Cinética química

1. Factores que afectan a la velocidad de reacción Cinética química

2. ¿Cómo afecta la temperatura? Las reacciones tienen lugar más deprisa a altas temperaturas, porque al incrementar la temperatura también se incrementa la energía cinética media de las moléculas reaccionantes, haciendo más probable que una colisión entre dos moléculas reaccionantes tenga suficiente energía para iniciar la reacción. Como aproximación, podemos decir que al aumentar 10 ºC la temperatura, se duplica la velocidad de reacción. Cinética química - Manuel Roca (SES Montanejos)

3. Objetivo En esta práctica chequearemos esta aproximación, haciendo reaccionar tabletas de Alka-Seltzer con agua a diferentes temperaturas. Sabemos que esta reacción libera dióxido de carbono, lo cual significa que la masa de los reactivos disminuye a medida que la reacción evoluciona. Anotando la masa del recipiente donde se produce la reacción y sus contenidos periódicamente a medida que tiene lugar la reacción se recogen los datos necesarios para determinar si la velocidad de reacción es lineal y si la temperatura afecta a esta linealidad. Cinética química - Manuel Roca (SES Montanejos)

4. Procedimiento Pesa una de las tabletas con una precisión de 0.01 g y anota la masa en la línea A de la Tabla 1. Añade unos 100 ml de agua fría a un vaso de precipitados. (Usa un vaso de plástico si la masa del vaso más los reactivos supera el límite de la balanza). Pesa el vaso con el agua y anota la masa en la línea B de la Tabla 1. Mide y anota la temperatura del agua en la línea C de la Tabla 1 Con el vaso todavía en la balanza, añade la tableta al mismo. Anota la masa combinada de vaso, agua y tableta cada cinco segundos en la Tabla 1. (Puede ser útil que una persona controle el tiempo, mientras otra anota las masas). Continúa anotando las masas durante un minuto o hasta que la reacción se complete, evidenciado por la ausencia de burbujeo. Cuando la reacción se complete, anota la masa final del vaso, agua y tableta en la línea Q de la Tabla 1. Tira la disolución gastada y limpia el vaso. Repite los pasos 1 a 10, usando agua caliente. Repite los pasos 1 a 10 usando una mezcla de agua caliente y fría a partes iguales. Cinética química - Manuel Roca (SES Montanejos)

5. Sustituciones y modificaciones • Se pueden sustituir las tabletas de Alka-Seltzer por cualquier tableta efervescente. • Si no se dispone de ningún tipo de tableta se puede usar una barra de tiza y disoluciones diluidas (3 M) de ácido clorhídrico fría y caliente. Recuerda que el ácido clorhídrico es corrosivo y peligroso de manejar. Cinética química - Manuel Roca (SES Montanejos)

6. Tabla 1 Cinética química - Manuel Roca (SES Montanejos)

7. Actividades opcionales • Dibuja en una gráfica los resultados obtenidos para los tres ensayos usando agua fría, templada y caliente. Determina si la reacción es lineal con el tiempo y si la temperatura afecta a la linealidad. • El principal componente de las tabletas efervescentes es el bicarbonato sódico, normalmente mezclado con ácido cítrico, aspirina, aglutinantes y otros componentes inactivos. Cuando se pone en contacto con agua, el ácido cítrico y el bicarbonato de sódico reaccionan para formar (entre otros) dióxido de carbono. El dióxido de carbono se libera, lo que da cuenta de la pérdida de masa. Escribe una ecuación ajustada de la reacción y usa los datos de la Tabla 1 para calcular el porcentaje aproximado en peso de bicarbonato sódico presente en la tableta. Cinética química - Manuel Roca (SES Montanejos)

8. Cuestiones de revisión • ¿Qué efecto de la temperatura se observa sobre la velocidad de reacción? • Basándote en los datos de la Tabla 1, la aproximación de la duplicación de la velocidad de reacción cada 10 ºC, ¿es una aproximación razonable? ¿Cuánto se apartan tus datos de esta aproximación? • Basándote en los datos de la Tabla 1, ¿depende la velocidad de reacción linealmente del tiempo? Si aprecias un incremento o disminución de la velocidad de reacción, propón al menos una posible explicación. Cinética química - Manuel Roca (SES Montanejos)

9. ¿Cómo afecta el área superficial Si al menos uno de los reactivos es sólido, la reacción tiene lugar más deprisa si el sólido está finamente dividido, porque el área superficial es mayor en un sólido finamente dividido, exponiendo más cantidad de reactivo a los otros reactivos. Cinética química - Manuel Roca (SES Montanejos)

10. Objetivo En la práctica anterior, hemos examinado las velocidades de reacción de las tabletas de Alka-Seltzer, manteniendo la superficie inicial constante y variando la temperatura. En esta práctica, exploraremos el efecto sobre la velocidad de reacción de las diferentes áreas superficiales iniciales a temperatura constante. Cinética química - Manuel Roca (SES Montanejos)

11. Procedimiento Anota la masa combinada de vaso, agua y tableta cada cinco segundos en la Tabla 2. (Puede ser útil que una persona controle el tiempo, mientras otra anota las masas). Continúa anotando las masas durante un minuto o hasta que la reacción se complete, evidenciado por la ausencia de burbujeo. Cuando la reacción se complete, anota la masa final del vaso, agua y tableta en la línea Q de la Tabla 2. Tira la disolución gastada y limpia el vaso. Repite los pasos 1 a 10, usando una tableta partida en cuatro trozos. Repite los pasos 1 a 10 usando una tableta finamente molida. (Esta reacción puede ser demasiado rápida para medir el tiempo adecuadamente). Pesa una de las tabletas con una precisión de 0.01 g y anota la masa en la línea A de la Tabla 2. Añade unos 100 ml de agua fría a un vaso de precipitados. (Usa un vaso de plástico si la masa del vaso más los reactivos supera el límite de la balanza). Pesa el vaso con el agua y anota la masa en la línea B de la Tabla 2. Mide y anota la temperatura del agua en la línea C de la Tabla 2 Con el vaso todavía en la balanza, añade la tableta al mismo. Cinética química - Manuel Roca (SES Montanejos)

12. Sustituciones y modificaciones • Se pueden sustituir las tabletas de Alka-Seltzer por cualquier tableta efervescente. • Si no se dispone de ningún tipo de tableta se puede usar una barra de tiza y disoluciones diluidas (3M) de ácido clorhídrico fría y caliente. Recuerda que el ácido clorhídrico es corrosivo y peligroso de manejar. Cinética química - Manuel Roca (SES Montanejos)

13. Tabla 2 Cinética química - Manuel Roca (SES Montanejos)

14. Cuestiones de revisión • ¿Qué efecto observas del área superficial sobre la velocidad de reacción? • Usa una regla para medir el diámetro y grosor de una tableta. Calcula su área superficial aproximada. Haz el mismo cálculo para el área superficial de la tableta dividida en cuartos. El incremento de la velocidad de reacción que observas con la tableta en cuartos, ¿corresponde con el aumento de área superficial? Si no es así, propón una explicación. • Muchos remedios en los que intervienen tabletas efervescentes dicen al usuario que disuelva dos tabletas en un vaso de agua. ¿Por qué no hacen simplemente tabletas más grandes y recomiendan disolver sólo una de estas tabletas más grandes? Cinética química - Manuel Roca (SES Montanejos)

15. ¿Cómo afecta la concentración? Las reacciones químicas son más rápidas a concentraciones mayores de reactivo porque más moléculas de los reactantes están disponibles y por lo tanto las colisiones entre moléculas son más probables. En las dos prácticas anteriores se ha usado tabletas de Alka-Seltzer y agua para demostrar los efectos de la temperatura y el área superficial sobre las velocidades de reacción. Obviamente, tendremos que usar otro método para demostrar el efecto de la concentración sobre la velocidad de reacción, porque las cantidades de ácido cítrico y bicarbonato de sodio en una tableta efervescente son fijos y no pueden cambiarse. Cinética química - Manuel Roca (SES Montanejos)

16. Objetivo En esta práctica se usará otro antiácido con concentraciones variable de ácido clorhídrico para demostrar el efecto de la concentración sobre las velocidades de reacción. Algunos antiácidos (pero no todos) contienen principalmente carbonato de sodio, junto con saborizantes, aglutinantes y otros ingredientes inactivos. Estas tabletas neutralizan el exceso de ácido del estómago, lo cual es debido al ácido clorhídrico diluido, de acuerdo a la siguiente ecuación: Usaremos esta reacción para observar y cuantificar el efecto de la concentración sobre las velocidades de reacción. Cinética química - Manuel Roca (SES Montanejos)

17. Procedimiento Etiqueta tres vasos con 4M, 2M, 1M. En el primer vaso prepara 100 ml de una disolución 4M de ácido clorhídrico mezclando 33.3 ml de HCl 12M y 66.7 ml de agua. (Usa un vaso de plástico si la masa del vaso más los reactivos supera el límite de la balanza). En el segundo vaso prepara 100 ml de una disolución 2M de ácido clorhídrico mezclando 16.7 ml de HCl 12 M y 83.3 ml de agua. En el tercer vaso prepara 100 ml de una disolución 1M de ácido clorhídrico mezclando 8.3 ml de HCl 12M y 91.7 ml de agua. Pesa una de las tabletas antiácido y anota su masa en la fila A de la Tabla 3. Sitúa el primer vaso con la disolución de ácido clorhídrico 4M sobre la balanza y anota su masa en la línea B de la Tabla 3. Mide y anota la temperatura de la disolución de HCl en la línea C de la Tabla 3. Con el vaso y su contenido todavía sobre la balanza, introduce la tableta en el vaso. Anota la masa combinada del vaso, el ácido y la tableta cada cinco segundos en la Tabla 3. (Puede ser útil que una persona controle el tiempo, mientras otra anota las masas). Continúa anotando los cambios en la masa durante un minuto o hasta que la reacción se complete, como se evidenciará por el cese de burbujeo. Cuando la reacción se complete, anota la masa final del vaso, el agua y la tableta en la línea Q de la Tabla 3. Tira la disolución gastada y limpia el vaso. Repite los pasos 6 a 12 usando la disolución de ácido clorhídrico 2M. Repite los pasos 6 a 12 usando la disolución de ácido clorhídrico 1M. Cinética química - Manuel Roca (SES Montanejos)

18. Tabla 3 Cinética química - Manuel Roca (SES Montanejos)

19. Actividades opcionales • Dibuja en una gráfica tus resultados para los ensayos usando disoluciones 4M, 2M y 1M de HCl. Determina si la velocidad de reacción es lineal con el tiempo y si la concentración de HCl afecta a la linealidad. • En la primera práctica, se mencionó la aproximación de que cada 10 ºC de aumento en la temperatura tenía como consecuencia una duplicación de la velocidad de reacción. (¿Tus datos experimentales verifican o rechazan esta aproximación?). Repite esta práctica usando 100 ml de HCl 1M a una temperatura 10 ºC mayor que la utilizada en el primer ensayo. Compara los resultados con los obtenidos con las disoluciones 1M y 2M de HCl a temperatura más baja. Cinética química - Manuel Roca (SES Montanejos)

20. Cuestiones de revisión • ¿Qué efecto tiene la concentración sobre la velocidad de reacción? • Basándote en los datos de la Tabla 3, ¿Es lineal el efecto de la concentración sobre la velocidad de reacción? • Basándote en los datos de la Tabla 3, para una concentración en particular, ¿es la velocidad de reacción lineal con el tiempo? Si te das cuenta de un incremento o disminución de la velocidad de reacción con el tiempo, propón alguna explicación posible. Cinética química - Manuel Roca (SES Montanejos)

21. CINÉTICA QUÍMICA Factores que afectan a la velocidad de reacción CEFIRE –Castellón 13 Mayo 2009 Muchas gracias por su atención Cinética química - Manuel Roca (SES Montanejos)