FATTORI CHE INFLUENZANO LA VELOCITA’ DI UNA REAZIONE CHIMICA 4a ESPERIENZA FATTORI CHE INFLUENZANO LA VELOCITA’ DI UNA REAZIONE CHIMICA

Obiettivi Definizione di velocità Osservare come e da cosa dipende la velocità di una reazione chimica

TERMODINAMICA E CINETICA I prodotti di una reazione chimica si possono formare spontaneamente solo se l’energia libera del sistema reagente diminuisce. Reagenti G Prodotti Non spontanea DG > 0 Prodotti Spontanea DG < 0 Dal valore di DG° e dalla composizione iniziale si possono ottenere le composizioni all’ equilibrio.

Niente invece si può dire del tempo impiegato perché la reazione arrivi a completamento (equilibrio) 2 H2(g) + O2(g)  2 H2O(l) Il controllo dei fattori che influenzano i tempi di reazione è di fondamentale importanza dal punto di vista pratico

CINETICA CHIMICA La branca della chimica che si occupa dello studio che riguarda l’evoluzione temporale delle reazioni chimiche si chiama Cinetica Chimica. Essa si occupa di ricavare sperimentalmente la velocità di una data reazione chimica e le relazioni tra i vari parametri che la influenzano. Le informazioni sulla cinetica di una reazione possono essere ricavate solo per via sperimentale (nulla può essere detto nota la termodinamica della reazione)

Come variano le concentrazioni nel tempo ? A + 2B  C + 2D Keq=3.75 A + 2B  C + 2D

Velocità’ di comparsa di un prodotto o di scomparsa di un reagente (Velocità media)

VELOCITA’ di scomparsa o comparsa (Velocità istantanea)

DEFINIZIONE DI VELOCITA’ (Che reagente, prodotto scegliere ?) A + 2 B  C + 2D

FATTORI CHE INFLUENZANO LA VELOCITA’ 1) La natura della reazione in esame; 2) Modo di contatto dei reagenti (reazioni in fase omogenea e in fase eterogenea) 3) L’osservazione della dipendenza dagli altri parametri: temperatura, concentrazione, catalizzatori … sono lo scopo di questa esperienza.

2 MnO4- + 5(COOH)2 + 6H+  10 CO2 + 2Mn2+ + 8H2O Lo ione permanganato (MnO4-) è fortemente colorato in violetto le altre specie sono praticamente incolori. (Lo ione manganoso, Mn2+, ha una colorazione rosa molto debole non osservabile alle concentrazioni di questa esperienza) Usando un difetto dello ione permanganato è possibile osservare quando esso è scomparso e misurare il tempo complessivo impiegato dalla reazione per arrivare a completamento. Dalla concentrazione del permanganato e il coefficiente stechiometrico potremo quindi calcolare una velocità media di reazione (su tutto l’arco del tempo di reazione). La velocità media ottenuta verrà messa in relazione con temperatura, con le concentrazioni dei reagenti e con la presenza di un catalizzatore.

Leggi cinetiche

Parte Sperimentale Preparare le seguenti soluzioni: I) 5.00 dm-3 acido ossalico 0.130 mol dm-3 5.00 dm-3 KMnO4 0.0200 mol dm-3 II) (SOTTO CAPPA) Sol – A (preparare e titolare per prima) Mescolare 1.50 dm3 della soluzione di acido ossalico (I) e 200 cm3 H2SO4 concentrato in matraccio da 2.00 dm3. Usare acqua per portare a volume. Sol – B (solo quando serve per l'ultimo esperimento) 1.50 dm3 della soluzione I KMnO4 e 200 cm3 H2SO4 concentrato in matraccio da 2.00 dm3. Usare acqua per portare a volume.

10 cm3 + 20 cm3 + 40 cm3 + 60 cm3 I-a serie di prove (ripetere a ~0, ~20 (temperatura ambiente), ~40°C) Cambiano tutte le concentrazioni Stesse moli di reagente – cambia il volume delle soluzioni

10 cm3 + 30 cm3 15 cm3 20 cm3 + 20 cm3 30 cm3 + 10 cm3 40 cm3 II-a serie di prove (solo a ~20 °C) Cambia solo la concentrazione dell’acido ossalico. Volume costante (55 cm3) Stesse moli di KMnO4 e di acido

III-a serie di prove (a ~20 °C) Presenza di un catalizzatore 30 cm3 catalizzatore III-a serie di prove (a ~20 °C) Presenza di un catalizzatore

Titolazione di acido ossalico e Permanganato di Potassio 2 MnO4- + 5(COOH)2 + 6H+  10 CO2 + 2Mn2+ + 8H2O Le soluzioni permanganato di potassio e di permanganato vanno titolate. A ~60 °C la reazione di ossidazione dell’acido ossalico è sufficiente veloce da essere usata praticamente. Si mette un volume noto di acido ossalico in un bicchiere (in un caso la concentrazione è incognita nell'altro nota) - Il permanganato va messo in buretta (concentrazione nota nel primo caso, incognita nell'altro). Il punto equivalente si rileva facilmente - quando il permanganato è in eccesso la soluzione si colora permanentemente. (KMnO4 è anche l'indicatore)