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Organic Chemistry

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Esecuzione di reazioni al di sotto della temperatura ambiente

Panoramica

Fonte: Laboratorio della Dott.ssa Dana Lashley - College of William and Mary

Dimostrazione di: Matt Smith

Quando si formano nuovi legami nel corso di una reazione chimica, è necessario che le specie coinvolte (atomi o molecole) si avvicinino molto strettamente e si scontrino l'una con l'altra. Le collisioni tra queste specie sono più frequenti ed efficaci quanto maggiore è la velocità con cui queste molecole si muovono. Una regola empirica ampiamente utilizzata, che ha le sue radici nell'equazione di Arrhenius1, afferma che l'aumento della temperatura di 10 K raddoppierà approssimativamente la velocità di una reazione, e l'aumento della temperatura di 20 K quadruplicherà la velocità:

(1) Equation 1

L'equazione (1) si trova spesso nella sua forma logaritmica:

(2) Equation 2

dove k è la velocità della reazione chimica, A è il fattore di frequenza (relativo alla frequenza delle collisioni molecolari), Ea è l'energia di attivazione richiesta per la reazione, R è la costante ideale del gas e T è la temperatura alla quale avviesi la reazione.

Una temperatura più elevata significa quindi che una reazione viene completata molto più velocemente. Tuttavia, in alcuni casi è auspicabile effettuare reazioni a basse temperature, nonostante l'effetto di abbassamento sulla velocità della reazione. Alcuni scenari a questo proposito sono elaborati più avanti.

Quando è utile eseguire una reazione al di sotto della temperatura ambiente, i chimici usano bagni di raffreddamento per mantenere una certa temperatura o intervallo di temperatura. Le reazioni vengono raffreddate alla temperatura desiderata posizionando il pallone di reazione all'interno di un bagno di raffreddamento appropriato. I reagenti nella reazione non entrano mai in contatto diretto con le sostanze chimiche nel bagno di raffreddamento. Il bagno di raffreddamento può essere costituito da un singolo componente criogenico (raffreddamento) (come ghiaccio, ghiaccio secco o azoto liquido) o può essere una miscela del componente criogenico con un determinato solvente e/o un sale additivo. Lo scopo del solvente è quello di trasferire efficacemente la temperatura dell'agente di raffreddamento al pallone di reazione e lo scopo dell'additivo è quello di abbassare (o deprimere) il punto di congelamento della miscela. (Si noti che è possibile che una sostanza sia sia un solvente che un additivo.)

Procedura

Configurazione del bagno di raffreddamento

Per un allestimento generale, preparare il bagno di raffreddamento preferito come descritto di seguito e immergere il pallone di reazione nel bagno (Figura 1). Non riempire il recipiente del bagno fino in fondo, ma lasciare abbastanza spazio per consentire l'immersione del pallone di reazione.

Nota: se la reazione è sensibile all'umidità, prestare molta attenzione quando si aggiungono reage

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Riferimenti

  1. Gordon, A. J., Ford, R. A. The Chemist's Companion - A Handbook of Practical Data, Techniques, and References. Chapter 11 (1973) ISBN: 978-0-471-31590-2.
  2. Rondeau, R. E. Slush baths. J. Chem. Eng. Data. 11, 124 (1966)

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