Come calcolare la velocità di reazione chimica
La velocità di una reazione chimica può essere determinata osservando le variazioni di concentrazione o di massa dei reagenti e dei prodotti nel corso del tempo. La formulazione generale per calcolare la velocità di una reazione è la seguente, considerando la reazione generica:
a A + b B → c C + d D
Dove a, b, c e d sono i coefficienti stechiometrici della reazione. La velocità di reazione è definita come:
v = – 1/a (Δ[A]/dt) = – 1/b (Δ[B]/dt) = 1/c (Δ[C]/dt) = 1/d (Δ[D]/dt)
È importante notare che il segno meno è anteposto davanti alla variazione di concentrazione dei reagenti perché durante una reazione la concentrazione dei reagenti diminuisce. Ad esempio, per un reagente A, il termine Δ[A]/dt sarà minore di zero. Per confrontare la velocità di consumo dei reagenti con quella di formazione dei prodotti si utilizzano i segni opposti.
Esempi di calcolo della velocità di una reazione chimica
1. Reazione: 4 PH3(g) → P4(g) + 6 H2(g)
Supponiamo che, in un contenitore di 2.0 L, 0.0048 moli di PH3 vengano consumate ogni secondo. La velocità di consumo del reagente PH3 sarà:
-[PH3]/dt = – (-0.0048/2)/1 s = + 0.0024 mol/L·s
Considerando i coefficienti stechiometrici, si calcoleranno le velocità di formazione dei prodotti come segue:
Δ[P4]/dt = 1/4 (Δ[PH3]/dt) = 0.0024 mol/L·s / 4 = 0.00060 mol/L·s
Δ[H2]/dt = 6/4 (Δ[H2]/dt) = 0.0036 mol/L·s
2. Reazione: 2 O3(g) → 3 O2(g)
Se la velocità di formazione dell’ossigeno è 6.0 · 10^-5 mol/L·s, possiamo calcolare la velocità di consumo dell’ozono come segue:
– 1/2 (Δ[O3]/dt) = + 1/3 (Δ[O2]/dt)
-(Δ[O3]/dt) = + 2/3 (Δ[O2]/dt) = 2/3 * 6.0 · 10^-5 mol/L·s = – 4.0 · 10^-5 mol/L·s
Quindi, la velocità con cui si consuma l’ozono è di 4.0 · 10^-5 mol/L·s.
