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CINETICA CHIMICA

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A + B C + DA + B C + DA + B C + DA + B C + D

si definisce velocità della reazione l'aumento della si definisce velocità della reazione l'aumento della concentrazione dei prodotti o la diminuzione della concentrazione dei prodotti o la diminuzione della concentrazione dei reagenti nell'unità di tempoconcentrazione dei reagenti nell'unità di tempo

V =V = - -d [A] [A]

d tt

d [B] [B]

d tt= -= -

d [C] [C]

d tt====

d [D][D]

d tt

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

V =V = - -d [A] [A]

d tt

d [B] [B]

d tt= -= -

d [C] [C]

d tt====

d [D][D]

d tt

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2 N2O5 4 NO2 + O2

300s 400s

N2O5 0,0119 0,010

NO2 0,0163

0,200

O2 0,0041 0,005

velocità media nell’intervallo 300-400 s

0,010 - 0.0119

400 - 300

Δ N2O5

Δt= = 1,9 x 10-5 moli/l/sec

- -

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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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A-B

A

B

C

D

Se la reazione A + B → C + D comporta la collisionefra una molecola di A e una molecola di B, come faselenta del processo

Si chiama complesso attivato l’intermedio ad alta energia indicato con A-B

Ea

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Una reazione spontanea macon alta energia di attivazione avverrà lentamenteperché 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 2A + B →→ C + D C + D

Possibili meccanismi di reazione

A + B A + B →→ AB AB stadio lentostadio lento, limitante , limitante

AB + A → C + D stadio veloceAB + A → C + D 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 2A + B →→ C + D 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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V = k [NV = k [N22OO55]]V = k [NV = k [N22OO55]]

2N2O5 2N2O4 + O22N2O5 2N2O4 + O2

è di 1° ordine1° ordine perché sperimentalmentesperimentalmente si trova che :

L’ordine di una reazione viene determinato sperimentalmente:

una reazione viene definita di 1° ordine se la sua velocità risultasperimentalmente essere funzione lineare della concentrazione di un solo reagente.

la seguente reazione:

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Dai dati sperimentali riportati in tabella è evidente che la reazione èdi 2° ordine, in quanto la sua velocità si duplica sia quando vieneraddoppiata la concentrazione di A che quando viene raddoppiatala 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]V = k · [A] [B]

[A] [B] velocità(moli/litro) (moli/litro) (moli/litro/minuto) 0,2 0,3 0,10 0,4 0,6 0,40 0,2 0,6 0,20

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Dai dati sperimentali riportati in tabella è evidente che la reazioneè di 1° ordine, in quanto la sua velocità si dimezza quando vienedimezzata la concentrazione di A mentre non si raddoppia quandoviene raddoppiata la concentrazione di B.

V = k · [A]V = k · [A]

[A] [B] velocità(moli/litro) (moli/litro) (moli/litro/minuto) 0,2 0,1 0,1 0,1 0,1 0,05 0,2 0,2 0,1

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Fattori che influenzano la velocità di reazione ■ Concentrazione dei reagenti■ Temperatura■ Presenza di catalizzatori

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T1

T2

T2 > T1

il numero di molecole con energia superiore ad Eaaumenta con l’aumentare della temperatura

Ea

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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

inorganici aspecifici

organici (enzimi ) specificicatalizzatori

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Ea

Ea

due reazioni, alla stessa T

senza catalizzatore

con catalizzatore

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