Velocità di una reazione: calcolo e applicazioni
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.
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 per i prodotti.
Esercizi svolti
1. Data la reazione 2 A + B → 2 C + D sapendo che Δ[A] = 0.002 M e Δt = 77 s, si calcola la velocità con cui si consuma A e la velocità con cui si forma D nello stesso tempo. Applicando la formula (1), si ottiene: – 1 / 2 ( – 2.6 · 10^-5 M/s) = Δ[D]/Δt, e quindi Δ[D]/Δt = 1.3 · 10^-5 M/s.
2. Si correla 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, si calcola la velocità con cui si consuma O3 nello stesso tempo. Applicando la formula (1), si ottiene Δ[O3]/Δt = – 4.0 · 10^-5 M/s.
3. Si considera la reazione di decomposizione 2 N2O5(g) → 4 NO2(g) + O2(g). Si calcola 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. Utilizzando la formula (1), si ottiene Δ[NO2]/Δt = 8.4 · 10^-7 M/s e Δ[O2]/Δt = 1.2 · 10^-7 M/s.
4. Si considera la reazione N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g), e si calcola la velocità della reazione e la velocità con cui nello stesso tempo si consumano azoto e idrogeno. La velocità della reazione è 0.012 M/s e la velocità con cui si consuma N2 è 0.012 M/s, mentre la velocità con cui si consuma H2 è 0.036 M/s.
In conclusione, il calcolo della velocità di una reazione chimica è fondamentale per comprendere il suo meccanismo e la cinetica del processo. Mediante l’uso dei coefficienti stechiometrici e delle formule appropriate, è possibile ottenere informazioni cruciali sulla variazione delle concentrazioni dei reagenti e dei prodotti nel corso della reazione.