Appunti di Chimica

Cinetica chimica e catalizzatori

Velocità di reazione

In una esplosione la velocità di reazione è molto alta e la concentrazione dei reagenti (o dei prodotti) cambia molto velocemente. In un processo fermentativo la concentrazione dell'alcool prodotto aumenta molto gradualmente per cui la reazione è molto lenta.

Equazione cinetica

Cinetica chimica: aA + bB + … → lL + mM + …

Dipendenza dalla concentrazione dei reagenti, temperatura e catalizzatori.

Velocità media di reazione: (+) velocità di formazione di un prodotto dC/dt > 0; (−) velocità di trasformazione di un reagente dC/dt.

Reazioni e meccanismi

Reazioni che avvengono in un unico stadio e si ripetono molte volte sono dette a meccanismo semplice. Quelle che avvengono attraverso una concatenazione di più stadi sono a meccanismo complesso.

Processi elementari

I singoli processi elementari sono classificati in base alla loro molecolarità:

• Monomolecolari: una particella.
• Bimolecolari: due particelle.
• Trimolecolari: tre particelle (più rari).

Energia di attivazione

L'energia di attivazione è la barriera energetica che impedisce a un processo chimico, favorito termodinamicamente, di avvenire spontaneamente.

Teoria delle collisioni molecolari

Per spiegare l'effetto della temperatura sulla cinetica di una reazione che procede con un meccanismo semplice, in fase gassosa, si considera la teoria delle collisioni molecolari:

• Urti efficaci tra le molecole dei reagenti conducono alla formazione dei prodotti.
• Urti con un'orientazione favorevole.
• Urti con un'energia sufficientemente alta.

Catalizzatori

Catalizzatori positivi: sostanze che aumentano la velocità di una reazione.

Catalizzatori negativi (inibitori): sostanze che diminuiscono la velocità di una reazione.

I catalizzatori non possono fare avvenire reazioni termodinamicamente impossibili, sono inalterati al termine della reazione, non variano la resa della reazione e modificano il meccanismo della reazione.

Caratteristiche dei catalizzatori

• Attività: numero di moli di reagente trasformato nell'unità di tempo rispetto all'unità di massa del catalizzatore.
• Selettività: deve aumentare la velocità della reazione desiderata.
• Stabilità: deve conservare le stesse priorità.

Equilibri tra fasi diverse e diagrammi di stato

Cambiamento di stato

Il cambiamento di stato (o di fase) per una sostanza pura avviene a temperatura costante. Gli stati di equilibrio di un sistema sono definiti dai parametri temperatura (T), pressione (P) e concentrazione, legati dall'Equazione di Stato.

Regola delle fasi

La Regola delle Fasi permette di definire lo stato di equilibrio in un sistema eterogeneo: V = C – F + 2, dove V è la varianza o grado di libertà; C sono i componenti indipendenti del sistema; F sono le fasi presenti nel sistema.

Equazione di Clausius-Clapeyron

Descrive la relazione esistente tra pressione e temperatura quando un sistema è costituito da una sola specie presente in due fasi distinte in equilibrio.

Proprietà colligative

Sistemi a due componenti

Le proprietà colligative dipendono dalla proporzione numerica tra molecole di soluto e di solvente:

• Abbassamento della tensione di vapore della soluzione rispetto a quella del solvente puro.
• Aumento del punto di ebollizione della soluzione rispetto a quella del solvente puro.
• Abbassamento del punto di congelamento della soluzione rispetto a quello del solvente puro.
• Pressione osmotica.