Classe quarta, secondaria di secondo gradoPercorso edumaterial
Che cosa imparerai
- Leggere il confronto sperimentale senza confondere fattori.
Prima di iniziare
- Urti molecolari
- Enzimi
L'idea centrale
La velocità di reazione descrive come varia una concentrazione nel tempo. Aumentare la concentrazione può aumentare gli urti efficaci, ma l'ordine di reazione va determinato sperimentalmente, non dedotto in automatico dai coefficienti della reazione globale. La temperatura modifica la distribuzione delle energie e in genere aumenta la quota di urti che supera la barriera. Un catalizzatore offre un percorso alternativo e non viene consumato nel bilancio complessivo.
La velocità iniziale descrive quanto rapidamente varia una concentrazione all'avvio, quando le condizioni di partenza sono note. Una legge empirica come v = k[A]^m[B]^n riassume come cambia la velocità quando si varia una concentrazione mantenendo controllate le altre. Gli esponenti non si leggono in generale dai coefficienti dell'equazione globale: occorrono prove in cui cambia un reagente per volta. Se A raddoppia e la velocità quadruplica, il dato è compatibile con ordine due rispetto ad A nelle condizioni esaminate; non rivela da solo ogni tappa microscopica.
Temperatura e catalizzatore agiscono in modi che non vanno confusi con l'ordine rispetto a un reagente. Una temperatura maggiore cambia la distribuzione delle energie degli urti; un catalizzatore fornisce una via con barriera più bassa e non modifica la differenza energetica complessiva fra reagenti e prodotti. Per attribuire una differenza osservata alla concentrazione, le prove devono avere stessa temperatura, stesso catalizzatore e stessa procedura di misura. Su un grafico concentrazione-tempo, la pendenza locale cambia durante la reazione; non usare una velocità media lunga come se fosse quella iniziale. Una correlazione fra due prove resta limitata alle condizioni misurate.
- Criterio
- Un ordine cinetico è empirico: descrive rapporti di velocità misurati con altre condizioni controllate.
Come procedere
- Verifica che cambi un solo fattore fra prove comparate.
- Confronta rapporti di concentrazione e velocità iniziale, poi limita la conclusione alle condizioni misurate.
Esempio svolto
A temperatura fissa, passando da [A] = 0,10 M a 0,20 M la velocità iniziale passa da 3 a 12 unità. Le altre condizioni non cambiano. Trova l'ordine empirico rispetto ad A.
- Calcolo il rapporto delle concentrazioni: 0,20/0,10 = 2.
- Calcolo separatamente il rapporto delle velocità: 12/3 = 4.
- Cerco n in 4 = 2^n e mantengo la conclusione entro le condizioni controllate.
Ordine empirico due rispetto ad A, nelle condizioni delle due prove.
Errore da evitare
Leggere l'esponente cinetico direttamente dal coefficiente stechiometrico senza dati o applicare un confronto con più fattori cambiati insieme.
Controllo e limiti
- I grafici illustrano dati ipotetici, non una legge universale.
- La ripartizione tra terza e quarta è una scelta editoriale.
Prova subito
Raddoppiare [A] a temperatura fissa rende la velocità iniziale otto volte maggiore: quale ordine empirico rispetto ad A?
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: Tre.
Nel confronto v₂/v₁=([A]₂/[A]₁)^n: 8=2³, quindi n=3 nelle condizioni misurate.
Risposta: Tre.
Nel confronto v₂/v₁=([A]₂/[A]₁)^n: 8=2³, quindi n=3 nelle condizioni misurate.
Perché due prove con concentrazione e temperatura diverse non isolano l'effetto di [A]?
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: Perché variano due fattori contemporaneamente.
Serve controllare la temperatura per attribuire la differenza alla concentrazione.
Risposta: Perché variano due fattori contemporaneamente.
Serve controllare la temperatura per attribuire la differenza alla concentrazione.
Un catalizzatore cambia la differenza energetica reagenti-prodotti?
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: No.
Modifica la barriera del percorso, non gli stati iniziale e finale.
Risposta: No.
Modifica la barriera del percorso, non gli stati iniziale e finale.
Triplicare [B] a temperatura fissa triplica la velocità iniziale, con gli altri reagenti costanti. Quale ordine empirico rispetto a B è compatibile?
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: Uno.
Il rapporto 3 = 3^n dà n = 1 per queste prove.
Risposta: Uno.
Il rapporto 3 = 3^n dà n = 1 per queste prove.
Con [A] costante, la velocità iniziale è 6 unità senza catalizzatore e 15 con catalizzatore, alla stessa temperatura. Che effetto è supportato dai dati e quale no?
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: La catalisi aumenta la velocità iniziale da 6 a 15 in queste condizioni; i dati non mostrano uno spostamento dell'equilibrio.
Il confronto isola la presenza del catalizzatore e misura la cinetica, non la composizione finale.
Risposta: La catalisi aumenta la velocità iniziale da 6 a 15 in queste condizioni; i dati non mostrano uno spostamento dell'equilibrio.
Il confronto isola la presenza del catalizzatore e misura la cinetica, non la composizione finale.
Allineamento curricolare e fonti
- SCIENZE NATURALI · DM 211/2010, Allegato F, Liceo scientifico ordinario, parte 1 · DM 211/2010 · Allegato F · Liceo scientifico ordinario · obiettivi delle discipline
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Esercitarsi su questo: Cinetica: concentrazione, temperatura e catalisi