Velocità di reazione: concetti e esercizi
La velocità di reazione rappresenta la variazione della concentrazione delle specie chimiche nel tempo. Questa può essere espressa sia dalla diminuzione della concentrazione dei reagenti che dall’aumento di concentrazione dei prodotti. Per i reagenti, la concentrazione finale è minore di quella iniziale, mentre per i prodotti è maggiore, il che implica che si utilizzino segni diversi nelle equazioni per calcolare la velocità.
La formula per calcolare la velocità di una reazione rispetto ai reagenti è v = – ΔC/Δt, mentre per i prodotti diventa v = ΔC/Δt. Inoltre, la velocità di reazione può essere calcolata anche attraverso la legge di velocità, che dipende dal coefficiente di velocità della reazione (k), dalle concentrazioni delle specie chimiche e dagli ordini di reazione sperimentali.
Esercizi svolti
1) Per la reazione A → B, con concentrazione di A pari a 0.54 M a t = 20 s e 0.30 M a t = 40 s, la velocità della reazione è calcolata come v = – Δ[A]/Δt, risultando in 0.012 M/s.
2) Per la reazione 2 O3 → 3 O2, se la velocità di formazione di O2 è di 6.0 ∙ 10^-5 M/s in un particolare istante, la velocità di reazione di O3 nello stesso tempo è calcolata come – ΔO3/Δt = ⅔ ΔO2/Δt, risultando in 4.0 ∙ 10^-5 M/s.
Legge di velocità
La legge della velocità della reazione è espressa come velocità della reazione = k [A]^x[B]^y, dove k è il coefficiente di velocità della reazione, mentre x e y sono gli ordini di reazione sperimentali. Questi valori possono essere determinati sperimentalmente attraverso il metodo delle velocità iniziali.
Metodo delle velocità iniziali
Questo metodo consiste nel misurare la velocità all’inizio della reazione, considerando le concentrazioni quasi invariate, al fine di determinare le incognite dell’equazione cinetica della reazione. Si utilizzano diverse concentrazioni iniziali per calcolare il coefficiente di velocità, x e y.
Esempio
Sono stati effettuati esperimenti in condizioni diverse per la reazione A + B → C, e dai risultati si è determinata la legge della velocità, la costante di velocità e la velocità della reazione per particolari concentrazioni iniziali. Dall’analisi dei dati sperimentali è emerso che la reazione è del secondo ordine rispetto ad A (x = 2) e di ordine zero rispetto a B (y = 0). Utilizzando i dati sperimentali, la costante di velocità è stata calcolata come 4.0∙10^-3 M^-1s^-1, con una velocità della reazione di 1.0∙10^-5 M/s per [A] = 0.050 M e [B] = 0.100 M.
In conclusione, la determinazione della velocità di reazione e della legge di velocità rappresenta un aspetto fondamentale nell’ambito della chimica cinetica e dei processi di trasformazione delle sostanze chimiche. Mediante l’applicazione di formule e metodi sperimentali è possibile ottenere informazioni cruciali sulle velocità di reazione e gli ordini di reazione, elementi essenziali per il controllo e l’ottimizzazione dei processi chimici.