Velocità di reazione

Reazioni spontanee e non

Una reazione è spontanea, cioè senza aiuto dall'esterno, quando nel passaggio dai reagenti ai prodotti si ha una diminuzione dell'energia del sistema: reazione esotermica o esoergonica.

Una reazione endotermica o endoergonica non avviene spontaneamente a temperatura ambiente perché i prodotti possiedono una quantità di energia maggiore rispetto ai reagenti, cioè occorre fornire energia per far avvenire la reazione.

Non basta conoscere la quantità di energia del sistema perché esistono reazioni spontanee che per procedere hanno bisogno di centinaia di anni.

Velocità di reazione

La velocità di reazione è definita come la variazione di concentrazione [ ] dei reagenti (reagente consumato) o dei prodotti (prodotto formato) con il passare del tempo.

[R1]+[R2] → [P1]+[P2]

V = k [R1][R2]

Conoscere il tempo necessario perché avvenga una reazione è molto importante, soprattutto per l'industria. Esistono infatti reazioni praticamente istantanee, come un'esplosione; alcune avvengono in minuti o ore; altre impiegano milioni di anni, come la formazione del carbone.

Teoria degli urti

Affinché una reazione spontanea si verifichi, le molecole dei reagenti devono urtarsi in una direzione favorevole e con sufficiente energia, gli urti devono cioè essere efficaci.

L'energia minima che occorre fornire all'inizio per avviare la reazione si chiama energia di attivazione. Quando l'energia di attivazione è molto alta, la reazione avviene molto lentamente e questo dipende dal tipo di reagente.

Ad esempio, il metano reagisce spontaneamente con l'ossigeno dell'aria liberando una grande quantità di energia sotto forma di calore, ma possono rimanere a contatto per anni senza che non succeda nulla, finché non si fornisce una scintilla (energia di attivazione) che innesca violentemente la reazione.

Fattori che influenzano la velocità di reazione

La velocità di reazione dipende dai seguenti fattori:

• natura dei reagenti
• concentrazione
• frammentazione dei reagenti
• temperatura
• catalisi

Natura dei reagenti

Una sostanza pura reagisce in modo differente, a parità di condizioni, con sostanze diverse. Ad esempio, l'ossigeno reagisce molto lentamente con il ferro, mentre con il fosforo bianco reagisce istantaneamente. Questo dipende dalla forza dei legami interessati.

Concentrazione

Come abbiamo detto sopra, ci deve essere un numero sufficiente di collisioni con adeguata energia perché possa avvenire la reazione.
Aumentando la concentrazione dei reagenti, aumenta la probabilità di avere urti efficaci e, di conseguenza, la velocità di reazione.
Nel disegno, al raddoppiare della quantità dei reagenti si ha la quadruplicazione del numero di urti.

Frammentazione dei reagenti

L'estensione della superficie di contatto tra i reagenti influenza la velocità della reazione.

Un pezzo di marmo immerso nell'acido cloridrico si dissolve più lentamente rispetto a quello ridotto in scaglie o in polvere.

Temperatura

All'aumentare della temperatura le molecole si agitano maggiormente rendendo più frequenti le collisioni e quindi aumentando la velocità delle reazioni.

Catalisi

Una reazione spontanea per poter avvenire ha bisogno di superare la barriera energetica costituita dall'energia di attivazione.

La presenza di un catalizzatore abbassa l'energia di attivazione aumentando la velocità di reazione.

Il catalizzatore è una sostanza (atomo, ione o molecola) che messa insieme ai reagenti si ritrova inalterato alla fine della reazione.