Química - Ministerio de Educación

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TEMA 1
Cinética Química
En este tema estudiarás:
• Velocidad de reacción
• Factores que afectan la
velocidad de reacción
• Acción de catalizadores
e inhibidores
• Equilibrio químico
• Principio de Le Châtelier
• Mecanismos de
reacción
¿Qué necesito recordar antes
de abordar este tema?
• Concepto de velocidad
UNIDAD 1
TEMA 1
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UNIDAD 1
TERMOQUÍMICA
Y para comenzar…
La velocidad a la que ocurre una reacción es un factor muy importante en la
industria, en nuestro organismo e, incluso, en nuestros hogares.
Recordemos algunos conceptos claves, que necesitamos para abordar este
tema:
1. Recuerda, ¿En qué situaciones empleas el concepto “velocidad”?.
2. Supongamos que sales de vacaciones con tu familia y te desplazas
desde Santiago a la Serena, recorriendo un total de 454 km en 4 horas.
a. ¿A qué velocidad promedio se desplazo el automóvil?
b. ¿Cómo clasificas la velocidad del automóvil?, ¿rápida o lenta?
3. Aplica el concepto de velocidad a las situaciones que presentan las
siguientes imágenes:
a. ¿Son rápidas o lentas las reacciones observadas?
b. ¿Cómo definirías “velocidad” aplicado a una reacción química?
Indicadores de logro
Criterios de evaluación
Mucho Algo Poco
Puedes explicar la secuencia de imágenes
A partir de las imágenes, comprendes que los cuerpos
intercambian calor.
Conoces y aplicas el concepto de energía.
Entiendes como se relaciona el entorno y el sistema, respecto a la
energía.
Identificas correctamente las unidades que corresponden a la
magnitud física en cuestión.
Si mayor cantidad de respuestas corresponden al indicador “Poco”, te
invitamos a revisar nuevamente los contenidos previos para abordar esta
unidad.
ENTRADA DE TEMA
Se presentan los contenidos, y los
prerrequisitos necesarios para abordar el
tema, los que son evaluados a través de una
actividad diagnóstica, para activar e
identificar los conocimientos previos.
Estructura del texto
Introducción
¿Te imaginas un día sin energía? ¿Qué harías para
calentar agua si no existiera el fuego o la
electricidad?
¿Podrías practicar algún deporte o simplemente
correr, si no consumes los alimentos necesarios?
Así de simple resulta hacernos cuestionamientos
sobre la importancia de la energía en nuestra vida
cotidiana. Basta con que repases las acciones que
realizas en el día, para que formules muchísimas
interrogantes.
Con el fin de responder estás y otras interrogantes,
examinaremos las relaciones entre las reacciones
químicas y los cambios de energía, aspecto de la
Termodinámica que se denomina Termoquímica,
área encargada del estudio de los efectos caloríficos
que acompañan a las reacciones químicas.
Discutamos el tema
Responde las preguntas que se presentan a
continuación, para posteriormente discutirlas con tu
profesor y compañeros.
• ¿Crees que la energía puede ser transformada?
• ¿Por qué crees que es esencial la energía en
nuestro planeta?
• ¿Qué entiendes por transferencia de energía?
¿En qué situaciones que ocurren en tu entorno,
se observa transferencia de energía?
• ¿Nuestro cuerpo, podrá funcionar sin energía? ¿de
dónde proviene la energía que necesitamos?
• ¿Qué relación puedes estableces, entre cada una
de las imágenes presentadas y el estudio de la
Termoquímica?
Procesos espontáneos y no espontáneos
Estudiaremos
Espontaneidad y reversibilidad en procesos químicos.
Introducción
Muchos procesos químicos suceden de manera espontánea; otros, en
cambio, deben ser manipulados o ayudados para que ocurran. Por ejemplo,
si piensas en la masa para preparar pan, una vez mezclada será imposible
que evites que la levadura comience a “inflar” la masa; no obstante, la única
forma de que el pan se cocine es introduciéndolo al horno. He aquí una
pregunta desafiante: ¿es posible que a partir de un pan ya horneado
obtengas los ingredientes por separado? Si fuera posible, ¿sería un proceso
espontáneo o no?
Desarrollarás, junto con un grupo de compañeros y compañeras,
actividades experimentales que te permitirán reconocer procesos que
ocurren en forma espontánea, y no espontánea y la dirección que
acompaña a los mismos.
Paso 1: La exploración
Observen atentamente las imágenes del clavo oxidado y los cubos de hielo
propuestos en la actividad Antes de comenzar.
Paso 2: Preguntas de exploración
Observando las imágenes mencionadas, ¿qué preguntas de investigación
surgen entre ustedes? Aquí, a modo de guía, les proponemos las siguientes:
a. ¿Qué factores influyen en la oxidación del clavo?
b. ¿Qué hace que el hielo vuelva a ser líquido?
c. ¿Es posible revertir el proceso de oxidación del clavo?
d. ¿Son ambos procesos espontáneos o no espontáneos?
e. Si ambos procesos ocurren directamente, ¿existe alguna forma de invertirlos?
Paso 3: Formulación de hipótesis
Se indicó con anterioridad que cada una de las preguntas de exploración
puede ser respondida acudiendo a conocimientos previos o a datos
extraídos de diferentes fuentes.
Usando distintas fuentes, den respuesta a las preguntas de exploración y
planteen las hipótesis experimentales junto con su equipo de trabajo.
Al finalizar esta unidad serás capaz de:
• Comprender y describir las transformaciones de
la energía calórica, involucradas en diferentes
reacciones químicas.
• Aplicar las leyes y conceptos como la entalpía,
entropía y energía libre, a situaciones de la
vida cotidiana.
• Distinguir y describir procesos espontáneos
y no espontáneos en las reacciones químicas.
• Identificar toda reacción química como
un proceso que tiende a una situación
de equilibrio.
• Describir procesos químicos en los que
intervienen gases, y su relación con la energía
libre y la constante de equilibrio.
CIeNCIA eN ACCIÓN
Habilidades a desarrollar:
- Observar
- Comparar
- Plantear hipótesis
- Medir y registrar datos
- Analizar, interpretar y
comunicar resultados
Materiales
• Clavos
• Papel alusa
• Papel aluminio
• Termómetro
• Vasos de precipitado de
100 y 500 mL
• Lupa
Reactivos
• Vinagre
• Cubos de hielo común
• Cubos de hielo seco
UNIDAD 1
temA 2
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CIENCIA EN ACCIÓN
A través de una actividad exploratoria, de
manera colectiva o individual, tendrás un
acercamiento práctico a los contenidos que
se desarrollarán en la unidad.
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El calor de combustión y el
ahorro de energía
L
• Justificar la pertinencia de hipótesis, conceptos,
procedimientos, datos, resultados y conclusiones
de investigaciones clásicas y contemporáneas.
• Procesar, organizar, interpretar datos y formular
explicaciones, de diferentes situaciones que
ocurren en nuestro entorno.
• Elaborar, discutir y evaluar, informes de
investigación bibliográfica.
¿Para qué?
• Conocer la importancia del estudio de la
termodinámica, en procesos médicos, industriales
y de importancia social.
• Valorar el trabajo experimental, para la
construcción del pensamiento científico y para
explicar el mundo que nos rodea.
ENTRADA DE UNIDAD
Se presenta una Introducción de la Unidad, acompañada de imágenes y preguntas, que tienen por finalidad,
conocer las ideas previas que los estudiantes tienen sobre el tema. También encontrarás los objetivos de
aprendizaje de la unidad.
os fenómenos térmicos, como hemos de combustión muchas sustancias
visto a lo largo del tema, son aquéllos que desprenden energía hacia el entorno.
están relacionados con la emisión y la
absorción del calor. Estos fenómenos pueden
ser encontrados en cada actividad que el
hombre realiza diariamente: el calentamiento
de la atmósfera por la radiación solar, la
climatización gracias al aire acondicionado, la
cocción de los alimentos y su refrigeración, la
calefacción del hogar, entre muchos otros.
Una característica general de los fenómenos
térmicos es que existen cuerpos que ceden
energía en forma de calor y otros cuerpos que
son capaces de absorber dicha energía;
absorción o emisión denominada cantidad
de calor.
Como hemos estudiado, la cantidad de calor
(q) se define como la energía cedida o
absorbida por un cuerpo de masa (m),
cuando su temperatura varía en un número
determinado de grados. Sabemos, además,
que la dependencia de la cantidad de calor
con la naturaleza de la sustancia, se
caracteriza por una magnitud denominada
calor específico de la sustancia.
q = s · m · DT
Gracias a esta fórmula es posible apreciar que
la cantidad de calor es directamente
proporcional a la masa del cuerpo, a su calor
específico y a la variación de la temperatura.
Considerando además, lo propuesto por la ley
de conservación de la energía, sabemos que
la energía absorbida (o cedida) por un cuerpo
debe ser emitida (o absorbida) por otro
cuerpo. Así, por ejemplo, durante el proceso
Durante la combustión de los cuerpos, el
desprendimiento de calor se realiza de forma
diferente de acuerdo con las características
físicas y químicas del cuerpo en cuestión. Una
magnitud que permite caracterizar
cuantitativamente el desprendimiento de
calor de los cuerpos durante la combustión,
es el denominado calor específico de
combustión, definido como la cantidad de
calor (q) que cede la unidad de masa del
cuerpo al quemarse totalmente. Algunos de
ellos se presentan en la tabla, valores de los
cuales se puede concluir que “iguales masas
de combustibles diferentes, desprenden
diferentes cantidades de calor al quemarse
totalmente". "Asimismo, masas diferentes del
mismo combustible desprenden, también,
diferentes cantidades de calor”.
Calor específi co
Material
de combustión
combustible
(MJ/Kg)
Gas metano 55
Petróleo crudo 47
Carbón vegetal 30
Madera de pino 21
Leña seca 18
Leña verde 9
Al observar atentamente los datos de la tabla,
podrás apreciar que el calor de combustión de
la leña seca es el doble del correspondiente a
la leña verde. Este hecho nos permite concluir
que si cierta masa de leña húmeda desprende
una cantidad de calor al quemarse
totalmente, obtendremos exactamente la
misma cantidad de calor si solo se usa la
mitad de la masa de leña seca. Así, al utilizar
la leña seca, se ahorra la mitad de la madera
que se quema; por ende, siempre será más
conveniente emplear la leña seca en
consideración a su calor de combustión.
Ahora bien, si comparamos los valores del calor
de combustión del carbón vegetal y de la leña
seca, se puede concluir que el valor del primero
es aproximadamente 1,7 veces mayor. De aquí
se puede sugerir que la opción de utilizar el
carbón vegetal en sustitución de la leña no es
despreciable en términos de eficiencia. Por otra
parte, la combustión del carbón vegetal resulta
mucho menos contaminante que la
combustión de la leña seca. Estos datos nos
indican que en lugar de continuar el empleo
sistemático de la leña, sería recomendable
incrementar la fabricación del carbón, que es
más eficiente por su potencia calorífica y más
ecológico como combustible.
Asimismo, el metano, que puede ser obtenido
fácilmente a partir de la fermentación de la
biomasa en los digestores y con un bajo costo
de producción, tiene una amplia utilización
práctica como combustible, tanto doméstico
como en la industria. Su alto poder de
combustión indica que el incremento en su
producción debe ser objetivo, para garantizar
una fuente de energía a partir de los residuales
de la biomasa.
Fuente: (adaptación): Pérez Ruiz, O. A., Villegas Sáez, A. (S. F.). El calor de combustión y el ahorro de energía. Isla de la Juventud, Cuba: Instituto Superior Pedagógico
Carlos Manuel de Céspedes. Recuperado www.cubasolar.cu
Preguntas para la reflexión
1 En bibliografía anexa, investiga: ¿Cuál de los materiales combustibles
listados en la tabla son los más contaminantes?
2 Considerando lo investigado anteriormente, ¿cuál de ellos propondrías
como una forma amigable con el medio ambiente?
Habilidades que se desarrollarán:
- Aplicar
- Investigar
- Analizar
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REVISTA CIENTÍFICA
Te ofrecemos interesantes artículos para
ayudarte a desarrollar la comprensión
lectora científica.
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