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Anche le reazioni corrono: la cinetica chimica

La cinetica chimica studia la velocità delle reazioni chimiche e consente di sapere quanto velocemente un sistema raggiunge l’equilibrio e dà informazioni sul meccanismo con cui una reazione avviene. 

La velocità di una reazione chimica è la velocità con cui varia la concentrazione di un reagente o prodotto nel tempo e può essere espressa come: 

Velocità = − Δ(concentrazione reagente) /  Δ(tempo) 

La velocità viene spesso espressa in moli / (l sec), ma, a seconda della reazione, si possono usare unità di tempo più ampie (minuti, ore, anni, ecc..).

L’equazione matematica che correla la velocità alle concentrazioni è detta legge cinetica o di velocità. La legge cinetica si ottiene studiando come varia la velocità di reazione al variare della concentrazione dei componenti di essa. 

Considerando la reazione fra le sostanze A e B che formano la sostanza C:

aA + bB → cC

A temperatura costante, la relazione che lega la concentrazione dei reagenti e la velocità di reazione è la seguente: 

v = k x [A]m x [B]n

Dove:

v: velocità della reazione

[A] e [B]: concentrazioni dei reagenti spesso definite in termini di concentrazione molare

k: costante di proporzionalità che prende il nome di costante cinetica; il suo valore numerico dipende unicamente dalla natura dei reagenti e dalla temperatura e rappresenta la velocità assunta dalla reazione quando i valori delle concentrazioni dei reagenti sono unitarie

m: indica l’ordine della reazione rispetto al reagente A e n indica l’ordine della reazione rispetto al reagente B

m e n sono numeri sperimentali e non corrispondono ai coefficienti stechiometrici dei reagenti; la somma tra m+n indica l’ordine complessivo della reazione.

 

Ordine di reazione

L’ordine della reazione è determinato dalla somma degli esponenti delle concentrazioni dei reagenti che compaiono nell’equazione cinetica:  

– nelle reazioni di ordine zero la velocità è indipendente dalla concentrazione del reagente e l’equazione cinetica è v=k 

– nelle reazioni di primo ordine la velocità è direttamente proporzionale alla concentrazione del reagente 

– nelle reazioni di secondo ordine la velocità è direttamente proporzionale al quadrato della concentrazione del reagente, cosicché decresce nel tempo meno rapidamente

(le reazioni di ordine superiore al secondo sono rare)

 

La velocità di una reazione chimica dipende da alcuni fattori:

  • temperatura; un aumento di temperatura comporta un aumento della velocità 
  • pressione (solo per i gas)
  • concentrazione
  • capacità dei reagenti di entrare in contatto
  • presenza di catalizzatori
  • natura dei reagenti
  • superficie di contatto

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