Chimica generale - la cinetica chimica

Cinetica chimica

Reazioni non catalizzate

Ossidi d'azoto, idrocarburi incombusti, ossido di carbonio: → ΔG°

• ΔG° -12: NO (g) → N₂ (g) + 2 O₂ (g) = -102,58 kJ/mol
• ΔG° -1: C₆H₆ (g) + 15/2 O₂ (g) → 6 CO₂ (g) + 3 H₂O(l) = -3207,36 kJ/mol
• -12: CO(g) + O₂ (g) → 2 CO₂ (g) = -514,42 kJ/mol

Le reazioni di consumo degli inquinanti sono spontanee, ma lentissime!

Reazioni auto catalizzate

N₂ (g), O₂ (g), CO₂ (g), H₂O (g)

La termodinamica permette di stabilire se la reazione è spostata a favore dei prodotti e le quantità di sostanze chimiche che reagiscono per raggiungere lo stato di equilibrio.

Reazione chimica

La cinetica permette di stabilire quali fattori influenzano il tempo necessario affinché la reazione raggiunga lo stato di equilibrio.

• La reazione di ossidazione del diossido di zolfo (anidride solforosa) a triossido (anidride solforica) 2 SO₂ (g) + O₂ (g) → 2 SO₃ (g) a T ambiente non dà risultati apprezzabili neanche dopo molti giorni; ma se aumentiamo la temperatura o se introduciamo V₂O₅ (un catalizzatore), la reazione è velocissima.
• La reazione di formazione dell'acqua dagli elementi: 2 H₂ (g) + O₂ (g) → 2 H₂O (g) è veloce a alta T, ma a T ambiente non lo è affatto.

È ovvia perciò l'importanza di studiare la velocità di reazione, i fattori che la influenzano, il meccanismo che essa segue.

Variazione di concentrazione

• La variazione nel tempo della composizione di un sistema è oggetto della cinetica chimica.
• La variazione (Δ[A],..) della concentrazione delle varie specie chimiche [A], [B] etc. (mol/L) si può seguire nel tempo misurando una o più proprietà che dipendono dalla concentrazione (e.g. intensità di assorbimento della luce, pressione, conducibilità).

La velocità istantanea è la velocità ad un particolare istante. Essa può essere determinata tracciando la retta tangente alla curva concentrazione/tempo per il particolare valore di tempo scelto e calcolandone la pendenza = Δ[NO]/Δt.

La velocità di reazione media viene ottenuta dividendo la variazione della concentrazione di un reagente o di un prodotto, per l’intervallo di tempo nel quale è avvenuta la reazione.

Velocità di reazione

La velocità di una reazione chimica è la velocità di scomparsa di un reagente o la velocità di produzione di un prodotto:

• 2 NO(g) + Br₂ (g) → 2 NOBr (g)
  • = - = = 1 [NOBr] 1 [NO] [Br₂] d d d 2v 2 2dt dt dt
• L’unità di misura della velocità è mol L^-1 s^-1.
• N₂ (g) + 3 H₂ (g) → 2 NH₃ (g)
  • = - = - = d[N₂] 1 d[H₂] 1 d[NH₃]
  • v dt 3 dt 2 dt

In generale: aA + bB → cC + dD = - = - = + = + 1 d[A] 1 d[B] 1 d[C] 1 d[D] v dt dt dt dt