Chimica per il liceo/Velocità di reazione: differenze tra le versioni
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velocità di reazione e concentrazione |
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Fra gli aspetti sotto i quali si può studiare una reazione chimica, uno dei più importanti è la sua '''velocità:''' di questo studio si occupa la ''cinetica chimica, la branca della scienza che studia la velocità delle reazioni e i fattori che la influenzano.''
Nel corso di una reazione i reagenti si trasformano in prodotti. A livello microscopico una reazione chimica implica una trasformazione degli atomi/ioni dei reagenti in atomi / ioni dei prodotti. Ciò richiede la rottura e la formazione di nuovi legami, in un certo intervallo di tempo.
Lo studio della velocità di reazione fornisce dunque uno strumento per conoscere come si comportano gli atomi e le molecole dei reagenti quando avviene una reazione.
La variazione di materia avviene in un tempo più o meno lungo, infatti si parla di '''reazione veloce''' quando i reagenti scompaiono in '''poco tempo''' per fare posto ai prodotti; di '''reazione lenta''' quando la trasformazione di materia avviene in tempi considerevoli.
'''ESEMPI:'''
-'''reazioni veloci''':
1. un’esplosione è un esempio di reazione veloce
2. un processo veloce è quello che avviene nella formazione delle “croste nere”, sui materiali lapidei: l’anidride solforosa che arriva sui monumenti(come gas o in soluzione acquosa) non è particolarmente attiva sul calcare,ma lo è l’anidride solforica; la prima si ossida(in presenza di acqua) formando anidride solforica. L’anidride solforica,in ambiente acquoso, produce acido solforico; questo agisce col calcare dando solfato di calcio che che si idrata formando gesso: questo è un processo auto catalitico che porta ad un sempre più veloce degrado dei monumenti costituiti da materiali lapidei di natura calcarea.
'''-reazioni lente'''
1.l’ingiallimento della carta è dovuto all’ossidazione della cellulosa, il principale componente della carta, così come veniva prodotta artigianalmente nel passato. Con il tempo, la cellulosa tende infatti a ossidarsi, un processo che altera l’assorbimento della luce da parte della carta e le fa assumere il caratteristico aspetto ingiallito. Responsabili di questo cambiamento sono in particolare i cosiddetti cromofori, molecole generate proprio dall’ossidazione della cellulosa.
La velocità di reazione,può essere comparata alla velocità di un’ automobile che indica quanti kilometri vengono percorso in un tempo pari a 60 minuti quindi si potrebbe dire il rapporto fra la distanza e il tempo impiegato a percorrerla, così la '''velocità di reazione è il rapporto tra la quantità di sostanza che si è trasformata e il tempo impiegato affinché la trasformazione sia avvenuta.'''
Per qualsiasi reazione si dice che la ''velocità di reazione'' indica il numero di moli di un reagente che si trasformano nell’unità di tempo o il numero di moli di prodotto che si formano nell’unità di tempo.
V=<math display="block">\Delta(concentrazonereagenti)\div\Delta(tempo)</math>
'''ANALIZZANDO LA FORMULA :'''
La velocità di reazione è data dalla variazione di concentrazione di un componente nell’ unità di tempo.
La scelta del componente sul quale misurare tale velocità non ha molta importanza: se la reazione avviene,'''tutti i reagenti''' diminuiscono insieme e '''tutti i prodotti''' si formano insieme, con una ''velocità proporzionale ai loro coefficienti di reazione.''
== Concentrazione ==
La velocità di una reazione chimica dipende da diversi fattori, uno di questi è la concentrazione. ''La concentrazione di un componente in una miscela è la grandezza che esprime il rapporto tra la quantità del componente rispetto alla quantità totale di tutti i componenti della miscela.'' Già verso la fine del XVIII secolo, grazie a C.F.Wenzel, la velocità di una reazione era stata collegata alla concentrazione delle specie reagenti. Nella seconda metà del XIX secolo C.M.Guldberg e P.Waage, formulando la legge dell’azione di massa, diedero un significativo contributo alla elaborazione di un’espressione matematica che descrive la velocità di una reazione chimica in funzione delle concentrazioni dei reagenti. Si è così arrivati ad affermare che: ''la velocità di una reazione aumenta con l’aumentare della concentrazione dei reagenti.'' Grazie all’aumento della concentrazione infatti la possibilità di incontro delle molecole dei reagenti aumenta (teoria degli urti) e così anche la velocità con cui si formano i prodotti.
La '''formula''' che esprime questa relazione è:
v=k∙[A]<sup>n</sup>
In cui:
-'''k''' è una costante di proporzionalità propria di ogni reazione
-'''A''' è la concentrazione del reagente
-'''<sup>n</sup>''' è il coefficiente ricavato sperimentalmente (spesso coincide con quello stechiometrico)
-le parentesi quadre indicano che ci si riferisce alla '''concentrazione''' di quella sostanza
-la potenza della concentrazione (<sup>n</sup>) ci permette anche di determinare se le reazioni sono di '''primo,''' '''secondo''' o '''terzo''' '''ordine''' e così via.
Nel caso in cui i reagenti della reazione siano più di uno la relazione che determina la velocità sarà:
v=k∙[A]<sup>n</sup>·[B]<sup>m</sup>
Dove la velocità dipende dalla costante di velocità, ma anche dal prodotto delle concentrazioni e dove n e m sono i coefficienti determinati sperimentalmente, la cui somma ci fornisce l’ordine della reazione.
In generale perciò si può affermare che ''c’è proporzionalità diretta tra la velocità di reazione e la concentrazione dei reagenti''.
Nel corso di una reazione però la quantità dei reagenti, quindi la loro concentrazione, diminuisce via via che questi si trasformano in prodotti, perciò come diretta conseguenza della proporzionalità avremo una diminuzione anche della velocità di reazione. La velocità delle reazioni chimiche quindi '''non è costante''', ma '''tende''' '''a''' '''diminuire''' nel tempo. Tuttavia esistono delle reazioni che mantengono una velocità di reazione '''costante''' che è quindi indipendente dalla concentrazione dei reagenti. Questi tipi di reazione sono dette reazioni di ordine 0 e in genere implicano un '''catalizzatore''' saturato dai reagenti. La velocità di queste reazioni è espressa dalla formula:
v = k·[A]º = k
Un esempio di queste reazioni può essere l’eliminazione dell’alcol nel fegato.
Infine puntualizziamo che ci sono reazioni che prevedono più stadi. Ogni stadio ha una sua velocità di reazione e la velocità media dipenderà maggiormente dallo stadio più lento, ossia uno stadio svolgerà la reazione in un intervallo di tempo maggiore delle altre e quell’intervallo sarà limitante per la reazione.
Se ad esempio effettuassimo un esperimento per determinare la velocità di reazione del tiosolfato di Na (Na<sub>2</sub>S<sub>2</sub>O<sub>3</sub>), a diversa concentrazione, con l’acido cloridico (HCl), potremmo osservare che:
{| class="wikitable sortable"
|BECHER N<sup>O</sup>
|CONCENTRAZIONE (mol/L)
|VELOCITA’
1/ tempo (1/s)
|-
|1
|0.25
|20.07
|-
|2
|0.222
|21.17
|-
|3
|0.194
|23.81
|-
|4
|0.166
|28.26
|-
|5
|0.138
|33.425
|-
|6
|0.11
|41.975
|}
Possiamo osservare che al diminuire della concentrazione il tempo di reazione aumenta e di conseguenza, essendo indirettamente proporzionale alla velocità, la velocità di reazione diminuisce al diminuire della concentrazione.
== Teoria degli urti ==
Una reazione chimica avviene quando tra le particelle dei reagenti si verificano urti. In linea generale, quindi, tutti i fattori che fanno aumentare il numero di urti tra le particelle dei reagenti provocano un aumento della velocità di reazione. È necessario però fare alcune precisazioni: il termine “urto” non indica un contatto fisico (distanza = 0) tra le costituenti (ad esempio i nuclei) delle molecole o atomi dei reagenti, ma sta ad indicare che le particelle dei reagenti si avvicinano ad una distanza tale da provocare una interazione tra le nuvole di elettroni che si muovono attorno ai nuclei degli atomi dei reagenti.
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