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Legge Cinetica

Legge della velocità delle reazioni chimiche

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

legge della velocità

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

legge velocità

Questa equazione matematica è chiamata equazione di velocità o legge cinetica. In essa:

v simboleggia la velocità della reazione.

La sua unità di misura dipende dall'ordine complessivo della reazione e dall'unità di misura adottata per esprimere la concentrazione dei reagenti e il tempo t.

[A] e [B] simboleggiano le concentrazioni dei reagenti spesso definite in termini di concentrazione molare.

m e n sono due esponenti che possono essere interi o frazionari. In particolare m indica l'ordine della reazione rispetto al reagente A mentre n indica l'ordine della reazione rispetto al reagente B. La somma tra m+n indica l'ordine complessivo della reazione.

k è una costante di proporzionalità che prende il nome di costante specifica di velocità o costante cinetica. Il suo valore numerico dipende unicamente dalla natura dei reagenti e dalla temperatura. La costante cinetica rappresenta la velocità assunta dalla reazione quando i valori delle concentrazioni dei reagenti sono unitarie.

L'unità di misura della costante k dipende dall'ordine complessivo della reazione e dalle unità di misura utilizzate per esprimere la concentrazione e il tempo. In generale, se indichiamo con z l'ordine complessivo della reazione (z = n + m), le unità di misura di k sono:

unità di misura della costante cinetica

Per cui:

se z = 0 l'unità di misura di k è: (concentrazione) · (tempo)-1

se z = 1 l'unità di misura di k è: (tempo)-1

se z = 2 l'unità di misura di k è: (concentrazione)-1 · (tempo)-1

se z = 3 l'unità di misura di k è: (concentrazione)-2 · (tempo)-1

ecc.

I valori di m e n non coincidono necessariamente con i coefficienti stechionetrici a e b. Sia il valore della costante cinetica k che i valori di m e n sono infatti dati sperimentali.

Per capire questo concetto consideriamo la seguente reazione:

NO2 + CO → NO + CO2

per la quale, l'equazione di velocità è la seguente:

v = k · [NO2]2

Come è facile notare, i valori dell'ordine di reazione non coincidono affatto con i valori dei coefficienti stechiometrici. Per comprenderne il motivo, bisogna considerare e studiare il meccanismo della reazione. La reazione avviene in due stadi:

1° stadio: 2 NO2 → NO3 + NO

la cui equazione di velocità è la seguente:

v = k1 · [NO2]2

2° stadio: NO3 + CO → NO2 + CO2

la cui equazione di velocità è la seguente:

v = k2 · [NO3] · [CO]

La velocità di una reazione che avviene in più stadi, dipende unicamente dalla velocità dello stadio più lento. Nel nostro caso pertanto l'equazione di velocità della reazione globale corrisponde all'equazione di velocità del primo stadio.

Esercizi di cinetica chimica

Li trovi al seguente link: esercizi di cinetica chimica.

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