Chimie generală

1. CINETICĂ CHIMICĂ

1.1. Noţiuni generale

Reacţiile – transformările - chimice reprezintă rearanjări ale atomilor din molecule ce

determină schimbări de structură. Aceste transformări chimice pot fi rapide sau mai lente.

Cinetica chimică este o ramură din chimia fizică ce studiază:

- viteza de reacţie - legea de evoluţie în timp a unei reacţii (denumită legea vitezei), în

anumite condiţii experimentale,

- mecanismul de reactie - explicarea modului (amănunţit) de producere a reacţiei, adică

studiul mecanismului reacţiei dar mai ales găsirea etapei determinante de viteză. Aceasta

constituie etapa cea mai lentă din întreg lanţul format din numeroase reacţii elementare a

căror rezultat este reacţia chimică.

Viteza reacţiilor chimice este o mărime esenţială a cineticii chimice ce arată cât de

repede se realizează transformarea reactanţilor în produşi de reacţie.

Majoritatea reacţiilor din natură şi tehnică sunt procese complexe. Pe baza studiilor

cinetice s-a arătat că aceste reacţii se realizează prin succesiuni de reacţii ireductibile la altele

mai simple, denumite reacţii sau etape elementare.

Analiza cinetică a unei reacţii chimice are drept scop identificarea reacţiilor

elementare ce au loc într-un sistem complex de reacţii, stabilirea secvenţelor de etape

elementare ce stau la baza reacţiilor simple precum şi determinarea vitezei cu care acestea se

desfăşoară.

Toate aceste secvenţe elementare prin care se desfăşoară o reacţie constituie

mecanismul de reacţie.

De exemplu oxidarea metanului la 700C are loc prin intermediul următoarelor

reacţii simple:

CH4 + O2 CH2O + H2O

CH2O + O2 CO + H2O2

CO + 1/2 O2 CO2

H2O2 H2O + 1/2 O2

CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O

A doua reacţie simplă de oxidare a formaldehidei, s-a dovedit că decurge prin

intermediul următoarelor reacţii elementare:

CHO + O2 CO + HO2

HO2 + CH2O H2O2 + CHO

Reacţiile chimice pot decurge în mediu omogen, într-o singură fază – reacţii omogene

– sau în mediu eterogen, la interfaţa a două faze – reacţii eterogene.

Considerăm o reacţie chimică omogenă ce decurge într-o singură etapă, având forma

generală:

' '

i

i

i

i

i i A A

unde: - Ai

şi A’i reprezintă simbolurile chimice ale speciilor intrate în reacţie – reactanţi –

respectiv a speciilor rezultate din reacţie – produşi de reacţie.

- νi şi ν’i reprezintă coeficienţii stoechiometrici corespunzători.

Prin convenţie coeficientul stoechiometric νi se consideră negative pentru reactanţi şi

pozitiv pentru produşii de reacţie.

Orice viteză din fizică reprezintă o variaţie a unui parametru în raport cu timpul. Ceea

ce se modifică pe parcursul unei reacţii chimice, sunt cantităţile de substanţe (de reactanţi

respectiv de produşi). Dar cantităţile depind de mărimea sistemului (de masa, respectiv de

volumul acestuia), deci sunt mărimi extensive. Pentru a se obţine o mărime intensivă se

raportează cantităţile (în moli) la volumul sistemului, V. Se obţine astfel mai multe viteze de

reacţie, exprimate în raport cu fiecare dintre participanţii la reacţie.