Appunti di chimica su Cinetica chimica, Teoria degli urti, catalizzatori

CINETICA

RIEPILOGO

• STECHIOMETRIA: Informazioni solo relative al numero di moli.
• TERMODINAMICA: Informazioni solo spontaneità delle reazioni.
• CINETICA: Studia la DINAMICA DELLE REAZIONI CHIMICHE, ed in particolare la loro VELOCITÁ.

VELOCITÁ DI REAZIONE

(A + B → C + D)

Data una generica reazione, si definisce "velocità di reazione" l'aumento della concentrazione dei prodotti rispetto al tempo, o la diminuzione della concentrazione dei reagenti rispetto al tempo.

VELOCITÁ MEDIA DI REAZIONE

Dal momento che la velocità di reazione non è costante nel tempo e diminuisce man mano che la reazione procede, bisogna considerare la

VELOCITÁ ISTANTANEA DI REAZIONE

Se consideriamo una reazione del tipo

velocità istantanea vengono introdotti fattori stechiometrici:

FATTORI CHE INFLUENZANO LA VELOCITÁ

Le reazioni possono avvenire in sistemi in cui è presente una sola fase (REAZIONI OMOGENEE) o più fasi (REAZIONI ETEROGENEE). Questi stati di aggregazione → diversi stati di aggregazione

• FATTORI DA CUI DIPENDE LA VELOCITÁ DI UNA REAZIONE OMOGENEA

• NATURA DEI REAGENTI
• CONCENTRAZIONE
• TEMPERATURA
• PRESENZA DI CATALIZZATORI
• PRESSIONE (valori per reazione avvenga in fase omogenea stessa sola)

FATTORI CHE POSSONO UTILIZZARE PER MODIFICARE VELOCITÁ

CINETICA

RIEPILOGO

STECHIOMETRIA → Informazioni solo relative al numero di moli.

TERMODINAMICA → Informazioni sullo spontaneo delle esistenze.

CINETICA → Studia le DINAMICA DELLE REAZIONI CHIMICHE, ed in particolare, al loro VELOCITÀ.

VELOCITÀ DI REAZIONE

(A + B → C + D)

Data una generica reazione, si definisce "velocità di reazione" l'aumento della concentrazione dei prodotti, rispetto al tempo, o la diminuzione della concentrazione dei reagenti rispetto al tempo.

VELOCITÀ MEDIA DI REAZIONE

Dal momento che la velocità di reazione non è costante nel tempo e diminuisce man mano che la reazione procede, bisogna considerare cena?

VELOCITÀ ISTANTANEA DI REAZIONE

Se consideriamo una reazione del tipo aA + bB → cC + dD vlic

FATTORI CHE INFLUENZANO LA VELOCITÀ

Le reazioni possono avvenire in sistemi in cui è presente una sola fase (REAZIONI OMO INGE NEE) o più fasi (REAZIONI ETEROGENEE)Stessi stati di aggregazione è diversa, stati di aggregazione.

• NATURA DEI REAGENTI
• CONCENTRAZIONE
• TEMPERATURA
• PRESENZA DI CATALIZZATORI
• PRESSIONE (valore re reazione avvenga in fase omogeneo stesso sol)

FATTORI DA CUI DIPENDE LA VELOCITÀ DI UNA REAZIONE OMOGENEA

FATTORI CHE POSSONO UTILIZZARE PER MODIFICARE VELOCITÀ

RELAZIONE SPERIMENTALE DELLA VELOCITÀ

v = k [A]^mA [B]^nB

Dalla seguente equazione - aA + bb → cC +dD la velocità è

data dal prodotto di una costante k che moltiplica le concentra¬

zioni dei reagenti ognuno elevato al proprio ORDINE PARZIALE

di reazione.

• Possono coincidere con i coefficienti stechiometrici ma in
• realtà non spesso indicano le quantità di particelle
• che partecipano effettivamente alla reazione cioè
• quanto reagisce di A e quanto di B.

Con tale relazione è possibile spiegare l’effetto della PRESSIONE:

Dalla relazione si vede come CONCENTRAZIONE e velocità siano direttamente

proporzionali; di conseguenza se aumentiamo la concentrazione aumenta v.

Dal momento che P=RT (allo stato gassoso) dove n=

ne segue che se aumentiamo pressione aumenta v,

concentrazione aumenta e aumenta la velocità.

Tramite altri effetti sul legame di K.

RELAZIONE DI ARRHENIUS

K= A • e^-Ea/RT

Dove

• A= COSTANTE CHE DIPENDE DALLA NATURA DEI
• R= BASE DEI LOG NATURALI 2,71
• E= ENERGIA DI ATTIVAZIONE DELLA REAZIONE
• R= COSTANTE UNIVERSALE DEI GAS PERFETTI
• T= TEMPERATURA ASSOLUTA

o COSTANTE DI VELOCITÀ

o VELOCITÀ SPECIFICA

DI REAZIONE

Con tale relazione è possibile spiegare l’effetto della TEMPERATURA:

All’aumentare della temperatura aumenta la velocità in modo

esponenziale.

L’effetto del CATALIZZATORE dipende invece dal fattore A

Questi sono tutti DATI SPERIMENTALI, che per avere un significato scientifico

devono essere supportati da una TEORIA:

TEORIA DELLE COLLISIONI O URTI

Parte dal presupposto che affinché le molecole dei reagenti possano

dar luogo ad una reazione chimica, esse devono URTARSI con un'

energia cinetica sufficientemente elevata e gli urti devono essere

correttamente orientati.

Pertanto, la velocità della REAZIONE dipende dalla FREQUENZA

degli URTI EFFICACI (sufficientemente energetici e correttamente orientati)

Con questa teoria si può spiegare l’effetto della CONCENTRAZIONE:

aumentando la concentrazione, aumenta la probabilità che

le particelle si urtino e, di conseguenza, le probabilità che gli urti siano

efficaci aumentano

Per spiegare l’effetto della TEMPERATURA bisogna pensare ai diagrammi di

Maxwell e Boltzmann, sulla distribuzione delle energie cinetiche.

In aumento di temperatura, aumenta la velocità delle particelle, quindi aumenta

il numero di particelle che possiedono un’energia elevata.

(ENERGIA CINETICA ELEVATA = PIÙ URTI EFFICACI)

In particolare, gli urti per essere efficaci devono avere un’energia cinetica pari o maggiore dell’ENERGIA DI ATTIVAZIONE (E_a)

DELLA REAZIONE.

Quest’ultima è un’ENERGIA POTENZIALE specifica per ogni reazione ed

è un VALORE FISSO: è il valore minimo di energia cinetica che le

particelle devono possedere affinché i loro urti siano efficaci e producano

una reazione chimica.

A temperature più elevate,

aumenta il numero di molecole

che possiedono un’energia

cinetica maggiore (o uguale)

all’energia di attivazione

aumenta il numero di molecole

che possono dar luogo a urti

efficaci ☞ aumento ✓

Quindi il fattore  e^-E_a/RT esprime la frazione di urti che ad una certa temperatura presenta un E_s > E_a → URTI EFFICACI

SEMPLICE

Rispettiamo 1

con Es= 13 kJ/mol 

e^-E_a/RT = ^-15000/_8.314×303

R=8.314 I/mol K

El=2.4733

≡r≡=

RISULTATI

REAZIONI CON EU ELEVATA SONO REAZIONI PIÙ LENTE

Per aumentare la velocità di una reazione si devono aumentare il numero di particelle con energia cinetica >

Dal momento che E_a è un valore fisso da noi non modificabile (e non lo possiamo quindi sbarazzare), agisce il fattore 

per temperatura aumentiamo i numero

di particelle >E_a, e quindi 

aumentiamo il numero degli urti efficaci

In l'incremento delle velocità come considerazioni dell'aumento della temperatura non è lo stesso per tutte le reazioni. Le reazioni con un'elevata E_a più sensibili alle variazioni di temperatura

Il fattore pre-esponenziale A è un valore caratteristico per ogni reazione che ragionevolmente costante al variare della temperatura

Essa è il prodotto di due controlli

1. Fattore di probabilità (che dipende dalla geometria delle molecole e corretto orientamento)
2. Fattore di frequenza (che dipende dalle dimensioni delle particelle)

DA A dipende l'effetto del CATALIZZATORE