Fisica e chimica classe 8: Velocità di reazione e fattori che la modificano
Fisica e chimica, classe 8 (Portogallo): Con quale rapidità scompare un reagente o compare un prodotto, e come concentrazione, temperatura, stato di suddivisione e catalizzatore accelerano o rallentano una reazione.
Reazioni veloci e lente
La velocità di una reazione chimica indica con quale rapidità scompare un reagente o compare un prodotto. Una reazione veloce, come quella di una compressa effervescente o dei fuochi d'artificio, consuma reagente in pochi secondi; una lenta, come la ruggine che si forma su un chiodo, richiede settimane o mesi. Si misura seguendo una grandezza nel tempo: una massa che diminuisce, un volume di gas che aumenta, un colore che cambia.
Quattro fattori
Perché le sostanze reagiscano, le loro particelle devono urtarsi. Più urti efficaci al secondo, più veloce è la reazione. Concentrazione maggiore: più particelle per volume, quindi più urti. Temperatura più alta: particelle più veloci, quindi urti più frequenti e più forti. Stato di suddivisione più fine (polvere invece di un blocco): più superficie esposta. Un catalizzatore è una sostanza che aumenta la velocità della reazione senza consumarsi.
Leggere una tabella di volumi di gas
Una compressa effervescente libera gas in un cilindro graduato capovolto: 0 s, 0 mL; 30 s, 24 mL; 60 s, 40 mL; 90 s, 50 mL. Velocità media = variazione di volume ÷ tempo. Da 0 a 30 s: 24 ÷ 30 = 0,80 mL/s. Da 30 a 60 s: 16 ÷ 30 ≈ 0,53 mL/s. Da 60 a 90 s: 10 ÷ 30 ≈ 0,33 mL/s. La velocità cala man mano che il reagente si consuma. Con la compressa frantumata, lo stesso volume comparirebbe prima: stato di suddivisione più fine.
Più veloce non significa «più prodotto»
Molti pensano che scaldare, o aggiungere un catalizzatore, faccia «rendere di più» la reazione. Non è così: il massimo di prodotto ottenibile dipende dalla quantità di reagente. I fattori cambiano solo il tempo che la reazione impiega. Il catalizzatore non è un reagente, non si consuma e non cambia la quantità di prodotto; accelera soltanto. Una compressa intera e una frantumata liberano lo stesso volume finale di gas, ma quella frantumata lo libera più in fretta.
Dal frigorifero al tubo di scappamento
Conserviamo il cibo in frigorifero per rallentare le reazioni che lo rovinano: meno temperatura, reazioni più lente. La polvere di farina sospesa nell'aria può infiammarsi con violenza, perché ha molta superficie esposta, ed è per questo che mulini e silos di cereali la tengono sotto controllo. La marmitta catalitica di un'auto usa catalizzatori per accelerare la trasformazione di gas inquinanti, come il monossido di carbonio, in gas meno nocivi, senza consumarsi.
Metti alla prova quello che hai imparato
Quale misura indica la velocità di una reazione?
- a) La rapidità con cui un reagente si consuma o compare un prodotto, ad esempio mL di gas al secondo
- b) La quantità totale di prodotto alla fine
- c) La temperatura all'inizio
Risposta corretta: a) La rapidità con cui un reagente si consuma o compare un prodotto, ad esempio mL di gas al secondo — Giusto: la velocità è la variazione di una grandezza divisa per il tempo impiegato.
Una reazione libera gas: 0 s, 0 mL; 20 s, 30 mL; 40 s, 50 mL. Qual è la velocità media tra 20 s e 40 s?
- a) 1,25 mL/s
- b) 2,5 mL/s
- c) 1,0 mL/s
- d) 20 mL/s
Risposta corretta: c) 1,0 mL/s — Giusto: (50 − 30) mL ÷ (40 − 20) s = 20 ÷ 20 = 1,0 mL/s. È meno che nei primi 20 s (1,5 mL/s).
Due compresse effervescenti identiche reagiscono nella stessa quantità d'acqua: una intera e una frantumata. Che cosa è vero?
- a) Quella frantumata libera più gas in totale
- b) Entrambe liberano lo stesso volume totale di gas, ma quella frantumata lo libera più in fretta
- c) Quella intera è più veloce, perché è compatta
Risposta corretta: b) Entrambe liberano lo stesso volume totale di gas, ma quella frantumata lo libera più in fretta — Giusto: il reagente decide quanto; lo stato di suddivisione cambia solo la rapidità.
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