LA VELOCITÀ DI REAZIONE La velocità di reazione indica la quantità o la concentrazione di reagente, trasformato nell’unità di tempo, oppure la quantità o la concentrazione di prodotto, ottenuto nell’unità di tempo. Esistono reazioni lentissime, come la formazione della ruggine (Fe2O3.3H2O), reazioni moderatamente veloci, come quella dei metalli, ad esempio Zn o Fe con un acido, ad esempio HCl o HNO3, reazioni molto veloci come un’esplosione. La velocità di una reazione è data dalla variazione della concentrazione di prodotto Δ[P] o di reagente Δ[R] nell’intervello di tempo Δt Δ[P] Δ[R] v = = Δt Δt

TEORIA DELLE COLLISIONI Agitate dal moto termico, le molecole dei reagenti si urtano senza sosta. Le reazioni chimiche sono il risultato di collisioni tra atomi, ioni o molecole: questa idea è alla base della “teoria delle collisioni”. CO + NO2 CO2 + NO

Perché si verifichi la reazione, si devono realizzare contemporaneamente, tre condizioni: 1-Che si verifichi un certo numero di urti tra le molecole dei reagenti 2-Che le collisioni avvengano secondo una orientazione appropriata 3-Che l’energia sia sufficiente ad effettuare la trasformazione 1-Si può ottenere un numero maggiore numero di urti aumentando il numero di molecole o di ioni dei reagenti nell’unità di volume: concentrazioni più alte determinano una maggiore frequenza degli urti. Anche l’aumento della temperatura, che aumenta la velocità media delle particelle, ha l’effetto di intensificare la frequenza degli urti.

2-L’orientazione molecolare deve essere favorevole 2-L’orientazione molecolare deve essere favorevole. Le molecole dei liquidi e dei gas sono più liberi di muoversi, quindi la probabilità che esse si scontrino è più elevata che per i solidi. URTI NON EFFICACI URTO EFFICACE

3-La quantità di energia che in una collisione porta ai prodotti di reazione è chiamata “energia di attivazione” e varia a seconda delle sostanze che entrano in collisione. { } stato di transizione energia Ea=132 kJ + NO2 + CO reagenti NO + CO2 + andamento della reazione prodotti

L’energia di attivazione Ea è data dalla differenza tra l’energia dello stato di transizione e l’energia dei reagenti. Più bassa è la barriera di energia da superare, maggiore è il numero delle molecole che possono farlo e, quindi, più veloce è la reazione. Lo stato di transizione è una fase intermedia, in cui i reagenti si stanno rompendo e i prodotti si stanno formando. Si forma il “complesso attivato” ad elevato contenuto energetico. H I H I H I + stato di transizione prodotti reagenti

FATTORI CHE INFLUENZANO LA VELOCITÀ DI RAZIONE Natura dei reagenti: la natura chimica delle sostanze determina la loro reattività e quindi la facilità a formare i legami chimici: Ca + 2H2O Ca(OH)2 + H2 reazione veloce Mg + 2H2O Mg(OH)2 + H2 reazione lenta Ca e Mg sono entrambi metalli, la reazione è la stessa, ma diversa è la reattività delle due sostanze nei confronti con l’acqua, perché diversa è la loro natura chimica.

Temperatura: L’effetto della temperatura si spiega con la teoria delle collisioni. Con l’aumentare della temperatura cresce il numero delle molecole che possiedono un valore di energia cinetica superiore a quella di attivazione: si hanno urti più frequenti e più violenti. Percentuale di molecole con una determinata energia cinetica T1 T2 Energia cinetica Ea

Concentrazione: se la concentrazione di uno dei reagenti aumenta, in un determinato volume, il numero degli urti per unità di tempo aumenta e quindi la probabilità che vi sia la reazione. Nel caso dei gas, ad un aumento della pressione corrisponde un aumento della concentrazione e quindi una velocità di reazione più elevata Concentrazione dei reagenti Diminuzione della velocità di reazione nel tempo in un sistema chiuso vo v1 v2 v3 v4 0 1 2 3 4 5

Superficie di contatto: se uno o più reagenti si trovano nello stato di aggregazione solido, la velocità di reazione dipende anche dalla superficie di contatto. Infatti, nei solidi, solo le particelle che si trovano alla superficie possono partecipare alla reazione. Quanto più fini sono le particelle, tanto maggiore è la superficie esposta e più rapida è la reazione. Per reazioni in fase gassosa o in soluzione, la superficie di contatto non incide sulla velocità di reazione. I catalizzatori: sono sostanze che si presentano nello stesso stato di aggregazione dei reagenti e dei prodotti, (catalizzatori omogenei) o in fasi diverse da quella dei reagenti e dei prodotti (catalizzatori eterogenei), che modificano il percorso della reazione, indirizzandola verso barriere di energia di attivazione più basse, senza consumarsi durante la trasformazione.

Coordinata di reazione Energia potenziale Ea energia di attivazione (reazione non catalizzata) Ea energia di attivazione (reazione catalizzata) reagenti prodotti Coordinata di reazione Le reazioni biologiche vengono controllate da catalizzatori chiamati “enzimi”, proteine caratterizzate da elevata specificità nella loro azione catalitica, cioè dalla proprietà di agire in modo selettivo sul substrato sul quale devono svolgere la loro azione.

Catalisi eterogenea O2 H2 Atomi di ossigeno separati Superficie di platino Si forma un legame debole tra l’ossigeno e il platino, dopo la rottura del legame ossigeno-ossigeno. L’idrogeno può, quindi, legarsi all’ossigeno per formare l’acqua, che si stacca dalla superficie del catalizzatore, allontanandosi come gas.

Legge della velocità La velocità di una reazione chimica è proporzionale al prodotto delle concentrazioni dei reagenti, ciascuno elevato ad un esponente che si ricava per via sperimentale e non necessariamente è espresso da un numero intero. La costante di proporzionalità viene definita costante di velocità, e dipende dalla temperatura del sistema e dalla natura dei reagenti. Per la reazione: aA + bB prodotti v=k [A]m. [B]n