Dipendenza dalla temperatura

La misura della velocità con cui procede una reazione è chiamata velocità di reazione. La velocità di una reazione chimica è definita dalla legge della velocità, che descrive la relazione tra la velocità della reazione e le concentrazioni dei reagenti. In questa equazione, k è la costante di velocità, A e B sono i due reagenti e m e n sono i rispettivi ordini di reazione.

La costante di velocità converte la relazione nelle unità di velocità corrette, moli per litro al secondo. Pertanto, la costante di velocità ha unità diverse, a seconda dell'ordine generale della reazione. Tuttavia, la costante di velocità ha più significato della semplice conversione di unità. La costante di velocità è correlata alla quantità minima di energia richiesta affinché avvenga una reazione chimica, chiamata energia di attivazione.

In una reazione, i reagenti si trovano in uno stato iniziale di energia potenziale. Man mano che la reazione procede, deve superare una certa energia potenziale, l'energia di attivazione, prima di raggiungere il suo stato finale. L'energia netta della reazione è la differenza tra lo stato iniziale e quello finale. Questa differenza può essere negativa, il che significa che la reazione rilascia energia, o positiva, il che significa che assorbe energia.

Se non c'è abbastanza energia disponibile per superare l'energia di attivazione, la reazione non procederà. In alcuni casi, l'energia può essere fornita sotto forma di calore. Ciò fornisce energia aggiuntiva per superare la barriera all'attivazione e la reazione può procedere. Può anche essere aggiunto un catalizzatore, che fornisce un percorso alternativo di energia di attivazione inferiore tra i reagenti e i prodotti.

I catalizzatori non vengono consumati nella reazione e, quindi, non influenzano l'energia netta della reazione. L'energia di attivazione è determinata sperimentalmente ed è correlata alla costante di reazione k dall'equazione di Arrhenius dove A è il fattore pre-esponenziale o di frequenza, R è la costante universale dei gas e T è la temperatura assoluta alla quale avviene la reazione.

Da questa equazione, sappiamo che aumentando la temperatura di reazione o diminuendo l'energia di attivazione aumenta la costante di velocità. Tornando all'equazione della legge della velocità, ne consegue che una costante di velocità più alta si traduce in una velocità di reazione più elevata. Questo ha senso perché all'aumentare della temperatura, le molecole si muovono più velocemente e si scontrano più frequentemente, con conseguente aumento della frazione di molecole con energia superiore all'energia di attivazione.

In questo laboratorio imparerai come misurare sperimentalmente l'energia di attivazione di una reazione utilizzando la decomposizione del perossido di idrogeno come reazione modello.