PRÁCTICA 2: VELOCIDAD DE LAS REACCIONES QUÍMICAS

INTRODUCCIÓN

En este trabajo realizaremos tres reacciones químicas y haremos estudios de la variación de la velocidad dependiendo de distintos factores.

Una reacción química se define como el proceso de formación en el que unas sustancias iniciales (reactivos) se transforman en unas sustancias finales (productos). Estas dos sustancias tienen distinta naturaleza, es decir, no se trata de un cambio en las propiedades (cambio físico) sino que las sustancias iniciales se convierten en otras con diferente fórmula. En una reacción química, los enlaces entre los átomos que forman los reactivos se rompen. Entonces, los átomos se reorganizan de otro modo, formando nuevos enlaces y dando lugar a una o más sustancias diferentes a las iniciales.

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Características de las reacciones químicas

Ø La o las sustancias nuevas que se forman suelen presentar un aspecto totalmente diferente del que tenían las sustancias de partida.

Ø Durante la reacción se desprende o se absorbe energía:

o   Reacción exotérmica: se desprende energía en el curso de la reacción.

o   Reacción endotérmica: se absorbe energía durante el curso de la reacción.

Ø Se cumple la ley de conservación de la masa: la suma de las masas de los reactivos es igual a la suma de las masas de los productos. Esto es así porque durante la reacción los átomos ni aparecen ni desaparecen, sólo se reordenan en una disposición distinta.

Una reacción química se representa mediante una ecuación química. Para leer o escribir una ecuación química, se deben seguir las siguientes reglas:

·        Las fórmulas de los reactivos se escriben a la izquierda, y las de los productos a la derecha, separadas ambas por una flecha que indica el sentido de la reacción.

REACTIVOS ----------------à PRODUCTOS

·        A cada lado de la reacción, es decir, a derecha y a izquierda de la flecha, debe existir el mismo número de átomos de cada elemento.

Cuando una ecuación química cumple esta segunda regla, se dice que está ajustada o equilibrada. Para equilibrar reacciones químicas, se ponen delante de las fórmulas unos números llamados coeficientes, que indican el número relativo de átomos y moléculas que intervienen en la reacción.

Velocidad de una reacción química

La velocidad de una reacción química se define como la velocidad a la que disminuye la concentración de los reactivos. Así si un proceso es rápido, los reactivos desaparecerán en poco tiempo. La velocidad depende de varios factores que comprobaremos mediante distintas prácticas.

Para saber si una reacción es rápida o lenta, hay que conocer la velocidad a la que transcurre.  Podemos definir velocidad de reacción como la variación de cantidad de sustancia formada o transformada por unidad de tiempo.

En general, para determinar la velocidad de una reacción, hay que medir la cantidad de reactivo que desaparece o la cantidad de producto que se forma por unidad de tiempo.

·        Factores que afectan a la velocidad de reacción

La velocidad de una reacción se ve influida por una serie de factores; entre ellos se pueden destacar:

Ø Naturaleza de los reactivos

    Se ha observado que según los reactivos que intervengan, las reacciones tienen distinta velocidad, pero no se ha podido establecer aún unas reglas generales.

Ø Concentración de los reactivos

 La velocidad de reacción aumenta con la concentración de los reactivos.  Para aumentar la concentración de un reactivo:

o   Si es un gas, se consigue elevando su presión.

o   Si se encuentra en disolución, se consigue cambiando la relación entre el soluto y el disolvente.

Ø Superficie de contacto de los reactivos

Cuanto más divididos están los reactivos, más rápida es la reacción. Esto es así porque se aumenta la superficie expuesta a la misma.

Ø Temperatura

En general, la velocidad de una reacción química aumenta conforme se eleva la temperatura.

Ø Presencia de catalizadores

    Un catalizador es una sustancia, distinta a los reactivos o los productos, que modifican la velocidad de una reacción. Al final de la misma, el catalizador se recupera por completo e inalterado. En general, hace falta muy poca cantidad de catalizador.

    Los catalizadores aumentan la velocidad de la reacción, pero no la cantidad de producto que se forma.

Nosotros nos centraremos en la temperatura, la concentración de los reactivos y la superficie de contacto de los reactivos.

Estas prácticas serán llevadas a cabo con agua, vasos de precipitado, morteros, ácido clorhídrico (HCl) y comprimidos efervescentes.

Los comprimidos efervescentes contienen carbonatos y un ácido y al disolverlos en agua tiene lugar la siguiente reacción química:

CO₃^2- + 2H⁺ => H₂CO₃

Además este medio acuoso se descompone a su vez en dióxido de carbono y agua quedando la reacción:

CO₃^2- + 2H⁺ => H₂O + CO₂

Como el CO₂ es una sustancia gaseosa al introducir el comprimido en agua se desprenderán burbujas de esta sustancia.

Para nuestra práctica utilizaremos el Efferalgan (1 gramo) que contiene 1 gramo de paracetamol.

PARTE 1: INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA

En este experimento vamos a probar la influencia de la temperatura en la velocidad de reacción de los comprimidos de Efferalgan.

-Material utilizado:

- Dos vasos de precipitado.
- Dos comprimidos de Efferalgan de 1 gramo.
- Agua.
- Hielos.

Usamos dos vasos precipitados que vamos a llenar de agua. A continuación introducimos solo en uno de ellos un hielo (el vaso de la izquierda en el vídeo). Al observar que el agua del vaso con hielo se está enfriando introducimos un comprimido de efferalgan de  1g en cada vaso. Al introducir las pastillas observamos la rapidez con la que se disuelve el efferalgan en el vaso que no contiene hielo aunque se pone un poco turbia el agua  mientras que en el vaso que sí lo contiene se disuelve más lentamente y el agua se empieza a poner muy turbia.

-Conclusiones: Podemos observar también cómo al introducir las pastillas salen burbujas de dióxido de carbono ya que el CO3 es una sustancia gaseosa.
En el experimento hemos podido apreciar la influencia de la temperatura en la disolución ya que se disuelve antes en agua del tiempo que en agua fría. En el agua del tiempo tarda 2,12 minutos mientras que en el agua fría tarda 5, 25 minutos en disolverse. Esto se debe a que el agua fría tiene menor energía que el agua del tiempo, y esto hace que las colisiones entre las partículas del agua y del comprimido sean mayores en el agua del tiempo que en el agua fría.


PARTE 2: INFLUENCIA DE LA SUPERFICIE DE CONTACTO ENTRE LOS REACTIVOS


En este experimento, repetiremos el experimento anterior, pero con agua del tiempo en ambos vasos y en uno de los vasos añadiremos el comprimido pulverizado.

-Material utilizado:

- Dos vasos de precipitado.
- Dos comprimidos de Efferalgan de 1 gramo.
- Agua.
- Varilla de vidrio.

En primer lugar cogemos dos recipientes utilizados anteriormente y los llenamos de agua del tiempo, a continuación cogemos otras dos pastillas de Efferalgan y con un mortero machamos una de ellas. Acto seguido, introducimos a la vez en el primer vaso (el situado a la izquierda en el vídeo) la pastilla entera y en el segundo vaso (situado a la derecha) la pastilla pulverizada. En el segundo debemos asegurarnos de empujar suavemente la sustancia con la varilla de vidrio, de tal manera que quede cubierta por agua en su totalidad, pero sin remover (es importante realizar este paso para que los resultados sean lo más objetivos y precisos posible).

Durante la disolución de las sustancias observamos que, sin duda, el agua de la segunda es más turbia y la pastilla en polvo de este mismo recipiente se disuelve con mayor facilidad, aunque se observa que la disolución comienza de manera rápida, se ralentiza. A pesar de esto tras 1,01min ya se ha disuelto por completo (en el vaso de la derecha).

La pastilla entera es por tanto la que más tarda, 2,02 minutos. En cambio es la que provoca menor turbidez en el agua, y por lo generar mantiene su ritmo de disolución estable.

-Conclusiones:

Podemos decir entonces que la velocidad de reacción de una sustancia depende directamente de la influencia de la superficie de contacto entre los reactivos, ya que el comprimido pulverizado se disolvió con mayor rapidez que el que estaba entero. Esto se debe a que, al estar machacado el comprimido hay que romper menos uniones entre las partículas.

PARTE 3: INFLUENCIA DE LA CONCENTRACIÓN DE LOS REACTIVOS

En este experimento introduciremos el comprimido de Efferalgan (paracetamol) en dos vasos de precipitado, uno con agua del grifo sin nada más (el vaso de la izquierda en el vídeo), y otro con un poco de agua y un poco de ácido clorhídrico (el vaso de la derecha en el vídeo).

• Paso 1: En primer lugar llenaremos un vaso de precipitado con agua del grifo, y el otro vaso lo llenaremos con agua del grifo, pero en menor cantidad, para que al añadir el ácido clorhídrico ambos tengan la misma cantidad total de disolvente. Cuando añadimos el ácido clorhídrico lo hicimos con guantes y teniendo en cuenta que había que echar el ácido clorhídrico sobre el agua, y no al revés porque puede ser peligroso.

• Paso 2: Una vez que teníamos los vasos preparados, los pusimos en la mesa y echamos la pastilla a la vez en ambos, poniendo en ese mismo momento en marcha el cronómetro.

•  Paso 3: Empezaron a salir burbujas de los comprimidos. Salían con mayor velocidad en el vaso del ácido clorhídrico, en el que el comprimido se disolvía a gran velocidad  y el agua estaba muy turbia. En cambio, en el vaso del agua la disolución comenzó siendo más lenta, y el agua estaba menos turbia.

•   Paso 4: La reacción en el vaso con el ácido clorhídrico fue más rápida hasta el primer minuto aproximadamente. Cuando llegamos al primer minuto, las dos reacciones iban a la misma velocidad, ya que la reacción del vaso con ácido clorhídrico empezaba a ralentizarse, y la turbidez del vaso con agua comenzó a ser mayor que la del vaso con ácido clorhídrico.

•  Paso 5: La velocidad de reacción del vaso del ácido clorhídrico seguía disminuyendo, de manera que la velocidad de reacción del vaso con agua era mayor que la del vaso con ácido clorhídrico.

• Paso 6: Al final, terminó de disolverse antes el comprimido en el vaso con agua (2,51 minutos) que en el vaso con ácido clorhídrico (3,54 minutos).

-Todo el experimento se llevó a cabo con guantes porque cuando el ácido clorhídrico entra en contacto con la piel puede provocar ampollas y quemaduras, ya que es un líquido tóxico y muy corrosivo.

- Material utilizado:

-       Dos vasos de precipitado.

-       Agua.

-       Ácido clorhídrico.

-       Guantes de plástico.

-       Cronómetro y grabadora.
-   Dos comprimidos de Efferalgan de 1 gramo.

- Conclusiones: Al añadir el ácido clorhídrico estamos aumentando la concentración de iones H⁺, que es uno de los reactivos del proceso. Los comprimidos contienen carbonatos (derivados del CO₃^2-) y un ácido (sustancia que en medio presenta iones H⁺). Al disolverlos en el agua, tiene lugar la siguiuente reacción química: CO₃^2- + H⁺ --> H₂CO₃. Por ello al aumentar la cantidad de iones H⁺  con el ácido clorhídrico la disolución tendría que haber sido más rápida.  Al principio pensábamos que así sería, pero nos dimos cuenta de que a medida que avanzaba el tiempo, la velocidad de reacción en el ácido clorhídrico disminuía y acabó terminando primero la reacción del comprimido del vaso con agua. No sabemos muy bien a que se puede deber este cambio en la velocidad de reacción del vaso con ácido clorhídrico.

CONCLUSIONES

Al realizar estos proyectos hemos podido comprobar que la velocidad de las reacciones químicas dependen de varios factores como:

La temperatura, como hemos podido observar en la primera reacción, esto se debe a que un aumento de temperatura aumenta la velocidad de reacción por lo que hay un mayor número de partículas en colisión que tienen la energía de activación necesaria para que suceda la reacción, resultando en más colisiones exitosas.

También depende de la superficie en contacto entre los reactivos, como hemos podido observar en la segunda reacción, esto es así porque aumenta la superficie expuesta a la reacción química acelerando así el proceso.

Por último hemos observado que depende de la concentración de los reactivos, apreciada en la tercera reacción, esto se debe a que al aumentar la concentración de estos habrá mas colisiones que generará una reacción química más rápida.

Aparte de estos factores hay otros que influyen en la velocidad con que se produce una reacción química tales como la presión, la presencia de un catalizador, el estado físico de los reactivos y en ocasiones la luz.