Velocità di reazione. Consideriamo una generica reazione

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1 Velocità di reazione. Consideriamo una generica reazione Esprimiamo perciò la velocità di un processo chimico in un certo periodo di tempo tramite il rapporto tra la variazione di concentrazione di un reagente o di un prodotto ed il valore di quell' intervallo di tempo. L' espressione matematica della velocità di reazione è la seguente: 1

2 Riferendoci ad una concentrazione generica C La velocità di reazione v può essere determinata dalla variazione della quantità di C nell'unità di tempo: v = d C / d t Misure sperimentali 2

3 Velocità di Reazione La velocità è dunque dipendente dalla concentrazione del reagente Ma dipendente come o quanto? Se v aumenta proporzionalmente al crescere della concentrazione di C, si dice che la reazione è del primo ordine rispetto a C; la K di velocità è del I ordine ed è data dalla pendenza della retta v = K C C P Misure sperimentali a diversa concentrazione di C Cinetica temporale a) i punti rossi rappresentano dati o t t e n u t i sperimentalmente misurando la v e l o c i t à a concentrazioni diverse di C; la K è d a t a d a l l a pendenza d e l l a retta che si ottiene ottimizzando la retta individuata dai punti sperimentali; i punti non giacciono tutti esattamente sulla retta dato che sono soggetti a errori sperimentali. EQUAZIONE DI VELOCITA V = K [C] 3

4 Ordine di reazione 4

5 COLLISIONE TRA DUE MOLECOLE Urto insufficiente Rottura di legami e formazione di nuovi legami Urto sufficiente o efficace Aumento della concentrazione Aumento della temperatura NO 2 Cl + Cl NO 2 + Cl 2 a) Collisione che non può produrre una molecola di Cl 2 b) Collisione che produce Cl 2 e NO 2 Se venisse raddoppiata la [NO 2 Cl] si avrebbe un numero doppio di possibili collisioni così come se si raddoppiasse la [Cl]. Questo significa che la velocità dipenderà da entrambe le concentrazioni elevate alla prima potenza. velocità = K[Cl][NO 2 Cl] 5

6 Ordine di reazione Fattori che influenzano la velocità di reazione Si rompono e si formano legami v dipenderà dalla natura dei legami NATURA DEI REAGENTI k OMOGENEE ETEROGENEE - fasi uguali - fasi diverse CAPACITA DEI REAGENTI DI INCONTRARSI con la concentrazione varia il numero di collisioni possibili CONCENTRAZIONE DEI REAGENTI 6

7 con la T varia il numero di urti efficaci, dato che cambia l'energia cinetica TEMPERATURA O PRESSIONE DEL SISTEMA Particolari sostanze non richieste dalla stechiometria della reazione PRESENZA DI CATALIZZATORI Da cosa è determinata la velocità di reazione? La TERMODINAMICA studia le trasformazioni ENERGETICHE delle reazioni ma non dice niente riguardo alla velocità di reazione, dice soltanto se una reazione può avvenire spontaneamente o no (reazione ESOERGONICA o ENDOERGONICA ) Ciò che può avere importanza nel determinare la velocità di un processo è quello che accade nella TRANSIZIONE dei reagenti a prodotti 7

8 Coordinate di reazione Stato di transizione I reagenti formano il complesso attivato Allo STATO DI TRANSIZIONE i reagenti che hanno superato lo SCOGLIO ENERGETICO possono evolvere verso la formazione dei prodotti o tornare alla formazione dei reagenti A + B P + Q G ΔG = ENERGIA LIBERA DI ATTIVAZIONE Energia necessaria per portare le molecole dei reagenti allo stato di attivazione 8

9 ENERGIA DI ATTIVAZIONE ΔG 0 Energia libera supplementare che le molecole devono possedere per raggiungere lo STATO DI TRANSIZIONE Se la BARRIERA ENERGETICA da superare è alta, solo una piccola frazione di molecole sarà in grado di oltrepassarla COME AGGIRARE L OSTACOLO Aumentando l energia cinetica delle molecole Abbassando la barriera energetica Un CATALIZZATORE abbassa la barriera energetica di una reazione, aumentando di conseguenza il numero di molecole che hanno abbastanza energia per raggiungere lo stato di transizione e rendendo la reazione più veloce in entrambe le direzioni 2 NO 2 Cl 2NO 2 + Cl 2 Stadio lento QUANDO UNA REAZIONE AVVIENE A PIU STADI LO STADIO PIU LENTO DETERMINA LA VELOCITA DI REAZIONE 2 NO 2 Cl NO 2 + Cl NO 2 Cl + Cl NO 2 + Cl 2 Velocità = K [NO 2 Cl] 9

10 Le reazioni a molte tappe hanno una tappa che determina la velocità Catalisi 10

11 Stato di transizione COMPLESSO ATTIVATO A 2 + B 2 2 AB Si rompono e si formano nuovi legami S i c o m b i n a n o transientemente col substrato e ne abbassano l energia di attivazione Non spostano l equilibrio della reazione, ma aumentano la velocità con cui l equilibrio viene raggiunto" Non subiscono modificazioni permanenti durante la reazione e sono subito disponibili per catalizzare un nuovo ciclo di reazione 11

12 Gli enzimi sono biocatalizzatori che possono accelerare la velocità delle reazioni chimiche da 10 6 a volte. Gli Enzimi sono specifici sia per il tipo di reazione catalizzata che per la scelta dei reagenti, chiamati substrati. Normalmente un enzima catalizza solo un tipo di reazione chimica o una serie di reazioni strettamente correlate. Rispetto ai catalizzatori chimici vi sono condizioni di reazione più moderate. Nella maggior parte delle reazioni enzimatiche non vi è la formazione di sottoprodotti inutili come avviene spesso nelle reazioni non catalizzate. Gli enzimi hanno capacità di regolazione della loro attività. 12