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Velocità di reazione: cos'è e da cosa dipende |
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Velocità di reazione: cos'è e da cosa dipendeCosa stampare Con "Margini: predefiniti" compaiono anche i numeri di pagina. SlideScegli il taglio Lampo10 slideIl filo essenziale, per presentarlo in classeCompleta17 slideTutti i capitoli e gli approfondimentiTutte e due hanno le note del relatore. In 30 secondi lettura lampoLa velocità di reazione dice quanto in fretta cambia nel tempo la concentrazione di una sostanza che reagisce o che si forma. Dipende da concentrazione, temperatura, superficie dei solidi e presenza di un catalizzatore, e la teoria degli urti spiega il perché di ciascun effetto. La legge cinetica lega la velocità alle concentrazioni, e i suoi esponenti sono gli ordini di reazione, che si ricavano dagli esperimenti. Punti Chiave
L'ApprofondimentoCos’è la velocità di reazioneSecondo LibreTexts, la velocità di una reazione è la rapidità con cui procede, e si legge dalla concentrazione di una sostanza che varia col tempo. La si può leggere dai reagenti che scompaiono, e allora davanti compare il segno meno perché la loro concentrazione cala, oppure dai prodotti che compaiono. Le due strade sono legate dall’equazione bilanciata e vanno bene entrambe. La velocità, in sé, è sempre positiva e si esprime in mol/(L·s).
Nella maggior parte delle reazioni la velocità cala man mano che i reagenti si consumano. Lo studio di questi ritmi si chiama cinetica chimica: è la parte della chimica fisica che insegna a misurare e prevedere le velocità e a usare i dati per ipotizzare i meccanismi. Il discorso ha un’altra metà, quella dell’equilibrio chimico, che ha il suo Recap. Una velocità sola per ogni reazioneLe sostanze coinvolte possono cambiare concentrazione a ritmi diversi. La velocità di reazione, però, è una sola: si ottiene dividendo ciascuna variazione per il proprio coefficiente stechiometrico, così il risultato non dipende dalla sostanza scelta per misurarla. La definizione vale per una sola reazione in un sistema chiuso a volume costante.
Come si misuraLa velocità si ricava da concentrazioni misurate a tempi diversi. Si possono prelevare piccoli campioni e determinarne la concentrazione, per esempio per titolazione. Si può usare uno spettrofotometro, che ricava la concentrazione dalla luce assorbita secondo la legge di Beer. Nelle reazioni che producono gas basta misurare il volume sviluppato a tempi diversi e collegarlo alla variazione di concentrazione. Da cosa dipende la velocità di reazionePer LibreTexts contano il catalizzatore e il solvente, la temperatura e la concentrazione, oltre al grado di suddivisione dei reagenti. Wikipedia allunga l’elenco con l’agitazione e la pressione. Aggiunge anche la radiazione elettromagnetica e gli isotopi, più il limite di diffusione. La teoria degli urtiPer spiegare gli effetti si usa la teoria degli urti, un modello. Perché due particelle reagiscano devono urtarsi, e solo una parte degli urti porta alla reazione: servono l’orientamento giusto e, nell’istante dell’impatto, abbastanza energia per spezzare i legami già presenti e costruirne di nuovi. Quell’energia minima è l’energia di attivazione. Con più reagente aumenta la frequenza delle collisioni, e la velocità cresce. Per i gas, alzare la pressione equivale ad alzare la concentrazione. Temperatura, superficie e catalizzatoreCon la temperatura la velocità sale soprattutto perché più particelle in collisione hanno l’energia di attivazione necessaria; il maggior numero di urti conta meno. L’effetto si descrive con l’equazione di Arrhenius. Wikipedia riporta una regola empirica: +10 °C raddoppiano all’incirca la costante di velocità, con un rapporto tra le costanti, il Q10, di solito dell’ordine di 2. È una regola approssimata, non una legge, e ci sono eccezioni: alcune reazioni hanno una velocità indipendente dalla temperatura, altre scendono scaldando, e le reazioni senza barriera (per esempio alcune radicaliche) tendono a questo secondo comportamento. Nelle reazioni che avvengono su una superficie la velocità cresce con l’area esposta, perché più particelle del solido sono raggiungibili dalle molecole dei reagenti. Per le reazioni che seguono la legge di Arrhenius, un catalizzatore abbassa l’energia di attivazione offrendo un percorso diverso. Così più urti risultano efficaci, la reazione accelera sia in avanti sia all’indietro e non serve alzare la temperatura.
Legge cinetica e costante di velocitàLa legge cinetica è l’espressione che mette in relazione la velocità con le concentrazioni; ogni esponente è un ordine di reazione, mentre la costante k raccoglie il resto. Secondo Wikipedia la «costante» non è davvero costante: tiene dentro tutti i fattori che influenzano la velocità, temperatura compresa, esclusi concentrazione e tempo. Con la temperatura fissata k non cambia, la velocità sì. Le unità di k dipendono dall’ordine; nel primo ordine sono 1/tempo. Ordine di reazioneL’ordine complessivo di reazione si ottiene sommando gli esponenti con cui le concentrazioni compaiono nella legge cinetica. Ogni reagente può avere un suo ordine parziale: nell’esempio di manuale di LibreTexts gli ordini 1, 2 e 0 danno un ordine complessivo di 3. Ordine zero rispetto a un reagente vuol dire che la velocità non ne dipende. Con ordine 1, raddoppiare la concentrazione raddoppia la velocità. Solo per le reazioni in un unico passaggio gli esponenti coincidono con i coefficienti stechiometrici. Con più passaggi può non essere così, perciò l’ordine va determinato con esperimenti, per esempio col metodo delle velocità iniziali: si confrontano prove con concentrazioni iniziali diverse.
La molecolarità, cioè quante molecole partecipano a uno stadio elementare, coincide con l’ordine solo per gli stadi elementari. L’ordine è una grandezza sperimentale; la molecolarità appartiene al meccanismo. Uno stadio con tre molecole sarebbe di terzo ordine ma lento, perché gli urti simultanei a tre sono rari. Cinetica del primo ordineUna reazione di primo ordine ha una velocità che cresce in proporzione alla concentrazione di un solo reagente. Per verificarlo si fa un grafico del logaritmo naturale della concentrazione in funzione del tempo: una retta con pendenza negativa, uguale a -k, indica il primo ordine. LibreTexts presenta come tratto distintivo del primo ordine un tempo di dimezzamento che resta lo stesso anche cambiando la concentrazione di partenza. Vale ln 2 diviso k, circa 0,693/k.
Cinetica di ordine zeroIn una reazione di ordine zero la velocità resta costante al variare della concentrazione e coincide con k. Vale soltanto finché c’è reagente: senza reagente il processo non può continuare. Compare spesso quando la reazione avviene su una superficie catalitica che si satura. Quando il substrato è molto più abbondante dell’enzima, questo si satura e, scrive Wikipedia, molte reazioni enzimatiche sono allora di ordine zero. Succede, per esempio, all’ossidazione dell’etanolo ad acetaldeide per mezzo dell’alcol deidrogenasi del fegato. Lo stadio determinanteQuando il meccanismo ha più stadi, di norma è lo stadio elementare più lento a comandare la velocità complessiva, spesso in modo approssimato. Una reazione ha uno stadio determinante soltanto quando un suo passaggio è molto più lento di tutti gli altri. Supporre che esista rende molto più semplice il calcolo della legge cinetica. Per riconoscere quello giusto si calcola la legge che ciascun candidato implicherebbe e la si mette a confronto con quella misurata.
PresentazioneSlide pronte da scaricare e fare tue in PowerPoint o Google Slides, con le note del relatore. Scegli il taglio Lampo o quello Completo. ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Falsi miti
Mappa concettualeTrascina lo sfondo per muoverti e i nodi per riposizionarli; usa − e + per chiudere e aprire i rami.
Quiz: mettiti alla provaRispondi alle domande per verificare quanto hai imparato: riceverai subito la correzione e una breve spiegazione. Voto 0/10 0/5
FlashcardsTocca la carta per girarla e verifica se ricordi la risposta, poi passa alla successiva. 1 / 7 Spiegalo con parole tueIl test definitivo: se sai spiegarlo con parole semplici, lo hai capito davvero. Scrivi la tua spiegazione, poi confrontala col Recap. La tua spiegazione resta salvata solo su questo dispositivo.
Domande e risposteQual è la formula della velocità di reazione?In parole, è la variazione di concentrazione di una sostanza nel tempo, divisa per il suo coefficiente stechiometrico. Con un reagente si mette il segno meno davanti, con un prodotto no, così il risultato è positivo e si misura in mol/(L·s). Per un'espressione che contiene le concentrazioni serve la legge cinetica, che si ricava dagli esperimenti. Che cos'è l'ordine di reazione?È la somma degli esponenti delle concentrazioni nella legge cinetica. Ogni reagente ha un ordine parziale: con ordini 1, 2 e 0 l'ordine complessivo è 3, come nell'esempio di manuale di LibreTexts. Si determina con gli esperimenti. Come si riconosce una cinetica del primo ordine?Riportando in un grafico il logaritmo naturale della concentrazione contro il tempo. Se i punti stanno su una retta con pendenza negativa, uguale a -k, la reazione è di primo ordine. Un altro segno è il tempo di dimezzamento, che resta lo stesso qualunque sia la concentrazione di partenza. Che differenza c'è tra velocità di reazione e costante di velocità?La velocità cambia nel tempo, perché dipende dalle concentrazioni. La costante k, a temperatura fissata, resta la stessa. Le sue unità cambiano con l'ordine: nel primo ordine sono l'inverso di un tempo. Cos'è la cinetica di ordine zero?È il caso in cui la velocità non dipende dalla concentrazione del reagente: resta costante e coincide con k, finché c'è reagente. Succede per esempio su una superficie catalitica satura o in molte reazioni enzimatiche con tanto substrato. Ogni Recap passa da una revisione indipendente prima della pubblicazione. |















