Factores que afectan a la velocidad de reacción
¿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.
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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.
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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.
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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.
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Tabla 1
Ensayo A
Ensayo B Ensayo C
A. Masa de la tableta
B. Masa del vaso más el agua
C. Temperatura del agua
D. Masa a 0:00 (A + B)
E. Masa a 0:05
F. Masa a 0:10
G. Masa a 0:15
H. Masa a 0:20
I. Masa a 0:25
J. Masa a 0:30
K. Masa a 0:35
L. Masa a 0:40
M. Masa a 0:45
N. Masa a 0:50
O. Masa a 0:55
P. Masa a 1:00
Q. Masa al final de la reacción
R. Pérdida de masa (D - Q)
S. Porcentaje de pérdida [(R / A)·100]
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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.
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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.
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¿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.
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Objetivo
En la práctica anterior, hemos examinado las
velocidades de reacción de las tabletas de AlkaSeltzer, 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.
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Procedimiento
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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.
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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).
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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.
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Tabla 2
Ensayo A (sólido)
Ensayo B (trozos)
Ensayo C (polvo)
A. Masa de la tableta
B. Masa del vaso más el agua
C. Temperatura del agua
D. Masa a 0:00 (A + B)
E. Masa a 0:05
F. Masa a 0:10
G. Masa a 0:15
H. Masa a 0:20
I. Masa a 0:25
J. Masa a 0:30
K. Masa a 0:35
L. Masa a 0:40
M. Masa a 0:45
N. Masa a 0:50
O. Masa a 0:55
P. Masa a 1:05
Q. Masa al final de la reacción
R. Pérdida de masa (D - Q)
S. Porcentaje de pérdida [(R / A)·100]
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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?
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¿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.
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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.
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Procedimiento
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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.
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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.
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Tabla 3
Ensayo A (HCl 4M) Ensayo B (HCl 2M) Ensayo C (HCl 1M)
A. Masa de la tableta
B. Masa del vaso más el agua
C. Temperatura del agua
D. Masa a 0:00 (A + B)
E. Masa a 0:05
F. Masa a 0:10
G. Masa a 0:15
H. Masa a 0:20
I. Masa a 0:25
J. Masa a 0:30
K. Masa a 0:35
L. Masa a 0:40
M. Masa a 0:45
N. Masa a 0:50
O. Masa a 0:55
P. Masa a 1:05
Q. Masa al final de la reacción
R. Pérdida de masa (D - Q)
S. Porcentaje de pérdida [(R / A)·100]
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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.
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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.
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Factores que afectan a la velocidad de reacción
CEFIRE –Castellón
13 Mayo 2009
Muchas gracias por su atención
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Cinética química - Propuestas Experimentales