L’equazione cinetica e la costante cinetica

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© 2012 Cristian Lucisano Editore LE BASI DI CHIMICA - Mattia Donelli

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L’equazione cinetica e la costante cinetica

La velocità di una trasformazione chimica può essere rappresentata dal numero di moli di un reagente che si consumano nell’unità di tempo o, ugualmente, come le moli di un prodotto che vengono generate durante il processo. La velocità dipende essenzialmente dal tipo di reazione, quindi dalla natura dei reagenti, ma anche da altri fattori come la concentrazione dei reagenti, la temperatura, la superfi cie di contatto tra i reagenti, la presenza o meno di catalizzatori.

La dipendenza dalla concentrazione dei reagenti spiega il fatto che con il decorrere della reazione la velocità diminuisce, infatti, la quantità di reagenti con il passare del tempo decresce poiché si trasformano in pro- dotti.

La legge che esprime la dipendenza della velocità di reazione dalla concentrazione dei reagenti è chia- mata legge cinetica.

La legge cinetica può essere ricavata solo attraverso studi sperimentali e si presenta nella seguente forma matematica, chiamata equazione cinetica:

dove k è la costante di velocità specifi ca, [A], [B]… sono le concentrazioni molari dei reagenti e gli esponenti a, b,… sono gli ordini di reazione.

Il valore numerico della costante di velocità specifi ca dipende dalla temperatura, dalle unità di tempo utiliz- zate, dai catalizzatori e spesso anche dal tipo di solvente.

Le equazioni chimiche rappresentano di solito trasformazioni che sono il risultato globale di una serie anche molto complessa di reazioni più semplici. Una reazione chimica, infatti, a livello molecolare può avvenire in più stadi ciascuno dei quali è detto reazione elementare e rappresenta una collisione molecolare. L’insieme delle reazioni elementari che costituisce la reazione chimica è detto meccanismo di reazione.

Tornando agli ordini di reazione, di norma essi non coincidono con i coeffi cienti stechiometrici dell’equa- zione chimica, a meno del caso di reazioni elementari.

L’ordine di reazione è un dato sperimentale che rappresenta il numero di particelle le cui concentra- zioni determinano la velocità della reazione considerata. L’ordine di reazione globale è la somma di tutti gli ordini presenti nell’equazione cinetica.

Con il termine molecolarità, invece, si identifi ca il numero di atomi o molecole che partecipano con- temporaneamente in un atto chimico elementare.

Ad esempio, per la reazione elementare A Æ B ordine e coeffi ciente stechiometrico coincidono e la reazione ha molecolarità uguale a 1 (monomolecolare).

La legge cinetica è espressa tramite la seguente equazione cinetica:

Per la reazione elementare del tipo 2A Æ B, l’equazione cinetica è .

La reazione è del secondo ordine rispetto al reagente A ed è anche del secondo ordine globale.

Infi ne, la velocità della reazione elementare del tipo A + B Æ P può essere rappresentata dall’equazione:

.

La reazione è del primo ordine sia rispetto al reagente A sia al reagente B, mentre l’ordine globale di reazione è 2. La reazione è bimolecolare.

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