Destreza / Competencia:
CN.Q.5.1.28. Determinar y comparar la velocidad de las reacciones químicas mediante la variación de factores como la concentración de uno de los reactivos, el incremento de temperatura y el uso de algún catalizador, para deducir su importancia.
¿En qué áreas de la vida se puede aplicar este contenido?
Estos conocimientos son fundamentales en procesos cotidianos, como la cocción de alimentos, la disolución de medicamentos y en la industria para mejorar la eficiencia y seguridad de las reacciones químicas.
Vida cotidiana: En la cocina, entender la velocidad de reacciones como la fermentación de la levadura o la cocción de alimentos puede ayudar a optimizar tiempos y temperaturas para obtener los mejores resultados (por ejemplo, hacer pan o cocer carne).
Desarrollo personal: En la medicación, comprender cómo la velocidad de disolución de un medicamento afecta su absorción en el cuerpo puede ayudar a entender cómo los fármacos funcionan más rápido o más lento según la formulación.
Contexto social / académico: En procesos industriales como la fabricación de productos químicos (fertilizantes, plásticos, cosméticos), controlar la cinética de las reacciones permite optimizar la producción, reducir costos y mejorar la seguridad, controlando las tasas de reacción de manera eficiente.
Actividades de aprendizaje
Anticipación
Podemos hacer una introducción a nuestra clase de la siguiente manera: Muestra dos recipientes con agua a temperatura diferente (uno caliente y otro frío). Luego pregunta:
- ¿Cómo crees que la temperatura afecta la rapidez con la que el azúcar se disuelve en agua?
- Si quisieras acelerar una reacción (como el hervor del agua o disolver azúcar rápidamente), ¿qué harías?
Relaciona sus respuestas con el concepto de velocidad de reacción y cómo factores como temperatura, concentración y catalizadores afectan cómo ocurren las reacciones químicas.
Construcción: tiempo
DEFINICIÓN DE CINÉTICA QUÍMICA:
La cinética química es el nombre de una especialidad dentro del ámbito de la química física que hace foco en el estudio de la velocidad de reacción. Su propósito es establecer, de manera experimental, qué tan rápido sucede una determinada reacción química y cómo influyen sobre ella el efecto de temperatura y cuestiones vinculadas a un catalizador, al mecanismo de reacción y a la concentración, por ejemplo.
Conceptos básicos de la cinética química
A continuación, describiremos conceptos básicos de la cinética química a fin de facilitar la comprensión sobre las características y la aplicación de esta área de investigación científica.
En primer lugar adquiere visibilidad la idea de velocidad de reacción, la cual marca la cantidad de una sustancia que, en una cierta reacción y en una unidad de tiempo, consigue transformarse. Existen múltiples factores (como la naturaleza de cada reacción y el efecto de presión) que condicionan a dicha velocidad. En conexión con ella logra notoriedad la ecuación de velocidad, expresión que identifica a una fórmula matemática que sirve en el ámbito de la cinética química para establecer una relación entre la velocidad de reacción y la concentración de cada uno de los reactantes. En estas estructuras figura la constante de velocidad, coeficiente que se incrementa cuando la temperatura sube. Si se trata de una reacción exotérmica y la temperatura aumenta, por su parte, se advierte una disminución de la constante de equilibrio; en una reacción endotérmica, dicha constante se acrecienta.
Para comprobar cuánto y cómo varía en una reacción química la constante de velocidad en función de la temperatura, por sumar más precisiones, hay que aplicar la llamada ecuación de Arrhenius. Esta fórmula que lleva el apellido del profesor y científico sueco Svante August Arrhenius señaló que, para que un reactivo pueda transformarse en un producto, en principio debe alcanzar una cantidad básica de energía (considerada energía de activación).
Variables que inciden en la velocidad de reacción
Los catalizadores, la superficie de contacto, la temperatura, la presión y la concentración son variables que inciden en la velocidad de reacción.
El primero de los factores enumerados es una sustancia capaz de alterar la velocidad propia de una cierta reacción química. Si la aceleran, entonces se la describe como catalizador positivo; si causan una desaceleración, se trata de un catalizador negativo.
Al analizar, en el marco de una catálisis heterogénea, la reacción en superficie es posible comprobar que, al incrementarse el área correspondiente a la superficie de contacto, se registra un aumento en la velocidad de reacción.
Por efecto de temperatura además se modifica la velocidad de reacción ya que, a más exposición térmica, mayor es la energía cinética evidenciada en las moléculas.
La presión elevada genera cambios en la velocidad de reacción si la fase es condensada y hace que se acelere de modo significativo en una reacción gaseosa.
La velocidad de reacción experimenta variaciones, asimismo, por efecto de la concentración, tal como se explica en la teoría de colisión y se apunta en la ley de velocidad. En este contexto se puede observar que, al crecer la concentración en materia de reactantes, sube la frecuencia de colisión.
MATERIAL AUDIOVISUAL COMPLEMENTARIO:
Vamos a observar el siguiente video para comprender mejor la influencia de las diferentes condiciones más comunes en la velocidad de las reacciones:
Consolidación:
AGC:
Campos de aplicación de la cinética química
Vamos a dividir al curso en grupos y cada uno de ellos se va a centrar en un campo de aplicación de los conocimientos sobre cinética química, como por ejemplo:
- Cinética química farmacéutica que permite analizar cómo un fármaco es útil para el organismo humano y cómo éste absorbe, distribuye, metaboliza y elimina el producto.
- Industria de alimentos
- Medio ambiente
- Petroquímica
- Medicina
Cada grupo realizará una breve investigación de la aplicación dentro de cada campo sugerido, elaborará una presentación para compartir con sus compañeros, preparando preguntas para llevar a cabo una retroalimentación conjunta.
Al profundizar los saberes respecto a estas últimas cuestiones se aprende por ejemplo que, prestándole atención a la cinética química, se logra estudiar el proceso (la velocidad) que lleva a la reacción de descomposición, el deterioro, de un comestible, etc.
Sugerencia Rúbrica
RÚBRICA: Presentaciones
https://docs.google.com/spreadsheets/d/1AWYMzSl6BPYz6TqUBBPIPP3pYw_eSEPDg9uTExkgh7s/edit?gid=0#gid=0
NEE – Agregar el tipo de adaptaciones curriculares
Principio II: Pautas 6.1 – 6.3 – 6.4
Principio III: Pautas 7.1 – 8.1 – 9.1
ALUMNO 1: Constante monitoreo. Dar tiempo adicional para el desarrollo de la actividad y se reduce el número de ejercicios o se modifican los ejercicios con un nivel de dificultad reducido, de acuerdo con sus necesidades académicas.
ALUMNO 2: Constante monitoreo, Dar tiempo adicional para el desarrollo de la actividad y se reduce el número de ejercicios o se modifican los ejercicios con un nivel de dificultad reducido, de acuerdo con sus necesidades académicas.
ALUMNO 3: Constante monitoreo. Corroborar que el contenido entregado en clase haya sido comprendido por la estudiante mediante retroalimentación.