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© Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas CAPITOLO 16 1 Indice 1.La velocità delle reazioni chimicheLa velocità delle reazioni chimiche 2.Espressione.

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1 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas CAPITOLO 16 1 Indice 1.La velocità delle reazioni chimicheLa velocità delle reazioni chimiche 2.Espressione della velocità di reazioneEspressione della velocità di reazione 3.Teoria delle collisioniTeoria delle collisioni 4.Teoria dello stato di transizione (o del complesso attivato)Teoria dello stato di transizione (o del complesso attivato) 5.Fattori che influenzano la velocità di reazioneFattori che influenzano la velocità di reazione 6.Legge della velocità di reazioneLegge della velocità di reazione 7.Cinetica e meccanismo di reazioneCinetica e meccanismo di reazione Mappa concettuale: La velocità delle reazioni chimiche

2 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas Le reazioni chimiche procedono con differente velocità: 2 CAPITOLO 16. LA VELOCITÀ DELLE REAZIONI CHIMICHE 1 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 Unesplosione 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 nellarco di qualche giorno. Lo studio della velocità di una reazione è chiamata cinetica chimica.

3 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas La velocità di una reazione chimica si riferisce alla variazione di concentrazione di una sostanza nellunità 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.

4 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 4 2 Espressione della velocità di reazione CAPITOLO 16. LA VELOCITÀ DELLE REAZIONI CHIMICHE A 2 A 1 A velocità media di reazione = = t 2 t 1 t la concentrazione del reagente A, messa in parentesi ed espressa in mol/L, diminuisce man mano che cresce il tempo dallinizio della reazione, mentre la concentrazione del prodotto C aumenta.

5 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas Perché una reazione chimica tra sostanze possa avvenire, le particelle (molecole, atomi, ioni) devono collidere: è questa lidea 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 E a, chiamata energia di attivazione. CAPITOLO 16. LA VELOCITÀ DELLE REAZIONI CHIMICHE Le collisioni delle molecole dei reagenti sono efficaci: la reazione tra H 2 e O 2 porta alla formazione di H 2 O. Le collisioni sono inefficaci: le molecole rimbalzano inalterate.

6 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas Per la formazione dei prodotti di una reazione risulta importante lorientamento molecolare durante la collisione. 6 3 Teoria delle collisioni CAPITOLO 16. LA VELOCITÀ DELLE REAZIONI CHIMICHE LIMPORTANZA DELLORIENTAZIONE MOLECOLARE IN UNA COLLISIONE EFFICACE. (a) Due esempi di urti inefficaci; (b) urto efficace, favorito dallorientazione favorevole delle molecole o fattore sterico, che porta alla formazione dei prodotti. a b

7 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 7 4 Teoria dello stato di transizione (o del complesso attivato) Per stato di transizione sintende 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.

8 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 8 4 Teoria dello stato di transizione (o del complesso attivato) La differenza tra lenergia dello stato di transizione e lenergia dei reagenti prende il nome di energia di attivazione (E a ). CAPITOLO 16. LA VELOCITÀ DELLE REAZIONI CHIMICHE Solo le molecole dei reagenti, con energia uguale o superiore a E a, possono superare la barriera di energia dello stato di transizione e dare luogo ai prodotti. più è bassa lenergia di attivazione, maggiore è il numero delle molecole che possono superare la barriera di energia, e quindi più veloce è la reazione. Pertanto

9 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas a. Natura delle sostanze reagenti 9 5 H 2(g) + F 2(g) 2 HF (g) veloce Fattori che influenzano la 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 F 2 si rompe più facilmente che in Cl 2. H 2(g) + Cl 2(g) 2 HCl (g) lenta

10 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas b. Temperatura di reazione 10 5 Fattori che influenzano la velocità di reazione La velocità di qualsiasi reazione cresce con laumentare della temperatura. CAPITOLO 16. LA VELOCITÀ DELLE REAZIONI CHIMICHE

11 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas c. Concentrazione dei reagenti 11 5 Fattori che influenzano la 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.

12 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas d. Superficie di contatto 12 5 Fattori che influenzano la 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 cm 3 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.

13 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas e. Catalizzatore di reazione 13 5 Fattori che influenzano la 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

14 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 14 5 Fattori che influenzano la 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

15 © 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 velocità di reazione La legge della velocità di reazione si può così esprimere: v = k A m B n CAPITOLO 16. LA VELOCITÀ DELLE REAZIONI CHIMICHE dove: v velocità k costante di velocità A e B concentrazione dei reagenti m, lesponente della concentrazione A, è detto ordine di reazione rispetto ad A n, lesponente della concentrazione B, è detto ordine di reazione rispetto a B La somma degli esponenti corrisponde allordine totale della reazione.

16 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 16 6 Legge della velocità di 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 dellordine di reazione

17 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas Linsieme dei passaggi attraverso i quali i reagenti si trasformano nei prodotti prende il nome di meccanismo di reazione 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

18 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 18 Mappa concettuale: La velocità delle reazioni chimiche VELOCITÀ DI REAZIONE velocità 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] S UPERFICIE DI CONTATTO dei reagenti solidi T EORIA DELLE COLLISIONI Teoria cinetica secondo la quale i reagenti devono collidere per dare luogo ai prodotti T EORIA DELLO STATO DI TRANSIZIONE Teoria secondo la quale i reagenti devono passare attraverso un massimo di energia potenziale (stato di transizione) C ONCENTRAZIONE DEI REAGENTI N ATURA DEI REAGENTI TEMPERATURACATALIZZATORE E NERGIA DI ATTIVAZIONE


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