Experimento con tiosulfato de sodio y ácido clorhídrico

El experimento de la ‘X’ que desaparece

¿Alguna vez se preguntó por qué pueden pasar años para que se forme óxido en la cadena de su bicicleta, pero solo unos momentos para que Alka Seltzer produzca burbujas cuando se deja caer en su vaso? La respuesta a tales preguntas requiere una comprensión de las velocidades de reacción química. Una excelente manera de aprender sobre las velocidades de las reacciones químicas es realizar un experimento clásico llamado Experimento “X” Desapareciendo. Este experimento clásico involucra la reacción entre el tiosulfato de sodio y el ácido clorhídrico, y nos enseña mucho sobre las velocidades de reacción. Pero antes de entrar en el experimento, necesitamos repasar brevemente algunos antecedentes.

Cinética química

El estudio de las velocidades de reacción química se conoce como cinética química . Una velocidad de reacción se expresa típicamente como el cambio en una variable, generalmente concentración, a lo largo del tiempo. Los químicos manipulan las velocidades de las reacciones para ralentizar las reacciones que pueden ser indeseables, como el agotamiento de nuestra capa de ozono, por ejemplo. Los químicos también pueden acelerar las reacciones para mejorar la eficiencia y satisfacer la alta demanda del mercado. Un buen ejemplo es el proceso Haber-Bosch, que es responsable de la producción de más del 80% del amoníaco utilizado para fertilizar los cultivos agrícolas del mundo.

Para que ocurra una reacción en primer lugar, las partículas involucradas en la reacción deben colisionar y deben hacerlo con la orientación adecuada. Además, también deben tener suficiente energía para desencadenar la reacción. Esto se conoce como teoría de colisiones . Por lo tanto, para cambiar la velocidad de una reacción en particular, los químicos deben manipular estas colisiones de partículas, ya sea aumentando o disminuyendo su frecuencia dependiendo de si desean aumentar o disminuir las velocidades de reacción respectivamente. Pueden hacerlo de diversas formas, incluido el cambio de temperatura, volumen y concentración. Echemos un vistazo más de cerca a cómo el cambio de concentración afecta la velocidad de reacción.

Si hay muchas partículas presentes en un recipiente de reacción y estas partículas están en constante movimiento aleatorio, las posibilidades de que esas partículas choquen aumentan drásticamente. Piense por un momento en un salón de clases típico lleno de estudiantes. Imagínese a todos esos estudiantes levantándose y corriendo al azar. Inevitablemente, se encontrarán entre sí.

Ahora imagine aumentar el número de estudiantes en la sala y reproducir el mismo escenario. ¿Aumentará la frecuencia de colisiones entre estudiantes? ¡Absolutamente! Lo mismo ocurre con las reacciones químicas. Si agrega más partículas a esa misma cantidad de espacio, las posibilidades de que esas partículas colisionen aumentan y, por lo tanto, aumentan las posibilidades de que ocurra la reacción.

Entonces, ¿cómo aumentamos la cantidad de partículas en una reacción? Recuerde que el número de partículas en química suele ser un número extremadamente grande. Hace muchos, muchos, muchos, muchos años, a los químicos se les ocurrió el concepto de mol para simplificar la discusión de las cantidades químicas: cuantos más moles, más partículas y viceversa.

El número de moles presentes en un volumen particular se denomina concentración de esa sustancia; cuanto mayor sea el número de moles por unidad de volumen, mayor será la concentración. Por lo tanto, si aumentamos la concentración, aumentamos el número de partículas en el recipiente y así aumentamos las posibilidades de que ocurra una reacción exitosa.

El experimento

Un experimento popular que involucra la manipulación de la concentración para observar su efecto en la velocidad de reacción es la acidificación de la solución de tiosulfato, comúnmente conocida como el Experimento “X” Desaparecido . Este experimento implica mezclar diferentes concentraciones de tiosulfato de sodio con una concentración constante conocida de ácido clorhídrico.

A veces puede ser difícil determinar si se está produciendo una reacción química, ya que no podemos ver físicamente la composición de los reactivos que se reorganizan en nuevos productos. Sin embargo, hay algunas pistas que podemos buscar que indiquen que la reacción está en curso. Quizás ha ocurrido un cambio de color (y, por supuesto, no se ha agregado ningún agente colorante), se ha producido un gas como lo demuestra la formación de burbujas, se ha transferido energía (exotérmica o endotérmica) o se ha formado un precipitado sólido sobre mezclar dos líquidos. Cuando se presenta una de estas pistas, se puede utilizar para hacer generalizaciones sobre las velocidades de reacción. La velocidad no se puede medir directamente, pero se pueden hacer suposiciones sobre qué tan rápido o lento está ocurriendo la reacción.

La reacción entre el tiosulfato de sodio y el ácido clorhídrico, como se ilustra en la siguiente ecuación química, muestra la formación de un precipitado de azufre sólido.

Este precipitado sólido nubla la solución, evitando que el experimentador vea a través del recipiente de reacción. Si el recipiente se coloca en un trozo de papel con una gran ‘X’ dibujada, se puede medir el tiempo que tarda la ‘X’ en desaparecer, lo que indica la velocidad relativa de la reacción. El siguiente diagrama ilustra la configuración de este experimento:

Los resultados

En este experimento, a medida que varía la concentración de tiosulfato, varía la velocidad a la que desaparece la ‘X’, lo que indica que el cambio de concentración sí afecta la velocidad de reacción. De hecho, a través de este experimento, se determina que cuanto mayor es la concentración de tiosulfato, más rápido ocurre la reacción y, a medida que la solución se diluye, la reacción se ralentiza, como se ve en el gráfico y la tabla de datos de muestra adjunta.

Tenga en cuenta que en el gráfico, la concentración se representa frente a la variable 1 / tiempo. 1 / tiempo es la inversa de los datos de tiempo recopilados durante el experimento. Recuerde que en este experimento se mide la velocidad a la que ocurre la reacción, pero la velocidad de reacción no se puede medir directamente. Sin embargo, dado que una velocidad de reacción se expresa como el cambio en una variable, generalmente concentración a lo largo del tiempo, graficar la concentración frente a 1 / tiempo da como resultado una representación gráfica de cómo cambia la velocidad de reacción a medida que se manipula la concentración.

Resumen de la lección

En esta lección aprendimos que las reacciones químicas ocurren a diferentes velocidades y pueden alterarse para que ocurran más rápidamente o más lentamente. Algunas reacciones ocurren en un abrir y cerrar de ojos, mientras que otras pueden tardar muchos años. La velocidad a la que se produce una reacción depende de la frecuencia, orientación y energía de las colisiones de partículas. La manipulación de la cantidad de partículas puede aumentar las posibilidades de colisiones exitosas y provocar una reacción. Cambiar la concentración de los reactivos es una forma de alterar la cantidad de partículas presentes.

El experimento “X” que desaparece investiga cómo un cambio en la concentración de tiosulfato de sodio afecta la velocidad a la que reacciona con el ácido clorhídrico. Al medir el tiempo que tarda el producto de azufre sólido en formarse y oscurecer la ‘X’ debajo del recipiente de reacción, podemos aprender de primera mano qué sucede con la velocidad de reacción cuando se varía la concentración / número de partículas. A partir de los resultados de este experimento, se puede ver fácilmente que la concentración y la velocidad de reacción comparten una relación directamente proporcional; a concentraciones más altas, la acidificación del tiosulfato ocurre más rápidamente.