Velocità delle reazioni chimiche: la teoria delle collisioni e l’influenza della temperatura
La teoria delle collisioni fornisce una spiegazione accurata sulle reazioni chimiche, mettendo in evidenza la variazione delle velocità e le ragioni per cui sono differenti in ogni reazione. Bisogna analizzare ciascuna reazione da due prospettive: cinetica e termodinamica. La variazione dell’energia libera di Gibbs (ΔG) indica se la reazione avvenga spontaneamente dal punto di vista termodinamico, ma non offre informazioni sull’intervallo di tempo della reazione.
Le reazioni si verificano a seguito di un urto e della collisione tra le molecole A e B. Tuttavia, la maggior parte delle collisioni non porta alla formazione di prodotti di reazione.
Influenza della temperatura sulla velocità delle reazioni
L’analisi dell’effetto della temperatura sulla velocità della reazione indica che quest’ultima avviene quando le molecole di A e B collidono con un’energia superiore alla media. Tale surplus energetico richiesto per la reazione è noto come energia di attivazione. Anche se le molecole coinvolte nell’urto possiedono l’energia richiesta, non tutte le collisioni portano a una reazione efficace, dipende dall’orientamento delle molecole coinvolte e dalla probabilità che una collisione sia efficace.
Ruolo degli urti nella teoria delle collisioni
La teoria delle collisioni suggerisce che la rottura di legami preesistenti e la formazione di nuovi legami avvenga a seguito dell’urto di due o più molecole aventi un’energia superiore a un dato valore minimo e con un’opportuna orientazione. Si può calcolare il numero di urti tra le molecole di un sistema allo stato gassoso per unità di tempo utilizzando la teoria cinetica dei gas che indica che il numero di urti è dell’ordine di 1030 urti al secondo.
Considerazioni sulla velocità della reazione
I dati sperimentali dimostrano che le reazioni in fase gassosa procedono a una velocità di circa 10-4 M/s, indicando che solo una frazione di urti tra le molecole risulta essere efficace. La velocità con cui la reazione procede è proporzionale al numero di collisioni, alla percentuale di molecole aventi l’energia sufficiente e al fattore di probabilità. Inoltre, l’incremento della temperatura aumenta i movimenti molecolari e quindi anche la frequenza di collisione.
Un aumento di temperatura determina una maggiore velocità delle molecole con conseguente maggiore probabilità di urti e rottura dei legami. In genere, la velocità di una reazione aumenta di un fattore di circa due con l’aumento di temperatura di 10-15 °C.
La teoria delle collisioni risulta fondamentale per comprendere il meccanismo delle reazioni chimiche e la variazione delle loro velocità in relazione a diversi fattori. Questi principi consentono un’analisi più dettagliata della cinetica delle reazioni chimiche e dei fattori che ne influenzano le velocità.