La cinetica chimica è lo studio dei processi chimici e tassi di reazioni. Ciò include l'analisi delle condizioni che influiscono sulla velocità di a reazione chimica, comprendere i meccanismi di reazione e gli stati di transizione e formare modelli matematici per prevedere e descrivere una reazione chimica. La velocità di una reazione chimica di solito ha unità di sec-1tuttavia, gli esperimenti di cinetica possono durare diversi minuti, ore o persino giorni.
Conosciuto anche come
La cinetica chimica può anche essere chiamata cinetica di reazione o semplicemente "cinetica".
Storia della cinetica chimica
Il campo della cinetica chimica si è sviluppato dalla legge dell'azione di massa, formulata nel 1864 da Peter Waage e Cato Guldberg. La legge dell'azione di massa afferma che la velocità di una reazione chimica è proporzionale alla quantità di reagenti. Jacobus van't Hoff ha studiato la dinamica chimica. La sua pubblicazione "Etudes de dynamique chimique" del 1884 portò al premio Nobel per la chimica del 1901 (che fu il primo anno in cui fu assegnato il premio Nobel). Alcune reazioni chimiche possono comportare una cinetica complicata, ma i principi di base della cinetica vengono appresi nelle lezioni di chimica generale al liceo e al college.
Takeaway chiave: cinetica chimica
- La cinetica chimica o cinetica di reazione è lo studio scientifico dei tassi di reazioni chimiche. Ciò include lo sviluppo di un modello matematico per descrivere la velocità di reazione e un'analisi dei fattori che influenzano i meccanismi di reazione.
- Peter Waage e Cato Guldberg sono accreditati per aver aperto la strada al campo della cinetica chimica descrivendo la legge dell'azione di massa. La legge dell'azione di massa afferma che la velocità di una reazione è proporzionale alla quantità di reagenti.
- I fattori che influenzano la velocità di una reazione includono la concentrazione di reagenti e altre specie, la superficie, il natura dei reagenti, temperatura, catalizzatori, pressione, presenza di luce e stato fisico del reagenti.
Leggi le tariffe e valuta le costanti
I dati sperimentali vengono utilizzati per trovare i tassi di reazione, da cui derivano le leggi sui tassi e le costanti dei tassi di cinetica chimica applicando la legge dell'azione di massa. Le leggi di tasso consentono calcoli semplici per reazioni di ordine zero, reazioni di primo ordine e reazioni del secondo ordine.
- La velocità di una reazione di ordine zero è costante e indipendente dalla concentrazione di reagenti.
rate = k - La velocità di una reazione del primo ordine è proporzionale alla concentrazione di un reagente:
rate = k [A] - La velocità di una reazione del secondo ordine ha una velocità proporzionale al quadrato della concentrazione di un singolo reagente oppure il prodotto della concentrazione di due reagenti.
rate = k [A]2 oppure k [A] [B]
Le leggi di valutazione per i singoli passaggi devono essere combinate per ricavare leggi per reazioni chimiche più complesse. Per queste reazioni:
- C'è un passaggio per determinare la frequenza che limita la cinetica.
- L'equazione di Arrhenius e le equazioni di Eyring possono essere utilizzate per determinare sperimentalmente l'energia di attivazione.
- Le approssimazioni allo stato stazionario possono essere applicate per semplificare la legge sui tassi.
Fattori che influenzano il tasso di reazione chimica
La cinetica chimica prevede che la velocità di una reazione chimica sarà aumentata da fattori che aumentano l'energia cinetica della reagenti (fino a un certo punto), portando ad una maggiore probabilità che i reagenti interagiranno tra loro. Allo stesso modo, ci si può aspettare che fattori che riducono la probabilità che i reagenti si scontrino tra loro riducano la velocità di reazione. I principali fattori che influenzano la velocità di reazione sono:
- concentrazione di reagenti (crescente concentrazione aumenta la velocità di reazione)
- temperatura (l'aumento della temperatura aumenta la velocità di reazione, fino a un certo punto)
- presenza di catalizzatori (catalizzatori offrire una reazione un meccanismo che richiede un valore inferiore energia di attivazione, quindi la presenza di un catalizzatore aumenta la velocità di una reazione)
- stato fisico dei reagenti (i reagenti nella stessa fase possono entrare in contatto tramite l'azione termica, ma la superficie e l'agitazione influenzano le reazioni tra reagenti in fasi diverse)
- pressione (per le reazioni che coinvolgono gas, l'aumento della pressione aumenta le collisioni tra i reagenti, aumentando la velocità di reazione)
Si noti che mentre la cinetica chimica può prevedere la velocità di una reazione chimica, non determina in che misura si verifica la reazione. La termodinamica è usata per prevedere l'equilibrio.
fonti
- Espenson, J.H. (2002). Cinetica chimica e meccanismi di reazione (2a edizione). McGraw-Hill. ISBN 0-07-288362-6.
- Guldberg, C. M.; Waage, P. (1864). "Studi sull'affinità" Forhandlinger i Videnskabs-Selskabet i Christiania
- Gorban, A. N.; Yablonsky. G. S. (2015). Tre ondate di dinamica chimica. Modellistica matematica dei fenomeni naturali 10(5).
- Laidler, K. J. (1987). Cinetica chimica (3a edizione). Harper e Row. ISBN 0-06-043862-2.
- Steinfeld J. I., Francisco J. S.; Hase W. L. (1999). Cinetica chimica e dinamica (2a edizione). Prentice-Hall. ISBN 0-13-737123-3.