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:
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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
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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 della
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]
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Ordine di reazione
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COLLISIONE TRA DUE MOLECOLE
Urto
insufficiente
Rottura di
legami e
formazione
di nuovi
legami
Urto
sufficiente
o efficace
Aumento della
concentrazione
Aumento della temperatura
NO2Cl + Cl
a)
NO2 + Cl2
Collisione che non può produrre una molecola di Cl2
b) Collisione che produce Cl2 e NO2
Se venisse raddoppiata la [NO2Cl] 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][NO2Cl]
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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
- fasi uguali
ETEROGENEE - fasi diverse
CAPACITA’ DEI REAGENTI
DI INCONTRARSI
con la concentrazione varia
il numero di collisioni
possibili
CONCENTRAZIONE
DEI REAGENTI
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con la T varia il
numero di urti efficaci,
dato che cambia
l'energia cinetica
Particolari sostanze non
richieste dalla
stechiometria della
reazione
TEMPERATURA O
PRESSIONE DEL
SISTEMA
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
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Coordinate di reazione
Stato di transizione
I reagenti formano il
complesso attivato
G
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
ΔG‡ = ENERGIA LIBERA DI ATTIVAZIONE
Energia necessaria per portare le molecole dei
reagenti allo stato di attivazione
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ENERGIA DI ATTIVAZIONE ΔG0‡
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 NO2 Cl
2NO2 + Cl2
Stadio lento
QUANDO UNA REAZIONE
AVVIENE A PIU’ STADI LO
STADIO PIU’ LENTO
DETERMINA LA
VELOCITA’ DI REAZIONE
2 NO2 Cl
NO2 Cl + Cl
NO2 + Cl
NO2 + Cl2
Velocità = K [NO2Cl]
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Le reazioni a molte tappe hanno una tappa che
determina la velocità
Catalisi
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Stato di transizione
COMPLESSO ATTIVATO
A 2 + B2
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"
• N on subiscono modificazioni permanenti durante la
reazione e sono subito disponibili per catalizzare un nuovo
ciclo di reazione
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Gli enzimi sono biocatalizzatori che possono accelerare
la velocità delle reazioni chimiche da 106 a 1017 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.
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