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Cinética y Equilibrio
químico Objetivo de clase: Guiar el desarrollo de un concepto de
cinética en reacciones reversibles, así discutir en un
colectivo los factores que influyen en el cambio químico a
fin de desarrollar Competencias de Pensamiento Científico
como la explicación y resolución de problemas.
Objetivo. Identificar las
preconcepciones
estudiantiles con respecto a
la noción científica de los
cambios químicos reversibles
en fenómenos naturales y los
factores que influyen en
tales cambios químicos.
(10 minutos)
Fase I: Exploración
Actividad: Problemas Ejemplificadores
(10 minutos)
Elija dos tipos de procesos biológicos que
sucedan en el cuerpo humano y EXPLICA la(s)
razón(es) por la(s) cuál(es) ocurren a ritmos
distintos los procesos que tu has escogido.
Por ejemplo, ¿Te imaginas que los
componentes del jugo gástrico actuaran tan
lento sobre los nutrientes que consumimos y
que el proceso de digestión demorara varios
días?
¿Qué tan importante es la velocidad? (5 minutos)
Recuerda, ¿En qué situaciones empleas el concepto
“velocidad”?.
Supongamos que sales de vacaciones con tu familia
y te desplazas en automóvil desde el lugar que
resides a otra ciudad, recorriendo un total de 454
km en 4 horas.
a. ¿A qué velocidad promedio se desplazo el
automóvil?
b. ¿Cómo clasificas la velocidad del automóvil?,
¿rápida o lenta?
Para finalizar…
¿Podemos elaborar una definición para velocidad de reacción?
¿Nos interesamos por conocer la realidad y emplear el conocimiento adquirido y la
información recibida para observar científicamente el mundo?
¿La actividad planteada nos permite desarrollar habilidades de investigación?
¿Formulamos hipótesis empleando la creatividad y flexibilidad?
¿Hemos sido honestos/as durante el trabajo desarrollado?
Recordemos y Analicemos
Según las observaciones realizadas, ¿qué es la velocidad de
reacción?
¿Qué observaciones les permitieron medir la velocidad de
reacción?
Observando los datos recopilados y ordenados, analicen el
papel de las diferentes disoluciones.
a. ¿Cuál es la importancia del agua en los experimentos?
b. ¿Qué variables en esta experiencia influyen en la velocidad
de reacción? ¿Cómo?
La cinética química es la rama de la Química
que estudia la velocidad de las reacciones
químicas y sus mecanismos. Rama muy
importante, pues gracias a ella es factible
por ejemplo, predecir la velocidad con la
que actuará un medicamento, analizar la
destrucción de la capa de ozono e incluso
determinar cada cuánto tiempo es necesaria
la restauración de estatuas metálicas, que
sufren los efectos de la contaminación y la
lluvia ácida.
Velocidad de reacción Observa atentamente los siguientes gráficos. El primero corresponde a la
gráfica obtenida con los datos de un automóvil en desplazamiento a rapidez constante. El segundo, al gráfico elaborado a partir de los datos obtenidos en el transcurso de la reacción química X → Y + Z, donde X corresponde al reactivo e Y, Z a los productos obtenidos.
• ¿Qué información te proporciona
cada gráfico?
•¿Qué variable representan?
• ¿Cómo definirías “velocidad” a
partir del gráfico 1?
• A partir del gráfico 2, ¿qué es la
velocidad de reacción?
¡Qué veloz! ¡Qué lento! ¿Han disuelto alguna vez una pastilla efervescente, por ejemplo un antiácido, en agua o has visto a alguien
hacerlo? Observa la situación
Antes de empezar con la experimentación copia este cuadro
1. Enumeren tres vasos de precipitado, y agreguen a cada uno: 5, 10 y 15 mL de agua destilada, respectivamente.
2. Sobre el agua, agreguen a cada vaso 20, 15, y 10 mL de vinagre, respectivamente.
3. Con la ayuda de la varilla de agitación, homogeneicen las mezclas formadas en cada vaso.
4. Tomen tres pastillas efervescentes:
a. Para verificar que tengan la misma masa, determínenla con la ayuda de la balanza.
b. Agreguen sobre el vaso 1 la pastilla efervescente y registren el tiempo de reacción con el cronómetro.
5. Repitan el procedimiento número 4, con los vasos 2 y 3.
Vaso V H20 (mL) V vinagre (mL) [Disolución] Tiempo de rx
1
2
3
Actividad
La Aspirina
Objetivo. El estudiante construirá en esta etapa un concepto de cinética para
procesos irreversibles y otro para procesos reversibles, para posteriormente
identificar los principales factores que afectan principalmente el proceso
reversible, así el estudiante será capaz de resolver problemas a partir del
modelo de cinética y relacionar las causas o efectos con modelos cinéticos.
Explicar: Organización de hechos para dar cuenta de algo.
Argumentar: Es la manera de enfrentarse a una situación problemática, a una
duda real, para el que no hay una respuesta concluyente.
Fase II: Intro. Nuevos conocimientos
La definición estandarizada de velocidad es la siguiente:
“Corresponde al cambio en la concentración de un reactivo o producto respecto
del tiempo”
Los cambios en la concentración de un reactivo o producto (en el tiempo) se
detallan en la siguiente ecuación
Repaso 26/9
Introducción a los nuevos conocimientos
Objetivos de clase:
Relacionan la variable temperatura con la teoría de las colisiones.
Conocen los algoritmos matemáticos de mecanismos de reacción que
describen la cinética de los cambios químicos.
TEORÍA DE LAS COLISIONES La teoría de colisiones permite explicar la velocidad de las reacciones químicas
considerando que para que dos o más sustancias reaccionen, primero deben
colisionar entre sí. Las opciones al colisionar las partículas en un sistema pueden
ser las siguientes:
En general:
Si luego de la colisión se forman productos nuevos se dice que ésta
es efectiva.
Sólo las colisiones efectivas permiten la formación de producto.
No hay reacción si la colisión es no-efectiva.
La velocidad de una reacción es proporcional al número de colisiones
producidas por unidad de tiempo, entre las moléculas de los reactivos.
(teoría de colisiones)
Velocidad= Frecuencia de colisiones + factor energético + factor
de probabilidad (factor de orientación, geometría de colisión)
Frecuencia de colisiones: dependen de las
concentraciones de partículas, tamaño y rapidez de
movimiento.
Factor de probabilidad: dependen de la geometría de la
colisión.
Factor energético: Fracción de colisiones energéticas,
depende de la temperatura y la energía de activación.
Velocidad= Frecuencia de colisiones + factor energético
+ factor de probabilidad (factor de orientación,
geometría de colisión)
Energía de activación
VARIABLES EN LA VELOCIDAD DE UNA REACCIÓN
QUÍMICAVA
RIA
BLES
EN
LA V
ELO
CID
AD
D
E
UN
A R
EA
CC
IÓN
Q
UÍM
ICA
Concentración
Temperatura
Catalizadores
Estado físico
Presión
Concentración de los reactantes
Ley de Acción de las Masas: (Guldberg y waage)
“La velocidad de una reacción es directamente proporcional al producto de las concentraciones
molares de los reactantes, elevadas a potencias que corresponden a los respectivos coeficientes de la
ecuación química”
Para una reacción general de “ley de velocidad” seria:
Ejemplo:
Ordenes de reacción
Es importante hacer notar que el efecto de la concentración sobre la rapidez
de reacción no es siempre predecible, pues no tiene que ver con la
estequiometria, sino con que es una determinación experimental.
Los resultados obtenidos se pueden representar como la “La ecuación de
velocidad” o “Ley de velocidad”.
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Una ley de velocidad es una ecuación que expresa una velocidad instantánea
en termino de la concentración de las sustancias que forman parte de la
reacción.
La expresión de la ley de velocidad se puede expresar como:
velocidad = K [reaccionantes]nDonde n es el orden de la reacción
Si al duplicar la concentración del reactivo la rapidez se mantiene, se dice que la reacción es de orden cero, pues la concentración de los reactantes no influye en la velocidad de reacción. V = K [A] ^0 v = k
Si al duplicar la concentración de los reactantes se duplica la rapidez, se dice que la reacción es de primer orden:
v = k [A]
Si al duplicar la concentración de un reactivo la velocidad se hace cuatro vez mayor, se dice que la reacción es de segundo orden u orden 2:
v = k [A] ^2
Sucesivamente sigue el mismo patrón
° El orden de la reacción no siempre toma valores enteros positivos, puede ser además fraccionario o negativo.
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El orden de una reacción u orden global de la reacción es la suma de las potencias u ordenes que se eleva cada parte de la reacción.
Ejemplo:
A + B C + D
Se encontró experimentalmente que los ordenes de reacción para A era 1 y para B era 2. La expresión de ley cinética de la reacción queda dada por:
v = k [A] [B]^2
Ejemplo 1:
Para la reacción A + B C + D arrojo los siguientes datos
experimentales:
Paso 1: Reemplazar en la ecuación de velocidad
Paso 2: dividir la ecuación 1 en la 2
Paso 3: dividir la ecuación 1 en la 3
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[A] [B] Rapidez inicial
(mol/Ls)
Exp 1 0,25 0,40 1,5 x 10 ^-3
Exp 2 0,50 0,40 6,0 x 10 ^-3
Exp 3 0,50 0,80 2,4 x 10 ^-2
Si hacemos los análisis adecuados vemos que al duplicar la [A], la
rapidez aumenta cuatro veces , siendo coherente con un segundo
orden de reacción respecto a A.
En cambio al duplicar la [B] solo se cuadruplica la rapidez, indicando
que es una reacción de segundo orden respecto a B. Por lo tanto,
considerado la ecuación para la rapidez de reacción:
V = k [A]^2 [B]^2
Se obtuvieron los resultados adjuntos en la tabla.
Considerando la reacción del enunciado, la ley de velocidad teórica para esta
reacción seria:
De la reacción: NO2(g)+CO(g)→NO(g)+CO2(g)
Orden de una reacción química
Un grupo de científicos quiere determinar el orden total de una reacción que sigue la siguiente
ecuación:
A+B+C→D
Para ello, se realizaron 4 experimentos diferentes, cuyos resultados se muestran en la tabla.