L’attivazione delle reazioni

Una reazione non avviene da sè, ha bisogno di una piccola spinta, ha bisogno di essere attivata, poi a cascata avviene.

Una reazione chimica, perchè avvenga, deve superare un ostacolo, qual’è l’ostacolo?

Quali sono gli ostacoli alla reazione chimica?

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.

E’ necessaria una scintilla per bruciare la benzina, questa scintilla è l’energia di attivazione G”.

attivazione di una reazione chimica

Cosa si può fare per ridurre la distanza e allineare le molecole?

1° Si può aumentare il numero di molecole, come ? Aumentando la pressione.

2° Si può alzare la temperatura, così le molecole si agitano e così vengono a contatto fra di loro.

Reazioni irreversibili

Delta G è la differenza di entropia fra i reagenti e i prodotti.

Delta G” è la differenza di entropia fra i reagenti e la soglia di attivazione. (vedi il disegno sopra)

Quanto maggiore è la somma dei due delta, dG” + dG, 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 dG” + dG, tanto più si può tornare dai prodotti ai reagenti, cioè la reazione è reversibile. In questo caso 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

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 = d-[prodotti] / d-tempo = – d-[reagenti] / d-tempo

Solitamente nel procedere di una reazione, la velocità di reazione diminuisce, perchè diminuiscono i reagenti e aumentano i prodotti.

L’attivazione di una reazione chimica affidata ai 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.

Ad esempio 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.

attivazione di una reazione chimica
L’attivazione di una reazione chimica in una cellula vivente.

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: l’O2 sono le bollicine bianche su una ferita disinfettata con acqua ossigenata. Oppure la perossidasi tiroidea che catalizza l’ossidazione dello iodio. Ecc.

L’equilibrio chimico

L’equilibrio chimico …