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Noveno 9° · Ciencias
El cambio · Las reacciones químicas

Factores que afectan la rapidez de las reacciones

Te conviene dominar: La teoría cinético-molecular (sétimo año (III Ciclo de la Educación General Básica))
Te conviene dominar: Disoluciones y concentración (sétimo año (III Ciclo de la Educación General Básica))

Un banano madura en dos o tres días sobre la mesa de la cocina, pero dura una semana más en la refrigeradora. El bicarbonato con vinagre burbujea al instante, mientras que un portón de hierro en Puntarenas, frente al mar, tarda años en oxidarse. Todas son reacciones químicas, pero van a ritmos muy distintos. ¿Qué hace que una reacción sea rápida o lenta?

La reacción como choque de partículas

Dos reactivos pueden estar en frascos vecinos durante años sin cambiar, pero al mezclarlos aparecen sustancias nuevas. ¿Qué tiene que pasar entre las partículas para que empiece una reacción?

Teoría de colisiones: arriba, un choque eficaz entre moléculas A₂ y B₂ con energía y orientación adecuadas, que forma dos moléculas AB; abajo, un choque no eficaz con orientación inadecuada, en el que las moléculas rebotan sin reaccionar. antes durante el choque después Choque eficaz: energía y orientación adecuadas reactivos: A₂ y B₂ se rompen enlaces y se forman otros productos: 2 AB Choque no eficaz: las partículas rebotan reactivos: A₂ y B₂ orientación inadecuada rebotan sin reaccionar átomo A átomo B
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Un plátano madura mucho antes encima de la mesa de la cocina que dentro de la refrigeradora. ¿Qué factor está acelerando la maduración en un caso y frenándola en el…

Un plátano madura mucho antes encima de la mesa de la cocina que dentro de la refrigeradora. ¿Qué factor está acelerando la maduración en un caso y frenándola en el otro? Explique brevemente cómo actúa ese factor.

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El pescado que compramos se guarda en el congelador para que tarde mucho más en echarse a perder. ¿Qué factor estamos controlando al congelarlo y por qué frena las…

El pescado que compramos se guarda en el congelador para que tarde mucho más en echarse a perder. ¿Qué factor estamos controlando al congelarlo y por qué frena las reacciones de descomposición?

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La temperatura

Una barra luminosa, de las que se usan en los faroles del 15 de setiembre, brilla muy fuerte en agua caliente y casi se apaga en agua con hielo. ¿Por qué el calor cambia tanto el ritmo de una reacción?

Dos cajas con partículas que rebotan contra las paredes: en la fría se mueven despacio y en la caliente cuatro veces más rápido, con muchos más rebotes. fría caliente: más agitadas

Así se explica lo que pasa en la cocina: la refrigeradora y el congelador frenan las reacciones de descomposición de los alimentos porque ahí las partículas se mueven más despacio.

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Una pastilla efervescente de vitamina C tarda $80\ \text{s}$ en disolverse por completo en un vaso de agua a $10\ \celsius$ y solo $20\ \text{s}$ en agua a…

Una pastilla efervescente de vitamina C tarda $80\ \text{s}$ en disolverse por completo en un vaso de agua a $10\ \celsius$ y solo $20\ \text{s}$ en agua a $30\ \celsius$. La gráfica resume los datos:

20 40 60 80 0 80 s 20 s 10 °C 30 °C T (°C) t (s)
  1. a) ¿Cuántas veces más rápida es la reacción a $30\ \celsius$ que a $10\ \celsius$?
  2. b) Explique este resultado pensando en cómo se mueven las partículas cuando sube la temperatura.
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Aitana mezcla en el laboratorio dos disoluciones incoloras y mide el tiempo que tarda en aparecer un sólido amarillo (un precipitado). Repite la mezcla a distintas…

Aitana mezcla en el laboratorio dos disoluciones incoloras y mide el tiempo que tarda en aparecer un sólido amarillo (un precipitado). Repite la mezcla a distintas temperaturas y obtiene: $80\ \text{s}$ a $10\ \celsius$, $40\ \text{s}$ a $20\ \celsius$ y $20\ \text{s}$ a $30\ \celsius$. Los datos están representados en la gráfica:

20 40 60 80 0 10 20 30 40 80 s 40 s 20 s ? T (°C) t (s)
  1. a) Describa con sus palabras la tendencia que muestran los datos.
  2. b) Fijándose en la tendencia, ¿cuánto tiempo cabría esperar aproximadamente a $40\ \celsius$?
  3. c) Justifique la tendencia con el modelo de partículas.
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La concentración y el oxígeno disponible

Dos recipientes del mismo tamaño: en el aire hay pocas moléculas de oxígeno y en oxígeno puro hay muchas más en el mismo espacio. Aire (21 % O₂) Oxígeno puro (100 % O₂) poco O₂ por volumen más O₂ por volumen

Por eso, cuando sopla sobre las brasas del asado, les lleva aire fresco con oxígeno y arden con más fuerza.

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Cuando soplamos sobre las brasas de un asado, arden con más fuerza. ¿Qué les estamos aportando al soplar? ¿Qué factor que acelera las reacciones estamos poniendo en…

Cuando soplamos sobre las brasas de un asado, arden con más fuerza. ¿Qué les estamos aportando al soplar? ¿Qué factor que acelera las reacciones estamos poniendo en juego?

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Una astilla de madera que está solo al rojo vivo se enciende con llama al introducirla en un tubo lleno de oxígeno puro. ¿Qué factor explica que en ese tubo la…

Una astilla de madera que está solo al rojo vivo se enciende con llama al introducirla en un tubo lleno de oxígeno puro. ¿Qué factor explica que en ese tubo la combustión sea mucho más viva que en el aire?

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En muchos quemadores de gas hay una entrada de aire regulable: con poca entrada de aire la llama es amarilla y tizna las ollas, y con más entrada es azul y calienta…

En muchos quemadores de gas hay una entrada de aire regulable: con poca entrada de aire la llama es amarilla y tizna las ollas, y con más entrada es azul y calienta mejor.

  1. a) ¿Qué factor está modificando al regular la entrada de aire?
  2. b) Explique por qué la combustión es más completa y eficiente con la entrada abierta.
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La superficie de contacto

Un tronco grueso tarda horas en arder, pero la misma masa de madera en forma de aserrín arde en segundos. ¿Cómo influye el tamaño de los trozos si la masa es la misma?

Comparación de la superficie de contacto con el agua: un terrón entero, con pocas caras expuestas, frente al mismo volumen dividido en nueve granos, con muchas más caras expuestas. Terrón una sola pieza Granulado poca superficie en contacto mucha más superficie en contacto =

Lo mismo ocurre con el hierro: una lana de acero (muy dividida) arde con chispas en la llama, mientras que un clavo o un portón de hierro solo se corroen lentamente, porque tienen poca superficie expuesta al oxígeno y reaccionan despacio. Esa oxidación lenta se llama corrosión.

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Lucía echa un terrón de azúcar a su café con leche y Marco echa la misma cantidad de azúcar granulado al suyo, como se muestra en la figura. Ambos remueven igual. ¿Cuál…

Lucía echa un terrón de azúcar a su café con leche y Marco echa la misma cantidad de azúcar granulado al suyo, como se muestra en la figura. Ambos remueven igual.

terrón azúcar granulado

¿Cuál de los dos se disolverá antes? ¿Qué factor que afecta la velocidad de las reacciones explica la diferencia?

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Para que un antiácido haga efecto antes, en la farmacia lo venden en pastillas efervescentes, que se disuelven en agua, o se recomienda triturar la pastilla. ¿Qué factor…

Para que un antiácido haga efecto antes, en la farmacia lo venden en pastillas efervescentes, que se disuelven en agua, o se recomienda triturar la pastilla. ¿Qué factor se está aprovechando en ambos casos?

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Practica★★☆Sin empezar
En el caldo de la sopa, la sal fina se disuelve casi al instante y la sal gruesa tarda bastante más, aunque la cantidad sea la misma. Explique la diferencia usando el…

En el caldo de la sopa, la sal fina se disuelve casi al instante y la sal gruesa tarda bastante más, aunque la cantidad sea la misma. Explique la diferencia usando el modelo de partículas: piense en qué partículas de la sal están en contacto con el agua en cada caso.

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Un tronco de roble puede arder durante horas en una chimenea, pero el aserrín del mismo roble, si está esparcido, arde casi de golpe. a) ¿Qué factor explica esta…

Un tronco de roble puede arder durante horas en una chimenea, pero el aserrín del mismo roble, si está esparcido, arde casi de golpe.

  1. a) ¿Qué factor explica esta diferencia?
  2. b) Razone por qué en las carpinterías se prohíbe fumar y se retira el aserrín acumulado con frecuencia.
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La lana de acero que se usa para lavar los trastes arde con chispas al acercarla a una llama, mientras que un clavo del mismo material solo se oxida despacio, a lo largo…

La lana de acero que se usa para lavar los trastes arde con chispas al acercarla a una llama, mientras que un clavo del mismo material solo se oxida despacio, a lo largo de los años.

  1. a) ¿Qué factor explica que el mismo material reaccione tan distinto?
  2. b) ¿Cómo se llama la oxidación lenta que sufre el clavo?
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En los silos de grano y en los antiguos molinos de harina ha habido explosiones sin ninguna llama visible: bastaba una pequeña chispa en un aire cargado de polvo de…

En los silos de grano y en los antiguos molinos de harina ha habido explosiones sin ninguna llama visible: bastaba una pequeña chispa en un aire cargado de polvo de harina.

  1. a) Explique por qué el polvo de harina en suspensión arde muchísimo más rápido que la misma harina apilada en un saco.
  2. b) ¿Qué factor de los que aceleran las reacciones está actuando de forma extrema?
  3. c) Proponga una medida de seguridad para estos lugares y justifíquela.
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Catalizadores

Un catalizador no hace que las partículas se muevan más rápido ni que haya más. Ofrece a la reacción un camino que necesita menos energía, así que una mayor parte de los choques resulta eficaz.

Esquema de un catalizador: los reactivos pasan por el catalizador, que no se consume, y se transforman en producto más rápido; el catalizador queda intacto. reactivos catalizador sin consumirse producto sigue intacto

Diseñar un experimento para estudiar un factor

Experimento controlado: dos vasos con la misma cantidad de leche y de cacao en polvo; el vaso 1 está a temperatura ambiente y el vaso 2 está caliente y humeante, de modo que la única diferencia es la temperatura. vaso 1: temperatura ambiente vaso 2: caliente misma leche, mismo cacao misma leche, mismo cacao única diferencia: la temperatura
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Esteban quiere comprobar que la temperatura influye en la velocidad con que se disuelve el cacao en la leche. Diseñe el experimento por él: qué materiales necesita, qué…

Esteban quiere comprobar que la temperatura influye en la velocidad con que se disuelve el cacao en la leche. Diseñe el experimento por él: qué materiales necesita, qué magnitud cambiará entre los dos vasos, qué cosas debe mantener exactamente iguales y qué medirá para comparar.

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Usted quiere comprobar el efecto de la superficie de contacto usando dos pastillas efervescentes idénticas: una entera y otra triturada hasta hacerla polvo. a) Describa…

Usted quiere comprobar el efecto de la superficie de contacto usando dos pastillas efervescentes idénticas: una entera y otra triturada hasta hacerla polvo.

  1. a) Describa el procedimiento paso a paso.
  2. b) Prediga el resultado y justifíquelo con el modelo de partículas.
  3. c) Explique por qué debe usar la misma cantidad de agua y a la misma temperatura en los dos vasos: ¿qué ocurriría con sus conclusiones si no lo hiciera?
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Usted prepara cuatro vasos de agua con azúcar: el vaso 1 con agua fría y un terrón, el vaso 2 con agua fría y la misma cantidad de azúcar granulado, el vaso 3 con agua…

Usted prepara cuatro vasos de agua con azúcar: el vaso 1 con agua fría y un terrón, el vaso 2 con agua fría y la misma cantidad de azúcar granulado, el vaso 3 con agua caliente y un terrón y el vaso 4 con agua caliente y azúcar granulado. La figura muestra los cuatro vasos:

Vaso 1 agua fría terrón Vaso 2 agua fría granulado Vaso 3 agua caliente terrón Vaso 4 agua caliente granulado
  1. a) ¿Qué dos vasos compararía para estudiar solo el efecto de la temperatura? Justifique la elección.
  2. b) ¿Y qué dos vasos compararía para estudiar solo el efecto de la superficie de contacto?
  3. c) ¿Qué vaso tardará menos en disolver el azúcar? Razone la respuesta combinando los dos factores.
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Comunicar y contrastar una investigación

Al comparar la rapidez de una reacción, registre la variable que cambia, las que mantiene y el criterio para saber cuándo terminó. Trabaje con un protocolo supervisado por su docente: use delantal y anteojos de seguridad, cantidades pequeñas, recipientes sin tapar cuando se produce gas y deseche los residuos como se indique.

Repita cada medición varias veces, calcule la media y conserve los datos originales. Comunique también cuánto varían. Separe lo que observó de lo que interpreta, y no concluya que toda reacción cambia exactamente igual con la temperatura.

Vuelva al principio: el banano dura más en la refrigeradora porque, a baja temperatura, las partículas se mueven más despacio y la maduración se frena. El bicarbonato con vinagre reacciona al instante porque el vinagre es un líquido y el bicarbonato es un polvo fino: al mezclarse, las partículas de ambos se encuentran y chocan por todo el recipiente. El hierro del portón, en cambio, se oxida (se corroe) muy lento porque solo reacciona en su superficie expuesta al aire.

Resumen

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