Prodotto cinetico e prodotto termodinamico

Una reazione chimica è governata sia dall’aspetto termodinamico che cinetico: se la reazione è termodinamicamente sfavorita ovvero la variazione dell’energia libera di Gibbs è maggiore di zero la reazione non è spontanea.

Si possono verificare casi in cui, una reazione, pur essendo termodinamicamente favorita avviene in tempi così lunghi, che di fatto non avviene a meno che non si utilizzi un catalizzatore che diminuisce l’energia di attivazione con conseguente accelerazione della stessa.

Vi sono poi reazioni in cui l’aspetto cinetico e quello termodinamico risultano essere competitivi come, ad esempio, la sintesi dell’ammoniaca.

In tali casi si devono studiare gli opportuni compromessi affinché la reazione possa avvenire in tempi relativamente rapidi e con un rendimento accettabile.

Possono verificarsi, in particolare nelle sintesi organiche, reazioni in cui possono essere ottenuti due prodotti di reazione detti rispettivamente prodotto cinetico e prodotto termodinamico il cui profilo può essere valutato dalla seguente figura:

prodotto cinetico e prodotto termodinamico

Una tale reazione può essere schematizzata come:

R → A + B

Si consideri il caso del profilo della reazione evidenziato dal tratto in verde che dà il prodotto di reazione A. Come si può osservare l’energia di attivazione è minore rispetto a quella che dà il prodotto B evidenziata dalla linea blu.

Ciò implica che la quantità di energia necessaria ad ottenere A è minore quindi il prodotto A si forma più rapidamente rispetto al prodotto B e pertanto il prodotto A è detto prodotto cinetico della reazione. Nel caso del prodotto B l’energia di attivazione è maggiore e quindi esso si forma più lentamente e richiede una maggiore energia.

L’energia del prodotto A è maggiore rispetto a quella del prodotto B e quindi quest’ultimo ha una stabilità maggiore di A ed è detto prodotto termodinamico.

In generale il prodotto cinetico si forma più facilmente rispetto a quello termodinamico a causa della minore energia richiesta e pertanto in ogni reazione è presente una quantità di prodotto cinetico. Si possono usare, tuttavia alcune strategie, per ottenere una maggiore quantità di uno dei due tipi di prodotti come la temperatura alla quale far avvenire la reazione, il tipo di solvente, la presenza di reagenti forti o deboli e il loro impedimento sterico.

Author: Chimicamo

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