Date post: | 02-May-2015 |
Category: |
Documents |
Upload: | capricia-contini |
View: | 247 times |
Download: | 3 times |
© 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
© Paolo Pistarà© Istituto Italiano Edizioni Atlas
Le reazioni chimiche procedono con differente velocità:
2
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.
© Paolo Pistarà© Istituto Italiano Edizioni Atlas
“La velocità di una reazione chimica si riferisce alla variazione di concentrazione di una sostanza nell’unità di tempo”.
3
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.
© Paolo Pistarà© Istituto Italiano Edizioni Atlas 4
2 Espressione della velocità di reazione
CAPITOLO 16. LA VELOCITÀ DELLE REAZIONI CHIMICHE
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.
© Paolo Pistarà© Istituto Italiano Edizioni Atlas
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.
5
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.
CAPITOLO 16. LA VELOCITÀ DELLE REAZIONI CHIMICHE
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.
© Paolo Pistarà© Istituto Italiano Edizioni Atlas
Per la formazione dei prodotti di una reazione risulta importante l’orientamento molecolare durante la collisione.
6
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
© Paolo Pistarà© Istituto Italiano Edizioni Atlas 7
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.
CAPITOLO 16. LA VELOCITÀ DELLE REAZIONI CHIMICHE
I reagenti devono superare la barriera di energia dello stato di transizione per dare luogo ai prodotti.
© Paolo Pistarà© Istituto Italiano Edizioni Atlas 8
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).
CAPITOLO 16. LA VELOCITÀ DELLE REAZIONI CHIMICHE
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
© Paolo Pistarà© Istituto Italiano Edizioni Atlas
a. Natura delle sostanze reagenti
9
5
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.
CAPITOLO 16. LA VELOCITÀ DELLE REAZIONI CHIMICHE
Il legame in F2 si rompe più facilmente che in Cl2.
H2(g) + Cl2(g) 2 HCl(g) lenta
© Paolo Pistarà© Istituto Italiano Edizioni Atlas
b. Temperatura di reazione
10
5 Fattori che influenzanola velocità di reazione
La velocità di qualsiasi reazione cresce con l’aumentare della temperatura.
CAPITOLO 16. LA VELOCITÀ DELLE REAZIONI CHIMICHE
© Paolo Pistarà© Istituto Italiano Edizioni Atlas
c. Concentrazione dei reagenti
11
5 Fattori che influenzanola velocità di reazione
Ad un aumento della concentrazione delle sostanze reagenti corrisponde sempre un aumento della velocità di reazione perché cresce il numero delle collisioni.
CAPITOLO 16. LA VELOCITÀ DELLE REAZIONI CHIMICHE
Dipendenza del numero di collisioni dalle concentrazioni dei reagenti.
© Paolo Pistarà© Istituto Italiano Edizioni Atlas
d. Superficie di contatto
12
5 Fattori che influenzanola velocità di reazione
A parità di massa, se la superficie di contatto è maggiore si ha sempre un aumento della velocità di reazione.
CAPITOLO 16. LA VELOCITÀ DELLE REAZIONI CHIMICHE
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.
© Paolo Pistarà© Istituto Italiano Edizioni Atlas
e. Catalizzatore di reazione
13
5 Fattori che influenzanola velocità di reazione
Un catalizzatore è una sostanza che accelera la velocità di una reazione senza per questo essere consumato durante il processo.
CAPITOLO 16. LA VELOCITÀ DELLE REAZIONI CHIMICHE
Diagramma di energia per una reazione in assenza o in presenza di un catalizzatore.
Percorso della reazione
© Paolo Pistarà© Istituto Italiano Edizioni Atlas 14
5 Fattori che influenzanola velocità di reazione
Negli organismi viventi la maggior parte delle reazioni chimiche viene catalizzata da enzimi, proteine caratterizzate da elevata specificità nella loro azione catalitica.
CAPITOLO 16. LA VELOCITÀ DELLE REAZIONI CHIMICHE
Enzimi
Alcune radiazioni, come quella solare o quella emessa da un filamento incandescente, presentano proprietà catalitiche, ad esempio nella fotosintesi clorofilliana.
Radiazioni
© Paolo Pistarà© Istituto Italiano Edizioni Atlas 15
6
“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
CAPITOLO 16. LA VELOCITÀ DELLE REAZIONI CHIMICHE
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.
© Paolo Pistarà© Istituto Italiano Edizioni Atlas 16
6 Legge della velocitàdi reazione
CAPITOLO 16. LA VELOCITÀ DELLE REAZIONI CHIMICHE
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
© Paolo Pistarà© Istituto Italiano Edizioni Atlas
L’insieme dei passaggi attraverso i quali i reagenti si trasformano nei prodotti prende il nome di meccanismo di reazione.
17
7 Cinetica e meccanismo di reazione
In una reazione è lo stadio lento che determina la velocità del processo globale.
CAPITOLO 16. LA VELOCITÀ DELLE REAZIONI CHIMICHE
© Paolo Pistarà© Istituto Italiano Edizioni Atlas 18
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
CAPITOLO 16. LA VELOCITÀ DELLE REAZIONI CHIMICHE
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