Esercizi di cinetica chimica: leggi e calcoli
La cinetica chimica esamina la velocità con cui si verificano le reazioni e i fattori che ne influenzano l’andamento. I principali elementi influenti sono la temperatura, la superficie di contatto, la concentrazione dei reagenti, la natura dei reagenti e la presenza di un catalizzatore.
Quando osserviamo la reazione tra le sostanze A e B che generano la sostanza C, possiamo stabilire la dipendenza della velocità di questa reazione dalla concentrazione dei reagenti attraverso l’equazione:
v = K [A]m[B]n
dove v rappresenta la velocità, [A] e [B] denotano le concentrazioni molari dei reagenti, m e n sono esponenti che rappresentano l’ordine di reazione rispetto ad A e B, e K è una costante detta costante specifica della velocità della reazione.
Sia K che m e n devono essere determinati sperimentalmente per la reazione specifica, mentre il tempo è misurato per quantificare la variazione della concentrazione del reagente in esame.
Lo studio della cinetica di una reazione è essenziale per comprendere il meccanismo di una reazione e per determinare l’ordine di reazione di ciascun reagente, nonché per calcolare la costante specifica della velocità di reazione.
Ecco alcuni esercizi pratici che illustrano applicazioni di principi di cinetica chimica:
Calcolo della velocità di una reazione in M/s
Dato che la concentrazione di R passa da 0.03 M a 0.02 M in 25 minuti, la velocità della reazione può essere calcolata in M/s:
25 min = 25 min x 60 s/min = 1500 s
V = -(C2 – C1/T) = -(0.02 – 0.03/1500) = 6.7 x 10-6 M/s
Tempo per variazione della concentrazione di un reagente in una reazione di primo ordine
In una reazione del primo ordine con una costante di 1.15 x 10-3 s-1, si calcola quanto tempo sia necessario per un reagente di passare da 0.03 a 0.02 M, ottenendo come risposta 353 s.
Variazione della velocità di una reazione con cambiamento di energia di attivazione
Se si utilizza un catalizzatore che riduce l’energia di attivazione da 125 kJ/mol a 55 kJ/mol alla stessa temperatura di 298 K, la velocità della reazione aumenta di un fattore di 1.86 x 1012.
Calcolo della costante di una reazione data la sua cinetica
Il tempo richiesto per la decomposizione di SOCl2 a metà della sua quantità iniziale è di 60 minuti, e la costante della reazione è calcolata come 1.93 x 104 s-1.
Calcolo dell’energia di attivazione
Per una costante di reazione di 0.055 s-1 e un fattore di frequenza A di 1.2 x 1013 s-1 a 32 °C, l’energia di attivazione è calcolata come 84 kJ/mol.
Se la costante di una reazione raddoppia con un aumento di temperatura da 298 a 308 K, l’energia di attivazione è calcolata come 52.9 kJ/mol.
L’esercizio pratico aiuta a comprendere l’applicazione dei concetti di cinetica chimica e l’utilizzo di formule per il calcolo della velocità di una reazione e dei fattori che la influenzano.