Lezione 28

Velocità di una reazione chimica

Reazioni reversibili e reazioni irreversibili Allorché due o più sostanze vengono poste a contatto per dare una reazione chimica può accadere che la reazione si arresti solo quando almeno una delle sostanze reagenti sia totalmente scomparsa, oppure che la trasformazione nei prodotti di reazione sia solo incompleta e tale rimanga comunque si prolunghi il tempo di reazione.Questa reazione ha luogo solo se la miscela viene riscaldata a temperatura molto elevata ( > 1000 °C). In queste condizioni avviene la reazione

 2 CaO(s) + SiO2(s) Ca2SiO4(s)

 con formazione di ortosilicato di calcio.La reazione è piuttosto lenta, se però le sostanze reagenti sono mantenute a contatto per un tempo sufficientemente lungo tutto l'ossido di calcio e tutta la silice finiscono per trasformarsi in ortosilicato di calcio. Questo a sua volta non mostrerà alcuna tendenza a scindersi nuovamente nelle sostanze da cui è stato ottenuto.Una reazione di questo tipo si dice completa, irreversibile, non di equilibrio

Consideriamo invece ciò che accade quando in opportune condizioni sperimentali (temperatura di 400-500 °C, pressione di qualche centinaio di atmosfere) idrogeno e azoto vengono fatti combinare per dare ammoniaca, NH3, secondo la reazione

 3 H2(g) + N2(g) 2NH3(g)

 Solo una parte, variabile a seconda delle condizioni di temperatura e di pressione, dell'idrogeno e dell'azoto iniziali si trasforma in ammoniaca, il resto rimane inalterato per quanto lungo sia il tempo per il quale i due gas vengono mantenuti a contatto. 

2NH3(g) 3 H2(g) + N2(g)  Ad un certo punto il numero di molecole di ammoniaca che si formano nell'unità di tempo in seguito alla prima reazione (reazione diretta) è esattamente compensato da quelle che si decompongono in seguito alla seconda reazione (reazione inversa). La concentrazione rispettiva dell'idrogeno, dell'azoto e dell'ammoniaca presenti nell'ambiente in cui avviene la reazione rimane da questo momento costante nel tempo: si è raggiunta una condizione di equilibrio dinamico.

La reazione di sintesi dell'ammoniaca dagli elementi viene così definita reversibile o di equilibrio e il fenomeno viene descritto scrivendo l'equazione di reazione con una doppia freccia o anche 

2NH3(g) 3 H2(g) + N2(g)

 Se, come nel caso della sintesi dell'ammoniaca, tutte le sostanze che partecipano all'equilibrio fanno parte di un'unica fase l'equilibrio si dice omogeneo.

Se invece, come ad esempio nella riduzione dell' ossido di nichel con ossido di carbonio 

NiO(s) + CO(g) Ni(s) + CO2(g)

 le sostanze che partecipano all'equilibrio fanno parte di fasi diverse (in questo caso tre fasi: una prima solida formata da NiO, una seconda pure solida formata da Ni ed una terza gassosa formata dalla miscela di CO e CO2) l'equilibrio si dice

eterogeneo.

Velocità di una reazione chimica Con il termine velocità di reazione si intende la variazione di concentrazione che le sostanze partecipanti alla reazione subiscono nell'unità di tempo o, più esattamente, la derivata rispetto al tempo della concentrazione delle sostanze che partecipano alla reazione.Ad esempio per la reazione schematica 

A2 + B2 2 AB

 la velocità di reazione è data da: 

- d [A2] - d [B2] + d [AB]

v = ———— = ———— = ———— dt dt 2·dt

Reazioni esotermicheendotermiche

ed energia di attivazione

Reazione esotermica

Reazione endotermica