La cinetica chimica

La cinetica chimica

La cinetica chimica è quella branca della chimica che studia la velocità di reazione e i fattori che la influenzano. Il suo campo di studio si estende anche ai meccanismi di reazione, ossia alla particolare sequenza di eventi che portano i reagenti a trasformarsi nei prodotti finali. La cinetica chimica studia la velocità e il meccanismo con cui procede una reazione chimica.

La velocità di reazione è la velocità di trasformazione di questo o quel reagente (equivalente alla velocità di formazione di questo o quel prodotto).

d(R_i) / dt = - d(P_i) / dt

Reazioni elementari e molecolarità di reazione

La maggior parte delle reazioni si presta ad essere analizzata in una successione di fasi (reazioni elementari, o eventi reattivi) a ciascuna delle quali partecipano, una, due, o, molto più raramente, tre molecole. La molecolarità di un singolo evento reattivo è il numero di molecole che vi prendono parte.

Un evento monomolecolare vede la scissione di una sola molecola o il riordinarsi dei suoi atomi in una nuova disposizione. Se l’evento è bimolecolare, saranno due molecole ad urtarsi, scambiandosi energia, atomi, gruppi di atomi o subendo qualche altro tipo di trasformazione.

k₁ A → P

k₂ A + B → P

Il meccanismo cinetico di una reazione è la sequenza di reazioni elementari che vi prendono parte.

Teoria della collisione

Considerando un singolo evento reattivo bi-molecolare:

A + B → P

Perché A e B reagiscano occorre:

• Che A e B si urtino;
• Che l’urto sia efficace, cioè che le molecole posseggano energia sufficiente e che l’urto avvenga in zone reattive (effetto sterico).

La reazione avrà luogo solo se le molecole reagenti posseggono un’energia cinetica superiore ad un valore minimo, detta energia di attivazione E_att. Detta E_att è il dislivello energetico tra l’energia libera dei reagenti e lo stato di transizione, che corrisponde al punto più alto del grafico dell’energia libera del sistema di reazione. In altre parole, lo stato di transizione è lo stadio più energetico della reazione, in cui i reagenti stanno rompendo i legami per diventare prodotti e, nello stesso tempo, si stanno formando i nuovi legami che permettono la formazione dei prodotti.

Meccanismo di reazione

Data una determinata reazione chimica

A + B = P

Il meccanismo cinetico con cui procede è la sequenza di reazioni elementari che dai reagenti portano ai prodotti. Per esempio:

A → I (prima reazione elementare, monomolecolare)

I + B → P (seconda reazione elementare, bimolecolare)

Equazione cinetica di reazione