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Ficha temática

Teoría del complejo activado y de colisiones

Respecto a la interacción de reactantes para formar productos se explica la teoría de complejo activado con ejemplos de reacciones exotérmicas y endotérmicas. Del mismo modo se explica la teoría de colisiones con ejemplos de colisión eficaz e ineficaz.

Teoría del complejo activado y de colisiones

La teoría del complejo activado y la teoría de colisiones permiten explicar cómo interaccionan los reactantes de una reacción para formar productos.

Teoría del complejo activado

Según esta teoría, cuando los reactantes se aproximan se produce la formación de un estado intermedio de alta energía, alta inestabilidad y por tanto de corta duración, que se denomina complejo activado. La energía que necesitan los reactantes para alcanzar este complejo se llama energía de activación (Ea). Cuanto mayor sea la energía de activación, en general, menor será la velocidad de la reacción.

La magnitud de la energía de activación de una reacción química determina la velocidad de ésta; si la energía de activación es muy alta, la reacción ocurre en un largo periodo de tiempo; si esta energía es baja, los reactantes pueden adquirirla fácilmente acelerando la reacción.

De acuerdo al cambio neto de energía, es decir, a la diferencia entre la energía de los productos y de los reactantes, las reacciones se clasifican en endergónicas, si se requiere energía y exergónicas, si se libera. Cuando la energía se manifiesta como calor, las reacciones se denominarán endotérmicas y exotérmicas respectivamente. Para representar estos procesos se utilizan diagramas de energía, que dan cuenta de la cantidad de energía en función del avance de una reacción.

En la figura 1 se muestra el diagrama de energía para una reacción exotérmica cualquiera: 
a mas b flecha c mas d

En este diagrama se observa que la energía de los reactantes (A + B) es mayor que la energía de los productos (C+D). Entre ellos existe un máximo de energía que corresponde a la formación del complejo activado, que luego de liberar parte de la energía de activación decae a producto.

En la figura 2 se muestra el diagrama de energía para una reacción endotérmica cualquiera: a mas b flecha c mas d

En el diagrama observamos que la energía para los reactantes es menor que la energía de los productos, y por lo tanto nuestro sistema absorbe energía. El complejo activado es el estado intermedio entre reactantes y productos, en un máximo de energía.

Energía de activación. Mínima cantidad de energía para iniciar una reacción química

Figura 1. Diagrama de energía para una reacción exotérmica

Diagrama de energía para una reacción endotérmica

Figura 2. Diagrama de energía para una reacción endotérmica

Teoría de colisiones

Según esta teoría, para que ocurra una reacción química es necesario que existan choques entre las moléculas de reactantes que den origen a productos. Estas colisiones deben cumplir las siguientes condiciones:

- Las moléculas de reactantes deben poseer la energía suficiente para que pueda ocurrir el rompimiento de enlaces, un reordenamiento de los átomos y luego la formación de los productos. Si no se dispone de la energía suficiente, las moléculas rebotan sin formar los productos.

- Los choques entre las moléculas deben efectuarse con la debida orientación en los reactantes.
Si el choque entre las moléculas cumple con estas condiciones, se dice que las colisiones son efectivas y ocurre la reacción entre los reactantes; entonces se forman productos.

Cabe destacar que no todas las colisiones entre reactantes son efectivas, por lo tanto no todas originan productos. Sin embargo, mientras más colisiones existan entre reactantes, mayor es la probabilidad de que sean efectivas.

Ejemplo de colisiones efectivas y no efectivas


Figura 3. Ejemplo de colisiones efectivas y no efectivas
Cinética de una reacción ¿CÓMO OCURREN LAS REACCIONES QUÍMICAS?Educarchile¿Qué es la cinética de una reacción química? La cinética de una reacción química da cuenta de la velocidad con la que ocurre esta reacción y de qué forma reaccionan los reactivos para formar un producto. ¿Cómo ocurren las reacciones químicas? ¿Cómo es que los reactivos se juntan, reaccionan, se mezclan, se unen o se separan para formar un producto distinto al inicial? ¿Qué es lo que tiene que ocurrir? Ir a la actividad
Imagen de cinética de reacción ¿CÓMO AFECTA LA TEMPERATURA A LA VELOCIDAD DE REACCIÓN?Educarchile¿Cuál es la diferencia entre una explosión y la oxidación del hierro? Sin duda, existen muchas diferencias. Por ejemplo, en una podemos ver una llama producto de la reacción y en otra simplemente vemos el resultado: el hierro oxidado. Pero ambas reacciones corresponden a una oxidación de un material y, por tanto, corresponden a una reacción química. Ir a la actividad
cinética de una reacción Guía del docente: Teorías: Complejo Activado y de Colisiones
Educarchile

Descripción curricular:

 -Nivel: 3º Medio

-Subsector: Ciencias químicas

- Unidad temática: Cinética

-Palabras claves: Cinética, velocidad de reacción, mecanismo de

  Reacción, reacciones endergónicas y exergónicas.

-Contenidos curriculares:

- Medición de la velocidad de una reacción simple, a lo menos a dos

temperaturasy a dos concentraciones iniciales de reactantes; determinación del orden de

reacción; cálculo de las constantes de velocidad; estimación de la energía de activación.

- Introducción a los mecanismos de reacción; reacciones químicas reversibles, y

equilibrio químico.

- Composición química y características físicas de catalizadoresde uso en la vida

cotidiana.

-Contenidos relacionados:

-1° Medio

El aire

Los procesos químicos

-2° Medio

Modelo atómico de la materia

Disoluciones químicas

-3° Medio

Reactividad y equilibrio químico

Reactividad en química orgánica

-4° Medio

Procesos químicos industriales

-Aprendizajes esperados:

Identifican el concepto de velocidad de reacción.

Reconocen que la velocidad con que ocurre una reacción determinada depende

principalmente de dos factores: concentraciones y temperatura.

Reconocen el concepto de mecanismo para explicar la cinética de una reacción simple.

Asocian a una reacción una determinada energía de activación.

Distinguen entre los conceptos de catalizador e inhibidor.

Valoran la importancia de los catalizadores, particularmente en la catálisis enzimática de

procesos de importancia bioquímica, y en los convertidores catalíticos de motores de

combustión interna.

Aprendizajes esperados de esta actividad:

Comprender y relacionar las teorías acerca de mecanismos de reacción.

Comprender qué es la velocidad de una reacción.

Comprender cuáles son y cómo afectan los factores que influyen en la velocidad de una

reacción química.

Desarrollar competencias de trabajo de investigación y rescate de ideas principales para

generar auto aprendizaje.

Desarrollar competencias de trabajo de laboratorio, observación y descripción de

fenómenos.

Recursos digitales asociados de www.educarchile.cl:

Ficha 21: Teorías: Complejo activado y de colisiones.

Juego: “¿Quién sabe más?” Complejo activado.

Animación: “Choques”.

Diapositivas digitales (ppt): “Cinética química”.

Actividades propuestas para este tema:

En este documento encontrará dos actividades asociadas al tema de cinética química.

La actividad“¿Cómo ocurren las reacciones químicas?” es un trabajo de investigación

que pretende que los estudiantes comprendan qué es la cinética de una reacción y se

cuestionen cómo ocurren las reacciones químicas.

La actividad “¿Cómo afecta la temperatura a la velocidad de una reacción

química?” es de carácter experimental. En ella se utiliza lavalozas líquido concentrado

para observar cómo difunde de acuerdo con la temperatura del medio de difusión. Esta actividad se puede realizar tanto en un laboratorio como en la sala de clases o bien en la

cocina de una casa.

Sugerimos realizar las actividades en grupos de tres o cuatro estudiantes.

 

ACTIVIDAD: ¿Cómo ocurren las reacciones químicas?

 

1. Mapa de contenidos tratados

 

2H

 

Figura 1: Diagrama de energía para una reacción exotérmica.

 

mapa1 

      cinetica1

 

Figura 1: Diagrama de energía para una reacción exotérmica.

 

      cinetic2

 

Figura 2: Diagrama de energía para una reacción endotérmica. 

 

 

2. Desarrollo de la actividad ¿cómo ocurren las reacciones químicas?

Paso 1

Esta actividad tiene por objetivo que los estudiantes realicen un trabajo de investigación acerca de ambas teorías de mecanismo de reacción. Antes de comenzar esta actividad, asegúrese de que sus estudiantes dispongan de la bibliografía adecuada.

 

Para comenzar la actividad puede realizar las siguientes preguntas:

  - ¿Cómo ocurren las reacciones químicas?

- ¿Cómo es que los reactivos se juntan, reaccionan, se mezclan, se unen o se separan para

formar un producto distinto al inicial?

- ¿Qué tiene que ocurrir? ¿Un reactivo cualquiera pasa por varias etapas para formar un

producto o sólo se transforma “mágicamente” en un producto nuevo?

- ¿Cómo lo hace? ¿Qué necesita?

Recoja las opiniones de los estudiantes, puede anotarlas en la pizarra.

Las respuestas a estas preguntas se encuentran en las teorías de colisiones y complejo activado, las que intentan explicar cómo ocurren las reacciones químicas.

 

Paso 2

Entregue la Guía para el estudiante que se encuentra disponible en el portal educarchile. Lean la guía en conjunto o pueden acceder a ella en línea.

La primera parte de la actividad cuenta con una pequeña introducción acerca de Teoría de

colisiones y Teoría del complejo activado.

Sin embargo, los estudiantes deben buscar información acerca de ambos temas. Pueden acceder a la información en las fichas temáticas disponibles en el portal educarchile, en otros medios como Internet o bien en libros y textos para el estudiante. Este tema cuenta también con una animación llamada “Choques”, que pretende ilustrar choques eficaces e ineficaces entre partículas (Teoría de colisiones).

 

Paso 3

Una vez que dispongan del material adecuado, contesten las preguntas de la actividad. Comiencen por la Teoría de colisiones, cuyas respuestas se encuentran a continuación (Del  cuestionario mencionado a continuación se realizara una interrogación al azar en el curso para la próxima clase).

 

I. Teoría de colisiones

1) ¿En qué consiste la Teoría de colisiones?

La Teoría de colisiones indica que para que una reacción química comience es necesario que se produzca un choque entre partículas de reactivo. Las colisiones deben cumplir las siguientes condiciones:

 

2) ¿Qué tipo de condiciones crees tú que deberían cumplir las colisiones para que se cumpla la “teoría de colisiones”?

Las colisiones deben cumplir las siguientes condiciones:

 

- Las moléculas de reactantes deben poseer la energía suficiente para que pueda ocurrir el

rompimiento de enlaces, reordenamiento de los átomos y posteriormente la formación de los

productos. Si no se dispone de la energía suficiente, las moléculas rebotan sin formar los

productos.

 

- Los choques entre las moléculas deben efectuarse con la debida orientación en los reactantes.

 

3) ¿Qué es un choque ineficaz y uno eficaz, puedes ejemplificarlos de una manera cotidiana?

Las colisiones ineficaces son aquellas que no cumplen con las condiciones necesarias y, por tanto, no se da origen a un producto distinto en la reacción. Mientras que las colisiones eficaces inician una reacción química para generar un producto nuevo y distinto al reactivo inicial.

Ejemplo de colisiones ineficaces: el choque de dos bolas de villar.

Ejemplo de colisiones eficaces: un huevo al chocar en el piso.

 

4) ¿Cómo afectaría el aumento de presión y temperatura sobre el número de colisiones entre

partículas de reactivo?

Imaginemos que las partículas de gas que se encuentran en un determinado volumen se mueven sin parar. Si aumentamos la presión sobre este gas, lo que estamos haciendo es disminuir el volumen disponible para las partículas de gas que se encuentran en movimiento, haciendo que la probabilidad de que choquen entre ellas aumenta. Lo mismo ocurre si aumentamos la Concentración en una solución en estado líquido. Si las partículas de líquido se encuentran en movimiento y aumentamos la cantidad de partículas por unidad de volumen, incrementamos la posibilidad de que estas partículas se encuentren y choquen, iniciando una reacción química.

Por otra parte, si elevamos la temperatura de una solución en cualquier estado, lo que estamos haciendo es entregarles a las partículas energía cinética (energía de movimiento), lo que aumenta el número de choques entre ellas, haciendo más probable la reacción entre partículas de reactivo.

 

Paso 4

Antes de que los estudiantes escriban las conclusiones que describen esta teoría, vean la animación vinculada a esta actividad (“Choques”). Con ella podrán imaginar una colisión efectiva y otra inefectiva y, por lo tanto, comprender de mejor manera esta teoría.

 

Paso 5

Desarrollen las preguntas sobre la Teoría del complejo activado. Las respuestas se encuentran a continuación. Esta actividad deberá ser realizada en parejas.

 

II. Teoría del complejo activado

1) ¿En qué consiste la Teoría del complejo activado?

La Teoría del complejo activado indica que para que se produzca una reacción química los reactivos deben adquirir una cantidad determinada de energía hasta alcanzar un estado de transición, el que tiene más energía que los productos. La cantidad necesaria para alcanzar un complejo de reactivo activado determinará la velocidad de reacción.

Si esta energía (energía de activación) es muy alta, a los reactivos les tomará más tiempo

alcanzarla, y más lenta será la reacción. Por otro lado, si la energía de activación es pequeña, será más fácil alcanzar el estado de transición, haciendo más rápida la reacción.

 

2) ¿Qué es la energía de activación?

La energía de activación es la energía que necesitan los reactivos para alcanzar el estado de

transición o complejo activado.

 

3) ¿Qué crees tú que ocurriría con la velocidad de una reacción si ésta requiere de poca energía de activación?

Si una reacción requiere de poca energía de activación es más fácil que el reactivo se transforme en un complejo activado y, por lo tanto, la reacción es más rápida (aumenta la velocidad de reacción).

 

4) ¿Qué crees tú que ocurriría con la velocidad de una reacción si ésta requiere de mucha energía de activación?

Si una reacción requiere de alta energía de activación, los reactivos demoran más en adquirir esta energía, disminuyendo la velocidad de la reacción.

 

5) ¿Qué es complejo activado y según lo entendido anteriormente qué hace que este complejo

decaiga rápidamente a producto?

El complejo activado es el reactivo que ya adquirió toda la energía de activación. Es un complejo de alta energía (mayor que los productos), y su energía inestable hace que decaiga rápidamente a productos.

 

6) ¿Qué es una reacción exotérmica?

Según el cambio neto de energía entre productos y reactantes, las reacciones requieren (absorben) o producen energía. Si esta energía se manifiesta como calor, entonces las reacciones son endotérmicas si absorben calor, y exotérmicas si liberan calor.

 

7) ¿Qué es una reacción endotérmica?

Una reacción endotérmica es aquella que requiere calor para que la reacción comience. Sin esta energía la reacción no se produce.

 

8) Para una reacción cualquiera:  

   form

 

a) Dibuja un diagrama de energía si la reacción es exotérmica.

 

cinetica1 

b) Dibuja un diagrama de energía si la reacción es endotérmica.

cinetic2 

Paso 5

Para concluir la actividad, pídales a sus estudiantes que describan en pocas palabras la Teoría del complejo activado y la Teoría de colisiones.

Puede utilizar como actividad de autoevaluación el juego asociado a este tema: “Quién sabe más”, complejo activado.

 

ACTIVIDAD: ¿Cómo afecta la temperatura a la velocidad de una reacción química?

 

 2H

 

1. Mapa de contenidos tratados

 

mapa2 

 

2. Desarrollo de la actividad: ¿Cómo afecta la temperatura a la velocidad de una reacción

química?

 

Paso 1

Esta actividad es de carácter experimental en la que se observa la disolución a distintas

temperatura de detergente líquido. Se puede realizar tanto en un laboratorio como dentro de una sala de clases.

Entregue la Guía para el estudiante que se encuentra disponible en el portal educarchile.

Lean juntos la introducción a la actividad para recordar los conceptos de cinética de reacciones químicas.

- Cinética de reacción química

- Velocidad de reacción.

- Factores que modifican la velocidad de una reacción.

 

Paso 2

Indique que algunos de estos factores se pueden comprobar fácilmente en un laboratorio., por ejemplo invite a sus estudiantes a comprobar el efecto de la temperatura sobre la velocidad de una reacción de solubilización.

Asegúrese de contar al inicio de la actividad con agua caliente.

Reparta los materiales por grupo o por estudiante e indique el procedimiento de este trabajo práctico.

 

Materiales:

- Taza o vaso

- Agua fría y agua caliente

- Lavalozas líquido concentrado (de color).

 

Procedimiento:

1. Agrega un poco de agua fría a una taza de té.

2. Calienta agua y agrega un poco en una taza de té.

3. Agrega una gota de lavalozas líquido concentrado a la taza con agua fría. Observa lo que sucede con la gota de lavalozas líquido en la taza.

4. Agrega una gota de lavalozas líquido concentrado a la taza con agua caliente. Observa lo que sucede con la gota de lavalozas líquido en la taza.

 

Paso 3

Comiencen la actividad.

Los efectos de la temperatura en una reacción de solubilización se pueden observar

inmediatamente. La gota de lavalozas líquido concentrado difundirá inmediatamente en la taza con agua caliente, mientras que en la taza con agua fría, este proceso demorará unos minutos.

Por lo tanto, esta parte de la actividad debiera desarrollarse en pocos minutos. Si es necesario, pueden repetir la actividad en tazas con agua limpia.

 

Paso 4

A medida que los estudiantes vayan terminando la actividad, que contesten las siguientes

preguntas de descripción, explicación, análisis y aplicación de esta experiencia. Las respuestas a estas preguntas se encuentran a continuación.

1. Describe lo que sucede con la gota de lavalozas en la taza con agua fría.

El lavalozas líquido agregado a la taza con agua fría difunde lentamente en la taza.

 

2. Describe lo que sucede con la gota de lavalozas en la taza con agua caliente.

El lavalozas líquido agregado a la taza con agua caliente difunde más rápido que en el caso

anterior. Es casi inmediata su solubilización en agua. En cambio, en la taza con agua fría este

proceso tarda un poco más.

 

3. ¿Por qué crees tú que ocurrió esto?

En agua caliente la difusión ocurre más rápido comparándola con la difusión en agua fría. Por lo tanto, la temperatura del agua afectó la reacción que se produce entre el lavalozas y el agua.

 

4. ¿Cómo crees que  afectó la temperatura en la reacción del detergente con el agua?

El aumento de temperatura, incrementa la velocidad de reacción que ocurre entre el agua y el

lavalozas.

 

5. ¿Por qué la temperatura afecta de este modo a esta reacción?

Esto ocurre debido a que el aumento de temperatura implica la entrega de energía cinética a las partículas dentro de la taza, haciendo que éstas se muevan y choquen más con otras partículas, incrementando la velocidad de la reacción.

 

Paso 5

Para finalizar la actividad pídales a sus estudiantes que escriban una conclusión que explique de qué manera afecta la temperatura en la reacción que involucra la disolución de detergente.

Recomiende a sus estudiantes observar la animación “Choques”, disponible para esta actividad.

Puede, también utilizarla como recurso durante la actividad.

 

Información

Técnica

Descripción BreveRespecto a la interacción de reactantes para formar productos se explica la teoría de complejo activado con ejemplos de reacciones exotérmicas y endotérmicas. Del mismo modo se explica la teoría de colisiones con ejemplos de colisión eficaz e ineficaz.
Temas relacionados

» Animación:
Teoría de las colisiones

» Diapositivas digitales:
Cinética química

IdiomaEspañol (ES)
Autoreducarchile
Fuenteeducarchile
Clasificación Curricular
NivelSectorUnidad o eje
3° medioQuímicaLa materia y sus transformaciones

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