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 esotermiche
endotermiche
ed energia di attivazione
Reazione esotermica
Reazione endotermica