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9° EBI · Química
El cambio · Las reacciones químicas

Factores que afectan la rapidez de las reacciones

Una banana madura en dos o tres días sobre la mesa de la cocina, pero dura una semana más en la heladera. El bicarbonato con vinagre burbujea al instante, mientras que una reja de hierro frente a la Rambla 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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Una banana madura mucho antes encima de la mesa de la cocina que dentro de la heladera. ¿Qué factor está acelerando la maduración en un caso y frenándola en el otro?…

Una banana madura mucho antes encima de la mesa de la cocina que dentro de la heladera. ¿Qué factor está acelerando la maduración en un caso y frenándola en el otro? Explicá brevemente cómo actúa ese factor.

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El pescado que compramos se guarda en el congelador (freezer) para que tarde mucho más en estropearse. ¿Qué factor estamos controlando al congelarlo y por qué frena las…

El pescado que compramos se guarda en el congelador (freezer) para que tarde mucho más en estropearse. ¿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 el carnaval, 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 heladera y el freezer 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 $30\ \celsius$. El gráfico 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) Explicá 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 el gráfico:

20 40 60 80 0 10 20 30 40 80 s 40 s 20 s ? T (°C) t (s)
  1. a) Describí con tus palabras la tendencia que muestran los datos.
  2. b) Fijándote en la tendencia, ¿cuánto tiempo cabría esperar aproximadamente a $40\ \celsius$?
  3. c) Justificá 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 soplás sobre las brasas del asado, les llevás aire fresco con oxígeno y arden con más fuerza.

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Cuando soplamos sobre las brasas de una parrilla, 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 una parrilla, 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 estás modificando al regular la entrada de aire?
  2. b) Explicá 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 granulada al suyo, como se muestra en la figura. Ambos revuelven igual. ¿Cuál…

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

terrón azúcar granulada

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

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Practica★☆☆Sin empezar
Para que un antiácido haga efecto antes, en la farmacia lo venden en pastillas efervescentes, que se disuelven en agua, o se recomienda moler la pastilla. ¿Qué factor se…

Para que un antiácido haga efecto antes, en la farmacia lo venden en pastillas efervescentes, que se disuelven en agua, o se recomienda moler 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. Explicá 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. Explicá la diferencia usando el modelo de partículas: pensá en qué partículas de la sal están en contacto con el agua en cada caso.

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Practica★★☆Sin empezar
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) Razoná por qué en las carpinterías se prohíbe fumar y se retira seguido el aserrín acumulado.
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La lana de acero que se usa para fregar arde con chispas al acercarla a una llama, mientras que un clavo del mismo material solo se oxida despacio, a lo largo de los…

La lana de acero que se usa para fregar 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) Explicá por qué el polvo de harina en suspensión arde muchísimo más rápido que la misma harina apilada en una bolsa.
  2. b) ¿Qué factor de los que aceleran las reacciones está actuando de forma extrema?
  3. c) Proponé una medida de seguridad para estos lugares y justificala.
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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 chocolate 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 chocolate misma leche, mismo chocolate única diferencia: la temperatura
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Joaquín quiere comprobar que la temperatura influye en la velocidad con que se disuelve el cacao en la leche. Diseñá el experimento por él: qué materiales necesita, qué…

Joaquín quiere comprobar que la temperatura influye en la velocidad con que se disuelve el cacao en la leche. Diseñá 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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Practica★★★Sin empezar
Querés comprobar el efecto de la superficie de contacto usando dos pastillas efervescentes idénticas: una entera y otra molida hasta hacerla polvo. a) Describí el…

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

  1. a) Describí el procedimiento paso a paso.
  2. b) Predecí el resultado y justificalo con el modelo de partículas.
  3. c) Explicá por qué tenés que usar la misma cantidad de agua y a la misma temperatura en los dos vasos: ¿qué pasaría con tus conclusiones si no lo hicieras?
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Practica★★★Sin empezar
Preparás 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…

Preparás 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 compararías para estudiar solo el efecto de la temperatura? Justificá la elección.
  2. b) ¿Y qué dos vasos compararías para estudiar solo el efecto de la superficie de contacto?
  3. c) ¿Qué vaso tardará menos en disolver el azúcar? Razoná la respuesta combinando los dos factores.
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Comunicar y contrastar una investigación

Al comparar la rapidez de una reacción, registrá la variable que cambiás, las que mantienes y el criterio para saber cuándo terminó. Trabajá con un protocolo supervisado por tu profe: usá guardapolvo y anteojos de seguridad, cantidades pequeñas, recipientes sin tapar cuando se produce gas y descartá los residuos como se indique.

Repetí cada medición varias veces, calculá la media y conservá los datos originales. Comunicá también cuánto varían. Separá lo que observaste de lo que interpretás, y no concluyas que toda reacción cambia exactamente igual con la temperatura.

Volvé al principio: la banana dura más en la heladera 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 de la reja, en cambio, se oxida (se corroe) muy lento porque solo reacciona en su superficie expuesta al aire.

Resumen

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