La cinetica, ovvero i tassi di reazioni chimiche, rappresentano uno degli argomenti più complessi affrontati dagli studenti di chimica delle scuole superiori e dei college. La velocità di una reazione chimica descrive come le concentrazioni di prodotti e reagenti cambiano nel tempo. Man mano che la reazione procede, la velocità tende a diminuire poiché la probabilità di una collisione tra reagenti si riduce progressivamente. I chimici pertanto tendono a descrivere le reazioni in base alla loro velocità "iniziale", che si riferisce alla velocità di reazione durante i primi secondi o minuti.
In generale, i chimici rappresentano reazioni chimiche nella forma
aA + bB ---> cD + dD,
dove A e B rappresentano i reagenti, C e D rappresentano i prodotti e a, b, c e d rappresentano i rispettivi coefficienti nell'equazione chimica bilanciata. L'equazione del tasso per questa reazione è quindi
rate = (-1 ÷ a) d ÷ dt = (-1 ÷ b) d ÷ dt = (1 ÷ c) d ÷ dt = (1 ÷ d) d ÷ dt,
dove parentesi quadre indicano la concentrazione del reagente o del prodotto; a, b, c e d rappresentano i coefficienti delle equazioni chimiche bilanciate; et rappresenta il tempo.
Scrivi un'equazione chimica bilanciata per la reazione sotto inchiesta. Ad esempio, si consideri la reazione del perossido di idrogeno, H2O2, che si decompone in acqua, H2O e ossigeno, O2:
H2O2 (2) ---> H2O (2) + O2.
Una reazione "equilibrata" contiene lo stesso numero di ciascun tipo di atomo su entrambi i lati sinistro e destro della freccia. In questo caso, entrambi i lati contengono quattro atomi di idrogeno e due atomi di ossigeno.
Costruisci l'equazione della velocità in base all'equazione fornita nell'Introduzione. Continuando l'esempio dal passaggio 1:
rate = - (1 ÷ 2) d ÷ dt = (1 ÷ 2) d ÷ dt = (1 ÷ 1) d ÷ dt.
Sostituisci i dati di concentrazione e tempo nell'equazione dal passaggio 2 in base alle informazioni disponibili nel problema o ottenute durante un esperimento. Ad esempio, per la reazione sopra descritta, supponiamo che siano stati ottenuti i seguenti dati:
tempo (s), (M) 0, 0,250 10, 0,226
Questi dati indicano che dopo 10 secondi, la concentrazione di perossido di idrogeno è diminuita da 0,250 moli per litro a 0,226 moli per litro. L'equazione del tasso diventa quindi
rate = - (1 ÷ 2) d ÷ dt = - (1 ÷ 2) (0.226 - 0.250) ÷ 10 = 0.0012 M / s.
Questo valore rappresenta la velocità iniziale della reazione.