Ordine di reazione nella chimica: definizione, legge di velocità e classificazione delle reazioni
L’ordine di una reazione chimica è uno dei concetti fondamentali della cinetica chimica, e viene determinato sperimentalmente attraverso la legge di velocità. Tale ordine può assumere valori positivi, negativi o nulli e non può essere dedotto unicamente dalla stechiometria della reazione. Nella legge di velocità possono essere inclusi o meno tutti i reagenti, comprese le specie non presenti nella stechiometria, come i catalizzatori.
La velocità di una reazione è proporzionale alla concentrazione dei reagenti, ciascuna elevata a una potenza; la somma delle potenze è definita come ordine di reazione. Nell’equazione cinetica, la costante di velocità è rappresentata da “k” mentre le potenze rispetto ai reagenti sono denotate come “x”, “y” e “z”. L’ordine di una reazione è dato dalla somma di queste potenze.
A seconda dell’ordine di reazione, le reazioni chimiche possono essere classificate come reazioni di ordine zero, del primo, del secondo e del terzo ordine.
# Reazioni di ordine zero
Le reazioni di ordine zero sono caratterizzate dall’avere un’ordine di reazione nullo, come ad esempio la decomposizione dell’ammoniaca in presenza di catalizzatori come l’oro o il molibdeno. In queste reazioni, la velocità non dipende dalla concentrazione del reagente che si consuma sempre alla stessa velocità fino alla sua completa scomparsa. La costante di velocità “k” ha come unità di misura M/s, ovvero mol/L x s.
# Reazioni del primo ordine
Le reazioni del primo ordine sono caratterizzate dall’avere un’ordine di reazione pari a uno, come ad esempio la decomposizione termica del pentossido di diazoto. In queste reazioni, la velocità dipende solo dalla concentrazione di uno dei reagenti. Il decadimento di isotopi radioattivi avviene secondo una cinetica del primo ordine. L’unità di misura della costante di velocità “k” è s^-1.
# Reazioni del secondo ordine
Le reazioni del secondo ordine sono caratterizzate dall’avere un’ordine di reazione pari a due, come ad esempio la decomposizione termica del monossido di diazoto. Esistono due tipologie di reazioni, in cui due molecole dello stesso reagente si combinano o due reagenti diversi si combinano in un solo stadio. In entrambi i casi, l’unità di misura della costante di velocità “k” è M^-1s^-1, ovvero L mol^-1s^-1.
# Reazioni del terzo ordine
Le reazioni del terzo ordine sono caratterizzate dall’avere un’ordine di reazione pari a tre, come ad esempio la reazione tra monossido di azoto e ossigeno. Esistono tre tipologie di reazioni in questo caso: tre molecole dello stesso reagente si combinano, due molecole di uno stesso reagente si combinano con una molecola di un altro reagente, o tre specie reagiscono tra loro. La costante di velocità “k” ha l’unità di misura [A][B][C], essendo la reazione del primo ordine rispetto a tutti i reagenti.
In sintesi, l’ordine di una reazione chimica è un parametro di fondamentale importanza per comprendere la cinetica di una reazione. La sua determinazione sperimentale è essenziale per la corretta formulazione della legge di velocità e la comprensione del comportamento quantitativo delle reazioni chimiche.