Velocidad de reacciones

Autores: Silvia Cerdeira, Helena Ceretti y Eduardo Reciulschi. Responsable disciplinar: Silvia Blaustein. Área disciplinar: Química. Temática: Reacciones químicas. Nivel: Secundario, ciclo básico. Secuencia didáctica elaborada por Educ.ar.

Propósitos generales

• Promover el uso de los equipos portátiles en el proceso de enseñanza y aprendizaje.

• Promover el trabajo en red y colaborativo, la discusión y el intercambio entre pares, la realización en conjunto de la propuesta, la autonomía de los alumnos y el rol del docente como orientador y facilitador del trabajo.

• Estimular la búsqueda y selección crítica de información proveniente de diferentes soportes, la evaluación y validación, el procesamiento, la jerarquización, la crítica y la interpretación.

Introducción a las actividades

Si bien en la vida cotidiana las personas están familiarizadas con los cambios químicos, la cuestión de la velocidad con que se producen es un tema de suma importancia, aunque no siempre es tenido en cuenta.

Si se puede entender cuáles son los factores que afectan la velocidad de una reacción, las reacciones se podrían hacer más lentas o más rápidas según las necesidades. En el caso de los alimentos elaborados, muchos tienen una fecha de vencimiento a partir de la cual, el fabricante ya no garantiza su producto. En este caso, es de importancia que la reacción que hace que el alimento deje de ser saludable sea «lenta». Otro ejemplo es el caso de los procesos industriales, como sucede en la fabricación de ácido sulfúrico o de amoníaco, en la que se busca que la reacción sea lo más rápida posible para obtener mayor producción en el mismo tiempo.

El estudio de la velocidad de las reacciones químicas también es relevante para evaluar aspectos ambientales relacionados con procesos químicos. Por ejemplo:

• el reemplazo de ciertos productos que tuvieron afectaron sustancias que tardaron miles de años en formarse (como el ozono);
• la búsqueda de alternativas para minimizar la producción de gases provenientes de la combustión de combustibles fósiles, como es el caso del empleo de convertidores catalíticos en los automóviles.


Así como la velocidad de un automóvil puede evaluarse como la distancia recorrida sobre el tiempo transcurrido en recorrerla, la velocidad de una reacción química suele expresarse como la variación de la concentración de reactivos (o productos) en un determinado lapso de tiempo (V= Δconc/ Δt).

Objetivos de las actividades

Que los alumnos:

• caractericen la velocidad a la cual transcurre una reacción química en función de la variación del consumo de reactivos o formación de productos con el tiempo; • evalúen el efecto de la concentración inicial de reactivo sobre la velocidad de una reacción.


Actividad 1

Si se lee atentamente el envase del agua oxigenada comprada en una farmacia, se observará que este producto tiene fecha de vencimiento. Esto se debe a que el agua oxigenada se descompone formando agua y oxígeno:

2 H2O2 (ac) → 2 H2O (l) + O2 (g) (1)

Sin embargo, bajo ciertas condiciones, esta reacción es suficientemente lenta como para permitir la comercialización del producto.

Algunos alimentos contienen sustancias capaces de descomponer muy rápidamente al agua oxigenada, un ejemplo es la papa. El gas O2 (g) generado en dicha reacción de descomposición (1), produce una cantidad de espuma apreciable. El volumen de dicha espuma puede estimarse midiendo la altura que alcanza en el tubo.

Debido a la multiplicidad de tareas que hay que realizar simultáneamente en esta actividad (tomar tiempos, anotar, medir) lo mejor es que armen grupos para hacerla.


Materiales

    • 1 papa pelada
    • 1 mortero o cuenco irrompible
    • Agua oxigenada de farmacia, 10 volúmenes
    • 1 tubo de ensayos o similar fijado en un soporte
    • 1 regla
    • 1 reloj


Procedimiento

1. Pelen y trituren la papa (pueden usar un mortero o un cuenco irrompible).

2. Coloquen la papa triturada en el tubo de ensayo hasta que alcance una altura de 2 cm.

3. Agergan el agua oxigenada al tubo, hasta una altura de 5 cm.

4. Agiten el tubo hasta que comience a observarse la formación de espuma. Empiecen a tomar el tiempo con el reloj. Se considera que a tiempo igual a cero, la altura de espuma es igual a cero.

5. Midan la altura de la espuma después de un minuto, desde la parte superior del líquido hasta donde la espuma tenga contacto con el aire.

6. Midan la altura de espuma una vez transcurridos 2, 3, 4, y 5 minutos desde el comienzo del experimento. Registren el tiempo y la altura de espuma en un anotador.


a) Repitan el experimento pero llenando con papa triturada solo 1 cm del tubo y colocando agua oxigenada hasta los 4 cm.


b) Reserven los datos del experimento para la actividad siguiente.


Actividad 2

Empleando el programa Calc de sus equipos portátiles, procesen los datos obtenidos en la actividad 1 (volumen de espuma medido en función del tiempo).

La formación de espuma en el experimento de la actividad 1 es proporcional a la concentración de agua oxigenada que se está descomponiendo, y formalmente se debería expresar la velocidad de la reacción en términos de esta descomposición. Primero, háganlo en función de lo que observaron empíricamente, la espuma generada, y luego expresen la velocidad de la reacción en términos de descomposición.

  1. Abran el programa Calc.
  2. En la columna A, escriban los datos correspondientes al volumen de espuma del primer experimento y en la columna B, escriban el tiempo (1, 2, 3, 4, y 5 minutos). Reserven la primera casilla de cada columna para los encabezados (altura para la primera, tiempo para la segunda).
  3. La columna C se denomina: velocidad. Escriban en la primera casilla de la columna el nombre y en la siguiente la fórmula “=A2/B2”, que indica que los valores de esas celdas se dividirán.
  4. Trasladen esta fórmula para los otros tiempos medidos (puede hacerse simplemente estirando o arrastrando con el mouse la celda anterior hacia abajo).
  5. La columna D se denomina: velocidad promedio. En D2 hagan clic en el símbolo del asistente de funciones que está junto a la línea de entrada y seleccionen promedio. Inserten el rango de valores C2-C6 y el programa dará como resultado la velocidad media buscada.
  6. Marquen las celdas de los datos de las columnas A y B. Con la ayuda del asistente de gráficos realicen un gráfico xy (eje x: tiempo / eje y: altura de la espuma).
  7. Coloquen los datos del otro experimento (ítem 6, actividad 1) a partir de la fila 10 en las mismas columnas y repitan el mismo procedimiento para obtener la velocidad media y el gráfico correspondiente.


Actividad 3

Miren el video «Pastilla efervescente y velocidad de una reacción química», que muestra un experimento para medir la disolución de pastillas efervescentes.

Ahora lo van a hacer pero mejorándolo un poco. Van a comenzar expresando la velocidad en términos empíricos (de lo que ven) y no en términos formales.


Materiales

    • 1 recipiente grande transparente del tamaño de una olla o similar (que servirá para el baño María).     • 1 frasco de vidrio del tamaño de un vaso.
    • Pastillas efervescentes (pueden ser mezclas de aspirina y bicarbonato o tabletas efervescentes de vitamina C. Ambas se consiguen en farmacias).
    • Agua.
    • 1 termómetro.
    • 1 reloj.

Procedimiento

1. Coloquen el frasco de vidrio dentro del recipiente grande y llenen ambos con agua de la heladera.
2. Tomen la temperatura y coloquen dentro del frasco una pastilla efervescente. Tomen el tiempo inmediatamente: registren el tiempo transcurrido desde que se colocó la pastilla hasta que se disolvió completamente.
3. Repitan el experimento empleando agua a temperatura ambiente, agua tibia y agua caliente (manipulen el agua caliente con precaución para evitar quemaduras).

En el programa Calc de sus equipos portátiles, armen una tabla con los datos de temperatura del agua y tiempo de disolución. Representen ambas variables en un gráfico xy (eje x: temperatura, eje y: tiempo).

Actividad de cierre

Utilicen el programa Writer, instalado en sus equipos portátiles, para contestar el cuestionario. Empleen los elementos gráficos generados en las actividades anteriores para ilustrar las respuestas.

• ¿La velocidad es la misma en todo momento de la reacción? Si no es así, ¿cuándo es mayor?

• Si la velocidad fuera la misma durante todo el experimento, ¿cómo sería la forma del gráfico? (Ayuda: modifiquen los datos de la columna B en cualquiera de las series, de modo que los valores de la columna C sean siempre iguales y el gráfico se ajustará automáticamente).

• ¿Es la velocidad media la misma en ambos experimentos? ¿A qué lo atribuyen?

• ¿Cómo varía la velocidad de una reacción con la temperatura?

Webgrafía recomendada

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