Il controllo cinetico indica se:
- Una reazione può avvenire in modo più o meno veloce determinando la velocità in determinate condizioni
- Si può superare la barriera energetica tra reagenti e prodotti
- Avviene la transizione
Il controllo termodinamico indica se:
- Una reazione può avvenire spontaneamente
- Un sistema è in un equilibrio stabile o metastabile
- È presente energia sufficiente a superare l’energia di attivazione
In una reazione chimica i reagenti vengono convertiti in prodotti attraverso un processo che può essere descritto dal meccanismo attraverso il quale avviene .
Nel corso di essa si rompono determinati legami, si forma almeno un intermedio che ha un’energia maggiore rispetto a quella dei reagenti detta energia di attivazione, ed infine si formano i prodotti.
La velocità determina in quanto tempo si raggiunge lo stato di equilibrio.
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La differenza tra l’energia dei prodotti e quella dei reagenti rappresenta la variazione di energia libera ΔG° che è correlata alla costante di equilibrio K secondo l’equazione ΔG° = – RT ln K
Se ΔG° è minore di zero il prodotto è termodinamicamente più stabile dei reagenti e la reazione viene detta esoergonica mentre se ΔG° è maggiore di zero il prodotto è termodinamicamente meno stabile dei reagenti è detta endoergonica.
La differenza tra l’energia dei reagenti e quella dell’intermedio a maggiore energia è detta energia di attivazione: se l’energia di attivazione è elevata la reazione avviene lentamente mentre se tale valore è piccolo avviene rapidamente.
In una reazione spontanea la variazione di energia libera deve essere minore di zero dove
ΔG° = ΔH° – T ΔS°
In cui ΔH° è la variazione di entalpia, T la temperatura espressa in gradi Kelvin e ΔS° è la variazione di entropia.
Fattori che determinano la possibilità che avvenga una reazione
I fattori che determinano la possibilità che avvenga una reazione sono quello cinetico e quello termodinamico.
L’aspetto termodinamico attiene solo lo stato finale del sistema e non il meccanismo di reazione. Una reazione spontanea avviene sotto il controllo termodinamico e il reagente viene trasformato nel composto più stabile richiedendo, in genere, elevate temperature e tempi lunghi.
L’aspetto cinetico dipende dal numero di collisioni che avvengono tra i reagenti in un dato tempo, dalla frazione di collisioni che avvengono con un’energia sufficiente per raggiungere il valore dell’energia di attivazione e dalla frazione di collisioni che avvengono con la dovuta orientazione.
Una reazione che avviene sotto il controllo cinetico si verifica a temperature più basse e in tempi più rapidi in modo che avvenga solo la reazione più veloce.
Aspetto termodinamico e cinetico a confronto
Per una reazione irreversibile in condizioni blande e irreversibile in condizioni energiche vi è una temperatura alla quale si ha la variazione tra prodotto cinetico e prodotto termodinamico.
In tabella viene riportato un confronto tra aspetto termodinamico e aspetto cinetico
| Aspetto termodinamico | Aspetto cinetico |
| È relazionato alla stabilità del prodotto | È relazionato alla velocità con cui si ottiene un prodotto |
| Ad elevate temperature è sotto il controllo termodinamico e si ottiene il prodotto più stabile | A basse temperature è sotto il controllo cinetico e si ottiene il prodotto che si forma più rapidamente |
| Il prodotto termodinamico prevale a temperature più alte quando la reazione è reversibile | Il prodotto cinetico prevale a temperature più basse quando la reazione non è reversibile |