La velocità delle reazioni chimiche

La velocità di reazione

Per esperienza, sappiamo che le reazioni possono avvenire nei più svariati intervalli, da pochi millesimi di secondo a migliaia di anni. Ma come si può misurare una velocità di reazione? Se la reazione avviene all’interno di una soluzione, assomendo che il volume rimanga costante, la quantità di reagente che scompare, o del prodotto che si forma, può essere misurato in termini di variazione delle loro concentrazioni:

v = ΔC(prodotto)/Δt = -ΔC(reagente)/Δt

Ma se nell’equazione di reazione i coefficienti stechiometrici sono differenti tra loro, bisogna tenerne conto:

aA + bB → cC + dD

Allora:

v = -1/a * Δ[A]/Δt = -1/b * Δ[B]/Δt = -1c * Δ[C]/Δt = -1/d * Δ[D]/Δt

Pertanto:

La velocità di una reazione chimica è data dalla variazione della concentrazione ΔC di uno dei prodotti o di uno dei reagenti, rapportata al proprio coefficiente stechiometrico, nell’intervallo di tempo in cui tale variazione ha luogo.

L’andamento cinetico di una reazione può esere facilmente rappresentato in un grafico:

Velocità reazione prodotto e reagenteCome avviene una reazione

Atomi, molecole e ioni, per poter reagire, devono innanzitutto “incontrarsi”, affinchè possano trasferire o condividere i loro elettroni di legame.

Sulla base di questa idea è nata la teoria degli urti, secondo cui la velocità di una reazione chimica dipende:

  • dalla frequenza delle collisioni;
  • dall’orientamento delle particelle che collidono;
  • dall’energia di attivazione.

Frequenza delle collisioni

Essa dipende fondamentalmente da due fattori:

  • la concentrazione dei reagenti: più la concentrazione è elevata, più aumenta la probabilità che le particelle collidano tra loro;
  • la temperatura: più essa è elevata, maggiore è l’energia cinetica delle particelle; di conseguenza esse si muovono più velocemente e la probabilità che avvengano degli urti aumenta.

Orientamento delle particelle

Per la maggior parte le molecole non sono simmetriche e pertanto l’urto deve avvenire con un certo orientamento. Se l’urto avviene secondo un orientamento errato, la reazione può non aver luogo.

Energia di attivazione

Anche se le particelle collidono con il giusto orientamento, non è detto che la reazione avvenga. Può infatti succedere che le particelle rimbalzino semplicemente, e che la reazione non avvenga. Perchè l’urto sia effficace, è necessario che le particelle possiedano almeno una minima quantità di energia, detta energia di attivazione.

I fattori che influenzano la velocità di reazione

  • La natura dei reagenti: la velocità di reazione dipende molto dalla natura dei reagenti, ovvero atomi e molecole differenti avranno differenti tempi di reazione, poichè i legami possono essere più o meno forti.
  • Lo stato fisico: dallo stato fisico dei reagenti dipende la velocità con cui i reagenti si mescolano; se essi sono allo stato solido, la reazione sarà più lentamente che se fossero stati allo stato liquido o gassoso.
  • La concentrazione dei reagenti: ovviamente più la concentrazione dei reagenti è elevata, più la reazione è veloce.
  • La temperatura: come abbiamo già visto ad una temperatura maggiore corrisponde maggiore energia cinetica delle particelle