Controllo cinetico e termodinamico a confronto

Il controllo cinetico indica se:

• Una reazione può avvenire in modo più o meno veloce determinando la velocità in determinate condizioni
• Si può superare la barriera energetica tra reagenti e prodotti
• Avviene la transizione

Il controllo termodinamico indica se:

• Una reazione può avvenire spontaneamente
• Un sistema è in un equilibrio stabile o metastabile
• È presente energia sufficiente a superare l’energia di attivazione

In una reazione chimica i reagenti vengono convertiti in prodotti attraverso un processo che può essere descritto dal meccanismo attraverso il quale avviene .

Nel corso di essa si rompono determinati legami, si forma almeno un intermedio  che ha un’energia maggiore rispetto a quella dei reagenti detta energia di attivazione, ed infine si formano i prodotti.

La velocità  determina in quanto tempo si raggiunge lo stato di equilibrio.

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La differenza tra l’energia dei prodotti e quella dei reagenti rappresenta la variazione di energia libera ΔG° che è correlata alla costante di equilibrio K secondo l’equazione ΔG° = – RT ln K

Se ΔG° è minore di zero il prodotto è termodinamicamente più stabile dei reagenti e la reazione viene detta esoergonica mentre se ΔG° è maggiore di zero il prodotto è termodinamicamente meno stabile dei reagenti è detta endoergonica.

La differenza tra l’energia dei reagenti e quella dell’intermedio a maggiore energia è detta energia di attivazione: se l’energia di attivazione è elevata la reazione avviene lentamente mentre se tale valore è piccolo avviene rapidamente.

In una reazione spontanea la variazione di energia libera deve essere minore di zero dove

ΔG° = ΔH° – T ΔS°

In cui  ΔH° è la variazione di entalpia, T la temperatura espressa in gradi Kelvin e ΔS° è la variazione di entropia.

Fattori che determinano la possibilità che avvenga una reazione

I fattori che determinano la possibilità che avvenga una reazione sono quello cinetico e quello termodinamico.

L’aspetto termodinamico attiene solo lo stato finale del sistema e non il meccanismo di reazione. Una reazione spontanea avviene sotto il controllo termodinamico e il reagente viene trasformato nel composto più stabile richiedendo, in genere,  elevate temperature e tempi lunghi.

L’aspetto cinetico dipende dal numero di collisioni che avvengono tra i reagenti in un dato tempo, dalla frazione di collisioni che avvengono con un’energia sufficiente per raggiungere il valore dell’energia di attivazione e dalla frazione di collisioni che avvengono con la dovuta orientazione.

Una reazione che avviene sotto il controllo cinetico si verifica a temperature più basse e in tempi più rapidi in modo che avvenga solo la reazione più veloce.

Aspetto termodinamico e cinetico a confronto

Per una reazione irreversibile in condizioni blande e irreversibile in condizioni energiche vi è una temperatura alla quale si ha la variazione tra prodotto cinetico e prodotto termodinamico.

In tabella viene riportato un confronto tra aspetto termodinamico e aspetto cinetico