Fattori che influenzano la velocità di reazione

Le reazioni chimiche spesso sono irreversibili e dipendono da fattori che influenzano la velocità di reazione. A livello molecolare nelle reazioni chimiche avvengono rotture di legami e formazione di nuovi legami. Affinché si possano verificare  reazioni chimiche sono necessarie determinate condizioni:

–          È necessaria una energia minima che possa dar inizio alla reazione che può essere sotto forma di calore, di luce o di corrente elettrica (aspetto termodinamico)

–          E’ necessario che le molecole dei reagenti possano collidere tra loro (aspetto cinetico)

Al di là di ogni ragionevole dubbio si può asserire che tutto il nostro quotidiano si basa su reazioni chimiche: dal metabolismo degli alimenti di cui ci cibiamo alla cottura di una bistecca, dal dentifricio  alla saponetta, dal farmaco per il mal di testa alla crema da barba ogni cosa che ci circonda è data da una reazione chimica.

Fattori che influenzano la velocità di reazione

Se una reazione è termodinamicamente favorita e quindi avviene vi sono uno o più fattori che influenzano la velocità di reazione. Questi fattori sono la temperatura, la presenza di luce, la pressione, la presenza di un catalizzatore, l’elettricità.

Alcune reazioni non avvengono a temperatura ambiente o sono molto lente mentre decorrono rapidamente a temperature maggiori. Vi sono poi reazioni che avvengono solo in presenza di luce ma non avvengono al buio come, ad esempio, la fotosintesi clorofilliana.

Anche la pressione gioca un suo ruolo: ad esempio la sintesi dell’ammoniaca avviene solo a pressioni superiori a 200 atm unitamente alla presenza di un catalizzatore e a una temperatura tra i 450 e i 500 °C.

Un catalizzatore è una qualunque sostanza, spesso un metallo di transizione o un suo composto, che abbassando l’energia di attivazione fa sì che una reazione possa aver luogo

Ad esempio la decomposizione del clorato di potassio:
2 KClO₃ →2 KCl + 3 O₂
avviene rapidamente in presenza di MnO₂ che funge da catalizzatore.

Alcune reazioni poi hanno luogo in presenza di elettricità come, ad esempio, l’elettrolisi dell’acqua:
2 H₂O → 2 H₂ + O₂

o la decomposizione del bromuro di piombo (II):
PbBr₂ → Pb+ Br₂

Spesso  una reazione chimica è accompagnata da fenomeni macroscopici come la variazione di calore, l’effervescenza, la variazione di temperatura, la formazione di un precipitato, l’emissione di un gas ecc. Un esempio di reazione chimica è la decomposizione del nitrato di piombo (II). Quest’ultimo è un solido cristallino di colore bianco; quando è riscaldato si sente una sorta di crepitio e si nota  la formazione di un gas rosso-bruno mentre sul fondo della provetta si forma un solido giallo. Queste macroscopiche variazioni attengono alla reazione:

2 Pb(NO₃)_2(s) → 2 PbO_(s) + 4 NO_2(g) + O_2(g)

Il solido giallo è costituito da PbO mentre il gas rosso-bruno è il diossido di azoto NO₂.

Un’altra reazione chimica molto spettacolare è la disidratazione del saccarosio in cui si forma del carbone: la reazione che avviene è la seguente:

C₁₂H₂₂O₁₁ → 12 C + 11 H₂O

L’azione dell’acido che agisce da disidratante è quello di rimuovere l’acqua e assorbirla lasciando del carbone spugnoso.

Un altro esempio di reazione chimica avviene tra il potassio e l’acqua: il potassio sfreccia sulla superficie dell’acqua con emissione di un sibilo e produzione di idrogeno gassoso secondo la reazione:

2 K_(s) + 2 H₂O_(l) → 2 NaOH_(aq) + H_2(g) ↑

Classificazione delle reazioni

Le reazioni chimiche possono essere classificate come reazioni che avvengono con scambio di elettroni ovvero reazioni di ossidoriduzione e reazioni che avvengono senza scambio di elettroni, tuttavia, a seconda delle condizioni e del comportamento dei reagenti si preferisce classificare le reazioni chimiche come:

–          Reazioni di sintesi

Un esempio di reazione di sintesi in cui due reagenti danno un solo prodotto di reazione è:

2 Mg + O₂ → 2 MgO

Tale reazione era utilizzata nel campo della fotografia in quanto produce un lampo luminoso

–          Reazioni di decomposizione

Un esempio di reazione di decomposizione in cui un reagente dà luogo alla formazione di due o più prodotti di reazione è la reazione della nitroglicerina che è peraltro esplosiva:

4 C₃H₅N₃O_{9 (s)} → 6 N_2(g) + 12 CO_2(g) + 10 H₂O_(g) + O_2(g)

– Reazioni di precipitazione o di doppio scambio

Un esempio di reazione di precipitazione in cui dal mescolamento di due soluzioni contenenti rispettivamente un sale danno luogo alla formazione di un precipitato è:

BaCl_2(aq) + Na₂SO_4(aq) → BaSO_4(s) + 2 NaCl_(aq)

–          Reazioni di scambio semplice

Un esempio di reazione di scambio semplice  in cui un elemento sostituisce un altro elemento presente in un composto è:

Zn_(s) + CuSO_4(aq) → ZnSO_4(aq) + Cu_(s)

–          Reazioni di combustione

Un esempio di reazione di combustione in cui un elemento o un composto reagisce con l’ossigeno per dare prodotti di reazione e calore + costituito dalla combustione del metano:

CH_4(g) + 2 O_2(g) → CO_2(g) + 2 H₂O_(g)