Una reazione non avviene da sé, ha bisogno di una piccola spinta, ha bisogno di essere attivata, poi a cascata avviene.
Una reazione chimica, perché avvenga, deve superare 3 ostacoli: distanza, repulsione e orientamento.
1° le molecole sono distanti fra loro, vanno avvicinate,
2° gli elettroni liberi più superficiali respingono l’arrivo di nuovi elettroni posizionati sulle molecole in arrivo: va vinta la repulsione,
3° le molecole non sono orientate correttamente fra loro, vanno allineate.
Cosa si può fare per ridurre la distanza e allineare le molecole?
Si può aumentare il numero di molecole, come ? Aumentando la pressione.
Si può alzare la temperatura, così le molecole si agitano e così vengono a contatto fra di loro.
Come faccio aumentare pressione e temperatura ? Liberando dell’energia di attivazione.
Come è necessaria una scintilla per iniziare a bruciare la benzina, così ci vuole una scintilla per avviare una reazione, questa è l’energia di attivazione G”.
L’attivazione G sta per energia libera di Gibbs, In realtà si usa la variazione energetica cioè il ΔG.
Prima di procedere ricordo che l’ entropia misura il disordine di un sistema, cioè il movimento-calore.
Catalizzatori
I catalizzatori sono molecole che riducendo l’energia di attivazione, la rendono più veloce. Attenzione, i catalizzatori non diminuiscono, non si consumano nel corso della reazione.
Nella sintesi industriale dell’ammoniaca, gli ossidi di ferro sono i catalizzatori della della reazione che trasforma l’azoto atmosferico N2 e l’idrogeno H2 in ammoniaca NH3: N2 + 3H2 = 2NH3.
Così il rodio, platino e palladio nelle marmitte catalizzano (velocizzano) la trasformazione del monossido di carbonio in anidride carbonica e gli ossidi di azoto in azoto molecolare e acqua.
L’anidride vanadica V2O5 catalizza la trasformazione dell’anidride solforosa in anidride solforica, ecc.
Gli enzimi catalitici
Negli esseri viventi non si può aumentare la temperatura per velocizzare una reazione, per cui entrano in gioco gli enzimi catalitici.
Gli enzimi catalitici rendono la reazione più veloce, perchè abbassano l’energia di attivazione G”.
L’enzima si lega ai reagenti con legami deboli e in questi legami immagazzina una quota di energia di attivazione, e quindi il fabbisogno energetico di attivazione risulta inferiore.
Esempio l’enzima del sangue perossidasi a contatto con il perossido d’ossigeno H2O2 lo trasforma in acqua e ossigeno molecolare: le bollicine bianche di O2 su una ferita disinfettata con acqua ossigenata. Oppure la perossidasi tiroidea che catalizza l’ossidazione dello iodio. Ecc.
Reazioni irreversibili
ΔG è la differenza di entropia fra i reagenti e i prodotti.
ΔG” è la differenza di entropia fra i reagenti e la soglia di attivazione.
Quanto maggiore è la somma dei due delta, ΔG” + ΔG, tanto è maggiore lo squilibrio energetico, tanto più quella reazione sarà irreversibile, cioè la reazione resterà sui prodotti, non tornerà indietro.
Le irreversibili sono esotermiche.
In realtà spesso anche nelle reazioni irreversibili, qualche prodotto può tornare in piccola misura reagente, quindi parliamo di un squilibrio dinamico verso i prodotti.
Reazioni reversibili
Tanto minore è la somma ΔG” + ΔG, tanto più si può tornare dai prodotti ai reagenti, cioè la reazione è reversibile.
L’equilibrio della reazione è al centro, a metà strada tra prodotti e reagenti. I reagenti si trasformano in prodotti e nella stessa misura ci sono prodotti che ritornano reagenti.
Le reversibili possono essere endotermiche.
La velocità di reazione chimica
La velocità di reazione misura le quantità di reagenti trasformati in prodotti nell’unità di tempo, anzi misura la differenza di concentrazione dei reagenti e dei prodotti nell’unità di tempo.
V = Δ [prodotti] / Δ tempo = – Δ [reagenti] / Δ tempo
Solitamente nel procedere di una reazione, la velocità di reazione diminuisce, perché diminuiscono i reagenti e aumentano i prodotti.