Volume 1

11. 1 Cinetica ed equilibri chimici Abbiamo studiato in cosa consiste una reazione chimica, conosciamo le formule dei reagenti e dei prodotti, abbiamo imparato a bilanciare le reazioni. Ora vediamo come possiamo intervenire per velocizzarle o rallentarle. Osserviamo che ogni reazione per avvenire richiede un certo tempo, ad esempio il fuoco d artificio avviene con reazione istantanea, la formazione di ruggine (ossidazione del ferro) richiede tempi abbastanza brevi, quella del carbone tempi lunghissimi. Come possiamo misurare la velocità di una reazione? Consideriamo ad esempio la reazione: Fe + 2 HCl Fe Cl2 + H2 ; si può calcolare la velocità con la quale il ferro o l acido si consumano oppure quanto sale si forma: quindi, la velocità di una reazione si può misurare in base alla quantità di sostanza (reagente o prodotto) che si trasforma nell unità di tempo. Figura 11.1. I fuochi d artificio sono prodotti da reazioni istantanee. A Velocità di reazione = Moli di sostanza/minuti I fattori che influenzano la velocità di una reazione chimica sono: 1 la natura dei reagenti; 2 la concentrazione dei reagenti; 3 la temperatura; 4 la presenza di catalizzatori. Analizziamo uno alla volta i singoli fattori. B B A B Figura 11.2. Non tutti gli urti provocano una reazione chimica, ma solo quelli che avvengono in ben determinate posizioni e sono detti urti utili perché permettono la sovrapposizione degli orbitali consentendo la formazione dei prodotti di reazione. 1. Natura dei reagenti ovvero stato fisico e natura chimica STATO FISICO Consideriamo sempre la reazione 2 Fe + 2 H Cl 2 Fe Cl2 + 2 H2; se introduco una sfera di ferro nell acido si forma sale con produzione di idrogeno sotto forma di bollicine che si liberano nell ambiente. Se introduco limatura di ferro nell acido si sviluppano moltissime bollicine, più che nel caso precedente, perché la superficie di contatto tra i reagenti e la velocità di reazione sono maggiori. NATURA CHIMICA I metalli del I gruppo reagiscono velocemente con l acqua e formano gli ossidi corrispondenti liberando idrogeno; l oro non reagisce affatto. 2. Concentrazione dei reagenti Consideriamo una generica reazione A + B AB. Se nel recipiente ho solo un atomo di A e uno di B, questi, dotati di energia cinetica e quindi in movimento, dovranno scontrarsi o meglio urtarsi e formare AB. Se aumento il numero di atomi della sostanza A e quelli della sostanza B avrò una maggiore probabilità che questi si urtino per formare AB (Fig. 11.2). Pertanto la velocità di reazione sarà influenzata dalla concentrazione dei reagenti. Questo viene espresso con la formula V = K [A] [B] dove la parentesi quadra indica la concentrazione di A e di B che sarà espressa in numero di moli, mentre K è una costante che dipende dalla temperatura. Fe + 2 H Cl Fe Cl2+ H2 La reazione può essere indicata come quindi: 150 Fe + H Cl + H Cl Fe Cl2+ H2 V = K [Fe] [H Cl] [H Cl] = K [Fe] [H Cl]2