Chimica generale e inorganica - la cinetica

Capitolo 14: La cinetica chimica

La cinetica chimica è quella branca della chimica che si propone di studiare la velocità di una reazione, i fattori che la influenzano e i meccanismi in cui una reazione avviene. Sappiamo che le reazioni non avvengono tutte allo stesso modo e tutte alla stessa velocità né tantomeno avvengono con una sola trasformazione di reagenti in prodotti; molto spesso infatti i reagenti attraversano numerosi stadi intermedi per poi arrivare a quello finale. Di tutte queste problematiche si occupa la cinetica.

Definizione di velocità di reazione

La velocità di una reazione chimica per definizione è il tempo necessario per la trasformazione completa di reagenti in prodotti; essa si indica con v=Δc/Δt; intendiamo Δc come l’aumento della concentrazione molare di uno dei prodotti; viceversa se avessimo voluto indicare la diminuzione di uno dei reagenti avremmo dovuto anteporre a Δc il segno negativo. Tuttavia queste formule non possono essere univoche quindi si è fatto ricorso alla variazione infinitesimale dc/dt sempre con segno positivo o negativo a seconda della situazione; anche questo però non era sufficiente a dare univocità quindi si è ricorso a una formula sempre più semplice: nella reazione generica aA + bB → cC + dD possiamo indicare la velocità come il rapporto tra la variazione della concentrazione molare di uno dei componenti nell’unità di tempo diviso il suo coefficiente stechiometrico, sempre tenendo presente il segno da anteporre.

Fattori che influenzano la velocità di reazione

Diciamo infine che tale velocità può essere influenzata da diversi fattori: radiazioni, catalizzatori, concentrazione dei reagenti, variazione di temperatura. Come anticipato uno dei fattori che influenza la velocità di reazione è la concentrazione dei reagenti; quanto più è elevata la concentrazione tanto più aumenta la velocità, la relazione fra essa è stata spiegata sperimentalmente dall’equazione di velocità o equazione cinetica: prendendo in considerazione la reazione generica aA + bB → cC + dD abbiamo che v = k * [A]* [B] elevati ai loro coefficienti stechiometrici la cui somma ci darà l’ordine di una reazione. K è definita velocità specifica o costante di velocità ed è tipica per ogni reazione.

Meccanismi di reazione

Come già anticipato, la cinetica si occupa di conoscere i meccanismi di reazione invisibili alla stechiometria e per conoscerli si può partire dall’equazione cinetica. Generalmente pochissime reazioni avvengono in un singolo stadio ma tramite un flusso di stadi intermedi che porteranno alla formazione dei prodotti finali; a seconda che ogni stadio avvenga tra una, due o più molecole...