Experimento: Velocidad de una reacción química

Este laboratorio en casa tiene como finalidad realizar ensayos donde se evidencie la influencia de los factores que afectan la velocidad de una reacción, específicamente trabajaremos con la temperatura y la presencia de catalizadores. 

PARTE I. VELOCIDAD DE UNA REACCIÓN QUÍMICA

Experimento: Tiempo de cocción de un huevo bajo condiciones diferentes.

Vanessa y Eduardo quieren cocinar huevos y debaten sobre si los hacen en una sartén con agua o con aceite hirviendo. Vanessa afirma que se cocinará más rápido en aceite, mientras que Eduardo sostiene que será más rápido en agua hirviendo. Otro joven llamado Luis, que acaba de llegar, se suma al debate y afirma que da exactamente lo mismo, ya que se cocinarán con igual rapidez. Debaten durante un rato y no logran ponerse de acuerdo.

Materiales

• 2 huevos
• 1 sartén
• Agua
• Aceite
• Cronometro
• Gotero
• Cocinilla eléctrica
• Pañito de cocina

Procedimiento

• Calienta el agua cuidadosamente en una sartén, hasta que hierva; rompe la cáscara del huevo y colócalo en la sartén, luego has partir el cronómetro. Detiene el cronómetro cuando la clara está blanca y han desaparecido los últimos vestigios de clara amarilla sin cocer.

• Luego limpia y seca bien la sartén y calienta en ella aceite, midiendo la temperatura cuando éste está próximo a hervir. Si no dispones de un termómetro apropiado que pueda medir temperaturas del orden de 200-250°C, añade cuidadosamente con un gotero 1-2 gotas de agua sobre el aceite caliente. Si chispea con violencia quiere decir que la temperatura del aceite está sobre el punto de ebullición del agua.

• Coloca un huevo de tamaño similar al usado anteriormente y procede de manera similar, midiendo el tiempo de cocción.

Resultado

Observamos que el huevo con aceite se freirá más rápido que el huevo con agua. Esto debido a qué la temperatura de ebullición del aceite es mayor que la temperatura de ebullición del agua. El agua tiene un punto de ebullición de 100°C y el del aceite oscila entre 180 a 220°C (dependiendo del aceite que se utilice). Entonces el aceite se calienta más que el agua, esto es porque, una vez alcanzado ese punto, la energía térmica ya no se emplea para seguir calentando el líquido en cuestión, si no para convertirlo en gas. Pues bien, mientras que el agua hierve a 100ºC y, a partir de ahí, en lugar de calentarse, se convierte en vapor, el aceite continúa calentándose hasta superar los 200ºC.

Por lo tanto, aumentar la temperatura, también lo hace la velocidad a la que se mueven las partículas y aumentará el número de colisiones y la violencia de estas. El resultado es una mayor velocidad en la reacción.

PARTE II. EFECTO DE LA TEMPERATURA EN LA VELOCIDAD DE UNA REACCIÓN QUÍMICA

Experimento: Barritas luminosas

Durante festivales o fiestas en la playa, la barra luminosa puede ayudar a mejorar la atmósfera de la celebración. Mediante un proceso llamado quimioluminiscencia, los compuestos que forman parte de la barra: peróxido de hidrógeno, ester de fenil oxalato, carbonato de sodio y una mezcla de sulfato de cobre pentahidratado crean una luz brillante de neón.

Cuando la barra luminosa esta rígida, el peróxido de hidrógeno que esta en su interior, actúa como «el activador» y este se ubica dentro de la barrita en forma de una fina capsula de cristal que al doblarla se rompe mezclándose con la segunda sustancia que está separada de la anterior, que es un ester de fenil oxalato. 

Las barras luminosas vienen en una variedad de colores y formas. Recargar una barra luminosa se confunde muchas veces con extender su vida útil. No hay forma de recargar la barra. Una vez que se completa la reacción química, la barra ya no emite luz. Sin embargo, hay una forma de hacer más lenta la reacción química.

Materiales

• 2 barras luminosas
• Agua
• Hielo
• Cocinilla eléctrica
• Recipiente para el hielo
• Olla

Procedimiento

• Toma dos barritas luminosas para observar la luminiscencia, sigue las instrucciones que aparecen en el paquete de barritas luminiscentes (quitar la envoltura, doblar el plástico ligeramente para romper el delgado vial que hay dentro y agitar). Aquí se genera luz sin calor ni llama.
• Para comprobar el efecto de la temperatura colocar una barrita en agua caliente (de no más de 70ºC para que el plástico no se funda) y otra en hielo.

Resultados

Observarás como la barrita luminosa sumergida en agua caliente acelera la reacción de quimioluminiscencia dentro de la barra, por lo cual la manera correcta para hacer más lenta la reacción es sumergiéndola en agua fría. Al aumentar la temperatura, la energía cinética de las moléculas de los reactivos aumenta, con lo que los choques son más violentos poniéndose en juego en un mayor número de ellos la energía suficiente como para superar esa barrera que constituye la energía de activación. El efecto conjunto de estos procesos individuales se traduce en que una mayor cantidad de reactivos se transforma en la unidad de tiempo, es decir, la velocidad de reacción aumenta notablemente.

PARTE III. EFECTO DE LOS CATALIZADORES EN LA VELOCIDAD DE UNA REACCIÓN QUÍMICA

Si se lee atentamente el envase del agua oxigenada comprada en una farmacia, se observará que este producto tiene fecha de vencimiento. Esto se debe a que el agua oxigenada se descompone formando agua y oxígeno.

Sin embargo, bajo ciertas condiciones, esta reacción es suficientemente lenta como para permitir la comercialización del producto.

Materiales

• Una papa
• Cuchillo
• Agua oxigenada de farmacia, 10 volúmenes
• Recipiente transparente
• Regla

Procedimiento

• Pela y corta la papa en trocitos.
• Coloca la papa en el recipiente hasta que alcance una altura de 2 cm.
• Coloca en el recipiente agua oxigenada hasta una altura de 5 cm.
• Agita el envase hasta que comience a observarse la formación de espuma.

Resultados

Observarás como se forma espuma indicando la descomposición del agua oxigenada (peróxido de hidrógeno) esto debido a la presencia de la catalasa en la papa. La catalasa es un catalizador. En ausencia de este catalizador la reacción seria muy lenta.

La presencia de un catalizador incrementa la velocidad de reacción (tanto de las reacciones directa e inversa) al proveer de una trayectoria alternativa con una menor energía de activación.