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  • Tercer Ao Medio Qumica Ministerio de Educacin106

    Unidad 3

    Cintica qumica

    Contenidos

    Medicin de la velocidad de una reaccin simple, a lo menos a dos temperaturas ya dos concentraciones iniciales de reactantes; determinacin del orden de re-accin; clculo de las constantes de velocidad; estimacin de la energa deactivacin.

    Introduccin a los mecanismos de reaccin; reacciones qumicas reversibles yequilibrio qumico.

    Composicin qumica y caractersticas fsicas de catalizadores de uso en lavida cotidiana.

    Redaccin de un ensayo de no ms de 300 palabras acerca de la influencia dela temperatura en las reacciones de descomposicin de alimentos.

    U

  • 107Unidad 3: Cintica qumica

    Conceptos estructurantes de la unidad

    velocidad de reaccin, v

    factores que afectan

    la velocidad de reaccin

    ley cintica

    reaccin elemental

    constante de velocidad

    Aprendizajes esperados

    Los alumnos y alumnas:

    identifican el concepto de velocidad de reaccin;

    relacionan las velocidad de reaccin directa e inversa con la obten-cin del equilibrio qumico;

    reconocen que la velocidad con que ocurre una reaccin deter-minada depende principalmente de dos factores: concentraciones ytemperatura;

    reconocen el concepto de mecanismo para explicar la cintica de unareaccin simple;

    asocian a una reaccin una determinada energa de activacin;

    distinguen entre los conceptos de catalizador e inhibidor;

    valoran la importancia de los catalizadores, particularmente en lacatlisis enzimtica de procesos de importancia bioqumica, y en losconvertidores catalticos de motores de combustin interna.

    etapa determinante

    molecularidad

    teora de colisiones

    energa de activacin

    catalizador

  • Tercer Ao Medio Qumica Ministerio de Educacin108

    Orientaciones didcticas

    El estudio de la cintica dar oportunidad al docente para estimular a alumnos y alumnas aaprender que las reacciones qumicas no ocurren de manera instantnea y que sus velocidadesse sitan en un amplio intervalo: algunas reacciones son extraordinariamente lentas y en ellas,macroscpicamente, no se detectan cambios medibles en un lapso de tiempo considerable; enel otro extremo, hay reacciones que parecen ocurrir de manera instantnea.

    Lo anterior es importante en relacin a las unidades precedentes: la termodinmica de unproceso slo permite hacer predicciones sobre su factibilidad, pero no acerca de la velocidadcon que dicho proceso ocurre. De esta manera, los estudiantes comprendern ms fcilmenteque el estado de equilibrio para una reaccin qumica muy lenta puede ser prcticamente inal-canzable. Alumnas y alumnos conocen procesos lentos como la oxidacin de algunos metalesal aire (hierro, cobre, etc.), algunos de los cuales se recubren de una capa de xido que protegela superficie del metal y hace muy lenta la oxidacin. Los estudiantes han escuchado o ledosobre los devastadores efectos de una explosin de gas natural o de gas licuado y es importanteque comprendan que dicha explosin es producida por una reaccin qumica muy rpida, queest acompaada por un gran aumento de la temperatura y una brusca expansin, producidapor la generacin de gases y dicho aumento de la temperatura.

    El tema anterior, referido a la velocidad de reaccin, deber conectarse con los factoresque influyen sobre sta: la temperatura y la concentracin de las especies que intervienen en lareaccin. En reacciones heterogneas, como la de un metal con cido, los estudiantes apren-dern acerca de la importancia del tamao de partcula del slido.

    Los factores que afectan la velocidad de reaccin debern ser aprendidos y comprendidospor los alumnos y alumnas como un saber que es aplicable a la comprensin de muchos fen-menos de la vida cotidiana.

    En relacin al efecto de la temperatura, los estudiantes habrn observado que un alimen-to se conserva ms tiempo en el refrigerador que fuera de l, pero que un yogurt u otro ali-mento, finalmente, tambin se descompone aunque est refrigerado. Conviene que el profesorles explique que los medicamentos tienen condiciones ideales de almacenamiento, general-mente en ambientes frescos, pero alcanzan una fecha de vencimiento cuando la concentracinde la sustancia farmacolgicamente activa ha disminuido a valores inadmisibles para el fin queestn destinados.

    Por otra parte, los procesos bioqumicos que ocurren en el cuerpo humano se puedenhacer muy lentos bajo condiciones de bajas temperaturas, de tal modo que se produce la lla-mada hipotermia. Si la temperatura corporal del ser humano desciende demasiado, ste alcan-za un estado en el que los procesos vitales colapsan y muere.

    Alumnos y alumnas recordarn que existen especies animales que se han adaptado a lascondiciones del entorno y que poseen gruesas capas de grasa que los asla, retardando la prdi-da de calor hacia el exterior. Estos animales hibernan con un consumo muy bajo de sus reser-vas de sustancias energticas acumuladas en el organismo.

    Para la mayora de los alumnos y alumnas es menos evidente que existe un efecto de laconcentracin sobre la velocidad de reaccin. Los experimentos que se proponen en esta uni-dad permitirn al docente una ms eficaz labor pedaggica en esta materia.

  • 109Unidad 3: Cintica qumica

    Es esencial que los estudiantes comprendan que los catalizadores no deben ser incluidosen la categora de factores, puesto que su intervencin supone una va diferente para unareaccin. Esto conecta con el concepto de mecanismo de reaccin que remite a su vez a lapresencia de una barrera de energa libre que debe ser superada para que los reactantes se trans-formen en productos.

    Es importante que la profesora o el profesor exija a los estudiantes indicar en las ecuacionesel estado fsico de las especies que participan en cada reaccin estudiada, tal como la hanaplicado a las unidades anteriores, ya que generalmente en distintos medios las reaccionestranscurren con diferente cintica (velocidad y mecanismo).

  • Tercer Ao Medio Qumica Ministerio de Educacin110

    Actividades

    Actividad 1

    Identifican los factores que afectan la velocidad de reaccin, destacando la concentracin,

    la temperatura y el estado de divisin de un slido.

    Ejemplo

    Realizan experimentos relacionados a situaciones de la vida cotidiana e indagan acercade los factores que influyen sobre la velocidad de una reaccin.El profesor o la profesora introduce el tema de la velocidad de reaccin en contextos quesean significativos para los estudiantes, por ejemplo, los siguientes:

    1. Una joven y su amigo quieren cocinar huevos y debaten sobre si los hacen en una sartncon agua o con aceite hirviendo. La joven afirma que se cocinar ms rpido en aceite,mientras que su amigo sostiene que ser ms rpido en agua hirviendo. Otro joven, queacaba de llegar, se suma al debate y afirma que da exactamente lo mismo, ya que secocinarn con igual rapidez. Debaten durante un rato y no logran ponerse de acuerdo.

    Los estudiantes intentan responder:- Es la coccin de un huevo un proceso de naturaleza qumica?- Es un proceso reversible o irreversible, en el sentido de que regenerando las condi-

    ciones iniciales de temperatura y presin el sistema vuelva a su estado original?- Cmo ser la variacin de energa libre del huevo en el proceso de su coccin?

    Sabiendo que el huevo contiene una cantidad importante de protenas, que son estructu-ras relativamente ordenadas:- Qu imaginan que sucede con la entropa asociada a ellas durante el proceso de

    coccin?- Habr aumentado el orden de las estructuras proteicas?- Se podra lograr la coagulacin de un huevo mediante alguna sustancia qumica?

    (Ensayar, por ejemplo, agregando a un poco de la clara una disolucin de sulfato decobre o cido clorhdrico concentrado).

    - Qu prediccin hacen en relacin a la rapidez de coccin en agua y en aceite?

  • 111Unidad 3: Cintica qumica

    Experimento 1

    Tiempo de coccin de un huevo bajo condiciones diferentes.

    Calientan agua cuidadosamente en una sartn, hasta que hierva; rompen la cscara delhuevo y junto con colocarlo en la sartn hacen partir el cronmetro. Lo detienen cuandola clara est blanca y han desaparecido los ltimos vestigios de clara amarilla sin cocer.

    Luego limpian y secan bien la sartn y calientan en ella aceite, midiendo la temperaturacuando ste est prximo a hervir. Si no disponen de un termmetro apropiado que pue-da medir temperaturas del orden de 200-250oC, echan cuidadosamente con un gotario 1-2 gotas de agua sobre el aceite caliente. Si chisporrotea con violencia quiere decir quela temperatura del aceite est sobre el punto de ebullicin del agua. Colocan un huevode tamao similar al usado anteriormente y proceden de manera anloga, midiendo eltiempo de coccin.

    Los estudiantes sacan conclusiones:- Cul de los jvenes tena razn?- Qu deducen del experimento?- Si observan los bordes externos de la clara, notan alguna diferencia entre el

    huevo cocinado en agua hirviendo y en aceite?

    Un grupo de alumnos se informa sobre la estructura primaria de las protenas y acercadel proceso de desnaturalizacin (calor, adicin de cidos, accin de enzimas como lasproteinasas, etc.) e indagan acerca de la estructura de la protena que se altera duranteel proceso de desnaturalizacin.

    Debaten en relacin a la verdad de la siguiente afirmacin:

    La velocidad de una reaccin qumica depende de la temperatura y, en general,aumenta cuando esta ltima crece.

    El docente informa a los estudiantes que:

    Como regla aproximada, la velocidad de una reaccin se duplica cuando la tem-peratura aumenta en 10oC.

    Para llegar a comprender mejor, argumentan en base al experimento realizado anterior-mente (coccin de un huevo) o a otras experiencias como la velocidad de coccin en unaolla comn