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VELOCIDAD DE LAS REACCIONES QUMICAS. CMO MODIFICARLA.

INTRODUCCIN

Una reaccin qumica es un proceso en el que unas sustancias se transforman en otras.

1. Son reacciones qumicas los siguientes procesos? Por qu?

- La oxidacin del hierro.

- La descomposicin de los alimentos.

- Una explosin.

2. Haz una lista de reacciones qumicas que conozcas y clasifcalas como lentas o rpidas.

Las reacciones qumicas ocurren a velocidades muy diferentes. Pueden ser prcticamente instantneas o extremadamente lentas. El control de la velocidad a la que ocurre un proceso es muy importante en todos los mbitos.

3. Por qu y para qu es importante el control de la velocidad de las reacciones qumicas?

Elaboraremos un modelo terico que explique las observaciones experimentales acerca de la velocidad con la que transcurren los procesos qumicos. Adems mediremos la velocidad de las reacciones qumicas y haremos un estudio de los factores que afectan a la velocidad de las mismas. Daremos como vlido el modelo planteado si es coherente con las observaciones experimentales y nos sirve para hacer predicciones correctas.

LA REACCIN QUMICA

4. Observa las transformaciones que ocurren cuando mezcles las siguientes sustancias. Vas a trabajar con diferentes productos qumicos. En sus etiquetas aparecen los siguientes pictogramas:

Expresa el significado de cada uno. Qu precauciones tomars para trabajar con ellos?

Disoluciones requeridas de HCl (XI) y H2SO4 (XI)

Cinc metal, polvo (F), Magnesio metal, cinta (F)

Dicloruro de cobre 2-hidrato (T)

Disoluciones comerciales de de HCl (C) y H2SO4 (C)

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Como resultado de algunas de las reacciones qumicas que te vamos a proponer a continuacin, se obtendr hidrgeno en estado gaseoso. Conoces alguna propiedad de esta sustancia? Qu precauciones tendrs en cuenta? Adopta las medidas de seguridad que ya conoces, el profesor las repasar contigo.

1. En un matraz erlenmeyer introduce un trozo muy pequeo de mrmol (el componente mayoritario del mrmol es el carbonato de calcio, CaCO3) y aade100 mL de disolucin de cido clorhdrico, de 35 g/L.

2. En un matraz erlenmeyer aade virutas de cinc (poca cantidad) a 100 mL de disolucin de cido sulfrico de 98 g/L.

3. Haz la electrlisis de una disolucin de cloruro de cobre (II). Puedes utilizar electrodos de grafito.

4. En un matraz mezcla una disolucin de tiosulfato de sodio de composicin 40 g/L con una de cido clorhdrico de 70 g/L.

5. Aade, a un matraz erlenmeyer que contiene agua y unas gotas de fenolftalena, un trozo pequeo de cinta de magnesio. Mueve el matraz continuamente.

Transcurren todas a igual velocidad? Todos los procesos qumicos ocurren a velocidad semejante?

Por qu en las experiencia 1, 2 y 5 se usa un erlenmeyer y no un vaso de precipitado?

Las transformaciones anteriores, necesitan un aporte de energa o la suministran? Es decir, son endotrmicas o exotrmicas? De qu instrumento de medida te has servido para responder? Est este hecho relacionado con la velocidad de los procesos?

Las reacciones qumicas que tienen lugar se pueden representar mediante las siguientes ecuaciones:

1. CaCO3(s) + 2 HCl (aq) CaCl2(aq) + H2O (l) + CO2 (g) 2. Zn (s) + H2SO4 (aq) ZnSO4 (aq) + H2 (g) 3. CuCl2 (aq) Cu (s) + Cl2 (g) 4. Na2S2O3 (aq) + 2 HCl (aq) 2 NaCl (aq) + H2O (l) + S (s) + SO2 (aq) 5. Mg (s) + 2 H2O (l) Mg(OH)2 (aq) + H2 (g)

5. Explica el significado de los smbolos (aq), (l), (s), (g) y de los coeficientes estequiomtricos.

6. Representa mediante un dibujo cmo interpretas microscpicamente alguno de estos

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cambios, basndote en las teoras cintico-molecular y atmica. Emplea tambin un modelo mecnico.

- Indica las semejanzas entre el modelo mecnico y la transformacin que tiene lugar.

- Indica las diferencias entre el modelo mecnico y la transformacin.

Ejemplo: Mg (s) + 2 H2O (l) Mg(OH)2 (aq) + H2 (g)

7. A escala microscpica, cmo pueden transformarse unas sustancias en otras?

POR QU TRANSCURREN LAS REACCIONES A DIFERENTES VELOCIDADES?

Los modelos cintico-molecular y atmico nos explican cmo se producen las transformaciones y nos ayudan a comprender por qu no todas las reacciones ocurren a la misma velocidad.

8. Realiza las siguientes experiencias y anota tus observaciones.

En las etiquetas de los frascos de nitrato de plomo (II) encontrars los siguientes pictogramas. Qu significan? Qu precauciones debes tomar?

1. En un mortero, mezcla nitrato de plomo (II) y yoduro de potasio, ambos en estado slido. Tras esperar unos instantes, mezcla bien los slidos con un brazo de mortero. Qu ocurre?

2. Pon agua en un cristalizador grande, hasta que alcance una altura de un dedo. Aade, simultneamente y en lugares opuestos del cristalizador, una punta de esptula de nitrato de plomo (II) y, en la contraria, otra de yoduro de potasio. Observa y escribe qu ha ocurrido

3. Mezcla disoluciones de nitrato de plomo (II) y yoduro de potasio. Qu ocurre?

A qu puede ser debido que la misma reaccin entre las mismas sustancias transcurra a diferente velocidad?

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9. Observa el modelo mecnico que te mostrar tu profesor y formula hiptesis sobre cmo transcurren las reacciones qumicas.

Qu ha tenido que ocurrir para que el sistema inicial se transforme en el final? Un simple choque es suficiente para que se forme la estructura final?

Son igual de intensas las uniones entre las diferentes bolas?

Establece semejanzas y diferencias entre este modelo y las reacciones qumicas. Traslada las conclusiones que has obtenido a la quinta reaccin de la actividad nmero 4.

10. Al conjunto de hiptesis que hemos formulado sobre el mecanismo que explica el transcurso de la reaccin se denomina teora de las colisiones. Resume las ideas fundamentales de esta teora.

PODEMOS MODIFICAR LA VELOCIDAD DE UNA REACCIN? DE QU FACTORES DEPENDE?

Pretendemos hacer un estudio cuantitativo de la velocidad de las reacciones qumicas. Para esto debemos definir la magnitud velocidad de reaccin y establecer la forma de medida.

11. Cmo podemos definir la velocidad de una reaccin? Cmo mediremos la velocidad de las reacciones que se plantearon inicialmente?

Clasifica las reacciones anteriores segn el procedimiento empleado para medir su velocidad.

12. Teniendo en cuenta la teora de las colisiones, cmo podemos modificar la velocidad de una reaccin qumica?

13. Disea experiencias para demostrar la validez de la teora de las colisiones, partiendo de las reacciones iniciales, que te permitan medir cmo vara la velocidad de las reacciones qumicas al modificar alguno de los factores anteriores. Cmo haras el control de variables? Cmo podras recoger y medir el gas desprendido en una reaccin?

14. Realiza las experiencias anteriores y estudia la influencia de los factores anteriores en la velocidad de reaccin.

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Construye, para las reacciones 1 y 4 de la actividad nmero 4, tablas y grficas tiempo-composicin y tiempo-temperatura. Comntalas teniendo en cuenta el modelo propuesto para el transcurso de las reacciones qumicas.

15. Podemos dar como vlido el modelo de las colisiones? Por qu?

16. Interpreta las siguientes observaciones:

a) Los alimentos tardan ms en descomponerse en el frigorfico.

b) Para conservar los alimentos los metemos en el congelador.

c) Un filete se asa antes si la sartn se calienta a mayor temperatura.

d) Para que las patatas se cuezan antes las partimos en trozos pequeos.

17. En qu consiste la digestin? Por qu se aconseja masticar bien los alimentos? La digestin, es un proceso lento o rpido?

18. Las reacciones qumicas que realizan los vegetales, son ms rpidas o ms lentas en alguna estacin del ao? Justifica tu respuesta.

19. La presencia de algunas sustancias, a las que denominamos catalizadores, modifica la velocidad de las reacciones qumicas, aumentndola o disminuyndola. Los catalizadores no se modifican en el transcurso de la reaccin. Teniendo en cuenta esta idea, interpreta las siguientes observaciones (consulta la bibliografa):

a) La adicin de conservantes y antioxidantes aumenta el tiempo de permanencia de los alimentos en buen estado. Tiene algn tipo de inconveniente su uso?

Busca en las etiquetas de conservas y alimentos algunos conservantes y antioxidantes utilizados en los mismos.

b) En la salida de gases de los vehculos a motor hay catalizadores.

20. El agua oxigenada es una sustancia que se descompone lentamente a temperatura ambiente produciendo agua y oxgeno. Escribe la ecuacin que representa esta reaccin qumica.

Existen varias sustancias que actan como catalizador de este proceso: xido de cobre (II), xido de manganeso (IV) y xido de cinc.

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Disea una experiencia que te permita comprobar la eficacia de cada uno de estos catalizadores y si stos se consumen a lo largo de la reaccin. Como en la reaccin se desprenden sustancias gaseosas, mide la rapidez con la que se desprende el gas.

Presta atencin a los pictogramas que aparecen en los frascos de xido de cobre (II), de xido de magnesio (IV) y de agua oxigenada. Qu significan? Qu precauciones debes tomar durante su manejo.

El uso de catalizadores es de gran importancia en la industria. Su uso est muy extendido y podemos encontrarlos en procesos muy cercanos a nosotros. As, es necesario su uso en los tubos de escape de los coches. Los catalizadores de los coches estn constituidos por mallas de platino, rodio o paladio. Aumentan la velocidad de transformacin de monxido de carbono, hidruros no quemados y xidos de nitrgeno (procedentes de la combustin de la gasolina) en dixido de carbono, vapor de agua y nitrgeno. Sin estos catalizadores aumentara la emisin de sustancias txicas a la atmsfera.

21. El azcar, C12H22O11, arde en el aire a una temperatura superior a los 500 C, producindo dixido de carbono y agua. Escribe la ecuacin qumica.

Recuerdas algn proceso en el que la reaccin ocurra de modo inverso?

Pero si calientas un terrn de azcar no observars su combustin, sino su descomposicin, que tiene lugar a una temperatura menor. Realzala experimentalmente y anota lo que observes. Escribe la reaccin qumica que ha tenido lugar.

Recubre un terrn de azcar con cenizas y acrcale una llama. Qu observas? A qu es debido este fenmeno?

Cmo pueden los organismos vivos metabolizar azcar a bajas temperaturas, 37 C en el caso de los humanos?

Hay sustancias que actan como catalizadores de los procesos que ocurren en los seres vivos. Se llaman biocatalizadores o enzimas. Sin ellas no sera posible la vida tal como hoy la entendemos. Entre los muchos biocatalizadores conocidos se encuentra la ptialina de la saliva (que acelera la hidrlisis del almidn para convertirlo en glucosa), y la lipasa (que acelera la descomposicin de las grasas, desdoblndolas en otras molculas ms sencillas).

22. Realiza un informe en el que incluyas todas las conclusiones.