Cinetica Chimica
la velocità delle reazioni
I parametri termodinamici ∆G°, ∆H°, Keq ci
consentono di prevedere in quale direzione (e fino a
che punto) una reazione evolve. Non ci dicono nulla
sui TEMPI DI REAZIONE impiegati
N2 + 3H2 Æ 2 NH3
C + O2 Æ CO2
Keq. A 25°C = 5 108
Keq. A 25 °C = 2 1069
Entrambe queste reazioni procedono a velocità
apprezzabili
Cinetica chimica
Data una generica reazione
La velocità di reazione si esprime in termini
differenziali
v=
Variazione della concentrazione
tempo
• k è la costante di velocità
• m ed n sono coefficienti che possono essere pari a
zero, numeri interi o frazionari, il cui valore può
essere determinato solo sperimentalmente, non
coincidono con i coefficienti stechiometrici
• Ogni coefficiente determina l'ordine di reazione,
rispetto al proprio componente
• la somma m+n determina l'ordine globale della
reazione
Cinetica chimica
m
n
ordine globale di reazione
0
0
0
1
0
1
0
1
1
2
0
2
1
1
2
legge cinetica
Gli ordini di reazione NON coincidono, in generale, con i
coefficienti stechiometrici.
Da cosa dipende la velocità di reazione?
1.Dipendenza dalla concentrazione.
L’equazione cinetica correla la velocità di una reazione
chimica alle concentrazioni dei reagenti elevate ad
opportuni coefficienti. La costante K detta costante di
velocità o costante cinetica è una costante di
proporzionalità tra le velocità di reazione e le
concentrazioni. E’ funzione della natura dei reagenti e della
temperatura.
2. Dipendenza dalla temperatura
Aumentando la temperatura la velocità di reazione aumenta
Teoria delle collisioni e dello stato stazionario.
Teoria delle collisioni
Affinché una reazione avvenga è necessario che le
molecole dei reagenti collidano con una energia superiore
ad un valore minimo, e con una opportuna orientazione.
L’energia minima richiesta perché l’urto sia efficace è
chiamata Energia di attivazione Ea.
Energia potenziale
A↔B
Complesso attivato
A
Ea
B
Grado di avanzamento della reazione
Le molecole nel recipiente in cui avviene la
reazione sono in movimento, hanno una energia
cinetica media ma anche una distribuzione
dell’energia: esistono cioè molecole a maggiore
energia che scontrandosi scaricano nell’urto la
loro energia con la possibilità di superare la
barriera di attivazione. La frazione di molecole
gassose a energia maggiore di una certa energia
minima di soglia è data dalla relazione e-E/kT
Data una generica reazione
La cui velocità di reazione è data dalla relazione
La costante cinetica k segue la relazione
K=Ae
–E/RT
Equazione di Arrhenius
Questa equazione esprime la dipendenza della costante
cinetica dalla temperatura
Catalisi e catalizzatori
Quando l’energia di attivazione è un ostacolo alla
realizzazione de una reazione chimica in tempi
ragionevoli è utile ricorrere alla catalisi.
Per aumentare la velocità di reazione si può
intervenire su due parametri:
a) aumento della temperatura
b) diminuzione della barriera di attivazione
che si ottiene mediante l’impiego di un
catalizzatore.
Se il catalizzatore si trova nella stessa fase della miscela di
reazione (reagenti e prodotti) si parla di cataliso omogenea,
se invece non è in fase con la miscela si parla di catalisi
eterogenea.
2N2O(g) Æ2N2(g) + O2(g) in presenza di Cl2(g)
omogenea
3H2(g) + N2(g) Æ 2NH3(g) in presenza di Fe(s)
eterogenea
In generale il catalizzatore non influenza la posizione
dell’equilibrio, modifica soltanto la velocità con la quale
sta procedendo il sistema.