Cinetica chimica

APPUNTI DI

CHIMICA

CINETICA CHIMICA

a.a. 2020 / 2021

Politecnico di Milano

Corso di studi in Ingegneria Meccanica APPUNTI DI CHIMICA

Cinetica chimica

Cinetica chimica = studio della velocità di reazione

Anche se una reazione è termodinamicamente possibile (DG < 0),

non sempre tale reazione avverrà: ciò dipende dalla cinetica

chimica.

Ad es.: il diamante, termodinamicamente parlando, può trasformarsi

in grafite. Questo non avviene poiché tale trasformazione è

cinematicamente impossibile: sono necessari, infatti, tempi

estremamente lunghi affinché tale reazione effettivamente avvenga.

Energia di reazione

Ogni reazione ha una soglia di energia che le molecole che si urtano

devono superare per agire; solo gli urti la cui energia di collisione

supera un certo valore critico, sono efficaci per la formazione di

prodotti.

A livello molecolare, prima di una collisione, parte dell’energia

cinetica si converte in energia potenziale; durante l’urto tutta

l’energia cinetica viene convertita in potenziale; se questa energia

potenziale è minore dell’energia di attivazione le molecole

rimbalzano una contro l’altra e non avviene alcuna reazione; se

l’energia è sufficiente le molecole rompono i loro legami in uno stato

di transizione nel quale si forma un complesso attivato, un composto

intermedio altamente reattivo tra reagenti e prodotti, dopo il quale si

formeranno nuovi legami dando origine a dei composti a minore

energia potenziale.

Nello stato di transizione l’energia potenziale è massima.

E prodotti < E reagenti < E complesso

potenziale potenziale potenziale

attivato

E di attivazione <= E complesso attivato – E

potenziale potenziale

reagenti 1

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Fattori che determinano la velocità di reazione

1. Concentrazione dei reagenti

Affinché due atomi o molecole si trasformino in prodotti deve

verificarsi una collisione. La teoria degli urti spiega l’effetto della

concentrazione sulla velocità di reazione: maggiore è la

concentrazione, più possibilità hanno le molecole di urtarsi e

maggiore sarà la velocità della reazione.

2. Stato fisico dei reagenti

Affinché le molecole si urtino, le molecole dei reagenti devono

mischiarsi tra di loro.

Se le reazioni coinvolgono solidi, gli urti avvengono solo sulle

superfici del solido. È necessario quindi un’area superficiale

maggiore affinché la velocità della reazione aumenti.

Ad es.: è necessario polverizzare un solido

3. Temperatura

Le molecole devono urtarsi con un’energia sufficiente elevata

affinché la reazione avvenga. Aumentando la temperatura

aumenta l’energia cinetica e quindi aumenta anche il numero di

urti ad alta energia e, per conseguenza, aumenta la velocità

della reazione.

Affinché gli urti siano efficaci è necessario che il numero di urti

sia sufficientemente elevato, che le molecole coinvolte in un

urto abbiano un’orientazione appropriata e che l’energia sia

sufficiente. Gli urti efficaci sono una piccola quantità degli urti

totali.

L’orientazione favorevole al verificarsi di urti corrisponde

all’orientazione delle molecole all’interno della geometria

molecolare dei prodotti.

Maggiore sarà la temperatura, maggiore sarà la possibilità di

verificarsi di urti efficaci.

2

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4. Impiego di catalizzatori

sostante che non vengono consumate durante la reazione

➔ accelerano reazioni già termodinamicamente possibili

➔ abbassando l’energia di attivazione, aumentando quindi il

numero di molecole che possono compiere urti efficaci

+

esempio di catalizzatore è lo ione

➔