Chimica generale e inorganica - la cinetica

VELOCITà DI UNA RAZIONE,I FATTRI CHE LA INFLUENZANO E I

MECCANISMI IN CUI UNA REAZIONE AVVIENE. Sappiamo che le reazioni no

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. 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 tendendo presente il segno da anteporre. 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

esse 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.

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 formazioni dei prodotti finali; a seconda

che ogni stadio avvengo tra una ,due o più molecole o particelle parliamo di stadi

MONOMOLECOLARI,BIMOLECOLARI e TRIMOLECOLARI, quest’ultimo

particolare perché prevede l’intervento di una terza molecola che abbassa l’energia

messa in gioco dalla reazione fra le due da sole. Quando uno stadio è particolarmente

più lento degli altri è esso a dare la velocità alla reazione e a conferire l’ordine a essa

mediante la sua molecolarità. Diciamo infine che talvolta durante gli stadi vengono

prodotti alcuni INTERMEDI DI REAZIONE, sostanze che non compaiono nella

reazione finale e che devono essere subito eliminati nello stadio successivo.

Dobbiamo fare una distinzione necessaria tra due tipi di reazioni:esotermica con

cessione di energia e ΔH<0 (disegnare grafico)

e endotermica con assorbimento di energia e ΔH>0 (disegnare grafico)

Abbiamo detto che fra i fattori che influenzano la velocità c’è la temperatura per un

motivo molto semplice: se aumenta la temperatura aumenta anche in numero di urti

fra le molecole e quindi la velocità, tuttavia non tutte le molecole possono compiere

urti efficaci ma solo quelle con energia uguale o maggiore a un certo valore di

ENERGIA DI ATTIVAZIONE definito E .Per capire meglio tale relazione è bene far

a

riferimento al grafico di Maxwell e Boltzmann (disegnare grafico); coe si può vedere

a temperatura alta la razione di molecole capace di urti efficaci è bassa mentre

aumentando la temperatura anche la frazione di molecole aumenta.

A questo proposito è stata spiegata la relazione tra K e T, in particolare si è ricordi al

fattore bi Boltzmann arrivando a definire la costante di velocità come il prodotto tra

A(fattore di frequenza degli urti) * e(numero di Nepero)elevato a –Ea/RT. Tale

equazione prende il nome di equazione di ARRHENIUS. Quando due reagenti in

condizioni di possibilità di urti efficaci si scontrano e si combinano per formare i

prodotti e hanno un valore di energia E1,conoscono uno stato intermedio definito

COMPLESSO ATTIVATO≠ ; tale complesso con energia maggiore dei reagenti

rappresenta il momento in cui è avvenuto l’urto e stanno per rompersi i legami, a

questo punto l’energia si abbassa e si formano i prodotti con energia E2 minore di

quella dei reagenti infatti ΔE = E1-E2, infine si definisce Ea la differenza tra l’energia

del complesso attivato e quella dei reagenti. (scrivere grafico)

Diciamo infine che esistono alcuni composti che interagiscono nelle reazioni

chimiche in grado di modificare la velocità di reazione essi infatti sono detti positivi

se la aumentano negativi se la rallentano. I catalizzatori sono dei composti chimici in

grado di entrare in gioco nella reazione ma non consumarsi o meglio di consumarsi

per poi essere subito riformati; essi danno vita alle reazioni di CATALISI che può

essere omogenea se tutti i componenti compreso il catalizzatore sono nella stessa

fase, eterogenea se si trovano in fasi diverse. Per quanto riguarda la c. omogenea è

bene fare riferimento alla reazione che porta alla formazione di anidride solforica

dall’anidride solforosa per poi sintetizzare l’acido solforico.(scrivere reazione)

I catalizzatori non hanno vita infinita; essi infatti che lavorano grazie alla sensibilità

dei siti attivi delle sostanze con cui si legano,sono strettamente legati a essi e se

questi ultimi subiscono modifiche allora i c. perde la propria efficacia; ecco che si

dicono invecchiati oppure avvelenati: nel primo caso la causa può essere aumento di

temperatura o pressione improvviso ,nel secondo l’interazione dei c. stessi con una

sostanza come l’acido cianidrico HCN o composti del piombo o dell’arsenico.

Infine diciamo che (scrivere reazione generica e tutte le sue derivazioni)