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LA VELOCITA DELLE REAZIONI CHIMICHE La velocità di reazione La teoria delle collisioni I fattori che influenzano la velocità di una reazione Come si esprime.

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1 LA VELOCITA DELLE REAZIONI CHIMICHE La velocità di reazione La teoria delle collisioni I fattori che influenzano la velocità di una reazione Come si esprime la velocità di reazione Come si determina la velocità di una reazione Termodinamica e cinetica Natura dei reagenti Stato di suddivisione dei reagenti Concentrazione dei reagenti Catalizzatori Ordine e molecolarità

2 TERMODINAMICA E CINETICA TERMODINAMICA: fornisce indicazioni per definire se un processo si verifica spontaneamente oppure no ΔG<0 il processo è spontaneo ΔG>0 il processo è non spontaneo La termodinamica non fornisce indicazione sui tempi in cui avvengono le reazioni: es: 2 NOO 2 + N 2 ΔG= KJ È una reazione estremamente lenta!

3 Quando entra in gioco il fattore TEMPO DI SVOLGIMENTO di una reazione, i soli criteri termodinamici non permettono di fare previsioni attendibili CINETICA CHIMICA: parte della chimica che studia la velocità delle reazioni chimiche In base tempo di svolgimento esistono: Reazioni chimiche istantanee (reazione tra metalli alcalini e acqua) veloci (combustione di un pezzo di legno) lente ( formazione della ruggine) lentissime (processi di fossilizzazione della materia organica)

4 L ESPRESSIONE DELLA VELOCITA DI REAZIONE Consideriamo una generica reazione: A + BC + D reagenti prodotti Nel tempo: [A], [B] [C], [ D] ΔC = C 2 –C 1 = variazione di concentrazione Δt = t 2 -t 1 = intervallo di tempo v = C 2 –C 1 = ± ΔC t 2 -t 1 Δt v = VELOCITA di REAZIONE FIG 13.1

5 L ESPRESSIONE DELLA VELOCITA DI REAZIONE La VELOCITA DI REAZIONE è la misura della variazione della concentrazione di un reagente o di un prodotto nellunità di tempo molarità= moli/ litro La VELOCITA DI REAZIONE rappresenta una velocità media in quanto è riferita ad un certo intervallo di tempo Δt ΔC Δt v = = Variazione di concentrazione nellunità di tempo Concentrazione tempo= secondi, minuti, ore

6 LA DETERMINAZIONE SPERIMENTALE DELLA VELOCITA DI REAZIONE La velocità di una reazione è variabile nel tempo e perciò può essere stabilita solo per VIA SPERIMENTALE Esempi: Si misura il volume di gas formato in tempi successivi Si osserva lattenuarsi del colore 2 H 2 O 2 (aq) 2 H 2 O (l) + O 2(g) Br 2 (aq) + HCOOH2Br - (aq) + 2H + (aq) +CO 2

7 LA TEORIA DELLE COLLISIONI E IL COMPLESSO ATTIVATO Affinché una reazione avvenga è necessario che: Le molecole collidano La collisione avvenga con sufficiente energia per rompere i legami dei reagenti e formare quelli dei prodotti Le particelle siano orientate in maniera opportuna Tra le moltissime collisioni che interessano le molecole, solo un numero ristretto è efficace ai fini della reazione!!! I I H H I I H H I I H H COLLISIONE ENERGIA SUFFICIENTE E ORIENTAZIONE ADEGUATA LA REAZIONE AVVIENE II H H II H H II HH COLLISIONE ENERGIA SUFFICIENTE E ORIENTAZIONE INADEGUATA LA REAZIONE NON AVVIENE COLLISIONE ENERGIA INSUFFICIENTE LA REAZIONE NON AVVIENE I I H H I I H H I I H H

8 ENERGIA DI ATTIVAZIONE E a : valore minimo di energia che due particelle devono possedere perché possano collidere con forza sufficiente a dar luogo a una reazione COMPLESSO ATTIVATO: aggregato intermedio (stato di transizione) che si forma tenuto insieme da deboli legami intermolecolari risultanti da legami originari che si stanno rompendo e da nuovi legami che si stanno formando LA TEORIA DELLE COLLISIONI E IL COMPLESSO ATTIVATO A + BC + D

9 VELOCITA DI REAZIONE E NATURA DEI REAGENTI La velocità di reazione dipende dalla NATURA dei reagenti. Regola generale: 1.Reazioni che implicano la rottura dei legami chimici tendono ad essere lente 2.Reazioni che non implicano la rottura di legami sono generalmente veloci 2 H 2 O (l) 2 H 2(g) + O 2(g) H 2(g) + F 2(g) 2 HF (g) lentissima Molto rapida, esplosiva

10 VELOCITA DI REAZIONE E STATO DI SUDDIVISIONE DEI REAGENTI La velocità di reazione è influenzata dallestensione della superficie di contatto dei reagenti Zn 2 (s) + 2HCl (aq) Zn 2+ (aq) + 2Cl - (aq) +H 2(g) Una certa quantità di zinco in polvere reagisce più rapidamente della stessa quantità di zinco sotto forma di lamina metallica perché la polvere presenta una maggiore superficie di contatto che favorisce le collisioni tra le particelle FIG SOLO LA FIG B

11 Aumento della concentrazione VELOCITA DI REAZIONE E CONCENTRAZIONE DEI REAGENTI Aumento del numero di particelle per unità di volume Incremento della frequenza delle collisioni Aumento della velocità di reazione

12 EQUAZIONE CINETICA aA + bBprodotti L EQUAZIONE CINETICA che esprime la velocità di reazione è: v = Δ [A] Δt = Δ [B] Δt = K [A] α [B] β K = costante cinetica che dipende dalla reazione in esame e dalla temperatura α e β possono essere determinati solo SPERIMENTALMENTE e rappresentano gli esponenti a cui devono essere elevate le concentrazioni molari di A e B affinché i dati sperimentali soddisfino l equazione cinetica α, β= ordine di reazione relativo a ciascun reagente α + β= ordine totale di reazione Es v =K [A] 2 [B] 2° ordine rispetto ad A 1° ordine rispetto a B ordine totale= 3

13 CO (g) + NO 2(g) CO 2 (g) + NO (g) ORDINE DI REAZIONE E MECCANISMO DI REAZIONE Lequazione cinetica ricavata sperimentalmente è di secondo ordine rispetto NO 2 e di ordine zero rispetto CO: v =K [NO 2 ] 2 Levidenza sperimentale suggerisce che la reazione avviene in due stadi: 1. NO 2 + NO 2 NO 3 + NO 2. NO 3 + CONO 2 + CO 2 CO (g) + NO 2(g) CO 2 (g) + NO (g) La determinazione sperimentale dellordine di reazione aiuta a stabilire il MECCANISMO DI REAZONE cioè il percorso che il sistema compie per passare dai reagenti ai prodotti La maggior parte delle reazioni chimiche avviene per stadi. Ogni singolo stadio è detto REAZIONE ELEMENTARE o STADIO ELEMENARE

14 MECCANISMO DI REAZIONE Quando una reazione chimica avviene in più stadi uno degli stadi è in genere più lento degli altri Lo stadio più lento viene chiamato STADIO DETERMINANTE LA VELOCITA perché è quello che regola la velocità di reazione FIG 13.14

15 MOLECOLARITA DI REAZIONE La MOLECOLARITA di reazione rappresenta il NUMERO DI MOLECOLE (o atomi o ioni) che compaiono tra i reagenti della rispettiva reazione stechiometrica A A + A A + B A + B+ C prodotti Reazione unimolecolare Reazioni bimolecolari Reazione trimolecolare

16 VELOCITA DI REAZIONE E TEMPERATURA v = K [A] α [B] β Consideriamo l espressione della velocità di reazione: La costante di velocità K, e quindi la velocità di reazione, dipende dalla temperatura assoluta secondo l EQUAZIONE DI ARRHENIUS: K= A e -Ea/RT Tale equazione indica che un aumento di temperatura corrisponde ad un aumento della costante di velocità e quindi ad un aumento della velocità di reazione

17 VELOCITA DI REAZIONE E CATALIZZAORI CATALIZZAORE :sostanza in grado di influire sulla velocità di reazione accelerandola senza essere modificata o consumata Fenomeno della CATALISI FIG 13.16

18 Il CATALIZZATORE : 1.Modifica il meccanismo di reazione indirizzando la reazione verso un percorso caratterizzato da una energia di attivazione minore 2.Agisce in modo specifico 3.Piccole quantità di catalizzatore consentono la reazione fra grandi quantità di sostanze reagenti 4.Non altera la composizione del sistema alla fine della reazione 5.Si ritrova inalterato alla fine della reazione CATALIZZAORE OMOGENEO : si trova nello stato fisico dei reagenti CATALIZZAORE ETEROGENEO: si trova in uno stato fisico differente INIBITORE: catalizzatori che rallentano la velocità di una reazione


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