Velocità di reazione: cosa si intende e come si calcola
In chimica è importante comprendere presto il concetto di velocità di reazione, di quanto in fretta si ottengano i prodotti attesi dal processo. Non è importante solo conoscerne la definizione ma anche comprendere quali fattori la possano influenzare. Le reazioni chimiche non avvengono solo in laboratorio durante gli esperimenti ma hanno un ruolo importante anche nella vita quotidiana.
Per poter determinare la velocità di reazione esiste la relazione determinata dalla sua legge cinetica. Si tratta però solo di una stima, poiché anche l’ambiente e alcuni dei suoi parametri possono influenzare i processi chimici a questo livello.
Che cos’è la velocità di reazione?
Questo concetto si può intendere in due modi, fra loro equivalenti. Infatti la si può definire sia come la quantità di reagenti che viene consumata nell’unità di tempo o come la quantità di prodotto che si forma nell’unità di tempo. In modo più generico si può anche parlare di variazione di concentrazione di reagenti e prodotti in un intervallo di tempo.
Nel corso di una reazione chimica infatti i reagenti si consumano diminuendo, mentre al contrario i prodotti aumentano via via che il processo si avvia al termine. La concentrazione di entrambi si esprime in moli e una tipica reazione si scrive nel modo seguente:
aA + bB => cC + dD. Più nel dettaglio:
- a e b sono i coefficienti stechiometrici dei reagenti.
- A e B sono i reagenti.
- c e d sono i coefficienti stechiometrici dei prodotti.
- C e D sono i prodotti.
La legge cinetica delle reazioni
Per calcolare la velocità di reazione esiste la formula della legge cinetica delle reazioni chimiche. La sua formula è la seguente:
v = k x [A]m [B]n. Più nel dettaglio:
- v naturalmente è la velocità di reazione.
- k è la costante cinetica e varia a seconda della tipologia di reagenti e della temperatura a cui viene condotta la reazione.
- [A] e [B] come nella formula precedente sono i reagenti, o meglio le loro concentrazioni espresse in moli.
- m e n sono gli ordini di reazione e sono determinati sperimentalmente. Non sono però i coefficienti stechiometrici e non coincidono con loro, anche se spesso vengono confusi con loro.
L’impatto della temperatura sulla velocità di reazione
Temperatura e velocità di reazione sono due grandezze fra loro direttamene proporzionali. Infatti se la prima aumenta o diminuisce l’altra viene influenzata di conseguenza. Si tratta di un aspetto collegato all’energia cinetica delle molecole reagenti, che in condizioni di maggior calore si muovono più rapidamente e si scontrano in modo più frequente.
Se invece la temperatura si abbassa rispetto allo standard allora la reazione avviene in modo più lento, poiché le interazioni fra i reagenti diminuiscono di frequenza. L’unico modo per evitare questo fenomeno è quello di utilizzare un catalizzatore, come avviene per i meccanismi metabolici.