Se l'equilibrio chimico determina il "limite" di una reazione, alloravelocitร di reazione chimicadetermina la "velocitร " della reazione. Dal punto di vista macroscopico, la velocitร รจ il ponte tra osservazioni sperimentali e modelli teorici. In condizioni specifiche, la velocitร della reazione viene solitamente espressa come variazione della concentrazione dei reagenti per unitร di tempo o aumento della concentrazione dei prodotti.
Espressione matematica fondamentale
Per una reazione generica $mA + nB = pC + qD$, la velocitร segue proporzionalitร rispetto ai coefficienti stechiometrici:
- Formula base: $v = \frac{\Delta c}{\Delta t}$.
- Relazione tra reagenti e prodotti: $v(A) = -\frac{\Delta c(A)}{\Delta t}$, $v(C) = \frac{\Delta c(C)}{\Delta t}$.
- Legge della proporzione: $\frac{v(A)}{m} = \frac{v(B)}{n} = \frac{v(C)}{p} = \frac{v(D)}{q}$.
Esempi di reazioni industriali e organiche
Nelle produzioni industriali complesse o nella sintesi organica, una misurazione precisa della velocitร รจ cruciale:
- Produzione dell'ammoniaca: $N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$. Se la concentrazione di $N_2$ diminuisce da 0,8 a 0,7 mol/L in 5 minuti, la sua velocitร $v(N_2) = 0,02 \text{ mol}/(\text{L} \cdot \text{min})$.
- Conversione organica: Reazione di deidratazione per formare $\gamma$-butirrolattone da $\gamma$-idrossibutirrico: $HOCH_2CH_2CH_2COOH \xrightarrow{H^+/\Delta} \text{Lattone} + H_2O$.
- Gestione ambientale: $2\text{NO}(\text{g}) + 2\text{CO}(\text{g}) = \text{N}_2(\text{g}) + 2\text{CO}_2(\text{g})$, la velocitร viene stimata monitorando le variazioni di pressione nel cilindro.
Avvertimento termodinamico
Anche se questa sezione studia quanto velocemente avviene una reazione, non si deve dimenticare il limite termodinamico: quando $\Delta H > 0$ e $\Delta S < 0$, la reazione non puรฒ avvenire spontaneamente a nessuna temperatura, rendendo lo studio della velocitร privo di significato pratico.