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Reacciones químicas. Velocidad de las reacciones químicas. Catalizadores

Cuando reaccionan dos o más sustancias se producen nuevos materiales, lo cual ocurre en un tiempo determinado; todo depende de un conjunto de factores que influyen en la rapidez de reacción, tales como: naturaleza de los reaccionantes, división de los materiales reaccionantes, concentración, temperatura y la presencia de catalizadores. Todos estos factores hacen que unas reacciones sean más rápidas y otras más lentas: podemos determinar la rapidez con que reaccionan dos sustancias, tomando en cuenta la cantidad de sustancia transformada o producida en función del tiempo.


He aquí unas preguntas iniciales para que reflexiones sobre ellas y elabores conclusiones al respecto.
Probablemente, habrás observado que un trozo de carne en la nevera se descompone más lentamente que si la dejarás fuera a temperatura ambiente.
¿Por qué la descomposición de la carne ocurre con mayor lentitud en la nevera?
Además, ¿cuál se descompondría más rápido, un trozo de carne entera o un trozo de carne molida?
En el cuadro siguiente escribe tus conclusiones, imprímelas y llévalas a clase para que las discutas con tus compañeros.

Asimismo, todos sabemos que los materiales de hierro se oxidan más rápidamente que los materiales de aluminio. ¿Por qué ocurre eso?

En este caso se trata de una oxidación que comúnmente se llama “corrosión”; la humedad es un factor que acelera la formación del óxido de hierro. Los efectos de la corrosión, a veces, suelen dañar maquinarias, reactores, etc.; los especialistas en corrosión pueden detener estos efectos. Hay algunos metales como el zinc, el aluminio, el níquel que no se corroen, o si lo hacen es para formar una ligera capa de óxido que más bien les sirve de protección al resto del material para que no se siga oxidando.

Reflexiona y responde:
¿Con qué se barnizan las cercas y las rejas que protegen las entradas de las viviendas, los vehículos cuando se reparan los efectos de algún choque?
¿Qué tienen de especial los productos que se utilizan para proteger algunos metales de un rápido deterioro?

Estos dos ejemplos muestran que las transformaciones químicas ocurren con una cierta rapidez de reacción. Los materiales que se encuentran en la naturaleza se alteran con el tiempo porque sufren cambios químicos. Algunos se alteran con mayor rapidez que otros dependiendo de la naturaleza misma del material, así como de las condiciones que lo rodean.
Ante los ojos de quienes no son especialistas en el área de la Química pueden pasar muchos cambios químicos sin que se percaten de ellos. No es fácil darse cuenta del número de reacciones químicas que tienen lugar en el cuerpo humano cuando ocurre la respiración, la alimentación, la reproducción, el crecimiento, entre otros hechos.


Las plantas, por ejemplo, absorben dióxido de carbono, CO 2, del aire y ayudándose con la energía que el sol proporciona, del agua y del pigmento verde que ellas mismas poseen: la clorofila, producen azúcares y liberan oxígeno; es el proceso que se conoce con el nombre de “fotosíntesis” .
Un proceso inverso ocurre en los animales; cuando se alimentan de plantas obtienen la energía que requieren para su supervivencia y desarrollo. En el cambio químico que allí ocurre reintegran al aire, el agua y el dióxido de carbono.

Conocer las reacciones químicas es interesante para los habitantes del planeta, indistintamente que sean o no especialistas, pues ello coadyuva a la creación y/o consolidación de una conciencia responsable en lo que respecta al cuidado y preservación del medio ambiente y de la vida misma.

Una reacción química no es otra cosa que los cambios que sufren los materiales cuando entran en contacto y que dan origen a la formación de nuevas sustancias con propiedades diferentes de las de las que les dieron origen.

De acuerdo con la teoría atómica de la materia, los cambios químicos tienen explicación si se consideran como resultantes del reagrupamiento de átomos que originan nuevas moléculas.
Ya sea materia viva o inerte, ella siempre está sufriendo transformaciones que afectan su constitución; por ello podemos entender la formación de suelos y rocas, la erosión química de las aguas, el nacimiento y crecimiento de las plantas etc.
En las reacciones químicas se pueden distinguir dos tipos de sustancias: las que llamamos iniciales, aquellas que existen antes que se produzca la reacción y que también se designan con el nombre de “reactivos”; y las finales, que surgen cuando concluye la reacción y a las que se llama “productos”. Componentes de una fórmula de reacción química.

Ejemplos:
Es importante destacar que cuando ocurre una reacción química hay un intercambio de energía con el medio; puede ser que la reacción comunique energía al medio o que tome de éste energía; en el primer caso se está en presencia de una reacción exotérmica y en el segundo de una reacción endotérmica .

Generalmente esa energía que se intercambia, se manifiesta en forma de calor. El estudio de los cambios de calor que ocurren durante una reacción química es objeto de la “termodinámica”. Te recomiendo revises la siguiente dirección: http://www.fortunecity.com/campus/dawson/196/energrea.htm

Las reacciones químicas se clasifican, según los productos que originan, en:
Combinación:
Dos o más sustancias se unen para formar una sustancia más compleja, ejemplo:

Descomposición:
Una sustancia compleja se descompone y da origen a sustancias más simples que el reactivo; ejemplo:


Desplazamiento:

Un reactivo es una sustancia simple y reacciona con una sustancia compuesta la cual desaloja a uno de los componentes y ocupa su lugar en la correspondiente molécula; ejemplo:



Doble descomposición:

Se trata del cambio químico en el cual dos sustancias compuestas reaccionan, se descomponen, intercambian o sustituyen mutuamente sus elementos y dan origen a otras dos sustancias diferentes; ejemplo:


Una reacción puede ser más lenta o más rápida que otra; esto puede observarse cuando en una reacción que se compara con otra, con respecto al tiempo, el reactivo tarda menos en desaparecer o aparecer.
Para estudiar la rapidez de una reacción es necesario conocer que las reacciones químicas pueden ocurrir en una o varias fases:

Reacción homogénea : ocurre cuando los reactivos y productos están en una sola fase. Por ejemplo, la combustión del metano que ocurre en una fase gaseosa. Ilustración de una reacción homogénea.
Reacción heterogénea: ocurre cuando las sustancias están en etapas diferentes y se desarrolla sólo en la interfase. Por ejemplo, la reacción del zinc con el ácido clorhídrico que produce cloruro de zinc y el gas hidrógeno, que ocurre en la interfase sólido-líquido. Ilustración de una reacción heterogénea.
 

Para dar inicio a una reacción es necesario el suministro de energía, a ésta se le denomina Energía de Activación. La Teoría de las Colisiones considera que las partículas de las sustancias deben chocar en forma efectiva para poder reaccionar, para esto las partículas deben tener la debida orientación y chocar con suficiente energía hasta alcanzar la energía de activación, que las capacita para reaccionar entre sí.

Factores que afectan la rapidez de una reacción química

Estos factores están relacionados con los reaccionantes o con la reacción entre sí.

1)  Factores relacionados con los reaccionantes
     a.  Naturaleza de los reaccionantes
     b.  Concentración de los reaccionantes
     c.  Grado de subdivisión de los reaccionantes
2)  Factores relacionados con la reacción.
     a.  Temperatura de la reacción
     b.  Presencia de un catalizador en una reacción

Factores relacionados con los reaccionantes:


a) Naturaleza de los reaccionantes : la naturaleza de los reaccionantes no es un factor cinético en sí, sino un factor termodinámico que está relacionado con la estructura misma de la sustancia y con su tendencia a reaccionar.
Una sustancia tiene una naturaleza propia que no puede ser alterada o manipulada por un experimentador para que la reacción sea más rápida o más lenta.

b) Concentración de los reaccionantes: en la mayoría de los casos una reacción química aumenta su rapidez al incrementarse la concentración de uno o más de sus reactivos. Al aumentar la concentración de un reactivo aumenta también el número de sus partículas en el medio de la reacción. Ilustración de concentraciones

c) Grado de subdivisión de los reaccionantes: el grado de subdivisión de un material está relacionado con su área superficial; mientras más dividido se encuentre un material, mayor será el área de superficie expuesta, este factor es importante en una reacción debido a que al aumentar el grado de subdivisión de un reactivo, aumenta también la rapidez de la reacción química, porque el área superficial es mayor y puede reaccionar al mismo tiempo.
Factores relacionados con la reacción:

a) Temperatura de la reacción : la rapidez de la mayoría de las reacciones químicas aumenta al ocurrir un incremento de la temperatura, es por ello que los alimentos se descomponen más rápido a temperatura ambiente que en el refrigerador.
Al aumentar la temperatura, se incrementa el desorden de las partículas de las sustancias reaccionantes, esto hace que aumente el número de colisiones efectivas entre partículas, permitiéndoles reaccionar y aumentando así la rapidez de reacción.

b) Presencia de un catalizador en una reacción : Un catalizador es una sustancia que modifica la rapidez de una reacción química sin que ella misma se consuma en el proceso o sufra algún cambio químico. Existen dos tipos de catalizadores:

Catalizadores positivos: que aceleran la rapidez de una reacción.
Catalizadores negativos: que disminuyen la rapidez de una reacción.
Un caso de una reacción catalizada. con dióxido de manganeso, es la descomposición térmica del clorato de potasio:


A medida que transcurre una reacción química, los reaccionantes disminuyen. Mientras que los productos aumentan. La rapidez de reacción se puede establecer como la relación entre la masa de reactivo consumido o de producto formado en el transcurso del tiempo en que ocurre la reacción. Cualquiera de las siguientes expresiones son útiles para determinar la rapidez de una reacción:



Ejemplo
, el peso molecular del agua se calcula así:

peso atómico del Hidrógeno H = 1

peso atómico del Oxígeno O = 16

fórmula del agua: entonces su peso molecular será:

H = 1 x 2 = 2 O = 16 x 1 = 16

Peso molecular del agua = 2 + 16 = 18 gr/mol

Tomado de:
www.nap.edu/html/biomems/heyring.html
Araujo, R. Y Fontal, B. (1.996). "Guía de nomenclatura v tipos de reacciones químicas" .Universidad de los Andes.
Departamento de Química.
Everdium, J. 2.002. "Química 9° grado". Caracas. Editorial Santillana.
Fernández, M. y Betancourt, D. (1.993) "Química 9° grado". Caracas. Educación Básica. Editorial Triángulo.
"Cosmos 9° de química". Educación Básica. Editorial Excelencia. (1.996)
Química: Una ciencia experimental. Editorial Reverté., S.A. 1.966. Pág. 150
Bibliografía recomendada:
Cualquier texto adaptado al programa de 9° grado de Educación Básica y autorizado por el Ministerio de
Educación, Cultura y Deportes.

 
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