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”.

19

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.

20

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.