses hasta poder visualizar el producto de la reacción.
La parte de la química que estudia la velocidad a la que ocurren las reacciones
químicas es la cinética química.
La cinética de una reacción química da cuenta tanto del mecanismo de la
reacción, como de la velocidad a la que los reactivos se transforman en un
producto.
¿Qué es y cómo se representa la velocidad de una reacción química?
La velocidad de reacción es la rapidez con la que se produce una reacción;
durante el cambio, la concentración de los reactantes disminuye, mientras que
la concentración de los productos aumenta.
La velocidad media, entonces, se medirá a través del cambio de concentración
en un espacio determinado de tiempo.
Por ejemplo:
⎯→ B , la velocidad de reacción estará dada
Para una reacción cualquiera A ⎯
por el consumo de A en el tiempo, o bien por la formación de B en el tiempo,
según:
V =
− ∆[ A] ∆[ B]
=
t
t
El signo negativo indica que la concentración del reactante o reactivo A
disminuye en el tiempo, y el signo positivo da cuenta de la aparición de B en el
tiempo.
La forma general para expresar la velocidad de reacción en función de
reactantes y productos para cualquier reacción química estará dada por:
aA + bB ⎯
⎯→ cC + dD
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Actividad para el estudiante
Cinética Química
¿Cómo afecta la temperatura a la velocidad de una reacción química?
V =−
1 ∆[ A ]
1 ∆[ B ] 1 ∆[ C ] 1 ∆[ D ]
=−
=
=
a ∆t
b ∆t
c ∆t
d ∆t
Velocidad de disminución Velocidad de formación
de los reactivos
de productos
¿Se puede modificar la velocidad de una reacción química?
Existen algunos factores que disminuyen o aumentan la velocidad de una
reacción química. Estos factores dependen de las condiciones en que se realice
la reacción y de la naturaleza de los reactivos y productos, y son:
-
Temperatura
Concentración
Naturaleza de los reactantes
Estado físico en que se encuentran los reactantes
Los catalizadores e inhibidores
Efecto de la temperatura en la velocidad de reacción: Al incrementar la
temperatura, la velocidad de la reacción aumenta. La explicación de este hecho
se encuentra en las dos teorías revisadas, dado que al elevar la temperatura se
produce un incremento de la energía cinética de las moléculas, con lo que
aumenta el movimiento entre ellas y, en consecuencia, aumentan los choques
y la probabilidad de que ellos sean efectivos.
En general, un aumento de temperatura en 10 ºC se traduce en un incremento
de la velocidad cercano al doble de su valor original.
Efecto de la concentración de los reactantes: Al aumentar la
concentración de los reactantes, estamos disminuyendo el volumen en que se
encuentran; por tanto, cuentan con menos espacio para moverse y así
aumenta la probabilidad de choques efectivos entre las moléculas. A mayor
concentración, mayor es la velocidad de reacción.
Naturaleza de los reactantes: La naturaleza de los reactantes determina el
tipo de reacción que ocurre. Las reacciones en las que se redistribuyen enlaces
o se transfieren electrones pueden ser más lentas que las reacciones en las
que no se hace. Por lo tanto, las reacciones entre reactantes iónicos son más
rápidas debido a que las cargas opuestas entre ellos originan mayor
probabilidad de choques efectivos. Las reacciones entre moléculas neutras son
más lentas que las anteriores debido a que no existen atracciones
electroestáticas y, además, a que la formación de nuevos enlaces implica una
redistribución de electrones, proceso que requiere mayor energía, aumentando
también la energía de activación.
Estado físico de los reactantes: Las reacciones homogéneas entre gases o
entre sustancias disueltas suceden generalmente con mayor rapidez que si
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Actividad para el estudiante
Cinética Química
¿Cómo afecta la temperatura a la velocidad de una reacción química?
estuvieran en estado sólido. En el primer caso, es mayor el número de choques
entre las moléculas, lo que favorece la velocidad de reacción.
El grado de división de los sólidos influye en la cinética de la reacción, ya que
cuando aumenta la superficie efectiva de contacto entre los reactantes, mayor
es la probabilidad de que tenga lugar el choque entre las moléculas. Cuando el
sólido está trozado, la reacción se produce con las moléculas de la superficie.
Catalizadores e inhibidores: Un catalizador es una sustancia que cuando
está presente en una reacción química produce una variación de su velocidad
sin ser consumida ni formada durante el transcurso de la reacción.
Los catalizadores pueden ser catalizadores positivos o catalizadores negativos.
Los primeros son las sustancias que aumentan la velocidad de la reacción, pero
que no se consumen ni se forman, pues su papel es disminuir la energía de
activación. En cambio, los catalizadores negativos o inhibidores aumentan la
energía de activación y, por lo tanto, disminuyen la velocidad de la reacción.
En esta actividad podrás comprobar cómo influye la temperatura en la
velocidad de una reacción. ¿Qué sucede si aumenta la temperatura? ¿La
reacción ocurrirá más rápido o más lento?
Los materiales que necesitas utilizar son:
- Taza o vaso.
- Agua fría y agua caliente.
- Lavalozas líquido concentrado (de color).
Procedimiento:
1. Agrega un poco de agua fría a una taza de té.
2. Calienta agua y agrega un poco en una taza de té.
3. Agrega una gota de lavalozas líquido concentrado a la taza con agua
fría. Observa lo que sucede con la gota de lavalozas líquido en la taza.
4. Agrega una gota de lavalozas líquido concentrado a la taza con agua
caliente. Observa lo que sucede con la gota de lavalozas líquido en la
taza.
Preguntas y aplicaciones:
Contesta las siguientes preguntas. Si es necesario, documéntate para entender
mejor qué ocurre con la temperatura en las reacciones químicas.
1. Describe lo que sucede con la gota de lavalozas en la taza con agua fría.
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Actividad para el estudiante
Cinética Química
¿Cómo afecta la temperatura a la velocidad de una reacción química?
2. Describe lo que sucede con la gota de lavalozas en la taza con agua
caliente.
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3. ¿Por qué crees tú que ocurrió esto?
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4. ¿Cómo afectó la temperatura en la reacción del detergente con el agua?
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5. ¿Por qué la temperatura afecta de este modo a esta reacción?
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6. Escribe una conclusión con tus palabras que explique de qué manera
afecta la temperatura en la disolución de detergente. Explica por qué
ocurre este fenómeno.
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Actividad para el estudiante
Cinética química
¿Cómo ocurren las reacciones químicas?
II. Teoría del complejo activado
1) ¿En qué consiste la Teoría del complejo activado?
2) ¿Qué es la energía de activación?
3) ¿Qué ocurre con la velocidad de una reacción si ésta requiere de poca
energía de activación?
4) ¿Qué ocurre con la velocidad de una reacción si ésta requiere de mucha
energía de activación?
5) ¿Qué es complejo activado?
6) ¿Qué es una reacción exotérmica?
7) ¿Qué es una reacción endotérmica?
8) Para una reacción cualquiera:
A+ B⎯
⎯→ C + D
a) Dibuja un diagrama de energía si la reacción es exotérmica.
b) Dibuja un diagrama de energía si la reacción es endotérmica.
9) Escribe pequeñas conclusiones que te permitan describir con tus
palabras en qué consiste esta teoría.
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