martes, 15 de enero de 2013
VELOSIDAD Y TEMPERATURA
Al elevar la
temperatura de un sistema aumenta la velocidad de las moléculas y con ello el
número de choques entre ellas, y viceversa. El
incremento de la velocidad de reacción al aumentar la temperatura se debe a que se incrementa el porcentaje de moléculas activadas, esto
es, la energía cinética es superior a la
de activación (la necesaria para iniciar una reacción). Al elevar la temperatura aumenta la velocidad de las moleculas y dependiendo la temperatura se aumentan las moleculas y las moleculas activadas.
Aquí nos habla de la velocidad de las moléculas su
incremento, temperatura la activación de estas que esto se deriva energía
cinética, que chocan entre si según
aumente el calor de estas y como sea la
producción de energía cinética que es la que hace que choquen las partículas entre
si.El aumento de la temperatura se aumenta al igual de la energia cinetica y que las moleculas choquen mas rapido.
Por ejemplo, en la figura
siguiente se muestra dos
recipientes con papas sumergidas en agua: uno está a 70 centígrados y el otro a temperatura ambiente (25 C). Obviamente las papas se cuecen más rápido en el más
caliente. Otro ejemplo del efecto de la
temperatura lo observamos cuando
partimos una manzana en dos mitades. Si dejamos una sobre la mesa a la temperatura ambiente y colocamos la otra dentro del refrigerador,
¿Qué sucede?
Aquí nos dan dos ejemplos
el de las papas y la manzana y
como afecta el cambio de temperatura en ellas así como es su cambio en la manzana
al dejarla a temperatura ambiente se oxida o se ase negra porque no mantiene su
estabilidad al medio ambiente y por eso se oxida.
FACTORES QUE
MODIFICAN LA VELOCODAD DE UNA
REACCION
·
La naturaleza de
los reactivos
La mayor parte o
menor velocidad de una reacción depende de las características de las sustancias reaccionantes. Por ejemplo, en una solución acuosa las
sustancias que forman iones
reaccionan con gran velocidad, difícil de medir, como en la neutralización
acido- base. En cambio, las reacciones
que ocurren entre moléculas son más lentas y, por tanto, su velocidad es
más difícil de medir. Cuando intervienen sustancias solidas, la velocidad de
reacción varía dependiendo de la
superficie de contacto. Por ejemplo, cuando
se cuece una papa entera su velocidad de reacción dependiendo
de la superficie de contactos. Por este último caso tardara menos tiempo en coserse porque aumenta la suficiente de contacto del
vegetal con el agua. En una solución acuosa es difícil medir la neutralización sus moléculas son más lentas pero su
velocidad es más fácil de medir así nos muestran que cuando una solución es
sólida la reacción varía dependiendo de
su superficie
·
Influencia de la concentración
De acuerdo con la teoría de las coaliciones, para que se produzca
una reacción química tiene que
chocar entre si las moléculas iniciales. Ahora bien, según la teoría cinética, el número de choques,
es proporcional a la concentración de cada reactivo. Por tanto, a mayor
concentración, mayor numero de choques, y mayor
la velocidad de reacción. Nos muestra el
choque de las moléculas iniciales, su aumento de choques provoca mayor velocidad de reacción y que la reacción es igual a la
de la concentración si aumenta uno todos los demás también tienden a aumentar.
Así, en la reacción
para formar acido yodhídrico
(HI), es evidente que si, por ejemplo, duplicamos la concentración de yodo (I)
cada molécula de hidrogeno (H), al encontrarse con un doble numero de moléculas
de I, chocaran un numero doble de veces, por lo que la velocidad de reacción se
duplicara, lo mismo ocurrirá si lo que se duplica es la concentración de H. Al aumentar la
concentración de un reactivo se incrementa también la velocidad de la reacción
cuando una aumenta la otra aumenta también son casi proporcionales pues
aumentan casi de la misma manera.
TEORIAS DE LAS COLISIONES
Muchos han sido los esfuerzos realizado para comprender las propiedades de la materia y para
establecer una teoría sobre la naturaleza del calor. En la actualidad estas dos
vertientes convergen para dar paso al modelo cinético molecular. Éste abarca
una de las teorías científicas que tienen una gran influencia en desarrollo de
la física y la química. De dicha teoría surge la explicación del comportamiento
de cada uno de los estados de agregación de la materia, describiendo como ocurren
algunos fenómenos. Los estados de agregación son líquidos, solido, gaseosos los
cuales no tienen las mismas propiedades comenzando con la forma el volumen y el
choque de las moléculas porque en el
líquido sus moléculas chocan más.
La teoría cinética de
la materia es el intento mediante el
cual se desean explicar las propiedades
observables en escala microscópica
de cualquier sistema que
nos rodea y que se encuentra al menos en alguna de las tres fases: gaseosa, liquida o solida, a
partir de las leyes que gobiernan las
partículas microscópicas que los forman;
es evidente que en alguna forma es
necesario recurrir a la imaginación, a la intuición y, en cierta medida, la
observación, para conceptualizar y definir dicho sistema . El aumento en la frecuencia de los choques
moleculares acelera la velocidad de una reacción química el aumento de estas la
disminución o el mantenimiento de los choques.
Esto quiere decir que la información, que se puede obtener
de este sistema está limitada a la observación
y medición de algunos de sus
atributos accesibles a nuestros
sentidos , los cuales reflejan su
naturaleza microscópica , como su
volumen , masa, presión, temperatura, color, energía ,etc. Pero a partir de esa
información muy poco se puede aprender del comportamiento individual de cada uno de los millones y millones de átomos
o moléculas que los forman. Por
ello es necesario recurrir a la
imaginación para crear mentalmente un modelo
en el cual, por medio de ciertas hipótesis, se describían algunas
características de esta enorme población de átomos o moléculas. La masa, presión,
temperatura son características físicas
de las fases del modelo cinético y cuesta trabajo estudiar los átomos y moléculas.
Este modelo tendrá un
mínimo de hipótesis y con base en ellas
habrá que deducir si las propiedades microscópicas del sistema, descrito por dicho modelo,
concuerdan con las observaciones realizadas en el laboratorio de las
propiedades de un sistema, si no, habrá que modificarlo hasta obtener
uno que si lo sea. De esa manera , haciendo suposiciones simples ,
relativas a la estructura y conducta
de los a átomos en la fase
gaseosa , se obtiene una teoría
molecular de los gases que concuerdan con las diversas propiedades macroscópicas observadas. Tenemos que estudiar
para lograr crea una estructura y conducta de los átomos por medio de
métodos realizados en el laboratorio y buscar lo que se quiere
obtener hasta encontrarlo.
¿Cómo se
define la velocidad de una reacción química? ¿En qué unidades se mide? ¿Qué
factores afectan la velocidad de una reacción? ¿Qué es la catálisis? ¿Por qué
cuando se agrega un ácido a un clavo reacciona inmediatamente? ¿Por qué la
leche se descompone más rápido en lugares más calurosos que en clima templado o
frio? ¿Por qué un claro tarda más en disolverse en ácido sulfúrico, que si
estuviera pulverizado o en forma de viruta de hierro? Al concluir este tema
podrás contestar estas preguntas. A velocidad de
reacción es el tiempo en que actúa un compuesto al mezclarse.
En la vida
diaria los cambios suceden a diferente velocidad; por ejemplo, en la Ciudad de
México el tránsito se hace muy lento en horas pico (de 6 a 8 de la mañana y de
2 a 3 de la tarde), pero a las 10 a las 12 del día se puede circula a muy buena
velocidad por las principales calles de la ciudad. (El cambio de velocidad depende de la hora o de
las circunstancias en que se encuentren o que afecten la velocidad como el
ejemplo anterior que nos dice que hay un cambio de velocidad dependiendo de la
hora que se transite.
También
puedes regular la velocidad a la que gira un ventilador según la cantidad de
aire que quieras recibir. Respecto a los alimentos, ¿Por qué al partir un
aguacate se ennegrece rápidamente?, y si lo metes al refrigerador, ¿dura más
tiempo si ennegrecerse? ¿A qué se debe esto? La velocidad es una medida de
cambio que ocurre por unidad de tiempo. (Cualquier cambio es producto de una reacción, algunos
cambios no tamos con facilidad como el ennegrecerse del aguacate al cortarlo, y
que al refrigerarlo dure más su color. Dudas como estas nos permiten ver los
procesos de cambio y la velocidad es algo que uno puede determinar).
En la
mayoría de las reacciones químicas lo que interesa es acelerar las
transformaciones, por ejemplo, en la fabricación de productos industriales;
aunque en algunos casos el propósito es retardar una reacción, como la
corrosión del hierro, la descomposición de alimentos, etcétera. (En varias de las
reacciones químicas lo importante es que ocurra el cambio de la manera más
rápida posible, sobre todo para fines industriales; pero nunca falta el caso
donde se quiere retardar dicho cambio, como por ejemplo la descomposición de un
alimento o la corrosión del hierro).
Por lo
anterior, es muy importante saber cómo ocurren las reacciones químicas y los
factores que afectan la velocidad de reacción.
La parte de
la química que estudia la velocidad de las reacciones se llama cinética química y la velocidad de
una reacción se define como la cantidad de uno de los reactivos que se
transforma por unidad de tiempo, o bien la cantidad de uno de los productos que
se forma por unidad de tiempo. (Cinética química, se le llama a la parte de la química que
estudia la velocidad en las reacciones químicas. Esta velocidad se define por
la cantidad de tiempo el cual tardan los reactivos de la reacción hasta
volverse o transformarse en el producto final de la reacción).
Es frecuente
confundir los conceptos vellosidad de reacción y tiempo de reacción. Este
último puede definirse como el tiempo transcurrido desde el inicio de una
reacción hasta la aparente terminación de la misma. (Es muy común que exista algún tipo de
confusión entre lo que es la velocidad de una reacción química y el tiempo de
una reacción química. Este segundo aspecto se refiere al tiempo que se tarda la
reacción desde que inició hasta que llega a su final).
Velocidad de
una reacción depende del número de choques eficaces (es decir, de los que
producen una reacción) entre las moléculas reaccionantes. (A lo que llamamos
velocidad de una reacción química debe ser entendida como la cantidad de
choques eficientes, lo que quiere decir, los choque entre las moléculas que
reaccionan y se ven sometidas a un cambio, cuando estas lo hacen con mayor
facilidad y eficacia la reacción tiene mayor velocidad).
El número de
choques eficaces está en función de:
1.
Numero de
choques totales, que depende también de las concentraciones de los
Reactivos y de su estado físico.
2. Numero de moléculas con energía
cinética suficiente, que aumenta en gran medida con la temperatura.
(El número de dichos choques eficaces,
depende del número de choques totales que puede aumentar dependiendo a la
concentración de los productos; acuerdo
con el número de moléculas con la energía cinética, que se va aumentado
en igual forma en la de temperatura).
De acuerdo
con lo anterior (que se denomina teoría de las colisiones), existen cuatro
factores que afectan la velocidad de una reacción: naturaleza de los
reactivos, concentración y estado físico de los reactivos, temperatura y
catalizadores. (Lo que anteriormente fue mencionado se le denomina como
teoría de colisiones, sin embargo son cuatro los factores que intervienen para
acelerar, o en su defecto retardar la velocidad de una reacción son: naturaleza
de los reactivos, concentración y estado físico de los reactivos, temperatura y
catalizadores).
1.8 ENTALPIA DE REACCION Y
ENTALPIA DE FORMACION
Durante toda su existencia, la
humanidad ha utilizado reacciones químicas para producir energías. Estas han ido desde las más rudimentarias, como la
combustión de madera o carbón hasta la más sofisticada como las que tienen
lugar en los motores de aviones , naves espaciales lanchas ultra rápidas y
automóviles de carreras. Como sabemos, las reacciones químicas van
acompañadas de un desprendimiento o de
una absorción de energía. Esto nos muestra la forma de evolución de reacciones químicas
así como, ejemplos que nos da a conocer algunas de estas reacciones y nos dice
que han ido de las más rudimentarias
hasta las más complejas como son las que producen las naves espaciales, autos
entre otro tipo de aparatos .
Las reacciones químicas provocan
una variación de energía, que suele manifestarse en forma de calor. Su estudio
es muy importante, por lo que en este bloque se determinara el calor absorbido
o desprendido en las reacciones, así como los posibles métodos para su
determinación. De
acuerdo a las reacciones que se produzcan se obtendrán diferentes
temperaturas así como su absorción o su desprendimiento y los
métodos usados para su medición o determinación de estas temperaturas y la
variación de energía obtenida en estas reacciones que suele manifestarse en
forma de calor.
Antes de continuar, se
establecerá el significado de algunos términos que se emplean con frecuencia,
como la palabra sistema. Por sistema se entiende la porción específica del
universo en cual se enfoca la atención. Por ejemplo, si se quisieran considerar
los cambios que se producen en una solución de cloruro de sodio y nitrato de
plata, la solución es el sistema, mientras que el vaso de precipitados y todo
lo demás son los alrededores. Otra definición de sistema es conjunto de principios
coordinados para formar un todo científico, así el cambio que produce el
nitrato de plata y cloruro de sodio que son una solución y su nombre son el
resultado de esta y que lo demás es otro tipo de soluciones o mesclas.
Para explicar los cambios que se producen en un sistema, es necesario
definir con precisión sus propiedades, antes y después de que se produzcan el
cambio. Por lo regular, esto se hace al especificar el estado del
sistema, es decir, al reunir un grupo especifico de condiciones de presión,
temperatura, numero de moles de cada componente
y su forma física (por ejemplo, gas, liquido, solido o forma
cristalina).al especificar estas variables, se han fijado todas las propiedades
del sistema. Por tanto, el conocimiento de estas características permite
definir sin ambigüedad las propiedades del sistema. Aquí como se muestra en la lectura se buscan
las propiedades del sistema así como los cambios que produce este, sus
propiedades son mejor conocidas como variables, sus ambigüedades
que quiere decir que son de diferentes características.
Continuando con el tema, diremos
que en los siglos XVII y XVIII, los mundos de la química y la física parecían
estar bien delimitados. La química se enfocaba al estudio de aquellos cambios
que implicaban alteraciones en la
estructura molecular, entre tanto la física se encargaba del estudio de aquellos cambios
que no implicaban dichas alteraciones.
De esa manera, mientras que en la
primera parte del XIX Davy se ocupaba
de alterar la ordenación molecular de los compuestos inorgánicos y Berthelot la
de los compuestos orgánicos, los físicos Joule, Mayer y Helmholtz estudiaban el
flujo del calor, al que denominaron termodinámica (de las palabras griegas que
significan movimiento de calor).En 1840, su trabajo comprobó que en los cambios
sufridos por el calor y otras formas de energía, no se destruye ni se crea
energía. A este principio se le llamo la Ley de la conservación de la energía o
primer principio de la termodinámica. Esto nos dice que en años pasados los grandes físicos
estudiaban la termodinámica y los cambios que tenían las leyes que comprobaban
así como los métodos que estos utilizaron para descubrir nuevas teorías para
comprobar la termodinámica.
A estos trabajos se sucedieron
las aportaciones de los físicos Carnot, Thomson, Kelvin y Clausius, quienes demostraron que el calor, abandonado
a sí mismo, fluye espontáneamente de un
punto con mayor temperatura hacia otro con menor temperatura, y que a
partir del calor se puede obtener trabajo solamente
cuando existe el flujo de calor a través de una diferencia de
temperaturas. Esta indiferencia se generalizo para aplicarla a cualquier forma
de energía que fluye desde un punto de mayor intensidad hacia otra de menor
intensidad. Nos
dicen que el calor fluye espontáneamente de más a menos temperatura,
produciendo trabajo si existe flujo de
calor a través de diferentes de
temperatura que esto significa que se convierten en calor.
Por su parte, en 1850, Clausius
estableció el término entropía para designar la proporción entre el calor
contenido en un sistema aislado y su temperatura absoluta. Asimismo,
demostró que en cualquier cambio
espontaneo de energía, la entropía del sistema se incrementa. Este principio se
llamó segundo principio de la termodinámica. Nos muestra que cualquier cambio de calor se
aumenta la entropía del sistema y a este cambio lo llamaron termodinámica en los cambios
sufridos por el calor y otras formas de energía, no se destruye ni se crea
energía
Tales avances en el terreno de la
física no podrían aislarse de la química, ya que después de todo, aparte del
sol, la mayor fuente de calor en el mundo
del siglo XIX residía en las reacciones químicas, como la combustión de
la madera, el carbón y el petróleo. Por
esta misma época, también se
observó que otras reacciones químicas
desarrollaban calor, por ejemplo, la neutralización de ácidos por bases. De hecho, todas las reacciones químicas
implican algún tipo de transferencia térmica, ya sea de emisión de calor
(y a veces luz) al entorno, o bien de absorción de calor (y a veces de luz)
desde el entorno.
Nos vuelve a resaltar las reacciones químicas
y su producción de energía la neutralización de asidos por bases y la
emisión de calor o luz su absorción de este en el entorno la transferencia
térmica de estas.
En 1840, los mundos de la química
y de la física se unieron y comenzaron a
marchar juntos gracias al trabajo del químico ruso-suizo German Henri Hess
(1802-1850).Hess dio a conocer los resultados de cuidadosas medidas que había
tomado sobre la cantidad de calor desarrollada en las reacciones químicas entre
cantidades fijas de algunas sustancias. La unión de la
química y la física la hizo un ruso, dio a conocer medidas de calor
desarrolladas en las reacciones sensillas.
Logro demostrar que la cantidad de calor
producida (o absorbida) en el paso de una sustancia a otra era siempre la
misma, sin importar la ruta química por
la que había ocurrido el cambio, ni en cuantas etapas. Debido a esa
generalización (ley de Hess) ,esta personalidad es considerada en ocasiones como el fundador de la Termoquímica(química
de calor de las reacciones químicas).con base en dicha ley , parecía altamente
probable que la de la ley de la conservación de la energía se
aplicase tanto los cambios químicos como a los físicos. Este mismo ruso dio
a conocer el calor producido de una sustancia a ora es igual sin importar por
donde pase y es considerado como el fundador de la termodinámica.
En 1860 y 1869, Pierre Berthelot,
quien había hecho importantes trabajos en síntesis orgánica, concentro su
atención en la termoquímica. Para ello,
ideo algunos métodos para efectuar reacciones químicas dentro de cámaras
rodeadas por agua a temperatura conocida y a partir del incremento en la temperatura del agua circundante al finalizar la reacción, podía medirse la cantidad de calor desarrollada por la
misma. Utilizando este tipo de calorímetro (de la palabra latina que significa “medida de calor”), Bethelot
obtuvo determinaciones cuidadosas de la
cantidad de calor desarrollada por
cientos de reacciones químicas. Pierre efectuó métodos para reacciones químicas en
cámaras rodeadas por agua.
A partir de la anterior
explicación sobre el calor en las
reacciones químicas, podemos decir que una razón por la cual
se lleva a cabo es porque los
productos alcanzan un estado de energía menor, más estable que el de los
reactivos. Para que los productos alcancen
este estado más estable, se debe liberar y emitir energía a los
alrededores en forma de calor(o como trabajo
y calor).Cuando se neutraliza una
solución de una base agregando un acido,
la liberación de la energía se nota por
un aumento de inmediato de temperatura
en la solución. Por ejemplo, cundo el motor de
un automóvil quema gasolina, desde luego se libera calor, y al mismo
tiempo aparte de la energía
efectúa el trabajo de mover el automóvil. El cambio de energía de una neutralización de
combustiones entre otras se debe a que
se crea una reacción química y la
estabilidad de los reactivos que actúan conforme a su energía y calor.
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