Ciencias
¿Qué es la velocidad de reacción en química y de qué depende?
Respuesta rápida
La velocidad de reacción indica lo rápido que se gastan los reactivos o se forman los productos. Aumenta con la temperatura, la concentración, la superficie de contacto y los catalizadores.
En una frase
La velocidad de reacción indica lo rápido que los reactivos se transforman en productos: cuánto producto se forma (o cuánto reactivo se gasta) cada segundo.
Explicación
Algunas reacciones duran un instante, como un petardo. Otras tardan años, como la oxidación de una verja de hierro. La mayoría de las del laboratorio del instituto están en medio. Para medir su rapidez se usa la velocidad de reacción:
velocidad media = cantidad de producto formado ÷ tiempo, o cantidad de reactivo gastado ÷ tiempo
La "cantidad" puede ser una masa en gramos (g/s), un volumen de gas en cm³ (cm³/s) o una cantidad en moles (mol/s). Para disoluciones se usa la concentración: v = |Δ[ ]| ÷ Δt, en mol/(L·s). Si se forman 60 cm³ de gas en 30 segundos, la velocidad media es 60 ÷ 30 = 2 cm³/s.
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La teoría de colisiones explica por qué cambia la velocidad. Las partículas solo reaccionan cuando chocan, y solo si lo hacen con una energía mínima, la energía de activación. La mayoría de los choques no sirven para nada. Todo lo que haga que haya choques eficaces más a menudo acelera la reacción. Hay cuatro factores principales:
- Temperatura. Las partículas calientes se mueven más rápido. Chocan más a menudo y, sobre todo, una fracción mayor de los choques tiene energía suficiente. Regla aproximada para muchas reacciones: subir 10 °C más o menos duplica la velocidad.
- Concentración (o presión en los gases). Más partículas en el mismo volumen significa choques más frecuentes. Duplicar la concentración de una disolución a menudo duplica aproximadamente la velocidad.
- Superficie de contacto (grado de división). Solo se puede chocar con las partículas de la superficie de un sólido. Al trocearlo o molerlo queda más superficie expuesta y hay más choques por segundo.
- Catalizadores. Un catalizador ofrece a la reacción otro camino con menor energía de activación, así que más choques son eficaces. No se gasta. Las enzimas son los catalizadores de los seres vivos.
¿Cómo se mide la velocidad? Elige algo que cambie y cronométralo: recoge el gas en una jeringa o en una probeta invertida, mira cómo baja la masa en una balanza al escapar el gas, o mide cuánto tarda una disolución en enturbiarse (el clásico experimento de la "cruz que desaparece" con tiosulfato de sodio y ácido). Si mides cuánto tarda un cambio fijo, la velocidad es proporcional a 1 ÷ tiempo: menos tiempo significa más velocidad.
Gráficas. Representa la cantidad de producto frente al tiempo. La línea es más empinada al principio, cuando hay más partículas de reactivo; luego se suaviza y por fin se queda plana cuando se acaba uno de los reactivos. La pendiente de la línea es la velocidad (igual que en una gráfica de líneas). Una reacción más rápida da una curva más empinada que se aplana antes, pero con las mismas cantidades de reactivos llega a la misma cantidad final.
Ejemplos
| Cambio | Efecto en la velocidad | Por qué |
|---|---|---|
| Leche en la nevera | más lenta (dura más) | menos temperatura, menos choques con energía |
| Trozos de mármol → mármol en polvo en ácido | más rápida | más superficie de contacto |
| Ácido 2 mol/L en vez de 1 mol/L | más rápida | más partículas de ácido que chocan |
| Óxido de manganeso(IV) en agua oxigenada | mucho más rápida | catalizador |
| Catalizador del tubo de escape de un coche | elimina antes los gases nocivos | catalizadores de platino, paladio y rodio |
| Cortar las patatas pequeñas para cocerlas | más rápida | más superficie para el calor y las reacciones |
Errores frecuentes
- Decir que un catalizador da más producto. Solo da el mismo producto más deprisa; no cambia la cantidad final.
- Decir que las partículas "chocan más fuerte" y reaccionan todas. Solo reaccionan los choques con al menos la energía de activación; la temperatura aumenta tanto la frecuencia como la energía de los choques.
- Pensar que un trozo grande tiene más superficie. Muchos trozos pequeños con la misma masa tienen más superficie en total.
- Olvidar las unidades. Una velocidad lleva unidades, como g/s o cm³/s. "La velocidad es 2" no es una respuesta.
Paso a paso
Paso a paso
- Elige qué medirVolumen de gas, masa perdida o el tiempo hasta un cambio de color.
- Mantén lo demás igualCambia solo un factor (la variable independiente) para que sea una prueba justa.
- Toma datosAnota la cantidad a intervalos regulares, por ejemplo cada 10 segundos.
- Haz la gráficaCantidad en el eje y, tiempo en el eje x.
- Calcula la velocidadVelocidad media = variación de la cantidad ÷ variación del tiempo. Para la velocidad en un instante, traza la tangente y calcula su pendiente.
Ejercicios de práctica
Calcula y explica la velocidad
Resuelve cada uno y luego comprueba tu respuesta.
- Se forman 60 cm³ de hidrógeno en 30 s. Calcula la velocidad media.
Ver respuesta
60 ÷ 30 = 2 cm³/s - Un matraz pierde 1,2 g de masa en 40 s al escapar dióxido de carbono. Calcula la velocidad media.
Ver respuesta
1,2 ÷ 40 = 0,03 g/s - Se recogen 45 cm³ de gas en 1,5 minutos. Calcula la velocidad en cm³/s.
Ver respuesta
1,5 min = 90 s, así que 45 ÷ 90 = 0,5 cm³/s - A los 10 s hay 20 cm³ de gas y a los 30 s hay 44 cm³. Calcula la velocidad media entre esos instantes.
Ver respuesta
(44 − 20) ÷ (30 − 10) = 24 ÷ 20 = 1,2 cm³/s - La cruz desaparece a los 50 s. Calcula 1 ÷ tiempo.
Ver respuesta
1 ÷ 50 = 0,02 s⁻¹ - A más temperatura, la cruz desaparece a los 25 s. ¿Cómo ha cambiado la velocidad?
Ver respuesta
El tiempo se ha reducido a la mitad, así que la velocidad se ha duplicado (1 ÷ 25 = 0,04 s⁻¹). - La concentración de un ácido baja de 0,50 mol/L a 0,20 mol/L en 60 s. Calcula la velocidad media.
Ver respuesta
(0,50 − 0,20) ÷ 60 = 0,30 ÷ 60 = 0,005 mol/(L·s) - Se forman 0,024 mol de CO₂ en 120 s. Calcula la velocidad media en mol/s.
Ver respuesta
0,024 ÷ 120 = 0,0002 mol/s (2 · 10⁻⁴ mol/s) - Un cubo de 1 cm de lado se corta en cubitos de 1 mm. ¿Cómo cambia la superficie total?
Ver respuesta
Antes: 6 · 1 = 6 cm². Después: 1000 cubitos · 6 mm² = 6000 mm² = 60 cm². Es 10 veces mayor. - Se añaden 0,5 g de catalizador. ¿Qué masa de catalizador queda al final?
Ver respuesta
Un catalizador no se gasta: 0,5 g. - ¿Por qué la gráfica se queda plana al final?
Ver respuesta
Se ha gastado uno de los reactivos, así que ya no se forma más producto. - Una reacción tarda 80 s a 20 °C. Si la velocidad se duplica por cada 10 °C, ¿cuánto tardaría a 40 °C?
Ver respuesta
20 °C más significa 2 · 2 = 4 veces más rápida: 80 ÷ 4 = 20 s
Problemas
La velocidad de reacción en la vida diaria
Resuelve cada uno y luego comprueba tu respuesta.
- ¿Por qué guardamos la comida en la nevera?
Ver respuesta
El frío hace más lentas las reacciones que estropean los alimentos (muchas causadas por microbios y sus enzimas), así que duran más. - El polvo de carbón en una mina puede explotar, pero un trozo de carbón arde despacio. ¿Por qué?
Ver respuesta
El polvo tiene una superficie enorme, así que puede reaccionar con el oxígeno rapidísimo. - Una pastilla efervescente entera tarda 40 s en disolverse y triturada tarda 15 s. ¿Cuál tiene más velocidad y por qué?
Ver respuesta
La triturada: su mayor superficie da más choques por segundo. - Una fábrica usa hierro para producir amoniaco más deprisa. ¿Tiene que comprar más hierro cada día por eso?
Ver respuesta
No. El hierro es un catalizador y no se gasta (aunque con el tiempo puede ensuciarse y haya que limpiarlo o cambiarlo). - Al duplicar la concentración del ácido, el tiempo de reacción pasa de 60 s a 30 s. ¿Qué le ha pasado a la velocidad?
Ver respuesta
Se ha duplicado: el doble de partículas de ácido da aproximadamente el doble de choques por segundo.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la fórmula de la velocidad de reacción?
Velocidad media = cantidad de reactivo gastado ÷ tiempo, o cantidad de producto formado ÷ tiempo. Con concentraciones se escribe v = |Δ[ ]| ÷ Δt y se mide en mol/(L·s).
¿Cómo se calcula la velocidad de reacción?
Divide cuánto ha cambiado la cantidad entre el tiempo que ha pasado. En una gráfica, la velocidad media entre dos puntos es la variación en el eje y entre la variación del tiempo; la velocidad en un instante es la pendiente de la tangente.
¿De qué factores depende la velocidad de reacción?
De la temperatura, la concentración (o la presión en los gases), la superficie de contacto y los catalizadores. Algunas reacciones también se aceleran con la luz, como la fotosíntesis.
¿Cómo afecta la temperatura a la velocidad de reacción?
Al subir la temperatura, las partículas se mueven más deprisa, chocan más y más choques tienen la energía de activación. Por eso la velocidad aumenta; en muchas reacciones, más o menos se duplica por cada 10 °C.
¿Cómo se mide la velocidad de reacción?
Midiendo algo que cambia con el tiempo: el volumen de gas formado (jeringa de gases), la masa perdida (balanza) o el tiempo que tarda una disolución en cambiar de color o enturbiarse.
¿Es lo mismo que la velocidad de reacción en educación física?
No. En educación física y en el deporte, la velocidad de reacción es lo rápido que una persona responde a un estímulo, como el disparo de salida. En química es lo rápido que unas sustancias se transforman en otras.
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Velocidad de reacción
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Pregunta 1 de 4
¿Por qué el mármol en polvo reacciona más rápido con un ácido que un trozo de mármol de la misma masa?
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