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La chimica in azione, La chimica in azione - Coggle Diagram
La chimica in azione
Dallo studio della composizione allo studio delle trasformazioni.
Le reazioni si differenziano per:
•velocità;
•energia liberata o assorbita;
•grado di completamento;
•spontaneità.
Reazioni lente e veloci
La velocità di una reazione è la velocità di trasformazione dei reagenti nei prodotti.
vmedia: indica la variazione di concentrazione di un reagente o media.
di un prodotto nell’intevallo di tempo.
Dipende dalle caratteristiche chimiche dei reagenti, ma può variare in relazione a numerosi fattori.
Molti fattori influenzano la velocità di reazione
Oltre alla natura chimica e allo stato fisico dei reagenti, altri fattori influenzano la velocità di reazione:
•la concentrazione dei reagenti;
•la superficie di contatto tra i componenti;
•la temperatura;
•la presenza di catalizzatori o inibitori.
La teoria delle collisioni e l’energia di attivazione
Una reazione avviene solo se si verificano urti efficaci, cioè urti in cui le particelle dei reagenti hanno energia cinetica uguale all’energia di attivazione e hanno orientamento favorevole.
Come agiscono i catalizzatori?
I catalizzatori riducono l’energia di attivazione perché modificano il meccanismo della reazione.
In questo modo un maggior numero di particelle può reagire anche se non viene modificata la temperatura.
Gli scambi di energia tra il sistema di reazione e l’ambiente
Il calore di reazione (Q) è il calore scambiato dal sistema con l’ambiente nel corso di una reazione chimica.
reazioni esotermiche reagenti → prodotti + Q
reazioni endotermiche Q + reagenti → prodotti
Il calore di reazione non dipende dalla velocità di reazione
La trasformazione dei reagenti in complesso attivato richiede energia; il passaggio da complesso attivato a prodotti libera energia.
In una reazione esotermica, l’energia di attivazione è inferiore all’energia liberata quando il complesso si trasforma nei prodotti.
In una reazione endotermica, l’energia liberata quando il complesso si trasforma nei prodotti è inferiore all’energia di attivazione.
Il calorimetro e le calorie
Il calore di reazione si misura sperimentalmente e si esprime in joule o in calorie.
Una caloria è la quantità di calore necessaria per innalzare di 1 °C la temperatura di un grammo di acqua liquida.
1 cal = 4,184 J
Il fabbisogno energetico nei viventi
Il tasso metabolico basale, o BMR, indica la quantità di energia consumata da un organismo a riposo, in un ambiente a temperatura neutra.
Ogni organismo ha un
fabbisogno energetico giornaliero, normalmente espresso in kilocalorie, che corrisponde al BMR sommato alle calorie necessarie per le diverse attività svolte.
La chimica in azione
Molti processi chimici sono reversibili
Una reazione reversibile è una trasformazione in cui i reagenti possono trasformarsi in prodotti (reazione diretta) e i prodotti, a loro volta, possono trasformarsi nei reagenti (reazione inversa).
L’equilibrio chimico è dinamico
Una reazione reversibile, che si svolge in un sistema chiuso a temperatura costante, è all’equilibrio se le concentrazioni dei reagenti e dei prodotti nella miscela di reazione non si modificano più.
All’equilibrio, la velocità (vd) della reazione diretta è uguale alla velocità (vi) della reazione inversa.
vd = vi
La legge dell’azione di massa
A una data temperatura, in una miscela di reazione all’equilibrio, c’è un rapporto costante (Keq) tra il prodotto delle concentrazioni dei prodotti, elevate ai rispettivi coefficienti stechiometrici, e il prodotto delle concentrazioni dei reagenti, anch’esse elevate ai rispettivi coefficienti stechiometrici.
Gli equilibri eterogenei
Nelle reazione eterogenee, che coinvolgono sostanze in diversi stati fisici, nell’espressione della costante di equilibrio compaiono solo le concentrazioni delle sostanze allo stato di gas o in soluzione.
Il principio di Le Châtelier
L’equilibrio è perturbato quando un fattore esterno (variazione di concentrazione, pressione o temperatura) rende la velocità della reazione diretta diversa da quella della reazione inversa.
Secondo il principio dell’equilibrio mobile di Le Châtelier, il sistema perturbato tende a opporsi all’alterazione, raggiungendo se possibile un nuovo stato di equilibrio.
In natura non tutto può accadere
Un processo fisico-chimico è spontaneo quando avviene senza la necessità di un intervento esterno.
Per provocare un processo non spontaneo è necessario compiere un lavoro, cioè fornire energia al sistema.
Calore, lavoro e reazioni
L’energia interna U di un sistema è la somma di tutte le forme di energia cinetica e potenziale delle particelle che lo costituiscono.
L’entalpia H esprime il contenuto termico di un sistema, cioè la quantità di energia che esso può scambiare, a pressione costante, con l’ambiente sotto forma di calore.
reazioni esotermiche ΔH < 0
reazioni endotermiche ΔH > 0
Le reazioni producono o riducono il disordine
Il termine disordine indica la disposizione casuale di atomi, ioni o molecole delle sostanze. L’entropia (S) misura il grado di disordine microscopico di un sistema.
Dipende dallo stato fisico, dalla natura chimica e dal numero di moli presenti nel sistema.
Aumentando la temperatura, aumenta l’entropia.
Le trasformazioni con ΔS positivo indicano un aumento del disordine, quelle con ΔS una riduzione del disordine.
Soluzioni e gas sono più disordinati rispetto a liquidi e solidi.
La spontaneità:
minima energia e massimo disordine
I processi spontanei aumentano l’entropia dell’universo (insieme di ambiente + sistema) e ne riducono l’entalpia. L’energia libera del sistema (G): G = H – TS
ΔG indica il massimo lavoro utile che un sistema può liberare in una trasformazione a temperatura e pressione costanti.
reazioni spontanee ΔG < 0
reazioni non spontanee ΔG > 0