Reacciones rápidas y lentas: la velocidad de reacción

Explicación

Errores frecuentes

• ErrorPensar que una reacción rápida produce más cantidad de producto.

  Cómo corregirloCon los mismos reactivos se obtiene el mismo producto; los factores solo cambian el tiempo que tarda.

• ErrorCreer que la nevera detiene por completo las reacciones.

  Cómo corregirloSolo las hace más lentas. Por eso la comida de la nevera también acaba estropeándose, aunque tarde más.

• ErrorConfundir la velocidad de reacción con la velocidad de un móvil (m/s).

  Cómo corregirloAquí «velocidad» significa rapidez del cambio químico: cuánto reactivo desaparece por segundo (o por minuto, o por día).

• ErrorAl comparar dos experiencias, cambiar varias cosas a la vez (temperatura y concentración).

  Cómo corregirloPara saber el efecto de un factor, cambia solo ese y deja igual todo lo demás (control de variables).

Ejemplos resueltos

1. Ejemplo 1. Ordenar reacciones de la vida diaria situación real

   Ordena de más rápida a más lenta: a) la oxidación de una barandilla de hierro; b) la combustión de una cerilla; c) la fermentación de la leche para hacer yogur (en una yogurtera); d) la explosión de un cohete de fuegos artificiales; e) la digestión de una comida. Después, di qué factor explica cada caso: f) en verano la fruta madura antes que en invierno; g) masticar bien ayuda a hacer la digestión.

   Resolución

   Orden (de más rápida a más lenta): d) explosión (fracción de segundo) → b) cerilla (segundos) → e) digestión (horas) ≈ c) yogur (unas horas) → a) oxidación del hierro (meses o años).

   (La digestión y el yogur tardan un tiempo parecido, de varias horas; lo importante es ver la enorme diferencia entre los extremos.)

   f) Temperatura: con más calor, las reacciones de maduración van más rápidas.

   g) Superficie de contacto: al masticar, los alimentos quedan en trozos más pequeños y las sustancias digestivas actúan sobre más superficie a la vez. (Además, en la digestión intervienen enzimas, que son catalizadores.)

2. Ejemplo 2. La pastilla efervescente: entera o triturada experimental y gráfico

   En dos matraces con la misma cantidad de agua a 20 °C se echa una pastilla efervescente: en uno, entera; en el otro, triturada. Se recoge el gas que se desprende y se mide su volumen cada cierto tiempo. La gráfica muestra los resultados. a) ¿En qué caso la reacción es más rápida? ¿Cómo se ve en la gráfica? b) ¿En cuál se desprende más gas en total? c) ¿Qué factor se ha estudiado? ¿Qué se ha mantenido igual?

   Resolución

   a) Con la pastilla triturada: a los 10 s ya ha desprendido 30 mL, frente a 12 mL la entera. En la gráfica, sus puntos suben más deprisa al principio y llegan antes al valor final (a los 40 s, frente a unos 100 s).

   b) En las dos se desprende lo mismo, unos 55 mL: había la misma cantidad de reactivo. La triturada solo termina antes.

   c) Se ha estudiado la superficie de contacto (grado de división del sólido). Se han mantenido iguales la temperatura (20 °C), la cantidad de agua y el tipo y la masa de pastilla. Así, la diferencia solo puede deberse a si está entera o triturada.

3. Ejemplo 3. Bicarbonato y vinagre: planificar una experiencia control de variables

   Lucía quiere comprobar si la concentración del vinagre influye en la rapidez con que reacciona con el bicarbonato. Tiene vinagre, agua, bicarbonato, una cucharilla, vasos iguales y un cronómetro. a) ¿Cómo debería hacer la experiencia? b) ¿Qué debe mantener igual? c) ¿Qué resultado esperas?

   Resolución

   a) Preparar dos vasos: en uno, 50 mL de vinagre puro; en otro, 25 mL de vinagre + 25 mL de agua (vinagre más diluido). Echar a la vez una cucharadita rasa de bicarbonato en cada uno y observar (o cronometrar) cuánto dura el burbujeo intenso o qué altura alcanza la espuma.

   b) Todo menos la concentración: el mismo volumen total de líquido, la misma masa de bicarbonato (cucharadita rasa), la misma temperatura, vasos iguales y echar el bicarbonato de la misma forma.

   c) Que la reacción sea más rápida con el vinagre puro (más concentrado): espuma más abundante y burbujeo más rápido.

Ejercicios

De menos a más. Intenta cada uno antes de mirar la solución.

1. 1. Fácil

   Clasifica estas reacciones en rápidas o lentas y ordénalas de más rápida a más lenta: oxidación de una verja; explosión de un petardo; combustión del gas de un mechero; maduración de un plátano; una pastilla efervescente en agua.

   Ver solución

   Petardo → mechero → pastilla → plátano → verja.

   Rápidas: petardo (fracción de segundo), mechero (segundos), pastilla efervescente (un minuto o dos). Lentas: maduración del plátano (días), oxidación de la verja (meses o años).

2. 2. Fácil

   ¿Qué factor influye en la velocidad de reacción en cada caso? a) Guardamos la leche en la nevera. b) Encendemos la chimenea con astillas y no con troncos. c) Soplamos sobre unas brasas para avivarlas. d) Cocinamos las legumbres en una olla a presión, que alcanza más de 100 °C. e) Las enzimas de la saliva empiezan a digerir el pan.

   Ver solución

   a) Temperatura. b) Superficie de contacto. c) Concentración (de oxígeno). d) Temperatura. e) Catalizador.

   a) Temperatura: el frío frena las reacciones que estropean la leche. b) Superficie de contacto: las astillas tienen mucha más superficie expuesta al oxígeno que un tronco. c) Concentración: al soplar llega más oxígeno a las brasas. d) Temperatura: a más de 100 °C las reacciones de la cocción van más rápidas. e) Catalizador: las enzimas aceleran la digestión sin gastarse.

3. 3. Media

   En el laboratorio se echan trozos iguales de cinta de magnesio en ácido clorhídrico de la misma concentración, a distintas temperaturas, y se mide cuánto tarda el magnesio en desaparecer (datos aproximados):

   Temperatura (°C)	20	30	40
   Tiempo (s)	120	60	32

   a) ¿Qué factor se estudia? b) ¿Qué conclusión sacas? c) ¿Qué variables se han mantenido constantes? d) ¿Qué esperas a 50 °C?

   Ver solución

   a) La temperatura. b) A más temperatura, reacción más rápida. c) Masa de Mg, concentración y volumen de ácido. d) Menos de 32 s.

   a) La temperatura. b) Al subir la temperatura, el magnesio desaparece antes: la reacción es más rápida. (Aquí, cada 10 °C el tiempo se reduce aproximadamente a la mitad.) c) El tamaño del trozo de magnesio, la concentración del ácido y su volumen. d) Que tarde menos de 32 s (siguiendo la tendencia, unos 15–20 s).

4. 4. Media

   En las fábricas de harina y en las carpinterías está prohibido fumar o hacer chispas, porque el polvo en el aire puede explotar. Sin embargo, un saco de harina o un tablón de madera arden con dificultad. Explica la diferencia.

   Ver solución

   El polvo tiene muchísima más superficie de contacto con el oxígeno: la combustión es tan rápida que es una explosión.

   Es el factor superficie de contacto. En un saco o en un tablón, solo la superficie exterior está en contacto con el oxígeno del aire, así que arden despacio. El polvo de harina o el serrín suspendidos en el aire son partículas pequeñísimas, cada una rodeada de oxígeno: la superficie total es enorme. Si una chispa inicia la combustión, se propaga casi al instante por toda la nube: es una explosión.

5. 5. Difícil

   La gráfica muestra cómo disminuye la masa de un reactivo sólido con el tiempo en dos experiencias iguales salvo en la temperatura: una a 20 °C y otra a 40 °C. a) ¿Qué curva corresponde a 40 °C? Justifícalo. b) ¿Qué masa de reactivo queda en cada experiencia a los 3 min? c) ¿Qué pasará con la curva de 20 °C si esperamos mucho más tiempo?

   Ver solución

   a) La A (baja más deprisa). b) A: unos 2,2 g; B: unos 5,5 g. c) Seguirá bajando hasta que se gaste el reactivo, pero más despacio.

   a) La A: el reactivo desaparece más deprisa (la curva baja más rápido), y a más temperatura la reacción es más rápida. b) Leyendo la gráfica a los 3 min: A → unos 2,2 g; B → unos 5,5 g. c) Seguirá bajando, cada vez más despacio, hasta que el reactivo prácticamente se acabe. La temperatura no cambia lo que se gasta al final, solo lo rápido que ocurre.

Para practicar más

1. 1. Fácil

   Pon tres ejemplos de reacciones rápidas y tres de reacciones lentas que puedas observar en tu casa o en tu barrio.

   Ver solución

   Respuesta abierta. Rápidas: gas del fogón, cerilla, pastilla efervescente. Lentas: oxidación de una bici, fruta que madura, leche que se agria.

   Ejemplos de rápidas: la combustión del gas del fogón o de una cerilla; una pastilla efervescente en agua; el bicarbonato con vinagre. Ejemplos de lentas: la oxidación de una bici o de una barandilla; la maduración de la fruta; la leche que se agria fuera de la nevera; el pan que se pone duro y enmohece.

2. 2. Fácil

   Explica qué factor actúa en cada caso: a) la leche se conserva más días en la nevera que fuera; b) una pastilla efervescente reacciona antes en agua templada que en agua fría; c) una astilla con una brasa en la punta se aviva y vuelve a arder si se mete en un tubo lleno de oxígeno.

   Ver solución

   a) Temperatura. b) Temperatura. c) Concentración de oxígeno.

   a) Temperatura: en la nevera las reacciones que agrían la leche son más lentas. b) Temperatura: en agua templada la reacción es más rápida. c) Concentración: el aire tiene alrededor de un 21 % de oxígeno; en el tubo hay casi un 100 %, así que la combustión se acelera mucho. (Es la prueba de laboratorio para reconocer el oxígeno.)

3. 3. Media

   Se echan 2 g de mármol (carbonato de calcio) en ácido clorhídrico: en una experiencia, en trocitos; en otra, en polvo. En los trocitos la reacción termina a los 400 s y en el polvo a los 40 s. a) ¿Qué factor se estudia? b) ¿Qué conclusión sacas? c) ¿En qué experiencia se forma más dióxido de carbono? Justifícalo.

   Ver solución

   a) Superficie de contacto. b) Con el sólido en polvo, la reacción es mucho más rápida. c) En las dos se forma la misma cantidad.

   a) La superficie de contacto (grado de división del sólido). b) En polvo, la reacción es unas 10 veces más rápida: cuanto más dividido está el sólido, más rápida es la reacción. c) La misma: en las dos reaccionan 2 g de carbonato de calcio, así que se forma la misma masa de $\text{CO}_2$. El polvo solo hace que se forme antes.

4. 4. Media

   Diseña una experiencia para comprobar si la temperatura influye en la rapidez de la reacción entre el bicarbonato y el vinagre. Indica qué material usarías, qué cambiarías, qué mantendrías igual y qué medirías.

   Ver solución

   Vinagre a dos temperaturas; misma cantidad de vinagre y de bicarbonato; medir el tiempo de burbujeo o la altura de la espuma.

   • Material: vinagre, bicarbonato, dos vasos iguales, cucharilla, termómetro, cronómetro, agua caliente y hielo para templar o enfriar el vinagre.
   • Lo que cambio: la temperatura del vinagre (por ejemplo, uno a unos 10 °C y otro a unos 40 °C).
   • Lo que mantengo igual: el volumen de vinagre, la masa de bicarbonato (una cucharadita rasa), el tipo de vaso y la forma de echarlo.
   • Lo que mido: el tiempo que dura el burbujeo intenso o la altura que alcanza la espuma.
   • Resultado esperado: con el vinagre templado, la reacción es más rápida.

5. 5. Difícil

   Se echa la misma masa de magnesio en ácido clorhídrico de tres concentraciones distintas (el ácido está en exceso en los tres casos) y se mide el volumen de hidrógeno que se desprende. a) Asocia cada curva (A, B y C) con el ácido diluido, el de concentración media y el concentrado. b) ¿Desprenderán al final el mismo volumen de gas? Justifícalo.

   Ver solución

   a) A: concentrado; B: media; C: diluido. b) Sí, unos 60 mL en los tres: hay la misma masa de magnesio.

   a) Cuanto más concentrado el ácido, más rápida la reacción y más deprisa sube la curva: A → concentrado, B → concentración media, C → diluido. b) Sí: como el ácido está en exceso, la cantidad de hidrógeno depende solo del magnesio, que es el mismo en las tres experiencias. Las tres curvas tienden a unos 60 mL; la C tarda más en llegar.