Reazioni chimiche - Velocità

In genere, perché avvenga una reazione,è necessario un tempo più o meno lungo che dipende dal tipo di reazione.Negli esempi che seguono abbiamo suddiviso le reazioni in molto lente,lente,veloci e molto veloci.
1)Reazioni molto lente.Per formare un giacimento di combustibili fossili (petrolio,carbone o gas naturale) sono necessari molti secoli.
2)Reazioni lente.Una chiave di ferro,lasciata all'aria aperta,reagisce con l'ossigeno e con l'acqua presenti nell'aria formando la ruggine,prodotto diverso dal ferro.La reazione di ossidazione del ferro avviene lentamente.
3)Reazioni veloci.L'acido muriatico reagisce con la ceramica di una mattonella,provocandone subito un deterioramento;la reazione avviene velocemente.
4)Reazioni molto veloci.L'accensione di un fiammifero,i fuochi d'artificio,l'esplosione di un proiettile,sono reazioni molto veloci, perché avvengono intervalli di tempo.
Durante una qualsiasi reazione chimica,la concentrazione dei reagenti diminuisce, perché essi a poco a poco si trasformano,e quella dei prodotti aumenta. Per calcolare la velocità si può prendere come riferimento un reagente o un prodotto della reazione.
La velocità della reazione è data dal rapporto tra la variazione della concentrazione (di un reagente o di un prodotto) e l'intervallo di tempo in cui avviene la variazione stessa:
velocità= variazione di concentrazione:intervallo di tempo.
Se la concentrazione è espressa in moli/litri e l'intervallo di tempo in secondi,la velocità si misura in mol/l.s.
1)esempio.Se la concentrazione di un reagente diminuisce di 0,02 mol/l in 100 secondi,la velocità con cui il reagente scompare è,in valore assoluto,
v=(0,02mol/l):100 s=2x10-4 mol/l.s.,
cioè in ogni secondo,in un recipiente da un litro,si trasformano 2 decimillesimi di moli del reagente.
Naturalmente la velocità calcolata in questo modo è una velocità media perché è relativa a tutto il tempo in cui avviene la reazione.La velocità di una qualsiasi reazione chimica non è costante:è massima all'inizio e poi diminuisce man mano che la reazione procede.
Uno dei fattori che influenzano la velocità delle reazioni è la natura dei reagenti.Per esempio,una mela tagliata a metà reagisce con l'ossigeno dell'aria e annerisce in poco tempo;anche un pezzo di ferro,come abbiamo detto,reagisce con l'ossigeno formando ruggine,ma molto più lentamente.
In laboratorio,una soluzione di nitrato di argento (incolore) diventa subito torbida se aggiungiamo cloruro di sodio (si forma un precipitato bianco di cloruro di argento):la stessa soluzione reagisce lentamente se aggiungiamo ammoniaca acquosa.
Altri fattori che influenzano la velocità di una reazione sono:la concentrazione dei reagenti,la temperatura a cui avviene la reazione,la superficie di contatto dei reagenti.
1)Concentrazione.Maggiore è la concentrazione dei reagenti,maggiore è la velocità della reazione.Per esempio,per alimentare la fiamma di un camino vi soffiamo sopra;in tal modo acceleriamo la combustione inviando sul fuoco più ossigeno.
2)Temperatura.Un alimento conservato nel congelatore si degrada di meno di uno lasciato a temperatura ambiente perché la bassa temperatura rallenta la reazione di decomposizione.In genere,l'aumento della temperatura aumenta la velocità della reazione.
3)Superficie di contatto.Un pezzo di legno ed una uguale massa di segatura dello stesso legno bruciano in tempi molti diversi,anche se i due processi sono regolati dalla stessa reazione chimica,la combustione.Il pezzo di legno brucia lentamente,la segatura in pochissimo tempo. Ciò è dovuto al fatto che nella segatura è maggiore la possibilità di contatto delle particelle di legno con l'ossigeno dell'aria che provoca la combustione.
L'importanza di concentrazione,temperatura e superficie di contatto nella velocità di una reazione può essere spiegata con la teoria degli urti,secondo la quale una reazione avviene perché le molecole dei reagenti si urtano fra di loro.Durante gli urti i legami fra le molecole dei reagenti si rompono,si formano nuovi legami e quindi molecole di tipo diverso (prodotti della reazione);maggiore è il numero degli urti nell'unità di tempo,maggiore è la velocità della reazione.
Se aumenta la concentrazione,vi è un aumento del numero di particelle presenti nello stesso volume e quindi maggiore è la probabilità che esse si urtino.
L'aumento di temperatura fa aumentare l'energia cinetica delle molecole e quindi la loro velocità;ne deriva che aumenta anche la frequenza degli urti.
Nelle reazioni che interessano i gas,la velocità di reazione aumenta anche se aumenta la pressione;infatti,un aumento della pressione fa diminuire il volume e quindi avvengono più urti.
Infine,anche l'aumento di superficie a contatto facilita gli urti;per questo motivo alcuni reagenti sono in soluzione o allo stato gassoso in modo che molecole e ioni siano più facilmente a contatto.
In tutti i casi,un aumento della frequenza degli urti provoca un aumento della velocità della reazione.