Actividad: Cómo ocurren las reacciones químicas?

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1 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 ) 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.

2 Nivel: 3º Medio Subsector: Ciencias químicas Unidad temática: Cinética Actividad para el estudiante 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: Para una reacción cualquiera A B, la velocidad de reacción estará dada 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

3 V a A] b B] c C] d D] Velocidad de disminución de los reactivos Velocidad de formación 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 0 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 2

4 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:. 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.. Describe lo que sucede con la gota de lavalozas en la taza con agua fría. 3

5 2. Describe lo que sucede con la gota de lavalozas en la taza con agua caliente. 3. Por qué crees tú que ocurrió esto? 4. Cómo afectó la temperatura en la reacción del detergente con el agua? 5. Por qué la temperatura afecta de este modo a esta reacción? 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. 4

6 Cinética química Cómo ocurren las reacciones químicas? II. Teoría del complejo activado ) 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. 2

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