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1 U 11 Equilibrio chimico. 2 Le reazioni chimiche: il tempo delle trasformazioni Velocità delle reazioni U11 Composti e comportamento reazione lentissima......reazione.

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Presentazione sul tema: "1 U 11 Equilibrio chimico. 2 Le reazioni chimiche: il tempo delle trasformazioni Velocità delle reazioni U11 Composti e comportamento reazione lentissima......reazione."— Transcript della presentazione:

1 1 U 11 Equilibrio chimico

2 2 Le reazioni chimiche: il tempo delle trasformazioni Velocità delle reazioni U11 Composti e comportamento reazione lentissima......reazione velocissima Tutte le reazioni chimiche possono avvenire in tempi diversi, a seconda della natura dei reagenti e delle condizioni operative nelle quali si sviluppano. I sedimenti organici, per esempio, richiedono tempi dellordine di milioni di anni per trasformarsi in combustibili fossili. Al contrario, la loro combustione richiede alcuni minuti, la formazione di stalattiti procede per millenni, ma la decomposizione della nitroglicerina ha un decorso esplosivo, in una frazione di secondo.

3 3 Velocità delle reazioni U11 Composti e comportamento

4 4 Velocità delle reazioni U11 Composti e comportamento Molteplici sono i fattori che possono intervenire sulla velocità delle reazioni. 1) La natura dei reagenti Linfluenza della natura dei reagenti è comprensibile considerando che le reazioni chimiche comportano sempre la rottura dei legami in essi presenti e la formazione di nuovi legami nei prodotti. Lossigeno, per esempio, reagisce velocemente con i metalli alcalini e molto più lentamente con il ferro per formare ossidi come nella ruggine. La superficie del sodio si ricopre velocemente di ossido. Quella del ferro resiste più a lungo.

5 5 Velocità delle reazioni U11 Composti e comportamento 2) La superficie di contatto Due sostanze, inoltre per poter interagire, devono venire a contatto. Se i reagenti si trovano in fasi differenti, possono interagire solo sulla superficie di contatto. Ecco perché, per facilitare la reattività di un reagente solido con un liquido o con un gas, lo si frammenta.

6 6 Velocità delle reazioni U11 Composti e comportamento 3) la concentrazione dei reagenti Un altro modo per rendere veloce la reazione tra due sostanze consiste nellaumentare la loro concentrazione. Con laumento del numero di particelle presenti nel solvente, infatti, aumenta anche la probabilità che esse si incontrino. La combustione di un pezzo di legno, per esempio, è più vivace se brucia in unatmosfera più ricca di ossigeno: è ciò che succede ogni qualvolta si attizza il fuoco in un camino, favorendo lafflusso dellaria, e quindi dellossigeno, verso la zona di combustione o lo si alimenta soffiandoci sopra.

7 7 Velocità delle reazioni U11 Composti e comportamento 4) la temperatura di reazione Leffetto della temperatura sulla velocità delle reazioni è facilmente osservabile. La velocità di reazione è sempre aumentata da un incremento della temperatura. Nei processi biologici. In estate, per esempio, lattività metabolica degli organismi è più marcata che in inverno. Gli animali ibernanti, infatti, durante il periodo letargico abbassano la propria temperatura corporea per ridurre lattività metabolica e la richiesta di cibo.

8 8 Velocità delle reazioni U11 Composti e comportamento 5) la presenza di catalizzatori In alcuni casi, losservazione ci mostra reazioni la cui velocità è così bassa che sembrano non avvenire; in presenza di particolari sostanze, tuttavia, si attivano. Nel sangue la presenza dellenzima catalasi, accelera la reazione di decomposizione dellacqua ossigenata in acqua e ossigeno: H 2 O 2 H 2 O + O 2 Anche Il diossido di manganese catalizza la decomposizione dellacqua ossigenata La velocità di reazione può essere accelerata (o rallentata) mediante laggiunta di opportune sostanze, dette catalizzatori. Un catalizzatore è quindi una sostanza la cui presenza modifica la velocità di una reazione, senza però venire alterata dalla reazione stessa.

9 9 Lequilibrio delle reazioni: una situazione dinamica Equilibrio chimico U11 Composti e comportamento Molte reazioni non portano alla completa conversione dei reagenti in prodotti, anche se le quantità iniziali dei reagenti sono nei corretti rapporti stechiometrici. Una reazione reversibile come, per esempio, quella tra H 2 e I 2 che danno HI, viene sempre indicata con la doppia freccia. Essa può essere considerata composta da due reazioni, una diretta e una inversa: simbolo di reazione di equilibrio

10 10 Osservando landamento delle velocità delle due reazioni nel tempo si può affermare che: U11 Composti e comportamento Equilibrio chimico

11 11 Lequilibrio chimico è di natura dinamica: il numero delle molecole di reagenti che si convertono in prodotti, in un dato tempo, è uguale a quello delle molecole che subiscono la trasformazione inversa ed è per questo che le concentrazioni delle singole specie rimangono costanti. Lequilibrio chimico è regolato dalla legge dellequilibrio chimico, o legge dellazione di massa (o legge di Guldbeg e Waage), che afferma: U11 Composti e comportamento Equilibrio chimico

12 12 Per una generica reazione reversibile: con a, b, c, d coefficienti stechiometrici, la costante di equilibrio è: La K e di una reazione è costante a temperatura costante, indipendentemente dai componenti del sistema e dalle loro concentrazioni iniziali. U11 Composti e comportamento Equilibrio chimico

13 13 Proviamo a calcolare la K e della reazione: 3 H 2 + N 2 2 NH 3 U11 Composti e comportamento Equilibrio chimico [H 2 ] 3 [N 2 ] [NH 3 ] 2 Ke=Ke= oppure della: 4 NH O 2 4 NO + 6 H 2 O Ke=Ke= [NH 3 ] 4 [O 2 ] 5 [NO] 4 [H 2 O] 6

14 14 I valori delle costanti di equilibrio consentono di ricavare alcune informazioni sulle relative reazioni: Una reazione in cui la costante di equilibrio K e sia molto maggiore di 1 è quasi del tutto spostata a destra, cioè si considera praticamente completa. Al contrario, valori molto piccoli della costante significano che allequilibrio sono presenti solo modestissime quantità di prodotti e i reagenti sono rimasti praticamente inalterati, in pratica una reazione per la quale K e << 1 è quasi del tutto spostata a sinistra, cioè praticamente non avviene. U11 Composti e comportamento Equilibrio chimico

15 15 Per esempio: 3 H 2 + N 2 2 NH 3 ha K e = 2,4 ·10 -3 a 1000°C e quindi è molto spostata a sinistra Al contrario, 2 NO + O 2 2 NO 2 ha K e = 6,4 ·10 9 a 373°C e quindi è molto spostata a destra U11 Composti e comportamento Equilibrio chimico

16 16 Esaminiamo dunque quali effetti specifici vengono provocati, in una reazione allequilibrio, da: addizione o sottrazione di reagenti o prodotti; variazione della temperatura del sistema; variazione della pressione del sistema. I catalizzatori invece non influenzano lequilibrio. In generale si verifica che: U11 Composti e comportamento Equilibrio chimico Questo spiega anche come una reazione reversibile possa completarsi. Se viene sottratto uno dei prodotti, magari attraverso unaltra reazione chimica o perché esso può sfuggire, come gas, la reazione diretta continua a procedere per formarne dellaltro: poiché esso viene costantemente allontanato, la reazione inversa non ha la possibilità di avvenire e non si perviene ad alcun equilibrio. Reagenti Prodotti

17 17 Lequilibrio è inoltre influenzato dalla temperatura che ne modifica la costante. In generale in una reazione esotermica,che cioè libera calore (Q), laumento della temperatura sposta lequilibrio a sinistra, e in una reazione endotermica, che cioè assorbe calore (Q), laumento di temperatura sposta lequilibrio a destra. U11 Composti e comportamento Equilibrio chimico

18 18 Leffetto contrario si ha con una diminuzione della temperatura. In generale in una reazione esotermica,che cioè libera calore (Q), la diminuzione della temperatura sposta lequilibrio a destra, e in una reazione endotermica, che cioè assorbe calore (Q), la diminuzione di temperatura sposta lequilibrio a sinistra. U11 Composti e comportamento Equilibrio chimico

19 19 Per le reazioni che avvengono in fase gassosa e con variazione del numero di molecole, anche la pressione influenza lequilibrio. Ad esempio nella sintesi dellammoniaca: Velocità delle reazioni U11 Composti e comportamento Secondo il principio di Le Chatelier, un aumento della pressione (ad esempio per riduzione del volume del recipiente) viene minimizzato dallo spostamento dellequilibrio nel senso di una diminuzione del numero di molecole dei componenti allo stato gassoso. Una variazione della pressione, quindi, nel nostro esempio favorisce la reazione diretta (se la pressione aumenta) o quella inversa (se la pressione diminuisce).


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