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In qualsiasi trasformazione chimica, la velocità con cui si formano i prodotti è governata dalla frequenza delle collisioni effettive tra le molecole dei reagenti. Aumentando la concentrazione di un reagente si aumenta la probabilità che si verifichi una collisione, accelerando così la reazione. Tuttavia questa relazione non è sempre lineare; ad alte concentrazioni, la reazione può essere limitata da fattori come la diffusione o la disponibilità di altri reagenti.
La teoria delle collisioni prevede che la costante di velocità k è proporzionale al numero di collisioni riuscite. Quando tutti i reagenti sono presenti in eccesso, la velocità segue la legge dell'azione di massa:r = k[A]^m[B]^n . Se un componente è in grande eccesso, il tasso può apparire indipendente dalla sua concentrazione.
Magnesio e acido cloridrico :Il magnesio metallico reagisce con l'HCl acquoso per produrre idrogeno gassoso. Una concentrazione di HCl più elevata fornisce più H+ ioni, aumentando la velocità con cui il metallo si dissolve. Se il magnesio è abbondante, ulteriori aumenti di HCl hanno un effetto decrescente.
Carbonato di calcio e acido cloridrico :In questa reazione acido-base, la velocità aumenta con la concentrazione di HCl fino al completo consumo del carbonato solido. L'aggiunta di altro carbonato di calcio solido oltre questo punto non accelera il processo.
Catalisi enzimatica :Le reazioni biologiche sono spesso mediate da enzimi. La velocità aumenta linearmente con la concentrazione dell'enzima fino a quando il substrato diventa il fattore limitante, dopodiché la reazione raggiunge la saturazione.
L'approccio più diretto è monitorare il consumo di un reagente o l'aspetto di un prodotto nel tempo. Le tecniche comuni includono la raccolta del gas, il cambiamento di massa, la spettrofotometria e la calorimetria. Ad esempio, l'idrogeno che si sviluppa quando il magnesio reagisce con l'acido può essere intrappolato in un cilindro graduato per fornire un chiaro profilo cinetico.
Tracciando la concentrazione in funzione del tempo, è possibile determinare se la variazione della concentrazione di un reagente altera la pendenza, un indicatore della variazione della velocità. Tali dati sono alla base della chimica quantitativa e vengono utilizzati abitualmente nella ricerca e nell'industria.
Ricorda, la velocità è influenzata da qualcosa di più della sola concentrazione; anche la temperatura, la pressione, i catalizzatori e lo stato fisico svolgono un ruolo critico.
