Velocidad de reacciones y propiedades físicas de los metales

Observo las reacciones químicas expuestas a continuación y deduzco qué factores pueden modificar la velocidad de estas reacciones:

2\,\text{Na} + 2\,\text{H}_2\text{O} \longrightarrow 2\,\text{NaOH} + \text{H}_2 \quad (\text{reacción violenta})

\text{Ca} + 2\,\text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{Ca(OH)}_2 + \text{H}_2 \quad (\text{reacción lenta})

1. Comparo los dos reactivos: ambos metálicos reaccionan con el mismo reactivo (\text{H}_2\text{O}) y en la misma proporción estequiométrica, pero el sodio reacciona de forma violenta y el calcio de forma lenta.
2. Concluyo que la diferencia de velocidad se debe a la naturaleza química del metal: la energía de enlace y la reactividad del \text{Na} son mayores que las del \text{Ca}, porque el \text{Na} pierde más fácilmente su electrón (\text{Na} \rightarrow \text{Na}^{+} + e^{-}).
3. Como el factor principal demostrado es la naturaleza del reactivo, deduzco que los factores capaces de modificar la velocidad de reacción son:
   • Naturaleza química de los reactivos (el que aparece aquí explícitamente).
   • Estado de agregación / superficie de contacto: a mayor superficie (polvo, láminas finas) hay más colisiones por segundo.
   • Concentración de los reactivos: más partículas por unidad de volumen ⇒ más colisiones.
   • Temperatura: al subir T, aumenta la energía cinética y la fracción de partículas con E \geq E_a.
   • Presión (solo en gases): al aumentar P aumenta la concentración.
   • Presencia de catalizadores: disminuyen la energía de activación E_a.
4. Verifico con la energía de activación: una reacción con E_a menor es más rápida a igual temperatura, que es exactamente lo que ocurre con el \text{Na} frente al \text{Ca}.

¿Cuál es el factor o los factores que estimas más importantes y que están alterando las reacciones químicas naturales que ocurren en el ambiente?

1. Identifico las reacciones naturales del ambiente: combustión/oxidación de materia orgánica, corrosión de minerales, disolución de \text{CO}_2 en océanos, fotólisis del ozono, ciclo del nitrógeno.
2. Selecciono los factores externos que varían esos procesos:
   • Temperatura (cambio climático): al aumentar T se aceleran los procesos de descomposición y oxidación, según la relación k = A\,e^{-E_a/(RT)}.
   • Contaminantes y catalizadores: los óxidos de nitrógeno y de azufre aceleran la formación de ozono troposférico y de lluvias ácidas.
   • pH y composición del agua/atmósfera: la lluvia ácida (\text{pH} < 5{,}6) disminuye el pH y acelera la corrosión de metales y rocas.
   • Concentración de \text{O}_2 y de \text{CO}_2: más \text{O}_2 acelera la oxidación; más \text{CO}_2 intensifica la disolución en océanos y la acidificación.
   • Radiación solar (energía luminosa): actúa como fuente de energía que rompe enlaces, afectando la capa de ozono.
3. Priorizo: temperatura y contaminantes/catalizadores son los de mayor impacto, porque modifican E_a y la energía cinética media de las partículas.

Respuesta orientativa: Los factores más importantes son la variación de la temperatura (calentamiento global), los contaminantes que actúan como catalizadores, el cambio de pH (lluvias ácidas) y la mayor concentración de \text{O}_2 y \text{CO}_2, todos ellos aceleran o desvían las reacciones naturales del ambiente.

Explico a qué propiedad de los metales corresponde cada hecho.

El oro y la plata no se oxidan.

1. Observo que \text{Au} y \text{Ag} no forman óxidos al estar expuestos al aire y a la humedad.
2. Esta resistencia a la oxidación y a la corrosión por los agentes atmosféricos se denomina inalterabilidad al aire (o nobleza / carácter noble del metal).

La formación de herrumbre en un recipiente de aluminio.

1. La herrumbre es un producto de la corrosión, es decir, de la oxidación del metal por \text{O}_2 y \text{H}_2\text{O} presentes en el ambiente.
2. La reacción general es: 4\,\text{M} + 3\,\text{O}_2 + 6\,\text{H}_2\text{O} \rightarrow 4\,\text{M(OH)}_3.
3. Correspondencia: corrosibilidad (alteración por los agentes atmosféricos).

Confección de láminas de oro muy delgadas.

1. El metal puede deformarse y extenderse en láminas finas sin romperse gracias a la disposición de sus átomos en capas deslizables.
2. Esta propiedad es la maleabilidad.

Metales que se estiran en hilos o alambres muy delgados.

1. El metal soporta la tracción y se elonga hasta formar un hilo fino sin romperse.
2. Esta propiedad es la ductilidad (la misma disposición atómica en capas, pero sometida a tracción).