Che cosa si intende per cinetica chimica

Cinetica chimica

Velocità di reazione

La cinetica chimica studia la velocità delle reazioni chimiche e i meccanismi con cui queste avvengono.

Velocità di reazione

La velocità di una reazione chimica descrive quanto velocemente i reagenti vengono consumati ed i prodotti formati. La velocità di una reazione si determina sperimentalmente:

Equazione: H₂ (g) + 2 ICl(g) → I₂ (g) + 2 HCl(g)

\[ v = -\frac{1}{2} \frac{\Delta [\text{H}_2]}{\Delta t} = -\frac{\Delta [\text{ICl}]}{\Delta t} = \frac{\Delta [\text{I}_2]}{\Delta t} = \frac{1}{2} \frac{\Delta [\text{HCl}]}{\Delta t} \]

La velocità di reazione viene definita come la variazione della concentrazione di uno dei reagenti diviso per l’intervallo di tempo nel quale tale variazione è avvenuta: \(-\frac{\Delta C_{\text{reag}}}{\Delta t} = v\)

Fattori che influenzano la velocità di reazione

• La natura dei reagenti
• La concentrazione dei reagenti
• La temperatura
• La presenza di un catalizzatore

Le concentrazioni dei reagenti

La legge di velocità

La legge di velocità si ricava sperimentalmente studiando la dipendenza della velocità dalle concentrazioni:

Equazione: velocità = k [A]^x [B]^y

Esempio: \(2 \text{NO}_2 (g) + \text{F}_2 (g) \rightarrow 2 \text{FNO}_2 (g)\)

\(v = k [\text{NO}_2]^2 [\text{F}_2]\) (k = 1,0 × 10^-4 mol L^-1 s^-1)

La temperatura: l’equazione di Arrhenius

FIGURA 7-7 Illustrazione del lavoro (di espansione) durante una reazione chimica

Equazione di Arrhenius:

\[ k = A e^{-Ea/RT} \]

\[ \ln k = \ln A - \frac{Ea}{RT} \]

Teoria delle collisioni

Affinché abbia luogo una reazione, le molecole devono urtarsi. Gli urti devono essere efficaci. Perché un urto sia efficace, le specie reagenti devono:

• Possedere energia sufficiente per far avvenire la reazione
• Essere orientate in modo opportuno al momento della collisione

L’energia di attivazione

L’energia di attivazione è l’energia minima richiesta per la formazione del complesso attivato.

FIGURA 15-10 Profilo di reazione per la reazione (Complesso attivato) Piccin Nuova Libraria S.p.A.

Figura 16-10 Diagramma di energia potenziale. Dal volume: Whitten “Chimica Generale” Piccin Nuova Libraria S.p.A.

L’energia di attivazione è la minima energia cinetica necessaria perché gli urti tra particelle siano efficaci a far avvenire una reazione.

Figura 16-13 Effetto della temperatura sul numero di molecole che hanno energia cinetica maggiore di Ea: \(N = Ne^{-Ea/RT}\)

\(k\) è legata alla frequenza degli urti efficaci tra quelle particelle che possiedono Ea:

\(k = Z \cdot P \cdot e^{-Ea/RT}\) (Z: frequenza collisioni, P: probabilità di orientazione favorevole)