La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

Le reazioni chimiche1 LICEO SCIENTIFICO STATALE LEONARDO da VINCI di FIRENZE CORSO SPERIMENTALE F DOCENTE Prof. Enrico Campolmi LE REAZIONI CHIMICHE.

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "Le reazioni chimiche1 LICEO SCIENTIFICO STATALE LEONARDO da VINCI di FIRENZE CORSO SPERIMENTALE F DOCENTE Prof. Enrico Campolmi LE REAZIONI CHIMICHE."— Transcript della presentazione:

1

2 Le reazioni chimiche1 LICEO SCIENTIFICO STATALE LEONARDO da VINCI di FIRENZE CORSO SPERIMENTALE F DOCENTE Prof. Enrico Campolmi LE REAZIONI CHIMICHE

3 Le reazioni chimiche2 Tutti i fenomeni naturali sono raggruppabili in una di queste due categorie: Trasformazioni fisiche Trasformazioni chimiche Le sostanze non cambiano natura e non variano le proprietà caratteristiche Esempi: passaggi di stato; un sasso che cade; un oggetto che si rompe; un corpo scaldato che si dilata Le sostanze cambiano natura e variano le proprietà caratteristiche Esempi: elettrolisi dellacqua; tutte le combustioni; il ferro che si arrugginisce; lacido che corrode; un petardo che esplode

4 Le reazioni chimiche3 Durante una reazione chimica la massa dei prodotti resta uguale alla massa dei reagenti (Legge di Lavoisier) H 2 +O 2 H 2 O 2 2 A livello atomico durante una reazione i legami presenti all'interno dei reagenti si rompono e se ne formano di nuovi nei prodotti di reazione. O O H H H H + O H H O H H Gli stessi atomi legati in modo diverso, o con differenti proporzioni reciproche, originano sostanze diverse per natura e proprietà O H H O acqua ossigenata H2O2H2O2 O H H acqua H2OH2O

5 Le reazioni chimiche4 PERCHE AVVENGONO LE REAZIONI CHIMICHE La regola dell'ottetto spiega perché gli atomi isolati reagiscono tra loro, ma non spiega perché lo facciano gli elementi o i composti (che lottetto hanno già raggiunto). Comunemente, i sistemi naturali evolvono spontaneamente verso stati di minore energia e maggiore stabilità stabilità = assenza di cambiamento Alta energia, bassa stabilità Bassa energia, alta stabilità La stabilità chimica delle sostanze è direttamente proporzionale allenergia del legame che tiene uniti gli atomi che le compongono. H H 463 kJ/mol N N 941 kJ/mol

6 Le reazioni chimiche5 Reazioni esoergoniche (spontanee) REAGENTI Legami + deboli, stabilità minore PRODOTTI Legami + forti, stabilità maggiore La reazione produce energia Reazioni endoergoniche (non spontanee) REAGENTI Legami + deboli, stabilità minore PRODOTTI Legami + forti, stabilità maggiore La reazione assorbe energia 2H 2 +O 2 2H 2 O + energia 2H 2 O + energia 2H 2 +O 2 C 6 H 12 O 6 +6O 2 6CO 2 +6H 2 O + e 6CO 2 +6H 2 O + eC 6 H 12 O 6 +6O 2

7 Le reazioni chimiche6 A P P P ATP Reazione endoergonica Pila scarica + energia pila carica Reazione esoergonica Pila carica pila scarica + energia A P P ADP Reazione esoergonica ATP ADP + P + energia Reazione endoergonica ADP + P + energia ATP

8 Le reazioni chimiche7 CO 2 + H 2 OGlucosio + O 2 Ciclo del carbonio FOTOSINTESI Processo endoergonico, assorbimento di energia solare RESPIRAZIONE CELLULARE Processo esoergonico, produzione di energia chimica Tutta lenergia utilizzata dai viventi deriva dal Sole

9 Le reazioni chimiche8 In natura esistono tuttavia anche trasformazioni endoergoniche spontanee Ad esempio: evaporazione dellacqua e fusione del ghiaccio, che assorbono calore dai corpi a contatto, raffreddandoli Dissoluzione in acqua di alcuni soluti solidi, come ad esempio il nitrato di ammonio (NH 4 NO 3 ), In questi casi il sistema non evolve verso stati di minor energia, perché lenergia assorbita dallesterno resta immagazzinata nei prodotti finali della trasformazione. La tendenza che guida tali trasformazioni è quella verso laumento del disordine, ovvero dellentropia I sistemi naturali infatti evolvono spontaneamente sia verso la massima stabilità (minima energia), che verso il massimo disordine (massima entropia).

10 Le reazioni chimiche9 Come varia lentropia Nei passaggi di stato da solido a liquido e da liquido a gas lentropia aumenta; nella direzione opposta lentropia diminuisce (il liquido è più disordinato del solido, il gas è più disordinato del liquido) Entropia e disordine aumentano Entropia e disordine diminuiscono Nella dissoluzione di un solido in un liquido lentropia aumenta (la soluzione è più disordinata dello stato iniziale, formato dal solido e dal liquido separati) Nella dissoluzione di un gas in un liquido lentropia diminuisce (la soluzione liquida è più ordinato dello stato iniziale formato da liquido e gas separati) Nelle reazioni chimiche in cui sono coinvolti i gas, se il numero delle molecole di gas aumenta durante la reazione, anche lentropia aumenta; se invece il numero di molecole gassose diminuisce, anche lentropia diminuisce. N 2 (g)+3H 2 (g) 2NH 3 (g) lentropia diminuisce CaCO 3 (s) CaO(s) + CO 2 (g) lentropia aumenta

11 Le reazioni chimiche10 Se consideriamo sia il contributo ergonico, che quello entropico, possiamo concludere che: Se una trasformazione conduce sia ad una diminuzione dellenergia (reazione esoergonica), che ad un aumento dellentropia, essa sarà sempre spontanea a qualunque temperatura Es. C 6 H 12 O 6 (s) + 6O 2 (g) 6CO 2 (g) + 6H 2 O (l) + energia Se una trasformazione conduce sia ad un aumento dellenergia (reazione endoergonica), che ad una diminuzione dellentropia, essa non sarà mai spontanea a qualunque temperatura. Es. 6CO 2 (g) + 6H 2 O (l) + energia C 6 H 12 O 6 (s) + 6O 2 (g) Se una trasformazione conduce ad una diminuzione dellenergia (reazione esoergonica), ma anche ad una diminuzione dellentropia, essa sarà spontanea solo a bassa temperatura. Es. N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) Se una trasformazione conduce sia ad un aumento dellenergia (reazione endoergonica), che ad un aumento dellentropia, essa sarà spontanea solo ad alta temperatura. Es. CaCO 3 (s) CaO(s) + CO 2 (g)

12 Le reazioni chimiche11 CINETICA CHIMICA La cinetica chimica studia la velocità delle reazioni La cinetica chimica è molto importante Molte reazioni, anche se spontanee, avvengono così lentamente per cui, di fatto, è come se non avvenissero. I combustibili, ad esempio, non bruciano senza innesco

13 Le reazioni chimiche12 Alcune reazioni si cerca di accelerarle …. altre si cerca di rallentarle ….

14 Le reazioni chimiche13 Non è sufficiente sapere se una data reazione chimica avvenga spontaneamente o meno Vogliamo anche sapere a che velocità si sviluppi La velocità delle reazioni Velocità: grandezza fisica che misura le variazioni di una grandezza fisica, fratto il tempo in cui essa si realizza Nel corso di una reazione chimica i reagenti si trasformano in prodotti: la quantità dei primi quindi diminuisce, mentre quella dei secondi aumenta La velocità di una reazione chimica indica il numero delle moli di reagente consumato, oppure il numero delle moli di prodotto formato, nell'unità di tempo.

15 Le reazioni chimiche14 La teoria degli urti Gli atomi si legano attraverso le loro porzioni più esterne Perché si formi un legame tra i reagenti (dunque perché avvenga una reazione) è necessario che i loro atomi si urtino Fattori che influenzano la velocità delle reazioni 1) Concentrazione dei reagenti Nellautoscontro il numero degli urti aumenta col numero delle auto presenti in pista In autostrada il rischio di incidenti è tanto maggiore quanto più intenso è il traffico

16 Le reazioni chimiche15 Nel recipiente in cui avviene una reazione il numero degli urti tra le molecole reagenti cresce col numero di particelle presenti per unità di volume, ovvero all'aumentare della loro concentrazione C + O 2 CO 2 V=K[C][O 2 ] V = velocità di reazione K = costante di proporzionalità [C] = concentrazione molare del carbonio [O 2 ] = concentrazione molare dellossigeno 2H 2 +O 2 2H 2 O V=K[H 2 ][H 2 ][O 2 ] V=K[H 2 ] 2 [O 2 ] La velocità delle reazioni è direttamente proporzionale al prodotto delle concentrazioni molari dei reagenti, ognuna elevata al corrispondente coefficiente stechiometrico

17 Le reazioni chimiche16 Nel corso della reazione le concentrazioni dei reagenti diminuiscono La velocità delle reazioni chimiche diminuisce nel tempo. 2) Geometria delle molecole Perché si formi un legame è necessario che le molecole si urtino nel modo giusto (urti efficaci) Allaumentare della complessità geometrica dei reagenti gli urti efficaci sono sempre più difficoltosi C O O O H H O O C O H H + CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 O 3 + NO O 2 +NO 2 La velocità delle reazioni chimiche diminuisce allaumentare delle dimensioni e della complessità dei reagenti

18 Le reazioni chimiche17 3) Suddivisione dei reagenti Gli urti tra le molecole dei reagenti avvengono solo alla superficie di questi ultimi; nei corpi solidi solo la superficie è realmente interessata dalla reazione Maggiore è la superficie esposta alla reazione e maggiore sarà la velocità di questultima La superficie aumenta con la suddivisione dei reagenti La velocità delle reazioni aumenta con la suddivisione dei reagenti.

19 Le reazioni chimiche18 Un granello di sostanza è formato comunque da centinaia di migliaia o da milioni di atomi (le dimensioni dellatomo sono infatti dellordine dei decimilionesimi di millimetro) Lunico sistema per suddividere ulteriormente le sostanze è quello, se possibile, di scioglierle in una soluzione In soluzione le reazioni sono più veloci Per questo motivo gli esseri viventi sono costituiti in abbondanza di acqua, che è un ottimo solvente Viceversa, volendo rallentare reazioni che normalmente avvengono in acqua è possibile disidratare le sostanze. Questo principio viene sfruttato nella conservazione degli alimenti in polvere oppure sotto sale

20 Le reazioni chimiche19 C + O 2 C + O + O CO 2 C + O 2 CO 2 4) Energia di attivazione Esotermica e spontanea, la reazione avviene solo grazie ad un innesco Inizialmente è necessario fornire energia per rompere i legami allinterno dei reagenti Energia di attivazione Si definisce energia di attivazione la quantità minima di energia necessaria ai reagenti perché una reazione possa avvenire Se la reazione è esotermica, una volta iniziata si auto sostiene Lenergia di attivazione è un importante fattore di controllo delle reazioni

21 Le reazioni chimiche20 5) Temperatura Allaumentare della temperatura cresce lenergia cinetica delle particelle Nello stesso senso cresce quindi la frequenza e la violenza degli urti Cresce pertanto anche il numero degli urti efficaci La velocità delle reazioni aumenta allaumentare della temperatura

22 Le reazioni chimiche21 Riassumendo Una reazione chimica avviene spontaneamente se: Si ha un aumento di stabilità e/o di entropia; Le particelle si urtano nel modo giusto e con energia adeguata ; Viene fornita lenergia di attivazione. Per quanto riguarda laspetto cinetico possiamo concludere che: La velocità delle reazioni diminuisce nel tempo ed allaumentare delle dimensioni e della complessità dei reagenti ; La velocità delle reazioni aumenta allaumentare della temperatura, della concentrazione e della suddivisione dei reagenti ;

23 Le reazioni chimiche22 I catalizzatoricatalizzatori Per accelerare una reazione non sempre è possibile scaldare i reagenti, suddividerli oppure averli in elevate concentrazioni Tuttavia, se abbassiamo lenergia di attivazione ed avviciniamo tra loro i reagenti, in modo che entrino in contatto con le zone che effettivamente reagiscono, la velocità della reazione aumenta ugualmente 2H 2 + O 2 2HO 2 H2H2 O2O2 H2OH2O A B C D Il platino lega temporaneamente lidrogeno la concentrazione aumenta, si libera calore che rompe i legamiaumenta la frequenza degli urti efficaci La reazione avviene velocemente ed a freddo

24 Le reazioni chimiche23 Il platino non viene consumato, in quanto di fatto non partecipa alla reazione Ecco un esempio di catalisi Catalizzatore: sostanza che accelera una reazione chimica senza parteciparvi e quindi senza essere consumato I catalizzatori abbassano lenergia di attivazione ed aumentano la frequenza degli urti efficaci I catalizzatori hanno un impiego vastissimo

25 Le reazioni chimiche24 G. Natta Nobel per la Chimica 1963

26 Le reazioni chimiche25 EnzimiEnzimi: particolare classe di proteine con funzione di catalizzatori biologici Attivi in tutti i tipi di cellule, rendono possibile lo svolgimento contemporaneo, e senza interferenza, di moltissime reazioni chimiche, a basse temperature e con concentrazioni ridotte Oggi mi sento molto reattivo FINE


Scaricare ppt "Le reazioni chimiche1 LICEO SCIENTIFICO STATALE LEONARDO da VINCI di FIRENZE CORSO SPERIMENTALE F DOCENTE Prof. Enrico Campolmi LE REAZIONI CHIMICHE."

Presentazioni simili


Annunci Google