Misurazione della velocità di reazione

Le velocità di reazione possono essere studiate determinando la variazione delle concentrazioni di reagenti o prodotti in funzione del tempo. Le variazioni di concentrazione possono essere misurate mediante tecniche sperimentali come polarimetria, spettroscopia, o misurazioni della pressione. La polarimetria utilizza la luce polarizzata nel piano con un campo elettrico orientato lungo un solo piano, e misura la capacità dei composti di ruotare la luce polarizzata, che dipende dalla struttura molecolare del composto presente.

Consideriamo l'idrolisi del saccarosio, che produce glucosio e fruttosio. Un polarimetro viene utilizzato per misurare il grado di rotazione della luce polarizzata in un piano che passa attraverso la soluzione di saccarosio reagente. Il saccarosio provoca la rotazione in senso orario, mentre il glucosio e il fruttosio provocano la rotazione in senso antiorario.

Misurando il grado di rotazione della luce ad intervalli di tempo prestabiliti, è possibile calcolare le concentrazioni relative di saccarosio, glucosio o fruttosio, e determinare la velocità di reazione. Le velocità di reazione possono anche essere misurate utilizzando metodi spettrofotometrici, usando la capacità di reagenti o prodotti di assorbire la luce di lunghezze d'onda specifiche. Maggiore è la concentrazione della sostanza di interesse, più intenso sarà il suo assorbimento della luce.

Per esempio, l'idrogeno gassoso incolore reagisce con il vapore di iodio viola per formare ioduro di idrogeno incolore. Il vapore di iodio assorbe la luce nella regione giallo-verde e riflette la luce viola. Durante la reazione, uno spettrofotometro misura la quantità di luce assorbita dal campione e analizza la luce trasmessa.

Pertanto, con il progredire della reazione, la diminuzione della concentrazione dei vapori di iodio viene osservata dalla riduzione dell'assorbimento della luce giallo-verde. Utilizzando la legge Beer-Lambert, è possibile calcolare l'intensità della luce assorbita in diversi momenti e correlarla ai cambiamenti di concentrazione. In alternativa, se uno dei reagenti o dei prodotti è un gas, le misurazioni della pressione sono usate per determinare le velocità di reazione monitorando le variazioni di pressione.

Per esempio, durante la decomposizione del perossido di idrogeno, la velocità di reazione viene studiata utilizzando un manometro per monitorare la pressione del gas di ossigeno rilasciato. Man mano che la reazione progredisce e si evolve più ossigeno gassoso, la pressione aumenta. Utilizzando l'equazione del gas ideale, i valori di pressione registrati in diversi momenti vengono convertiti in concentrazioni.

La variazione della concentrazione in funzione del tempo viene usata per determinare la velocità di reazione. Per reazioni prolungate, campioni, o aliquote, possono essere prelevati dalla miscela di reazione a intervalli di tempo regolari. Le concentrazioni relative vengono dunque misurate utilizzando tecniche strumentali come gascromatografia, spettrometria di massa o titolazione, per calcolare le velocità di reazione.