La cinetica chimica studia la velocità di una reazione, i fattori che la influenzano e i meccanismi con cui la reazione avviene. Per misurare la velocità di una reazione si può considerare la diminuzione di uno dei reagenti oppure l’aumento della quantità di uno dei prodotti nell’unità di tempo. Data la generica reazione:
aA + bB → cC + dD
in cui a, b, c e d sono i coefficienti stechiometrici la velocità della reazione è data da:
v = – 1/a Δ[A]/Δt = – 1/b Δ[B]/Δt = + 1/c Δ[C]/Δt = + 1/d Δ[D]/Δt (1)
I coefficienti stechiometrici tengono conto del fatto che le velocità di variazione della concentrazione delle varie specie sono legate fra loro e hanno il segno negativo per i reagenti e positivo.
Esercizi
1) Data la reazione 2 A + B → 2 C + D sapendo che Δ[A] = 0.002 M e Δt = 77 s calcolare la velocità con cui si consuma A e la velocità con cui si forma D nello stesso tempo
Δ[A]/Δt = 0.002 M/ 77 s = 2.6 · 10-5 M/s
Applicando la (1) si ha:
– 1 / 2 ( – 2.6 · 10-5 M/s) = Δ[D]/Δt
Δ[D]/Δt = 1.3 · 10-5 M/s
2) Correlare la quantità di ozono che si consuma rispetto alla quantità di ossigeno che si ottiene nella reazione: 2 O3(g) → 3 O2(g).
Se la velocità di formazione di O2 in un particolare istante è 6.0 · 10-5 M/s calcolare la velocità con cui si consuma O3 nello stesso tempo
Applicando la (1) si ha tenendo conto che O2 è un prodotto e che O3 è un reagente si ha:
1/ 2 Δ[O3]/ Δt = – 1/ 3 Δ[O2]/Δt
Utilizzando questa equazione possiamo rispondere al secondo quesito sostituendo a Δ[O2]/Δt il dato fornito:
1/ 2 Δ[O3]/ Δt = – 1 / 3 (6.0 · 10-5 M/s)
Da cui Δ[O3]/ Δt = – 2/3 (6.0 · 10-5 M/s) = – 4.0 · 10-5 M/s
3) Data la reazione di decomposizione 2 N2O5(g) → 4 NO2(g) + O2(g) calcolare la concentrazione di NO2 e di O2 in un determinato istante se in quello stesso tempo N2O5 si consuma con una velocità di 4.2 · 10-7 M/s
Applicando la (1) e tenendo conto che N2O5 è un reagente mentre NO2 e O2 sono i prodotti della reazione si ha:
– 1/ 2 Δ[N2O5]/Δt = + 1 / 4 Δ[NO2] / Δt = Δ[O2]/ Δt
Sostituiamo a Δ[N2O5]/Δt il dato fornito:
– 1/2 (- 4.2 · 10-7 M/s) = + 1 / 4 Δ[NO2]/Δt
Da cui Δ[NO2]/Δt = 8.4 · 10-7 M/s
– 1/2 (- 4.2 · 10-7 M/s) = Δ[O2]/ Δt
Da cui Δ[O2]/ Δt = 1.2 · 10-7 M/s
4) Data la reazione N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g) a un certo tempo la velocità di formazione dell’ammoniaca è 0.024 M/s. Calcolare la velocità della reazione e la velocità con cui nello stesso tempo si consumano azoto e ossigeno
v = + 1 / 2 Δ[NH3]Δt
Sostituendo a v il valore fornito si ha:
v = 0.024 M/s /2 = 0.012 M/s
La velocità con cui si consuma N2 è: 0.012 M/s
la velocità con cui si consuma H2 è 3 ∙0.012 = 0.036 M/s