ESPERIMENTO DI CHIMICA:LE REAZIONI

QUANDO PUO' AVVENIRE UNA REAZIONE?

Innanzitutto affinché una reazione possa avere luogo è necessario che le molecole dei reagenti si debbano urtare nel modo giusto e con energia sufficiente.Se avvengono queste condizioni può avvenire la reazione,ma per tappe successive,che sono due e sono chiamate MECCANISMI DI REAZIONE.Per esempio nel caso di

H +I = 2HI

1. La molecola di Iodio si scinde in 2 atomi di Iodio I 2I
2. I due atomi essendo reattivi collidono con la molecola d'idrogeno

OPPURE

La molecola di Iodio si scinde in 2 atomi di Iodio I 2I

Un solo atomo collide con la molecola d'idrogeno I+ H H I

H I incontra un atomo libero di Iodio e si forma 2HI

Ma per far si che una reazione avvenga dobbiamo fornire energia e quindi i reagenti devono superare una "barriera energetica".L'energia che serve per superare questa barriera è l'energia di attivazione che innalza l'energia dei reagenti.

nota:Lo stato di transizione è molto instabile perché si stanno rompendo legami per farne di nuovi ed è una struttura a metà strada tra reagenti e prodotti.Questa reazione è esotermica perché il valore energetico è più alto nei reagenti.In caso contrario era endotermica

COS'E' LA VELOCITA' DI REAZIONE?

In base a quello scritto sopra possiamo dedurre quindi che la VELOCITA' DI REAZIONE E' LA

QUANTITA' DI SOSTANZA REAGITA NELL'UNITA' DI TEMPO ED E'DEFINITA DALLA MISURA DELLA DIMINUZIONE DELLA CONCENTRAZIONE DEI REAGENTI OPPURE DALL'INCREMENTO DELLA CONCENTRAZIONE DEI PRODOTTI NELL'UNITA' DI TEMPO; V=DC/DT La velocità di reazione può aumentare o diminuire se entrano in gioco alcuni fattori:

  NATURA DEI REAGENTI;cioè se essi sono gas,solidi o liquidi.

  CONCENTRAZIONE DEI REAGENTI;Essa riguarda soprattutto i reagenti allo stato liquido o gassoso.L'aumento della concentrazione di uno dei reagenti determina,a parità delle altre condizioni,l'aumento della velocità di reazione e che le probabilità che gli urti avvengano sono proporzionali alla concentrazione

  TEMPERATURA;Ad alte temperature corrisponde una maggiore probabilità di urtarsi e quindi una maggiore velocità di reazione,perché la temperatura è direttamente proporzionale all'energia cinetica media della particella.Basti pensare che ad un aumento della temperatura di 10°C corrisponde una ad una doppia velocità di reazione.

  SUPERFICIE DI CONTATTO;Se la superficie di contatto è più ampia tra 2 reagenti è più facile che avvengano gli urti.

  CATALIZZATORI;Si usano per rendere la reazione più veloce,sono delle sostanze (platino,metallo) che non si consumano durante la reazione e modificano il meccanismo di reazione abbassando l'energia di attivazione,sia da prodotti a reagenti sia da reagenti e prodotti.Il catalizzatore può essere omogeneo, se il suo stato fisico è uguale a quello dei reagenti,oppure eterogeneo,se lo stato fisico è differente.I catalizzatori modificano il percorso delle reazioni formando legami instabili tra loro stessi ed i reagenti e devono avere la massima superficie possibile dove avviene tutta la reazione

ESPERIMENTO N. 1

Scopo dell'esperimento:verificare il cambiamento della velocità di reazione a seconda della natura dei reagenti,della temperatura e della concentrazione.

MATERIALI E SOLUZIONI USATE

  Alcuni Becker

  Bacchetta

  Cronometro

  Pipetta aspirante

  becco bunsen

  termometro

  FeSO

  Na CO

  KMNO R:8 Può provocare l'accensione di materie combustibili

R:22 Nocivo per ingestione

S:13 Conservare lontano da alimenti e bevande

S:17 Conservare lontano da sostanze combustibili

H C O R:21 Nocivo a contatto con la pelle

R:22 Nocivo per ingestione
S:2 Conservare fuori dalla portata dei bambini

S:24/25 Evitare il contatto con gli occhi e con la pelle

H SO R:36 Irritante per gli occhi

S:26   In caso di contatto con gli occhi sciacquare abbondantemente e consultare un medico

S:30   Non versare acqua sul prodotto

HcL           R:34 Provoca ustioni

(0,5-1-2 M) R:37 Irritante per vie respiratorie

S:20 Non mangiare ne bere durante l'impiego

S:45 In caso di incidente o malessere,consultare il medico

Natura dei reagenti

Questa esperienza ha come scopo verificare come i tempi di reazione (evidenziati dalla decolorazione) di una soluzione di KMNO dipendano dalla natura dei reagenti.

PROGETTO

1. Versare 6 ml di H SO in un becker ed aggiungere 10 ml di KMNO ,mescolando bene con la bacchetta
2. Fare la stessa operazione in un altro becker
3. Aggiungere in uno dei due 10 ml di FeSO e prendere il tempo che la reazione impiega per decolorarsi,mescolando con la bacchetta
4. Aggiungere nell'altro becker 6 ml di H C O e prendere il tempo che la reazione impiega per decolorarsi mescolando con la bacchetta

Le reazioni ottenute sono le seguenti:

2 KMNO + 8 H SO + 10 FeSO 2MnSo + K SO + 5Fe (SO + 8H O

tempo di decolorazione= 9 secondi

2 KMNO + 3 H SO + 5H C O 2 MnSo + 10CO + K SO

tempo di decolorazione=19 secondi

Si nota che il tempo che di decolorazione del KMNO è diversa e quindi la velocità di reazione dipende dalla natura dei reagenti.

Temperatura

Questo secondo esperimento serve per verificare che cambiando la temperatura cambia anche la velocità di reazione.

PROGETTO

1. in un becker contenente 10 ml di soluzione di KMNO si aggiungono 5 ml di H SO mescolando bene con la bacchetta
2. Aggiungere 10 ml di H C O e misurare il tempo necessario per la completa decolorazione
3. Ripetere l'operazione 1 ma prima di aggiungere l' H C O portare la soluzione a 40°c
4. Misurare il tempo di decolorazione
5. Fare le stesse operazioni con 60°c e 80°c

Il grafico ottenuto mostra chiaramente un iperbole:ciò sta indicare che la temperatura è inversamente proporzionale al tempo,più la temperatura è alta e minore sarà il tempo di decolorazione.

Concentrazione

PROGETTO

Mettere 0,6 g di Na CO in un becker

Aggiungere 20 ml di HcL 0,5 M e misurare il tempo che impiega Na CO per dissolversi.

Ripetere l'esperimento con HcL 1 M e 2M,ricordandosi sempre di prendere il tempo

RISULTATI

La reazione è la seguente

Na CO + 2HcL NaCl + H O

In questo caso invece otteniamo una retta,questo indica che la concentrazione è direttamente proporzionale alla velocità di reazione.

OSSERVAZIONI E CONCLUSIONI GENERALI

Il nostro gruppo non ha riscontrato difficoltà nell'eseguire le diverse prove ed è riuscito a svolgere il tutto entro i limiti di tempo prestabiliti.

L'EQUILIBRIO CHIMICO

La maggior parte delle reazioni non arrivano a compimento ma quasi tutti i reagenti li troviamo anche alla fine delle reazioni.Queste reazioni sono definite REVERSIBILI.Una reazione di EQUILIBRIO si ha quando la reazione è reversibile e si arriva ad un equilibrio di tipo dinamico,cioè nel quale il processo da reagenti a prodotti e viceversa avviene continuamente.Per esempio,la velocità con la quale le particelle danno luogo ad un corpo di fondo è uguale alla velocità con il quale il corpo di fondo dà le particelle di prodotto.

Sappiamo che la velocità di reazione diretta ed inversa in una reazione del tipo

aA + bB cC + dD

è data da : Vdir=kdir [A]^a * [B]^b

Vinv=kinv [C]^c * [D]^d

Cioè la velocità di reazione è direttamente proporzionale alle concentrazioni espresse in moli/l dei prodotti o reagenti elevati per il proprio coefficiente stechiometrico e dove K è la costante specifica di velocità,diversa in ogni reazione e dipendente dalla temperatura.Quando la velocità diretta e quella inversa si equivalgono vuol dire che ho raggiunto l'equilibrio.Dividendo i 2 valori delle velocità ([A]^a * [B]^b e [C]^c * [D]^d) ottengo la Keq che rappresenta la costante di equilibrio a temperatura costante.Se la Keq è bassa vuol dire che solo una piccola parte dei reagenti si è trasformata in prodotti prima di raggiungere l'equilibrio mentre se il valore è alto significa la quantità dei reagenti trasformata in prodotti è alta.

I 3 FATTORI CHE CONDIZIONANO L'EQUILIBRIO

   Se aumento la concentrazione nei reagenti l'equilibrio si sposterà verso la formazione di prodotti e viceversa.

   Se la reazione è endotermica un aumento di temperatura favorirà la reazione,ma la sfavorirà se la reazione è esotermica

   La reazione è favorita da un aumento di pressione perché diminuiscono i volumi (è importante nelle reazioni con reagenti gassosi)

ESPERIMENTO N.2

OBIETTIVO:Osservare l'influenza della temperatura e della concentrazione in uno stato di equilibrio chimico.

Nota:Si definisce equilibrio chimico uno stato che si realizza in un sistema chiuso in cui avviene un processo reversibile.

MATERIALI USATI

   4 provette

   1 porta provette

   contagocce

   Cubetti di ghiaccio

   Becco bunsen

SOLUZIONI USATE

  CoCl (+H O)    0,4 M Pericolosità:Xn (Nocivo)

R:22 Nocivo per ingestione

R:36/37/38: Irritante per gli occhi,le vie respiratorie e la pelle

S:22 Non respirare le polveri

S:24/25 Evitare il contatto con gli occhi e con la pelle

Hcl (37% m/m) Pericolosità:C(Corrosivo)

R:34 Provoca ustioni

R:37 Irritante per vie respiratorie

S:20 Non mangiare ne bere durante l'impiego

S:45 In caso di incidente o malessere,consultare il medico

  AgNO (0,1 M)                   Pericolosità:Xi (irritante)

R:36/38 Irritante per gli occhi e per la pelle

PROGETTO

La reazione che andremo ad analizzare è la seguente

[Co(H O) (aq) + 4Cl (aq) [CoCl (aq) + 6 H O

In questa reazione si ha anche un cambiamento di colore ,da rosa ad azzurro

Ora bisogna prelevare 5 ml di CoCl ed aggiungere goccia a goccia Hcl fino a quando la soluzione assume una colorazione azzurra,e poi dividere la soluzione in 3 provette in parti uguali.Si può ora passare all'esperimento vero e proprio

Temperatura

Tenendo la provetta C come campione per confrontare il cambiamento di colore immergiamo la provetta A nell'acqua bollente e la provetta B nel ghiaccio.Osserviamo che la provetta riscaldata

(quindi [Co(H O) (aq) + 4Cl (aq) [CoCl (aq) + 6 H O + calore) ha assunto una colorazione più intensa tendente al blu mentre quella raffreddata ([Co(H O) (aq) + 4Cl (aq) [CoCl (aq) + 6 H O - calore) si è schiarita.

Concentrazione

Appena le 2 provette A e B sono tornate alla temperatura ambiente in una aggiungiamo alcuni ml di acqua distillata e nell'altra alcune gocce di AgNO Osserviamo che un'aggiunta di acqua ha schiarito la soluzione la cui tonalità è andata sul rosa,mentre l'aggiunta di AgNO ha formato un precipitato bianco

Finite le due esperienze abbiamo risposte a delle domande dateci dal professore,dove sono descritte le nostre deduzioni.

D:Quale variazione di concentrazione giustifica il cambiamento di colore che si manifesta in seguito al riscaldamento della soluzione?

R:La reazione [Co(H O) ]^-2 + 4Cl e la riscaldo forma una reazione endotermica.L'equilibrio chimico si sposta quindi da reagenti a prodotti,con conseguente aumento della concentrazione dei prodotti.

D:Quale variazione di concentrazione giustifica il cambiamento di colore nella soluzione raffreddata ?

R:Quando la raffreddo la reazione diviene esotermica.L'equilibrio chimico si sposta da prodotti a reagenti,con conseguente aumento della concentrazione dei reagenti.

D:Perché l'aggiunta di acqua determina un cambiamento di colore nella soluzione?

R:Perché l'aggiunta di acqua provoca la diminuzione della concentrazione (e non come si potrebbe pensare perché l'acqua diluisce la soluzione!) e l'equilibrio chimico si sposta da prodotti a reagenti (lo capisco guardando il colore).

D:Spiega per quale ragione l'aggiunta di AgNO determina uno spostamento dell'equilibrio

R:AgNO agisce con Cl- (ione cloro),precipita e diminuisce perciò la concentrazione di Cl- (che in pratica non c'è più nella reazione) che sposta l'equilibrio verso i reagenti per formare quello che è stato "tolto"

D:Che cosa afferma il principio di Le Chatelier?

R:Il principio di Le Chatelier dice che se si modificano dei fattori su un sistema all'equilibrio il sistema reagisce in modo da opporsi alle modificazioni indotte dall'esterno

CONCLUSIONI

Neanche in questo esperimento abbiamo avuto particolari difficoltà.