Chimica Generale
CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN ATTIVITÀ DI PROTEZIONE CIVILE
CINETICA CHIMICA
Abbiamo visto che la spontaneità delle reazioni chimiche può
essere valutata dal punto di vista termodinamico: nel fare questo,
non si considera il meccanismo della reazione, ma soltanto
l’energia libera (e quindi entalpia e entropia) degli stati iniziale e
finale. Le reazioni vanno, però, anche esaminate da un punto di
vista cinetico, concentrando l’attenzione sul meccanismo di
reazione e sulla velocità con cui una reazione avviene.
la velocità di una reazione chimica è la velocità con cui la
concentrazione di un certo reagente o prodotto varia nel tempo e si
esprime come:
velocità = ΔC/Δt
cioè è pari alla variazione di concentrazione, ΔC, che si nota nell’intervallo di
tempo Δt
unità di misura della velocità di reazione: moli/ (l sec)
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la velocità con cui una reazione ha
luogo è tipica di ciascuna reazione
Inoltre, per una stessa reazione, si osserva che la velocità viene a dipendere
dalla concentrazione (o dalla pressione se parliamo di reazioni in fase
gassosa) dei reagenti:
per la generica reazione a A + b B  c C + d D dove a, b, c e d sono i
coefficienti stechiometrici relativi ai reagenti A e B e i prodotti C e D
velocità di reazione = costante  [A]n  [B]m
dove n e m non sono i coefficienti stechiometrici a e b; sono dei parametri
che si determinano sperimentalmente e che si chiamano ordine di reazione
rispetto ad A e rispetto a B (rispettivamente)
la costante (indicata con k) è detta costante di velocità
ed è tipica di ogni reazione
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Dalla espressione della velocità consegue che:
1) maggiore è la concentrazione dei reagenti, maggiore sarà la velocità di
reazione
2) la costante di velocità k è la velocità di reazione quando le concentrazioni
dei reagenti sono unitarie – quindi se voglio confrontare la velocità di
reazioni diverse vado a paragonare proprio il valore di k
da quali fattori dipende il valore di k associato a una certa reazione?
Per essere in grado di reagire, i reagenti devono venire in contatto tramite una
collisione. Non tutte le collisioni fra molecole portano a una reazione, perché
alcune di esse si rivelano inefficaci per far avvenire la reazione chimica.
perché ?
Per far avvenire la reazione, si devono prima rompere i legami dei reagenti per poi
formarne dei nuovi (in realtà in molti casi il meccanismo è concertato). In altre
parole i reagenti devono avere un contenuto di energia tale da riuscire a rompere
almeno uno dei legami presenti nelle molecole dei reagenti
A2
B2
meccanismo di reazione
complesso attivato
2 AB
Diagramma delle variazioni
energetiche che intervengono
durante il decorrere della reazione
si definisce ENERGIA DI
ATTIVAZIONE (Ea) di una certa
reazione chimica la minima energia
che le particelle devono possedere
quando si urtano affinchè la
reazione avvenga
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 in molti casi di importanza pratica è necessario accelerare una reazione
che altrimenti avverrebbe in tempi troppo lunghi
come si può accelerare una reazione ?
1) aumento della temperatura
ad una temperatura più elevata, è maggiore l’energia cinetica media delle
molecole e quindi è più facile che esse siano dotate dell’energia necessaria
a superate l’energia di attivazione
T2
T1
questo è vero sempre
sia per reazione endotermiche
che esotermiche
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2) aggiunta di un catalizzatore
i catalizzatori sono dei particolari composti chimici che hanno la capacità di
aumentare la velocità di una reazione; quando si usa un catalizzatore si
verifica un completo cambiamento nel modo in cui la reazione avviene (cioè il
meccansimo di reazione cambia); per essere definito
in pratica, l’effetto di un
catalizzatore consiste
tale, però, un catalizzatore si deve ritrovare chimicanell’abbassare l’energia di
mente inalterato alla fine della reazione e non deve
attivazione della reazione
apparire esplicitamente nella
equazione chimica che rappresenta la reazione
esempio
B2 + C  BC + B
BC + A2  AB + AC
AC + B  AB + C
A2 + B2  2 AB
l’equazione globale non è cambiata
C non è stato consumato dalla reazione
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a volte è invece necessario decelerare la reazione
1) riduzione della temperatura
ad una temperatura più bassa, l’energia cinetica media delle molecole è
minore e la velocità diminuisce
2) aggiunta di un inibitore (catalizzatore al negativo)
cambia il meccanismo di reazione comportando un aumento della
energia di attivazione la velocità diminuisce
Da notare che sia i catalizzatori che gli inibitori possono essere
nella stessa fase dei reagenti (e in questo caso si parla di catalisi
omogenea) o in una fase diversa (catalisi eterogenea)
catalisi enzimatica: alcune proteine ad alta massa molecolare, dette ENZIMI,
sono in grado di svolgere un’azione catalitica molto specifica su molte reazioni
biochimiche che altrimenti avverrebbero con velocità molto basse; essi
svolgono quindi un ruolo essenziale negli organismi viventi
es.
lattasi
lattosio
glucosio + galattosio
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Meccanismo di funzionamento di una marmitta catalitica
Un esempio importante di catalizzatore è la marmitta catalitica, il cui scopo è
convertire alcune specie gassose nocive (prodotte durante la combustione dei
carburanti nel motore delle automobili) in specie gassose meno pericolose. Per
esempio, CO (monossido di carbonio), NO (monossido di azoto) e piccoli idrocarburi
incombusti (che possiamo indicare genericamente con HC) vengono convertiti per
ossidazione in CO2, N2 e H2O in presenza di un catalizzatore metallico misto platinorodio
ossidazioni catalizzate da Pt
2 CO + O2 → 2 CO2
(HC) + O2 → CO2 + H2O
ossidazioni catalizzate da Rh
2 CO + 2 NO → 2 CO2 + N2
(HC) + NO → CO2 + H2O + N2