Cos'è la velocità di reazione in chimica e da cosa dipende?

Alcune reazioni durano un lampo, come un petardo. Altre richiedono anni, come la ruggine su una ringhiera. Quasi tutte quelle del laboratorio di scuola stanno nel mezzo. La rapidità si misura con la velocità di reazione:

velocità media = quantità di prodotto formato ÷ tempo, oppure quantità di reagente consumato ÷ tempo

La "quantità" può essere una massa in grammi (g/s), un volume di gas in mL (mL/s) o una quantità in moli (mol/s). Per le soluzioni si usa la concentrazione: v = |Δ[ ]| ÷ Δt, in mol/(L·s). Se si formano 60 mL di gas in 30 secondi, la velocità media è 60 ÷ 30 = 2 mL/s.

La teoria degli urti spiega perché la velocità cambia. Le particelle reagiscono solo se si urtano, e solo se l'urto ha un'energia minima, l'energia di attivazione, e l'orientamento giusto. La maggior parte degli urti non produce nulla. Tutto ciò che rende più frequenti gli urti efficaci accelera la reazione. Oltre alla natura dei reagenti, i fattori principali sono quattro:

1. Temperatura. Le particelle calde si muovono più veloci. Si urtano più spesso e, soprattutto, una parte maggiore degli urti ha energia sufficiente. Regola pratica per molte reazioni: +10 °C circa raddoppia la velocità.
2. Concentrazione (o pressione per i gas). Più particelle nello stesso volume significano urti più frequenti. Raddoppiare la concentrazione di una soluzione spesso raddoppia all'incirca la velocità.
3. Superficie di contatto (grado di suddivisione). Solo le particelle sulla superficie di un solido possono essere colpite. Tagliandolo a pezzi o riducendolo in polvere si espone più superficie e ci sono più urti al secondo.
4. Catalizzatori. Un catalizzatore offre alla reazione un altro percorso con energia di attivazione più bassa, quindi più urti sono efficaci. Non si consuma. Gli enzimi sono i catalizzatori dei viventi.

Come si misura la velocità? Si sceglie qualcosa che cambia e lo si cronometra: si raccoglie il gas in una siringa o in un cilindro graduato capovolto, si guarda calare la massa su una bilancia mentre il gas esce, oppure si misura quanto tempo impiega una soluzione a diventare torbida (il classico esperimento della "croce che scompare" con tiosolfato di sodio e acido). Se si misura quanto dura un cambiamento fisso, la velocità è proporzionale a 1 ÷ tempo: meno tempo vuol dire più velocità.

Grafici. Si mette in grafico la quantità di prodotto in funzione del tempo. La curva è più ripida all'inizio, quando ci sono più reagenti, poi si appiattisce e alla fine diventa orizzontale quando un reagente è finito. La pendenza della curva è la velocità (come in un grafico a linee). Una reazione più veloce dà una curva più ripida che si appiattisce prima, ma con le stesse quantità di reagenti arriva alla stessa quantità finale.

Qual è la formula della velocità di reazione?#

Velocità media = quantità di reagente consumato ÷ tempo, oppure quantità di prodotto formato ÷ tempo. Con le concentrazioni si scrive v = |Δ[ ]| ÷ Δt e si misura in mol/(L·s).

Da cosa dipende la velocità di reazione?#

Dalla natura dei reagenti, dalla temperatura, dalla concentrazione (o dalla pressione per i gas), dalla superficie di contatto e dai catalizzatori. Alcune reazioni accelerano anche con la luce, come la fotosintesi.

Come si calcola la velocità di reazione da un grafico?#

Per la velocità media, dividi la variazione della quantità per l'intervallo di tempo tra due punti. Per la velocità in un istante, traccia la tangente alla curva in quel punto e calcola il suo coefficiente angolare.

Cosa dice l'equazione di Arrhenius?#

Lega la costante di velocità k alla temperatura: k = A · e^(−Ea/RT), dove Ea è l'energia di attivazione, R la costante dei gas e T la temperatura assoluta. Più alta è T, o più bassa è Ea, più grande è k e più veloce la reazione. Si studia alle superiori.

Come si aumenta la velocità di una reazione?#

Scaldando, aumentando la concentrazione dei reagenti, sminuzzando i solidi o aggiungendo un catalizzatore. Tutti questi modi aumentano il numero di urti efficaci al secondo.

È la stessa cosa della velocità di reazione nello sport?#

No. Nello sport, la velocità di reazione è quanto in fretta una persona risponde a uno stimolo, come lo sparo della partenza, e si può allenare. In chimica è quanto in fretta delle sostanze si trasformano in altre.