A quale velocità si svolgono le reazioni? È importante saperlo??? Quali sono i fattori che determinano la velocità di una reazione? È importante saperlo??? CINETICA CHIMICA Vi sono essenzialmente due teorie delle reazioni chimiche: la teoria delle collisioni e la teoria dello stato di transizione.
TEORIA delle Collisioni CINETICA CHIMICA TEORIA delle Collisioni Reazione chimica Una reazione chimica è il risultato della collisione tra particelle Affinchè una collisione si risolva in una reazione chimica devono verificarsi tre condizioni: Formazione di una struttura sufficientemente stabile 2) Corretto orientamento delle particelle nella collisione 3) Collisione sufficientemente energetica (Ea = energia di attivazione) È possibile, tramite la teoria cinetica dei gas, calcolare il numero di urti tra molecole per unità di tempo (la frequenza di collisione). Questa è dell’ordine di 1030 urti al secondo. Se ogni urto formasse molecole di prodotto dovremmo avere velocità di reazione dell’ordine di 106 mmoli/mL/sec, mentre tipicamente le reazioni in fase gassosa procedono con una velocità di circa 10-4 mmoli/mL/sec
CINETICA CHIMICA
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CINETICA CHIMICA 1 Joule= 1 kgm2s-1 Se Ea è bassa, il numero di urti efficaci sarà molto elevato e di conseguenza lo sarà pure la velocità della trasformazione dei reagenti nei prodotti. Viceversa se l’energia di attivazione è elevata, determinerà una bassa velocità di reazione a causa del basso numero di urti efficaci.
CINETICA CHIMICA
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Teoria dello stato di Transizione CINETICA CHIMICA Teoria dello stato di Transizione composto intermedio ad elevato contenuto energetico, che viene definito complesso attivato
a A + b B c C + d D CINETICA CHIMICA Per velocità di una reazione chimica si intende in generale, la variazione della quantità dei reagenti o dei prodotti al trascorrere del tempo Da quanto detto finora, è intuibile che le quantità e quindi le concentrazioni delle sostanze coinvolte nella reazione, debbano giocare un ruolo importante nella determinazione della velocità di una data reazione.
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CINETICA CHIMICA Natura dei reagenti. È’ noto che ci sono reagenti che reagiscono più velocemente di altri. Ad esempio, nelle reazioni di ossidazione dei metalli, il sodio reagisce con l’ossigeno molto velocemente mentre il ferro forma ossidi, molto più lentamente. Il carbone in presenza di ossigeno invece, non reagisce affatto a temperatura ambiente, tuttavia, innescando la reazione mediante una fiamma, essa procede piuttosto velocemente. Un altro esempio è dato dalle due forme allotropiche del fosforo: il fosforo bianco e il fosforo rosso. Essi differiscono soltanto per la disposizione degli atomi di fosforo nel reticolo cristallino. Tuttavia, a temperatura ambiente, il fosforo bianco reagisce istantaneamente con l’ossigeno incendiandosi, mentre il fosforo rosso è inerte e reagisce con l’ossigeno solo se riscaldato a 250°C. La superficie di contatto dei reagenti solidi. Se i reagenti solidi sono suddivisi in frammenti sempre più piccoli, la velocità di reazione aumenta. Ciò accade perché aumentando la frammentazione aumenta la superficie di contatto tra i reagenti. Agitazione della miscela di reazione. Per far sciogliere più rapidamente lo zucchero nel caffè, sappiamo che dobbiamo agitare il contenuto della tazzina con un cucchiaino. La dissoluzione sarà tanto più rapida quanto più caldo è il caffè e quanto più energicamente agitiamo la miscela. L’agitazione serve a redistribuire più velocemente i reagenti e quindi a facilitarne il contatto. la velocità di una reazione chimica aumenta all’aumentare delle concentrazioni dei reagenti. Tempo (sec) Concentrazione (M) del reagente t=0 t= 600s
CINETICA CHIMICA T1 ‹ T2 ‹ T3 È possibile affermare che qualsiasi tipo di reazione chimica aumenta la propria velocità all’aumentare della temperatura. In genere, un aumento di 10°C provoca una velocità di reazione doppia.
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CINETICA CHIMICA o Legge della velocità v = k [Reag1]n1·[Reag2]n2 Sperimentalmente si trova chela velocita di una reazione chimica dipende dalla concentrazione dei reagenti (tutti o eventualmente solo alcuni). o Legge della velocità v = k [Reag1]n1·[Reag2]n2 I coefficienti – generalmente diversi dai coefficienti stechiometrici –vanno determinati sperimentalmente. La costante k è chiamata costante di velocità o costante cinetica e dipende solo dalla natura dei reagenti e dalla temperatura. Dove V è la velocità di reazione, k è una costante che prende il nome di costante specifica di velocità, [A] e [B] sono rispettivamente le concentrazioni molari dei reagenti A e B ed m ed n sono due esponenti che possono essere determinati solo sperimentalmente e talvolta possono essere frazionari o valere 0. Ordini superiori: Inoltre, la teoria delle collisioni ci permette di comprendere anche per quale motivo, reazioni di ordine elevato, cioè multimolecolari, hanno probabilità quasi nulla di verificarsi. In effetti, una reazione cosiddetta monomolecolare, in cui collidono due molecole identiche, sono molto comuni, come d’altronde lo sono reazioni bimolecolari in cui a collidere sono due molecole di composti differenti. Reazioni trimolecolari in cui avviene un urto contemporaneo efficace di tre molecole sono molto rare, mentre di reazioni multimolecolari, in cui a collidere contemporaneamente sono più di tre molecole, non se ne parla neppure.
CINETICA CHIMICA Va calcolata SPERIMENTALMENTE
CINETICA CHIMICA Per una data reazione chimica di cui è nota l’equazione cinetica, si definisce ordine di reazione rispetto ad un certo componente l’esponente della concentrazione di quel componente nell’equazione cinetica Si definisce invece ordine di reazione complessivo la somma degli esponenti di tutti i reagenti presenti nell’equazione cinetica. Ad esempio la generica reazione che ha equazione cinetica: v = k [A]n1 [B]n2 [C]n3 È di ordine n1 rispetto ad A, n2 rispetto a B, n3 rispetto a C e di ordine n1+n2+n3 complessivo.
ciclopropano propilene CINETICA CHIMICA Esempi C3H6(g) CH2=CHCH3 ciclopropano propilene v = k [C3H6] Primo ordine rispetto al ciclopropano Primo ordine complessivo 2 NO2 + F2 2NOF v = k [NO2] [F2] Primo ordine rispetto a NO2 Primo ordine rispetto a F2 Secondo ordine complessivo