Reacciones Químicas

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Explicación de las reacciones químicas para alumnos de 3º-4º de ESO. Velocidad de reacción, cinética quimica, estequiometría, catalizadores, etc.

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Reacciones Químicas

  1. 1. Reacciones Químicas Física y Química 4º ESO Colegio Inmaculada Gijón
  2. 2. Conceptos previos <ul><li>Fenómeno Físico: </li></ul><ul><li>Cambio que no afecta a la naturaleza de las sustancias </li></ul><ul><li>Ejemplos : movimientos, cambios de temperatura, cambios de estado, trocear un objeto, etc. </li></ul><ul><li>Fenómeno Químico </li></ul><ul><li>Cambia la naturaleza de las sustancias </li></ul><ul><li>Ejemplos : combustión, síntesis de sustancias nuevas, procesos metabólicos, oxidación del hierro, etc. </li></ul>
  3. 3. Reacción química <ul><li>Proceso en el cual partiendo de unas sustancias iniciales, REACTIVOS , se obtienen otras, PRODUCTOS de la reacción </li></ul><ul><li>A + B C + D </li></ul>REACTIVOS PRODUCTOS En las reacciones químicas también es importante el intercambio de ENERGÍA REACCIONES EXOTÉRMICAS Y ENDOTÉRMICAS
  4. 4. ¿Qué estudiamos? <ul><li>De las reacciones químicas nos interesan: </li></ul><ul><li>Las cantidades de los reactivos y productos </li></ul><ul><li>ESTEQUIOMETRÍA </li></ul><ul><li>El mecanismo de la reacción </li></ul><ul><li> T. CINÉTICO-MOLECULAR </li></ul><ul><li>La velocidad de la reacción </li></ul><ul><li>CINÉTICA QUÍMICA </li></ul><ul><li>El intercambio de energía </li></ul><ul><li>TERMODINÁMICA </li></ul>
  5. 5. ¿Cómo se producen? <ul><li>H 2 + O 2  H 2 O </li></ul>- Nos lo explicó DALTON: En las reacciones químicas los átomos se reordenan para formar nuevas sustancias ¡CUIDADÍN! ¡La reacción anterior no cumple la ley de conservación de la masa!
  6. 6. Ley de Lavoisier <ul><li>2 H 2 + O 2  2 H 2 O </li></ul><ul><li>¡Ahora si cumple el principio de conservación de la masa! </li></ul><ul><li>La reacción está AJUSTADA </li></ul>En toda reacción química la suma de las masas de los reactivos es igual a la suma de las masas de los productos de la reacción
  7. 7. PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA MASA <ul><li>2 KI + Pb(NO 3 ) 2 PbI 2 + 2 KNO 3 </li></ul>67.6 g + 64.5 g = 132.1 g
  8. 8. Representación de las reacciones químicas <ul><li>Las reacciones químicas pueden ser representadas mediante: </li></ul><ul><li>Modelos moleculares </li></ul><ul><li>Dibujando los átomos como si fueran esferas y construyendo así las moléculas de las sustancias que intervienen en una reacción. </li></ul><ul><li>Permiten entender mejor la reacción. </li></ul><ul><li>Son poco prácticas </li></ul><ul><li>Ecuaciones químicas </li></ul><ul><li>Utilizando la formulación química. </li></ul><ul><li> N 2 + 3 H 2 2 NH 3 </li></ul><ul><li>Más sencillas, especialmente si hay muchos átomos </li></ul><ul><li>Facilitan los cálculos  Son las más utilizadas </li></ul>
  9. 9. Representación de reacciones. <ul><li>Zn + HCl ZnCl 2 + H 2 </li></ul><ul><li>Procedemos a ajustar: </li></ul><ul><li>Zn + 2 HCl ZnCl 2 + H 2 </li></ul>
  10. 10. Representación de reacciones. <ul><li>CaCO 3 CaO + CO 2 </li></ul>O C Ca
  11. 11. ¿Qué significa esta ecuación? <ul><li>N 2 + 3H 2 2NH 3 </li></ul>3 moléculas de hidrógeno para formar: 1 molécula de nitrógeno reacciona con 2 moléculas de amóníaco 1 mol de nitrógeno (N 2 ) reacciona con 3 moles de hidrógeno (H 2 ) para formar: 2 moles de amoníaco (NH 3 ) ¿Cómo sería la relación en gramos? Intenta ponerla… 28 g de N 2 6 g de H 2 34 g de NH 3 ¡Debe cumplir el principio de conservación de la masa!
  12. 12. Pasos para ajustar <ul><li>Escribir a la izquierda todos los reactivos y a la derecha todos los productos, formulados correctamente . </li></ul><ul><li>Asignar a cada compuesto su coeficiente estequiométrico, en el siguiente orden: </li></ul><ul><ul><li>En primer lugar los átomos centrales de los ácidos o sales, y los carbonos en los compuesto orgánicos. </li></ul></ul><ul><ul><li>Los metales </li></ul></ul><ul><ul><li>El resto de elementos, dejando para el final el oxígeno y el hidrógeno . </li></ul></ul><ul><ul><li>Si algún elemento aparece en estado puro, sin combinar, será el último que se ajuste. </li></ul></ul>
  13. 13. Ejercicios de ajuste de reacciones <ul><li>Actividad libro Pag. 162 </li></ul><ul><li>Problema 1 Pag. 174 </li></ul>
  14. 14. <ul><li>(Los más frecuentes): </li></ul><ul><ul><li>Reacción de Combinación (Síntesis): </li></ul></ul><ul><ul><li>A + Z AZ </li></ul></ul><ul><ul><li>Reacción de Descomposición (Análisis): </li></ul></ul><ul><ul><li>AZ A + Z </li></ul></ul><ul><ul><li>Reacción de Desplazamiento o sustitución: </li></ul></ul><ul><ul><li>A + BZ AZ + B </li></ul></ul><ul><ul><li>ácido + metal  sal + hidrógeno </li></ul></ul><ul><ul><li>Reacción de Doble Desplazamiento : </li></ul></ul><ul><ul><li>AX + BZ AZ + BX </li></ul></ul><ul><ul><li>Reacción de Neutralización : </li></ul></ul><ul><ul><li>HX + BOH BX + H 2 O </li></ul></ul><ul><ul><li>Ácido + base  sal + agua </li></ul></ul><ul><ul><li>Reacciones de oxidación y combustiones : </li></ul></ul><ul><ul><li>C x H y + O 2 CO 2 + H 2 O </li></ul></ul>Tipos de reacciones químicas
  15. 15. Estequiometría Realizar cálculos sobre la cantidad de cada una de las sustancias presentes en una reacción química. Por ejemplo: Calcula la cantidad de hidrógeno que puede obtenerse de la descomposición 200 g de agua en sus elementos. 1º Formular y ajustar la reacción 2º Poner encima de cada compuesto la masa con la que interviene (masa molecular x coef. estequiométrico) 3º Comprobar la ley de conservac. de la masa 4º Escribir bajo cada compuesto los datos y las incógnitas. 5º Plantear y resolver las reglas de tres o factores de conversión 36 4 32 2 H 2 O  2 H 2 + O 2 200 g x
  16. 16. Ejercicios Estequiometría Según la siguiente reacción ¿Qué cantidad de amoniaco se puede obtener partiendo de 50 g de nitrógeno? N 2 + 3 H 2 2 NH 3 Ejercicios y ejemplos Página 165 libro
  17. 17. Ejercicios Estequiometría ¿Qué cantidad de CO 2 se produce en la combustión de 2 kg de butano? C 4 H 10 + O 2 CO 2 + H 2 O
  18. 18. <ul><li>Pureza de un reactivo . </li></ul><ul><li>En la naturaleza no existe ningún producto puro 100% </li></ul><ul><li>Las sustancias aparecen en mezclas. </li></ul><ul><li>Los reactivos químicos indican su pureza en la etiqueta. </li></ul><ul><li>Para nuestros cálculos solo consideraremos la cantidad de reactivo puro, distinguimos cantidad de muestra  cantidad de sustancia pura </li></ul>Ejercicios Estequiometría
  19. 19. Ejercicios Estequiometría <ul><li>Rendimiento de la reacción </li></ul><ul><li>Las reacciones no suelen ocurrir totalmente </li></ul><ul><li>Por distintas causas (pérdidas, errores de proceso, falta de contacto, etc.) se obtiene menos cantidad de producto de la esperada </li></ul>% Rendimiento= Cantidad real obtenida x 100 Cantidad esperada
  20. 20. Video sobre estequiometría <ul><li>http://www.youtube.com/watch?v=em6s47oC5dk&feature=related </li></ul><ul><li>Reactivo limitante: Cálculo estequiométrico de la reacción: </li></ul><ul><li>HCl + Mg  Mg Cl 2 + H 2 </li></ul>
  21. 21. saber que ocurre : conocer los reactivos y productos, sus cantidades, etc. Cuestiones distintas saber como ocurre : conocer los mecanismos de reacción y sus condicionantes ESTEQUIOMETRÍA CINÉTICA QUÍMICA Estudia los mecanismos de reacción, la velocidad de las reacciones químicas y los factores que las condicionan
  22. 22. TEORÍA DE COLISIONES Para que la reacción química tenga lugar las moléculas de los reactivos deben chocar . En el choque se rompen los enlaces de los reactivos y da lugar a un intermedio llamado complejo activado anterior a la formación de los productos No todos los choques sirven  CHOQUE EFICAZ I 2 + H 2  2 HI
  23. 23. TEORÍA CINÉTICA DE CHOQUES <ul><li>Para que un choque sea eficaz : </li></ul><ul><ul><li>Entre las moléculas adecuadas </li></ul></ul><ul><ul><li>Suficiente energía </li></ul></ul><ul><ul><li>Orientación correcta </li></ul></ul>http://www.educarchile.cl/Userfiles/P0001/File/quimica_teoria_colisiones.swf
  24. 24. TEORÍA CINÉTICA DE CHOQUES Los choques eficaces dan lugar a la formación de un intermedio de la reacción llamado complejo activado <ul><li>Características del complejo activado: </li></ul><ul><ul><li>Es muy energético </li></ul></ul><ul><ul><li>Tiempo de vida muy breve  Inestable </li></ul></ul><ul><ul><li>Tiene los enlaces de los reactivos parcialmente rotos y los enlaces de los productos parcialmente formados </li></ul></ul>
  25. 25. Energía de activación Energía potencial Transcurso de la reacción Complejo activado Reactivos  E<0 Energía de activación Transcurso de la reacción Complejo activado Reactivos  E>0 Energía potencial Reacción exotérmica Reacción endotérmica Productos Productos DIAGRAMAS ENERGÉTICOS
  26. 26. <ul><li>Hay personas que corren rápido, otras que corren lento y otras que simplemente corren tan lento que parece que no corren. </li></ul><ul><li>Lo mismo ocurre con las reacciones químicas: algunas son tan rápidas que no se pueden medir, otras son lentas y se pueden medir y otras son tan lentas que tardan años. </li></ul>Velocidad de reacción
  27. 27. <ul><li>Ejemplos de reacciones rápidas (en segundos) pueden ser: </li></ul><ul><li>Sumergir sodio metálico en agua. </li></ul><ul><li>Calentar una cinta de magnesio. </li></ul>Sodio en agua Magnesio calentado Velocidad de reacción
  28. 28. <ul><li>Ejemplos de reacciones lentas (días, semanas): </li></ul><ul><li>Descomposición de una manzana. </li></ul><ul><li>Oxidación de un clavo. </li></ul>Velocidad de reacción
  29. 29. <ul><li>Ejemplo de una reacción muy lenta, millones de años: </li></ul><ul><li>La formación de petróleo. </li></ul>Velocidad de reacción
  30. 30. <ul><li>La velocidad de reacción es la velocidad a la que se forman los productos o se consumen los reactivos. </li></ul><ul><li>La velocidad de reacción depende de varios factores, entre los cuales están : </li></ul><ul><ul><li>La naturaleza de los reactivos. </li></ul></ul><ul><ul><li>La concentración de los reactivos. </li></ul></ul><ul><ul><li>La temperatura. </li></ul></ul><ul><ul><li>El grado de división </li></ul></ul><ul><ul><li>El estado de agregación </li></ul></ul><ul><ul><li>La presencia de catalizadores . </li></ul></ul>Velocidad de reacción Velocidad de reacción
  31. 31. <ul><li>“ Unas sustancias reacciona más rápido que otras” </li></ul><ul><li>Explicado más fino… </li></ul><ul><li>La naturaleza de los reactantes involucrados en una reacción determina la velocidad de esta, por ejemplo: </li></ul><ul><li>La velocidad de oxidación del hierro es distinta a la de la plata. </li></ul><ul><li>Esto significa que la velocidad de la reacción depende de qué elementos o sustancias estén involucrados en ella. </li></ul>La naturaleza de los reactivos
  32. 32. <ul><li>El estado físico de los reactivos también condiciona la velocidad de reacción </li></ul>Estado de agregación Gases Líquidos Sustancias en disolución Rápido Sólidos Lento
  33. 33. <ul><li>Cuanto mayor sea la concentración de los reactivos, mayor será la velocidad con que se formen los productos. </li></ul><ul><li>A mayor concentración habrá mayor probabilidad de que existan choques entre las moléculas. </li></ul>La concentración de los reactivos
  34. 34. La temperatura <ul><li>La velocidad de las reacciones químicas aumenta con la temperatura . </li></ul><ul><li>A mayor temperatura , aumenta la energía de las moléculas, entonces aumenta su velocidad y hay más choques entre ellas, que además serán más energéticos , por lo tanto, aumenta la velocidad de reacción. </li></ul>
  35. 35. <ul><li>La velocidad de las reacciones químicas se puede modificar agregando una sustancia llamada catalizador . </li></ul><ul><li>Los catalizadores no se consumen durante la reacción, no son reactivos ni productos. </li></ul><ul><li>Es suficiente una pequeña cantidad de catalizador para modificar mucho la velocidad de la reacción </li></ul><ul><li>Enzimas  catalizadores de las reacciones en los seres vivos </li></ul>La presencia de catalizadores
  36. 36. <ul><li>Un catalizador aumenta o retarda la velocidad de reacción, afectando la energía de activación . </li></ul><ul><li>La energía de activación es la energía mínima necesaria para que la reacción tenga lugar . </li></ul>La presencia de catalizadores
  37. 37. <ul><li>Los catalizadores positivos o aceleradores: </li></ul><ul><li>Aumentan la velocidad de reacción </li></ul><ul><li>Dismunuyen la energía de activación </li></ul><ul><li>Al disminuir este límite de energía necesario, será más fácil llegar a la energía requerida, por lo tanto, la reacción se acelera. </li></ul><ul><li>Los catalizadores negativos o inhibidores: </li></ul><ul><li>Disminuyen la velocidad de reacción </li></ul><ul><li>Aumentan la energía de activación </li></ul><ul><li>Al aumentar este límite de energía necesario, será más dificil llegar a la energía requerida, por lo tanto, se retarda . </li></ul>La presencia de catalizadores
  38. 38. La presencia de catalizadores Energía de activación Complejo activado E.A E.A Complejo activado E.A E.A Reacción exotérmica Reacción endotérmica Energía de activación Energía Transcurso de la reacción Reactivos  E<0 Productos Transcurso de la reacción Reactivos  E>0 Energía Productos E.A sin catalizador E.A con catalizador negativo E.A con catalizador positivo
  39. 39. Energía de activación Energía Transcurso de la reacción Complejo activado Reactivos  H<0 Energía de activación Transcurso de la reacción Complejo activado Reactivos  H>0 Energía Reacción exotérmica Reacción endotérmica Productos Productos E.A E.A Los catalizadores negativos aumentan la energía de activación Los catalizadores positivos disminuyen la energía de activación E.A sin catalizador E.A con catalizador negativo E.A con catalizador positivo La presencia de catalizadores
  40. 40. Enzimas <ul><li>Son los catalizadores de las reacciones químicas en el interior de los seres vivos. </li></ul><ul><li>Más concreto: </li></ul><ul><li>Las reacciones químicas en los laboratorios y en la industria: </li></ul><ul><ul><li>se realizan a alta temperatura y presión </li></ul></ul><ul><ul><li>son lentas </li></ul></ul><ul><ul><li>poco eficaces, bajo rendimiento </li></ul></ul><ul><ul><li>poco específicas (no siempre obtienen solo el producto deseado) </li></ul></ul>En las células las reacciones son: - Muy rápidas - A temperatura y presión ambiental - Muy eficaces, rendimientos casi 100% - Específicas, productos deseados (muy pocos errores) Ejemplos: síntesis de proteínas, duplicación ADN, respiración celular… En una célula (10 micras) ocurren simultáneamente infinidad de reacciones químicas de un modo que nosotros no podemos repetir en los mejores laboratorios
  41. 41. Juega y aprende http://www.educarchile.cl/UserFiles/P0001/Media/JuegosBID/QuienSabeMas221/index.html

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