© Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas CAPITOLO 16 1 Indice 1.La velocità delle reazioni chimicheLa velocità delle reazioni chimiche 2.Espressione

© Paolo Pistarà© Istituto Italiano Edizioni Atlas

CAPITOLO

16

1

Indice

1. La velocità delle reazioni chimiche

2. Espressione della velocità di reazione

3. Teoria delle collisioni

4. Teoria dello stato di transizione (o del complesso attivato)

5. Fattori che influenzano la velocità di reazione

6. Legge della velocità di reazione

7. Cinetica e meccanismo di reazione

Mappa concettuale: La velocità delle reazioni chimiche


Le reazioni chimiche procedono con differente velocità:

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CAPITOLO 16. LA VELOCITÀ DELLE REAZIONI CHIMICHE1

Il ferro si trasforma in ruggine: la reazione viene considerata molto lenta perché si verifica in un tempo molto lungo.

La velocità delle reazioni chimiche

Un’esplosione è una reazione molto veloce perché si realizza in tempo molto breve.

La maturazione di ortaggi e di frutti è una reazione con velocità moderata perché si verifica nell’arco di qualche giorno.

Lo studio della velocità di una reazione è chiamata cinetica chimica.


“La velocità di una reazione chimica si riferisce alla variazione di concentrazione di una sostanza nell’unità di tempo”.

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2 Espressione della velocità di reazione

In una generica reazione:

A + B C

CAPITOLO 16. LA VELOCITÀ DELLE REAZIONI CHIMICHE

Rappresentazione grafica della variazione di concentrazione dei reagenti (A o B) e del prodotto di reazione (C) in funzione del tempo.

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2 Espressione della velocità di reazione


A2 A1 A velocità media di reazione = − = − t2 t1 t

la concentrazione del reagente A, messa in parentesi ed espressa in mol/L, diminuisce man mano che cresce il tempo dall’inizio della reazione, mentre la concentrazione del prodotto C aumenta.


Perché una reazione chimica tra sostanze possa avvenire, le particelle (molecole, atomi, ioni) devono collidere: è questa l’idea su cui poggia la teoria delle collisioni.

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3 Teoria delle collisioni

Le collisioni, inoltre, devono essere efficaci, cioè con una energia cinetica uguale o superiore ad un valore Ea, chiamata energia di attivazione.


Le collisioni delle molecole dei reagenti sono efficaci: la reazione tra H2 e O2 porta alla formazione di H2O.

Le collisioni sono inefficaci: le molecole rimbalzano inalterate.


Per la formazione dei prodotti di una reazione risulta importante l’orientamento molecolare durante la collisione.

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3 Teoria delle collisioni CAPITOLO 16. LA VELOCITÀ DELLE REAZIONI CHIMICHE

L’IMPORTANZA DELL’ORIENTAZIONE MOLECOLARE IN UNA COLLISIONE EFFICACE.(a) Due esempi di urti inefficaci; (b) urto efficace, favorito dall’orientazione favorevole delle molecole o fattore sterico, che porta alla formazione dei prodotti.

a

b


4 Teoria dello stato di transizione (o delcomplesso attivato)

Per stato di transizione s’intende la particolare disposizione che gli atomi assumono in corrispondenza del punto massimo del diagramma di reazione.


I reagenti devono superare la barriera di energia dello stato di transizione per dare luogo ai prodotti.


4 Teoria dello stato di transizione (o delcomplesso attivato)

La differenza tra l’energia dello stato di transizione e l’energia dei reagenti prende il nome di energia di attivazione (Ea).


Solo le molecole dei reagenti, con energia uguale o superiore a Ea, possono superare la barriera di energia dello stato di transizione e dare luogo ai prodotti.

“più è bassa l’energia di attivazione, maggiore è il numero delle molecole che possono superare la barriera di energia, e quindi più veloce è la reazione”.

Pertanto


a. Natura delle sostanze reagenti

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H2(g) + F2(g) 2 HF(g) veloce

Fattori che influenzanola velocità di reazione

Ciascuna reazione chimica presenta una sua caratteristica velocità che dipende dalla natura dei reagenti.


Il legame in F2 si rompe più facilmente che in Cl2.

H2(g) + Cl2(g) 2 HCl(g) lenta


b. Temperatura di reazione

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5 Fattori che influenzanola velocità di reazione

La velocità di qualsiasi reazione cresce con l’aumentare della temperatura.



c. Concentrazione dei reagenti

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Ad un aumento della concentrazione delle sostanze reagenti corrisponde sempre un aumento della velocità di reazione perché cresce il numero delle collisioni.


Dipendenza del numero di collisioni dalle concentrazioni dei reagenti.


d. Superficie di contatto

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A parità di massa, se la superficie di contatto è maggiore si ha sempre un aumento della velocità di reazione.


Se un solido di 1 cm3 viene diviso a metà, si vengono a creare due nuove superfici, per cui cresce la superficie di contatto. Continuando la divisione, la superficie di contatto diventa sempre maggiore.

La limatura di ferro reagisce con acido cloridrico più velocemente di una lamina di ferro. Ciò è evidenziato da un maggior sviluppo di idrogeno.


e. Catalizzatore di reazione

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Un catalizzatore è una sostanza che accelera la velocità di una reazione senza per questo essere consumato durante il processo.


Diagramma di energia per una reazione in assenza o in presenza di un catalizzatore.

Percorso della reazione



Negli organismi viventi la maggior parte delle reazioni chimiche viene catalizzata da enzimi, proteine caratterizzate da elevata specificità nella loro azione catalitica.


Enzimi

Alcune radiazioni, come quella solare o quella emessa da un filamento incandescente, presentano proprietà catalitiche, ad esempio nella fotosintesi clorofilliana.

Radiazioni


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“La velocità di una reazione è proporzionale al prodotto delle concentrazioni dei reagenti, elevate ciascuna ad un esponente ricavato sperimentalmente”:

Legge della velocitàdi reazione

La legge della velocità di reazione si può così esprimere:

v = k Am Bn


dove:v velocitàk costante di velocitàA e B concentrazione dei reagentim, l’esponente della concentrazione A, è detto ordine di reazione rispetto ad A n, l’esponente della concentrazione B, è detto ordine di reazione rispetto a B

La somma degli esponenti corrisponde all’ordine totale della reazione.


6 Legge della velocitàdi reazione


Rappresentazione grafica delle reazioni di ordine zero (a, curva blu), del primo ordine (b, curva verde) e del secondo ordine (c, curva rossa).

Si possono avere reazioni di ordine 0, 1, 2 oppure 3, ma sono possibili anche reazioni di ordine frazionario.

Determinazione dell’ordine di reazione


L’insieme dei passaggi attraverso i quali i reagenti si trasformano nei prodotti prende il nome di meccanismo di reazione.

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7 Cinetica e meccanismo di reazione

In una reazione è lo stadio lento che determina la velocità del processo globale.



Mappa concettuale: La velocità delle reazioni chimiche

VELOCITÀ DI REAZIONEvelocità con cui i reagenti si

trasformano nei prodotti

Fattori che influenzano la velocità di reazione

LEGGE DELLA VELOCITÀ DI

REAZIONE

v = k[A]m [B]n


ESPRESSIONE MATEMATICA DELLA

VELOCITÀ DI REAZIONE Δ[concentrazione]

V = Δ[tempo]

Superficie di contattodei reagenti solidi

Teoria delle collisioniTeoria cinetica secondo la quale i reagenti devono collidere per dare luogo ai prodotti

Teoria dello stato di transizioneTeoria secondo la quale i reagenti devono passare attraverso un massimo di energia potenziale (stato di transizione)

Concentrazione dei reagenti

Naturadei reagenti

TEMPERATURA CATALIZZATORE

Energia di attivazione

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