Objetivos:
-Ser conscientes de la importancia de la velocidad con la que se produce una reacción química
-Conocer las destrezas adecuadas para preparar diferentes disoluciones
-Analizar la influencia de factores como la concentración, la temperatura y la naturaleza de los
reactivos
-Analizar la importancia de los catalizadores como modificadores de velocidad de reacción en las
reacciones químicas
1) Materiales e instrumentos:
-Balanza digital.
-Vasos de precipitados.
-Probeta graduada.
-Matraz de Erlenmeyer.
-Tubos de ensayo.
-Mechero Bunsen.
-Soporte metálico.
-Aro con nuez.
-Probeta graduada.
-Cuchara de laboratorio.
-Varilla agitadora.
-Embudo de vidrio.
-Termómetro de laboratorio.
-Cronometro de laboratorio.
-Permanganato potásico (KMnO4)
-Oxalato sódico (Na2C2O4)-Sulfato ferroso (FeSO4)
-Agua destilada (H2O)
-Cloruro de manganeso(II) (MnCl2)
2) Justificación teórica:
- Teoría Colisiones de Lewis.
Una reacción química es la transformación de unas sustancias llamadas reactivos en otras sustancias
diferentes llamadas productos.
La teoría de colisiones de Lewis, propuesta hacia 1920 por Gilbert N. Lewis (1875-1946) y otros
químicos, afirma que para que ocurra un cambio químico es necesario que las moléculas de la
sustancia o sustancias iniciales entren en contacto mediante una colisión o choque.
Pero no todos los choques son iguales. El choque que provoca la reacción se denomina choque eficaz y debe cumplir estos dos requisitos:
-Que el choque genere la suficiente energía para romper los enlaces entre los átomos.
-Que el choque se realice con la orientación adecuada para formar la nueva molécula.
- Velocidad reacción química:
La velocidad de una reacción química se define como la cantidad de reactivos que se transforman o
productos que se forman por unidad de tiempo, es decir, mide el cambio en la concentración de los
reactivos o productos por unidad de tiempo. De este modo existen reacciones en la Naturaleza que
se producen de forma muy rápida o incluso instantánea como ciertas explosiones o reacciones que se
producen de forma muy lenta como la creación de los diamantes.
Hay diversos factores que pueden afectar a la velocidad con la que se produce una reacción
química. Los factores más importantes son:
-Naturaleza de las sustancias reactivas: Es evidente que dependiendo de los reactivos que
intervengan la velocidad de reacción será mayor o menor, es decir, se producirá de forma más rápida o más lenta la citada reacción.
-Temperatura: Según la teoría cinético molecular, al aumentar la temperatura aumentará la
velocidad con la que se mueven los átomos de las partículas. Esto implica que se producirán mayor
número de choques entre partículas y, además, que estos choques serán más energéticos y, por tanto,
con mayor probabilidad de ser eficaces.
-Concentración: Si se produce un aumento en la concentración de los reactivos se producirá una
mayor frecuencia de choques entre las moléculas que lo componen por lo que: al aumentar la
concentración de los reactivos aumenta la velocidad de reacción.
-Superficie de contacto: Si los reactivos están en estado líquido o sólido, la pulverización, es
decir, la reducción a partículas de menor tamaño, aumenta enormemente la velocidad de reacción, ya
que facilita el contacto entre los reactivos y, por tanto, la colisión entre las partículas. Por ejemplo, el
carbón arde más rápido cuanto más pequeños son los pedazos.
-Catalizadores: Los catalizadores son sustancias que permiten aumentar la velocidad de una
reacción química sin consumirse en el proceso.
3) Práctica: Análisis de la velocidad de la reacción de decoloración del permanganato
potásico
En esta práctica se estudiará, de forma cualitativa, la influencia de la temperatura, las
concentraciones y naturaleza de los reactivos y la presencia de un catalizador sobre la velocidad
de dos reacciones químicas:
a) Decoloración del permanganato potásico usando oxalato sódico.
b) Decoloración del permanganato potásico usando sulfato ferroso.
Para analizar el concepto de velocidad de reacción y su variación ante la influencia de diferentes
factores como pueden ser la naturaleza y/o concentración de reactivos, la temperatura a la que se
produce la reacción o la presencia de catalizadores externos, apreciaremos la decoloración (pérdida
de su hermoso color violeta) del permanganato potásico cuando reacciona en las diversas condiciones
planteadas.
3.1 Estudio de la influencia de la naturaleza de los reactivos
Para analizar el caso que se presenta vamos a examinar la velocidad a la que se produce la decoloración del permanganato frente a dos reactivos diferentes (de naturaleza diferente). Para ello usaremos una disolución diluida de oxalato sódico y otra disolución diluida de sulfato ferroso.
1) Se empezarán preparando tres disoluciones diferentes, pero, dado que el permanganato y el
oxalato se usará para posteriores ensayos será necesario preparar mayor cantidad de dichas
disoluciones. Las disoluciones que deben ser preparadas son:
a) Disolución acuosa de 80 ml de oxalato de sodio de concentración 8 g/l (0,64 g en los 80 ml).
b) Disolución acuosa de 20 ml de sulfato ferroso de concentración 8 g/l (0,16 g en los 20 ml).
c) Disolución acuosa de 80 ml de permanganato potásico de concentración 0,3 g/l (0,024 g en
los 80 ml)
2) Se añaden 10 ml de la disolución de permanganato en dos tubos de ensayo.
3) A continuación y, a la vez, se añaden 5 ml de oxalato sódico y 5 ml de sulfato ferroso en cada
uno de los tubos poniendo en marcha el cronómetro
5) Se observa cómo se va produciendo la decoloración.
6) Cuando la disolución esté casi incolora se parará el cronómetro y se anotarán los resultados.
3.2 Estudio de la influencia de un catalizador en la velocidad de la reacción
1) Serán usadas las disoluciones de permanganato y oxalato del proceso anterior.
2) Se añaden 10 ml de la disolución de permanganato y 5 ml de la de oxalato a un tubo de ensayo
diferente.
3) Se preparan 40 ml de disolución concentrada del cloruro 2 g/l (0,08 g).
4) Se añade el oxalato sobre el permanganato y, al mismo tiempo, la disolución del cloruro, poniendo
el cronómetro en marcha y dejando reposar la mezcla.
5) Cuando se complete la decoloración anotar el resultado.
3.3 Estudio de la influencia de la concentración de los reactivos
1) Para este caso, dado que queremos analizar la influencia de la concentración de los reactivos, modificaremos la disolución de oxalato manteniendo la disolución de permanganato idéntica.
2) Se preparan 10 ml de una disolución de oxalato muy concentrada (añade tres veces más oxalato
a la disolución).
3) Se añaden 10 ml de la disolución de permanganato y 5 ml de la de oxalato a un tubo de ensayo diferente.
4) Se añade el oxalato sobre el permanganato, poniendo el cronómetro en marcha y dejando reposar la mezcla.
5) Cuando se complete la decoloración anotar el resultado.
4) Análisis de los resultados y conclusión
-Permanganato potásico + Oxalato sódico (diluidas): reacción muy lenta, se aclara un poco el permanganato.
-Permanganato potásico + Sulfato ferroso (diluidas): fue instantánea.
-Permanganato potásico + Oxalato sódico (diluidas) + catalizador: es muy rápida.
4.1) Realiza un completo análisis de los resultados comparando los tiempos obtenidos en cada uno
de los casos.
a) ¿Qué factor ha sido, apoyándote en los resultados experimentales, más influyente?
El más influyente ha sido el catalizador, en los que se ha usado la reacción ha sido casi instantanea.
b) ¿Consideras que si se usasen todos los factores de manera conjunta (mayor concentración,
mayor temperatura y presencia de un catalizador adecuado) se produciría un resultado mejor que usando uno solo de los factores?
Sí porque todos ayudan a lo mismo que es que la disolución se produzca de una manera más rápida.
4.2) En esta práctica hemos trabajado con el importante concepto de catalizador de reacciones
químicas. Define esta sustancia y cita, al menos, 2 ejemplos de usos de catalizadores en el mundo actual.
Un catalizador es una sustancia química, simple o compuesta, que modifica la velocidad de una reacción química, interviniendo en ella pero sin llegar a formar parte de los productos resultantes de la misma.
-El hierro. Este metal se emplea como catalizador en el proceso de Haber-Bosch para la obtención de amoníaco a partir de hidrógeno y nitrógeno.
-Cloruro de Aluminio. Este catalizador se emplea en la industria petroquímica para obtener resinas sintéticas o sustancias lubricantes, sin alterar la delicada naturaleza de los hidrocarburos en cuestión, ya que posee propiedades ácidas y básicas al mismo tiempo
4.3 En todas las reacciones que analizamos estamos mezclando 10 ml de permanganato con 5 ml de
oxalato. ¿A qué es debido este hecho?
Esto es debido a las relacciones estequiometricas entre estos dos compuestos.
4.4)Calcula el número de moles de cada una de las disoluciones presentes en la práctica teniendo en
cuenta que el laboratorio se encontraba a la presión atmosférica (1 atm) y a una temperatura
de 20º C.
a) Permanganato pótasico + Oxalato sódico -> Permanganato sódico + Oxalato pótasico
2KMnO4 + Na2C2O4 -> 2NaMnO4 + K2C2O4
PV=nRT => 1x5=n+ 0,082x273+20 n=5/24,026=0,208 moles de oxalato sódico.
1 mol de oxalato sódico ------------> 2 moles de permanganato potásico
0,208 moles de oxalato sódico----> X moles de permanganato potásico
X=0,208 x 2 = 0,416 moles de permanganato potásico
Teníamos 0,208 moles de oxalato sódico , saldrán 0,416 moles de permanganato potásico.
b) Permanganato potásico + Sulfato ferroso -> Permanganato ferroso + Sulfato potásico
2KMnO4 + FeSO4 -> Fe(MnO4)2 + K2SO4
Mismos moles que la anterior reaccion por lo tanto 0,416 moles de permanganato potásico y 0,208 moles de sulfato ferrosos.
4.5) Completa la siguiente tabla con propiedades sobre los reactivos implicados:
-Permanganato potásico: Purificar el agua.
Creación de una solución antiséptica.
Como un tratamiento anti-hongos para las manos y los pies.
Como desinfectante cólera
El tratamiento de las úlceras bucales
Marcado de nieve como una señal de emergencia.
Agente desinfectante general
-Oxalato de sodio:
Previene la coagulación de la sangre
-Sulfato ferroso:
Tratar la anemia ferropénica
-Cloruro de manganeso (II):
Uso culinario
Uso antioxidante
