Velocidad de reacción y catalizadores

Todas las reacciones químicas ocurren en determinado tiempo; algunas se llevan a cabo en un lapso extremadamente corto (fracciones de segundo) mientras que otras transcurren a lo largo de toda una vida o más. Estas variaciones de tiempo dependen de factores como lo son la temperatura y la presencia o ausencia de ciertas sustancias, que no participan en la reacción, pero que influyen en la velocidad a la que se llevan a cabo. A estas sustancias se les llama catalizadores.

Ejemplos de catalizadores son las  enzimas, proteínas que regulan la mayoría de las reacciones que se efectúan en nuestro organismo. La amilasa, enzima presente en la saliva, rompe los carbohidratos que consumimos e inicia el proceso de digestión. La catalasa presente en la papa, es una enzima que acelera la descomposición del agua oxigenada evitando que esta provoque una intoxicación en el organismo. El ácido bromhídrico (HBr) es un catalizador no biológico que también incrementa la velocidad de descomposición del agua oxigenada, aunque en menor medida que la catalasa.

A continuación un video donde se explica la importancia de los catalizadores y donde se dan ejemplos de estos, así como experimentos curiosos para poder implementar en clases.

Actividad:

Esta experiencia es llamada Velocidad de reacción.

El propósito de la actividad es que los alumnos relacionen los factores temperatura y cantidad de catalizador con la velocidad de reacción, mediante un experimento sencillo.

1.      Antes de realizar el experimento comenten qué factores intervienen en la velocidad a la que ocurre una reacción química.

*La temperatura. A medida que la temperatura aumenta, la energía cinética promedio de las moléculas o iones de los reactivos incrementa, intensificándose entonces el número de choques entre las partículas.

*El área de contacto. Cuando uno o más reactivos son sólidos, el área de contacto influye en la velocidad de reacción; si se encentra molidos finamente habrá mayor posibilidad de choques, los cuales provocan redistribución de enlaces y electrones.

*Los catalizadores o inhibidores presentes.

Para esta experiencia, se va a necesitar:

a)      Cinco vasos iguales, gruesos y de vidrio transparente de aproximadamente 250 ml.

b)      125 ml de papa machacada (de preferencia usar una papa grande de cascara roja) por equipo. Para prepararla, se le retira la cascara y se muele la papa cruda con medio vaso de agua.

c)      200 ml de agua oxigenada, de la que se usa como desinfectante de heridas.

d)      De 10 a 15 cubitos de hielo o 500 ml de agua muy fría.

e)      500 ml de agua caliente antes de hervir (70-80°C)

f)       Dos recipientes plásticos de 1 L de capacidad

g)      Recipiente graduado de 250 ml de capacidad para medir las cantidades de papa machacada y agua.

h)      Reloj minutero

Realizar lo siguiente:

a)      Rotulen los tres vasos “Temperatura baja”, “Temperatura media”, “Temperatura alta”.

b)      Dividan la papa machacada en tres partes.

c)      Coloquen cada tercer parte de la papa machacada en cada uno de los vasos.

d)      Viertan el agua caliente en uno de los recipientes de plástico y los cubos de hielo o el agua fría en el otro.

e)      Coloquen los vasos de la siguiente manera:

·         Temperatura baja: Introduzcan el vaso correspondiente en el recipiente con hielos o agua muy fría.

·         Temperatura ambiente: dejen el vaso sobre la mesa, lejos del resto de los recipientes.

·         Temperatura alta: introduzcan con cuidado el vaso correspondiente en el recipiente con agua caliente.

f)       Viertan 40 ml de agua oxigenada en cada vaso.

Coméntenles a los estudiantes que la reacción química que se está llevando acabo es la descomposición del agua oxigenada en agua y oxigeno molecular, lo que significa que en este caso hay un único reactivo (agua oxigenada) y dos reactivos (Agua y oxigeno). La reacción química es:

2H₂O₂  à  2H₂O  +  O₂

Conviene aclararles que ninguna de las sustancias que contiene la papa interviene como reactivo en la reacción; y que se verá qué papel desempeña una de estas sustancias al realizar esta actividad.

g)      Midan en minutos el tiempo transcurrido desde que agregaron el agua oxigenada hasta que la columna de espuma que se produce ya no sube más.

Coméntenles a los estudiantes que los valores correspondientes a la temperatura son cualitativos, pero esto no es un obstáculo para que se interprete el comportamiento de la reacción con la temperatura.

h)      Registren sus resultados en una tabla como la que se muestra:

Temperatura de la papa machacada	Tiempo transcurrido (min)
Baja
Ambiente
Alta

i)        Utilicen ejes coordenados para localizar el dato obtenido para cada vaso. En el eje de las y se tendría la Temperatura (Alta, media y baja) mientras que en el eje de las x el tiempo en minutos.

Cuestionen a sus alumnos con lo siguiente:

1.      ¿Cuál de los tres vasos ocurrió más rápidamente la reacción?

2.      ¿Cómo influye la temperatura en la velocidad de reacción?

3.  ¿Cómo creen que se comportaría la reacción se aumentara aún más la temperatura de la papa machacada?