Università di Ferrara - Dipartimento di Chimica
Cinetica Chimica
Studio della velocità di reazioni chimiche
Spettrofotometria Uv-Visibile
Interazione materia - luce
Dott. Michele Orlandi
Cinetica chimica
REAZIONE CHIMICA ALL’EQUILIBRIO
Aa + bB
cC + dD
REAGENTI
PRODOTTI
K=
[C]c[D]d
[A]a [B]b
- Ogni reazione chimica tende spontaneamente all’equilibrio
- L’equilibrio è dinamico
- All’equilibrio le [ ] di reagenti e prodotti restano invariate nel tempo
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Cinetica chimica
CINETICA DI UNA REAZIONE
Studio della velocità con cui avviene una reazione e dei fattori che la influenzano.
RILEVANZA TEORICA: permette di ottenere informazioni sul
meccanismo di reazione.
UTILITA’ PRATICA: ci dice in quanto tempo il sistema raggiunge
l’equilibrio. Sta alla base di ogni progettazione e ottimizzazione di
processi chimici produttivi.
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Cinetica chimica
In che modo ci si accorge che la reazione è partita e va avanti?
Le concentrazioni dei reagenti
diminuiscono nel tempo
Le concentrazioni dei prodotti
aumentano nel tempo
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Cinetica chimica
Velocità di reazione:
A
prodotti
v = - D[A] / Dt
v = - d[A] / dt = k [A]
ln[A]t = ln[A]0 -kt
Legge cinetica integrata del primo ordine
Permette di ottenere la concentrazione del reagente in qualsiasi
istante successivo all’inizio della reazione
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Cinetica chimica
La velocità di una reazione dipende dalle
concentrazioni dei reagenti
Aa + bB
cC + dD
v = k [A]m [B]n
Fattori che determinano la velocità:
1.
Natura dei reagenti
2.
Concentrazione dei reagenti
3.
Temperatura
4.
Presenza di un catalizzatore
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Cinetica chimica
urto fra reagenti
formazione del complesso attivato
prodotti
Tempo di dimezzamento
Tempo in cui la concentrazione di una specie si riduce a 1/2 del suo valore iniziale:
[A]t1/2 = [A]0/2
legato alla costante di velocità da:
t1/2 = ln2/k
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Spettrofotometria Uv-Visibile
E = hn = hc/l
1/9
Spettrofotometria Uv-Visibile
Interazione luce-materia: assorbimento
hn
2/9
Spettrofotometria Uv-Visibile
A = log10(I0/I)
A = el * l * C
A : Assorbanza
el : Coefficiente di estinzione molare
l : Cammino ottico
C : Concentrazione
Legge di Lambert-Beer
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Spettrofotometria Uv-Visibile
Spettrofotometro Mono-Raggio
4/9
Spettrofotometria Uv-Visibile
Spettrofotometro a Doppio Raggio
5/9
Spettrofotometria Uv-Visibile
Lunghezza d’onda,
l
Campione
I0
I
A
chopper
Bianco
I0
A = log10(I0/I)
A = el * l * C
I0
A : Assorbanza
el : Coefficiente di estinzione molare
l : Cammino ottico
C : Concentrazione
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Spettrofotometria Uv-Visibile
Spettro di Assorbimento
Assorbanza
Metilarancio
(MeO)
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
400
450
500
550
600
lunghezza d'onda, nm
7/9
650
700
750
Spettrofotometria Uv-Visibile
Determinazione della costante di proporzionalità (e)
tra Assorbanza e Concentrazione
AaC
A = el * l * C
A = f (C)
4.0
3.5
-5
C = 8*10 M
Assorbanza
3.0
2.5
2.0
-5
C = 4*10 M
1.5
chopper
1.0
I
-5
C = 2*10 M
-5
0.5
0.0
350
Campione
C = 1*10 M
400
450
500
550
600
lunghezza d'onda, nm
8/9
650
Bianco
700
I0
Spettrofotometria Uv-Visibile
Determinazione della costante di proporzionalità (e)
tra Assorbanza e Concentrazione
3.5
3
y = 40052x + 0.003
2.5
Ser i e1
2
Li near e (Ser i e1)
1.5
1
0.5
0
0
0.00002
0.00004
0.00006
0.00008
0.0001
A = e * l *C  e = 40000 M-1 cm-1
9/9
Soluzione 2
H3C
N
H3C
N N
SO3H
Metilarancio (MeO): colorato
H3C
N
H3C
+ 2 Sn2+ + 4 H3O+
4+
SO3H + 2 Sn + 4 H2O
NH2 + H2N
incolore
Soluzione 1
Campione
Bianco
+
vs
2
1
B
3.5
3.0
Assorbanza
2.5
Lunghezza d’onda di analisi:
Soluzione 2 + 8cc di acqua
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
350
400
450
500
550
600
650
A
700
lunghezza d'onda, nm
Velocità = -d[MeO]/ dt = k’ [MeO]
ln [MeO] = ln[MeO]0 – kt
D
Tempo
20
30
40
50
A
[MeO]
ln [MeO]
C