Cinetica chimica
Reazioni redox
N. di ossidazione
Carica formale attribuita a un atomo in una molecola
Riduzione: Diminuzione numero di ossidazione
Ossidazione: Aumento numero di ossidazione
La specie che si ossida è un agente riducente
La specie che si riduce è un agente ossidante
Alcune reazioni avvengono soltanto in determinate condizioni di Ph
Dismutazione: reazione redox in cui una stessa specie chimica in parte si ossida e in parte si riduce
Procedimento
trovare i numeri di ox
scrivere le semireazioni
bilanciare la massa
trovare il n° di elettroni persi o acquistati
fare m.c.m. tra i n° degli elettroni
mettere i coefficienti trovati
bilanciare
Lo studio di tutti gli aspetti relativi alla velocità delle trasformazioni chimiche.
La velocità di reazione è la variazione della concentrazione dei reagenti Δ[R], o dei prodotti Δ[P], nell’intervallo di tempo Δt.
La velocità calcolata in ciascun intervallo è una velocità media. Rendendo brevissimo l’intervallo di tempo tra due misure successive, la velocità è, di fatto, riferita a un solo istante ed è chiamata per questo velocità istantanea
La velocità di una reazione dipende da:
la natura dei reagenti;
la temperatura;
la superficie di contatto fra i reagenti;
la concentrazione dei reagenti;
la presenza di catalizzatori.
La natura dei reagenti influisce sulla velocità di reazione nella misura in cui ogni sostanza ha una peculiare attitudine a trasformarsi in virtù delle proprietà chimiche e fisiche.
Un aumento di temperatura aumenta la velocità di una trasformazione chimica.
Quando i reagenti non sono nello stesso stato di aggregazione, reagiscono tanto più velocemente quanto più è estesa la loro superficie di contatto.
Quando i reagenti sono in soluzione, reagiscono tanto più velocemente quanto maggiore è la loro concentrazione.
I catalizzatori sono sostanze che accelerano una reazione chimica senza entrarne a far parte e quindi senza consumarsi durante la reazione.
I catalizzatori biologici sono gli enzimi, sostanze di natura proteica che rappresentano la classe a massima specificità.
La modalità principale per cui avvengono le trasformazioni chimiche viene spiegata attraverso la teoria degli urti. Le molecole dei reagenti possono scambiarsi gli atomi e dare luogo ai prodotti solo se, urtandosi, vengono in reciproco contatto.
La teoria degli urti spiega quindi l’effetto della concentrazione sulla velocità di reazione: maggiore è la concentrazione, più possibilità hanno le molecole di urtarsi e quindi maggiori sono le probabilità che la reazione avvenga.
Le molecole possono reagire in seguito a uno specifico aumento della loro energia potenziale che prende il nome di energia di attivazione, occorrente per rompere i legami e per iniziare la reazione.
L’esistenza dell’energia di attivazione spiega l’influenza della temperatura sulla velocità di reazione.
All’aumentare della temperatura, aumenta il contenuto energetico delle molecole, ovvero aumenta il numero degli urti efficaci rendendo più veloce la trasformazione.
Un catalizzatore accelera una reazione perché ne abbassa il picco di energia di attivazione rispetto al percorso non catalizzato.
L’equilibrio chimico
Le molecole sono sempre in equilibrio dinamico
Quando le reazioni risultano incomplete e, soprattutto, sembrano non andare né avanti né indietro, si è in presenza di una trasformazione reversibile in equilibrio dinamico.
Un sistema è in equilibrio quando non variano più le sue proprietà macroscopiche osservabili
L’equilibrio è dinamico perché, a livello microscopico, è il risultato di due processi opposti che avanzano a uguale velocità.
Reazioni
A completamento
All' equilibrio (dinamico)
A --> B (irreverisible)
A <---> B (reversibile)
A -> B (processo diretto)
B -> A (processo inverso)
Vd (vel. diretta)= Vi (vel. inversa) -> equilibrio
A temperatura e pressione costanti, un sistema chimico chiuso è all’equilibrio se la concentrazione (la pressione se si tratta di gas) dei reagenti e dei prodotti è costante nel tempo.
Cato Guldberg e Peter Waage enunciarono nel 1864 la legge dell’azione di massa.
In un sistema chimico in equilibrio, il rapporto fra il prodotto delle concentrazioni molari dei prodotti e il prodotto delle concentrazioni molari dei reagenti, ciascuna elevata al proprio coefficiente stechiometrico, è costante.
Keq = (C^c x D^d) / (A^a x B^b)
Data la reazione: aA + bB ⇄ cC + dD
Keq > 1 la reazione è spostata verso i prodotti
Se Keq = 1 la reazione è all’equilibrio.
Se Keq < 1 la reazione è spostata verso i reagenti.
Lo stato di equilibrio si altera se si vanno a modificare le condizioni di temperatura, pressione, concentrazione di reagenti e prodotti.
Si deve a Le Châtelier il principio dell’equilibrio mobile.
Un sistema all’equilibrio, perturbato da un’azione esterna, reagisce in modo da ridurne l’effetto e raggiunge, se possibile, un nuovo stato di equilibrio.
La variazione della temperatura influisce sull’equilibrio come segue:le reazioni endotermiche sono favorite dall’aumento della temperatura; le reazioni esotermiche sono favorite dalla diminuzione della temperatura.
(cambia Keq)
Gli equilibri in fase gassosa risentono delle variazioni di pressione e volume.
L’aumento di pressione di un sistema gassoso all’equilibrio, comporta lo spostamento dell’equilibrio nella direzione in cui è presente il minor numero di moli. (Cambia Keq)
Aggiungendo un reagente a un sistema all’equilibrio, questo si sposta nella direzione che consente il consumo dell’aggiunta di reagente a favore della formazione del prodotto. Viceversa si ha la reazione opposta se si aggiunge un prodotto. (Non cambia Keq)
Nelle reazioni endotermiche la costante di equilibrio aumenta all’aumentare della temperatura.
Nelle reazioni esotermiche la costante di equilibrio diminuisce all’aumentare della temperatura.
La presenza di un catalizzatore influenza solo la velocità con cui si raggiunge l’equilibrio, ma non ha nessun effetto sulla posizione dell’equilibrio perché il catalizzatore non partecipa alla reazione.