Cinética Química

La velocidad de reacción se define como la cantidad de sustancia que se transforma en una determinada reacción por unidad de volumen y tiempo. Por ejemplo, la oxidación del hierro bajo condiciones atmosféricas es una reacción lenta que puede tardar muchos años,[pero la combustión del butano en un fuego es una reacción que sucede en fracciones de segundo.

Tambien puede decirse :

La velocidad de reacción es la relación de masa de reactivos que desaparecen por unidad de volumen y por tiempo / es la es la relación de masa de productos que aparecen por unidad de volumen y por tiempo

Factores que afectan la velocidad de reacción

• Naturaleza de la reacción y de las sustancias reaccionantes: Algunas reacciones son, por su propia naturaleza, más rápidas que otras. El número de especies reaccionantes, su estado físico las partículas que forman sólidos se mueven más lentamente que las de gases o de las que están en solución, la complejidad de la reacción, y otros factores pueden influir enormemente en la velocidad de una reacción (estado de división de los reactivos).
• Concentración: La velocidad de reacción aumenta con la concentración, como está descrito por la ley de velocidad y explicada por la teoría de colisiones. Al incrementarse la concentración de los reactantes, la frecuencia de colisión también se incrementa.
• Presión: La velocidad de las reacciones gaseosas se incrementa muy significativamente con la presión, que es, en efecto, equivalente a incrementar la concentración del gas. Para las reacciones en fase condensada, la dependencia en la presión es débil, y sólo se hace importante cuando la presión es muy alta.
• Temperatura: Generalmente, al llevar a cabo una reacción a una temperatura más alta provee más energía al sistema, por lo que se incrementa la velocidad de reacción al ocasionar que haya más colisiones entre partículas, como lo explica la teoría de colisiones. Sin embargo, la principal razón porque un aumento de temperatura aumenta la velocidad de reacción es 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. Como una regla de cajón, las velocidades de reacción para muchas reacciones se duplican por cada aumento de 10° Cen la temperatura, aunque el efecto de la temperatura puede ser mucho mayor o mucho menor que esto. Por ejemplo, el carbón arde en un lugar en presencia de oxígeno, pero no lo hace cuando es almacenado a temperatura ambiente. La reacción es espontánea a temperaturas altas y bajas, pero a temperatura ambiente la velocidad de reacción es tan baja que es despreciable. El aumento de temperatura, que puede ser creado por una cerilla, permite que la reacción inicie y se caliente a sí misma, debido a que es exotérmica. Esto es válido para muchos otros combustibles, como el metano, butano, hidrógeno

Efecto de la temperatura

Un catalizador: La presencia de un catalizador + incrementa la velocidad de reacción (tanto de las reacciones directa e inversa) al proveer de una trayectoria alternativa con una menor energía de activación. Por ejemplo, el platino cataliza la combustión del hidrógeno con el oxígeno a temperatura ambiente.

catalizador:.Aquella sustancia que modifica la velocidad de un reacción química si n experimentar cambio alguno .y tiene dos efectos posibles , uno + y aumenta la velocidad de reacción y otro - en que disminuya la velocidad de reacción , a estos - se les llama inhibidores de reacción; un ejemplo de inhibidor es la sustancia que evita la descomposición del agua oxigenada

 

Energia de activación

La energía de activación (Ea) en química y biología es la energía mínima que necesita un sistema antes de poder iniciar un determinado proceso. La energía de activación suele utilizarse para denominar la energía mínima necesaria para que se produzca una reacción química dada

Sustancias químicas de interés: ÁCIDOS Y BASES

Propiedades de los ácidos

• Tienen sabor agrio como en el caso del ácido cítrico en la naranja y el limón.
  
• Cambian el color del papel tornasol azul a rosa, el anaranjado de metilo de anaranjado a rojo y deja incolora a la Fenolftaleína.
  
• Son corrosivos.
  
• Producen quemaduras de la piel.
  
• Son buenos conductores de electricidad en disoluciones acuosas.
  
• Reaccionan con metales activos formando una sal e hidrógeno.
  
• Reaccionan con bases para formar una sal más agua.
  
• Reaccionan con óxidos metálicos para formar una sal más agua.
  

Propiedades de las bases

Finalmente, según Boyle, bases son aquellas sustancias que presentan las siguientes propiedades:

• Poseen un sabor amargo característico.
• Sus disoluciones conducen la corriente eléctrica.
• Cambian el papel tornasol rojo en azul.
• La mayoría son irritantes para la piel (cáusticos) ya que disuelven la grasa cutánea. Son destructivos en distintos grados para los tejidos humanos. Los polvos, nieblas y vapores provocan irritación respiratoria, de piel, ojos, y lesiones del tabique de la nariz.
• Tienen un tacto abonoso.
• Son solubles en agua (sobre todo los hidróxidos).
• Reaccionan con ácidos formando sal y agua.

Reacción de neutralización : Ácido + Base -----------------> Sal + Agua

En el video se usa una sustancia indicadora que se llama Fenolftaleina

Escala pH :

Mide la concentración de iones (+ ) hidrógeno y por tanto la acidez  con sus grados es mayor cuanto mayor es la concentración de  iones (+ ) hidrógeno .

Escala pH del 1 al 14 . pH entre 1 y <7 son propios de las disoluciones de ácidos, cuanto menor es el pH mayor es la acidez ; pH= 7 son propias de disoluciones de sustancias neutras como el agua pura y pH> 7 son propias de disoluciones de bases y mayor su basicidad cuanto mayor es el valor de pH

Indicadores 
Un indicador de pH es una sustancia que permite medir el pH de un medio. Habitualmente, se utilizan como indicador de las sustancias químicas que cambian su color al cambiar el pH de la disolución.

Práctica para el indicador de col morada

Para obtener un indicador orgánico se puede utilizar col morada.

    Método 1 para indicador de col morada. Pasos a seguir:
    #  Cortar la col en tiras.
    #  En un mortero colocar la col morada y molerla.
    #  Colocar alcohol en la solución.
    #  Filtrar la sustancia con un filtro de papel. 

    Método 2 para indicador de col morada. Pasos a seguir:
    #  Cortar la col en tiras.
    #  Poner los trozos de col en una olla a hervir durante 10-15 minutos. (O hasta que la sustancia quede bien morada)
    #  Dejar enfriar la olla y la sustancian
    #  Filtrar la sustancia con un embudo y papel filtro. 
    #  Agregar 20 ml de alcohol etílico, (para evitar su descomposición acelerada), si no se va a usar todo el indicador.

    Para probar el indicador:
    #   Colocar en varios recipientes elementos  como: Bicarbonato de sodio, limón, pomelo, vinagre, y limpiador para hornos.
    #   Agregar en cada recipiente el indicador.

Video

Tabla de indicadores pH 

Actividad pH

A continuación relacionamos el pH de algunas sustancias comunes: limón (2,2); agua de mar (8,0); refresco de cola (3,0); leche de vaca (6,5); limpiador amoniacal (11,0); vinagre (2,8); vino(3,5); sangre humana (7,5), aceite de oliva (5) y agua (7,0). al Clasifica en ácidas o básicas estas sustancias. bl Ordena de mayor a menor basicidad las sustancias básicas.el Ordena de menor a mayor acidez las sustancias ácidas. dl ¿El agua es un ácido o una base?

Diferencias entre disoluciones y sustancias compuestas

Los compuestos, como ocurre con las mezclas, están formados por dos o más componentes. Sin embargo, entre ambos existen notables diferencias:

a) Los componentes de las mezclas pueden separarse por medios físicos ( imantación, evaporación, filtración, etc.). Para obtener las sustancias simples que forman los compuestos debemos utilizar medios químicos (descomposición térmica, electrólisis).

b) Las mezclas no tienen propiedades constantes. Los compuestos son sustancias puras con propiedades características (puntos de fusión y ebullición, solubilidad, etc.). Así, un compuesto puede ser soluble o insoluble en un líquido, mientras que al intentar disolver una mezcla puede ocurrir que se disuelva un componente y el otro no.

e) En las mezclas los componentes pueden estar en cualquier proporción. En los compuestos la proporción de las sustancias simples que lo integran es invariable. 

Clasificación de los elementos químicos

En la Tabla periódica de los elementos a las filas verticales se las conoce como grupos o familias y a las filas horizontales como períodos, por el hecho de que las propiedades de los elementos se van repitiendo en cada fila horizontal; de ahí que la Tabla de Mendelejev se conozca como Tabla Periódica de los elementos.

La mayor parte de los elementos químicos son metales y se sitúan en las filas izquierdas grupos 1-13 , y los no metales a partir del 13 , sin embargo hay una diagonal B, Si, Ge , As, Sb , Te, Po que marcan la frontera entre metales y no metales , y estos elementos en la diagonal tienen un comportamiento ambivalente metálico , no metálico

Los no metales se sitúan por encima de esta diagonal en la Tabla periódica

Los metales son sólidos a temperatura ambiente ( excepto Hg que es líquido), buenos conductores del calor y de la electricidad y algunos de ellos tienen un brillo característico; mientras que los no metales son generalmente gases o líquidos a temperatura ambiente y aislantes del calor y la electricidad. 

En la tabla,  se describen los elementos con sus propiedades y la posición del elemento depende de estas, los que están en el mismo grupo tienen propiedades físicas y químicas semejantes aunque existe una gradación de propiedades desde los elementos de la fila superior a la fila inferior

Ejercicios de diferenciación de sustancias simples y sustancias compuestas

Actividades termólisis, electróliis

1-Razona la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones:
a) El agua es un líquido que se puede calentar hasta la ebullición (100 OC) sin descomponerse. Es una sustancia simple.
b) Por mucho que calentemos el mercurio, no conseguimos descomponerlo. El mercurio es una sustancia simple.

100. Si calentamos agua hasta 100 oC se evapora. Si seguimos calentando el vapor de agua hasta 2.000 oC se descompone en hidrógeno y oxígeno. El agua es una sustancia compuesta.
     d) El monóxido de mercurio es un polvo rojo que si lo calentamos desprende oxígeno y en el recipiente quedan gotas de mercurio. El óxido de mercurio es una sustancia compuesta.

2-El dicloruro de cobre es un sólido cristalino de color azul muy soluble en agua. Si por su disolución acuosa hacemos pasar una corriente eléctrica, en el ánodo se desprende un gas con olor a lejía; el cátodo se recubre de un polvo rojizo. Mientras ocurre el proceso, la disolución inicial se va decolorando. Ningún procedimiento logra descomponer las sustancias finales del proceso.
Contesta razonadamente las siguientes cuestiones:
a) ¿Cómo se llama este proceso de descomposición del dicloruro de cobre? b) ¿Se puede separar el dicloruro de cobre de la disolución? ¿Qué procedimiento utilizarías? c) ¿Por qué crees que se decolora la disolución inicial al hacer pasar la corriente? d) ¿Es el dicloruro de cobre una sustancia simple o es una sustancia compuesta?

3-El monosulfuro de hierro es un sólido negro que al calentarlo por encima de su punto de fusión se transforma en un gas y un sólido metálico. Si recogemos el gas y lo enfriamos a temperatura ambiente obtenemos un polvo amarillo. No conocemos ningún procedimiento que logre descomponer el polvo amarillo ni el sólido metálico.
Razona las siguientes hipótesis:
a) El monosulfuro de hierro sufre una transformación química. b) El monosulfuro de hierro es una sustancia simple.
c) El gas al enfriarse y convertirse en polvo amarillo sufre una transformación química. d)El polvo amarillo y el sólido metálico son sustancias simples.

Teoría atómica de Dalton

Teoría atómica de Dalton 

Establece los siguientes postulados o hipótesis, partiendo de la idea de que la materia es discontinua: Los elementos están constituidos por átomos consistentes en partículas materiales separadas e indestructibles; 
1-Los átomos de un mismo elemento son iguales en masa y en todas las demás cualidades. 
2- Los átomos de los distintos elementos tienen diferentes masa y propiedades 
3-Los compuestos se forman por la unión de átomos de los correspondientes elementos en una relación numérica sencilla. Los «átomos» de un determinado compuesto son a su vez idénticos en masa y en todas sus otras propiedades.

 Justificación de las leyes ponderales.

 Las suposiciones de DALTON permiten explicar fácilmente las leyes ponderales de las combinaciones químicas, ya que la composición en peso de un determinado compuesto viene determinada por el número y peso de los átomos elementales que integran el «átomo» del compuesto.

 Ley de la conservación de la materia.

Por ser los átomos indivisibles e indestructibles los cambios químicos han de consistir únicamente en un reagrupamiento de átomos y, por tanto, no puede haber en el mismo variación alguna de masa al no variar el número de átomos presentes.

Ley de las proporciones definidas.

Si se combinan n átomos del elemento A con m átomos del elemento B y los pesos respectivos de estos átomos son a y b

Ley de las proporciones múltiples.

Si dos elementos se unen en varias proporciones para formar distintos compuestos quiere decir que sus átomos se unen en relaciones numéricas diferentes. Si un átomo del elemento A se une, por ejemplo, con uno y con dos átomos del elemento B, se comprende que la relación en peso de las cantidades de este elemento (uno y dos átomos) que se unen con una misma cantidad de aquél (un átomo) estén en relación de 1 : 2. Si los átomos de los elementos A y B se unen en otras cualesquiera relaciones numéricas, siempre de números enteros sencillos, se encontrará igualmente una relación sencilla entre las cantidades de uno de los elementos que se unen con una cantidad determinada del otro elemento.

Fórmulas y simbolos  

Los simbolos químicos representan a la clase de los elementos químicos ( sustancias simples) mediante un codigo de una o dos letras , la primera mayuscula ; ejemplos: Fe para el hierrro ( ferrum en latin , ferro cat, fer fr , ), S para el azufre ( sofre cat , sulfur en y latin). Cada simbolo solo se puede interpretar en un atómo de este elemento dentro de una ecuación química

Fórmula es una representación convencional de los elementos que forman una molécula o compuesto químico 

Ejemplo: Una molécula de ácido sulfúrico, descrita por la fórmula H2SO4 posee dos átomos de hidrógeno, un átomo de azufre y 4 átomos de oxígeno y es invariable

Tanto unas como otras , permiten describir las reacciones quimicas como una reorganización de los elemento y compuestos para formar nuevas organizaciones de atomos y moléculas. Ejemplo



Ca(OH)₂ (aq) + Na₂CO₃ (aq) → 2 NaOH (aq) + CaCO₃ (s)
 Esta se lee así
una "molécula" de hidróxido de calcio reacciona con una "molécula"carbonato de sodio produciendo dos "moléculas" de hidróxido de sodio y una "molécula" de carbonato de calcio


Dense cuenta que el número de atómos de calcio , oxígeno, hidrógeno , sodio y carbono son los mismos en reactivos que en productos ( Lavoisier): 1Ca , 2Na , 5O, 2H , 1C

Ajuste de ecuaciones quimicas

Ejercicios de ajuste de reacciones químicas 

Sustancias simples y sustancias compuestas

Unidad: Reacciones químicas

Sustancias simples y sustancias compuestas

Las definiciones son fenomenológicas , es decir se corresponden con resultados experimentales 
 Las sustancias puras son  materia homogenea que solo dan un solo componente en una destilación o una cromatografia ( multiples de ellas ) y tiene propiedades especificas constantes y propias (composición constante)
Experimentalmente , vemos que si sometemos algunas sustancias a un fuerte calentamiento o bien un grupo de sustancias a una corriente eléctrica continua cuando estas estan en disolución acuosa o bien en líquido o gas , estas sustancias se disocian en otras , mientras que otras sustancias no.
Las sustancias que se disocian las llamamos sustancias compuestas y las sustancias que no se disocian por los métodos citados las llamamos sustancias simples.

Termólisis  

Descomposición térmica del óxido de mercurio en mercurio y oxigeno

Electrólisis

 Diversas descomposiciones eléctricas del agua en hidrogeno y oxigeno

1-Casera



2-Laboratorio



 Diversas descomposiciones eléctricas de sustancias 



La sal común en polvo conduce la corriente eléctrica

Electrólisis del Cloruro de Sodio