CINETICA CHIMICA
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Cinetica chimica
studia la velocità con cui decorrono le reazioni chimiche
Velocità ■ è la variazione della concentrazione diviso il tempo
impiegato per compiere la reazione
■ ha come unità di misura moli /(litri al secondo)
Per una generica reazione
A+B
C+D
si definisce velocità della reazione l'aumento della concentrazione
dei prodotti o la diminuzione della concentrazione dei reagenti
nell'unità di tempo
V=-
d [A]
dt
d [C]
d [B]
= -
dt
=
dt
d [D]
=
dt
2
2 N2O5  4 NO2 + O2
300s
400s
N2O5 0,0119
0,010
NO2
0,0163
0,200
O2
0,0041
0,005
-
Δ N2O5
Δt
= -
0,010 - 0.0119
400 - 300
= 1,9 x 10-5 moli/l/sec
velocità media
nell’intervallo
300-400 s
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La pendenza della tangente alla
curva nel tempo t corrisponde
alla velocità in quel particolare
momento e viene detta
velocità istantanea.
La velocità iniziale è data dalla pendenza della tangente alla curva a t = 0.
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H2 + Br2 → 2HBr
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E1 = energia
di attivazione
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Se la reazione A + B → C + D comporta la collisione
fra una molecola di A e una molecola di B, come fase
lenta del processo
C
Ea
A
D
B
A-B
Si chiama complesso attivato l’intermedio ad alta
energia indicato con A-B
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Una reazione spontanea ma
con alta energia di attivazione
avverrà lentamente
perché solo poche molecole
avranno E › Ea
Ea
Ea
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Fattori che influenzano la velocità di reazione
■ Concentrazione dei reagenti
■ Temperatura
■ Presenza di catalizzatori
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Legge di velocità = espressione che correla la velocità alla
concentrazione dei reagenti
V = k · [A]n [B]n
k è detta costante di velocità, è indipendente dalla concentrazione
dei reagenti e dipende dal tipo di reazione e dalla temperatura
Ordine di reazione = somma degli esponenti con cui le concentrazioni
delle specie chimiche compaiono nella legge di
velocità
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V = k · [A]n [B]n
In un processo chimico che decorra in più stadi la tappa più lenta è
quella che determina la velocità dell’intero processo.
I reagenti e relativi esponenti che compaiono nella legge di velocità
NON corrispondono necessariamente a tutti i reagenti e relativi
coefficienti stechiometrici che compaiono nella equazione di reazione
bilanciata ,
ma solo a quelli della reazione elementare che limita la velocità
dell’intero processo
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2A + B →
C + D
Possibili meccanismi di reazione
A + B →
AB
AB + A →
C + D
stadio lento, limitante
stadio veloce
lo stadio più lento della reazione è quello che determina la
velocità e quindi la legge di velocità
V = k · [A] [B]
reazione di primo ordine rispetto ad A,
di primo ordine rispetto a B,
di secondo ordine complessivamente
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2A + B →
C + D
Possibili meccanismi di reazione
2A → A2
stadio lento
A2 + B → C + D stadio veloce
V = k · [A]2
reazione di secondo ordine rispetto ad A
2A + B → C + D
unico stadio
V = k · [A]2 [B]
reazione di secondo ordine rispetto ad A
di primo ordine rispetto a B.
di terzo ordine complessivamente
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L’ordine di una reazione viene determinato sperimentalmente:
una reazione viene definita di 1° ordine se la sua velocità risulta
sperimentalmente essere funzione lineare della concentrazione di
un solo reagente.
la seguente reazione:
2N2O5
2N2O4 + O2
è di 1° ordine perché sperimentalmente si trova che :
V = k [N2O5]
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[A]
(moli/litro)
0,2
0,4
0,2
[B]
velocità
(moli/litro)
0,3
0,6
0,6
(moli/litro/minuto)
0,10
0,40
0,20
Dai dati sperimentali riportati in tabella è evidente che la reazione è
di 2° ordine, in quanto la sua velocità si duplica sia quando viene
raddoppiata la concentrazione di A che quando viene raddoppiata
la concentrazione di B.
Si può anche dire che la reazione è di 1° ordine rispetto ad A e di
1° ordine rispetto a B.
V = k · [A] [B]
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[A]
(moli/litro)
0,2
0,1
0,2
[B]
velocità
(moli/litro)
0,1
0,1
0,2
(moli/litro/minuto)
0,1
0,05
0,1
Dai dati sperimentali riportati in tabella è evidente che la reazione
è di 1° ordine, in quanto la sua velocità si dimezza quando viene
dimezzata la concentrazione di A mentre non si raddoppia quando
viene raddoppiata la concentrazione di B.
V = k · [A]
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Fattori che influenzano la velocità di reazione
■ Concentrazione dei reagenti
■ Temperatura
■ Presenza di catalizzatori
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T2 > T1
T1
T2
Ea
il numero di molecole con energia superiore ad Ea
aumenta con l’aumentare della temperatura
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Fattori che influenzano la velocità di reazione
■ Concentrazione dei reagenti
■ Temperatura
■ Presenza di catalizzatori
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Un catalizzatore
■ aumenta la velocità
seguendo un diverso percorso di reazione caratterizzato
da un più basso valore della energia di attivazione
■ interviene in piccolissime quantità
■ si ritrova inalterato al temine della reazione
catalizzatori
inorganici
aspecifici
organici (enzimi )
specifici
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due reazioni, alla stessa T
senza catalizzatore
Ea
con catalizzatore
Ea
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