Legge di velocità per reazioni non elementari

Come spiegato nel testo Legge della velocità delle reazioni chimiche, l'equazione usata per rappresentare la legge della velocità di una reazione è data dal prodotto della costante caratteristica della reazione ad una certa temperatura e le concentrazioni dei reagenti elevate alle rispettive esponenti: v = k. [IL]^α. [B]^β.

Vedi un esempio:

2NO_(g) → N₂oh_2(g)

L'equazione per la velocità di questa reazione è data da: v = k. [AL]².

Questo significa che in tutti i casi l'esponente della concentrazione del reagente sarà esattamente uguale al suo coefficiente nella reazione?

Non. Questo è successo solo in questo caso perché è una reazione elementare, cioè è una reazione che avviene in un unico passaggio, senza composti intermedi. Nei casi in cui la reazione non è elementare, gli esponenti devono essere determinati sperimentalmente.Ma come si fa? E come è possibile sapere se la reazione è elementare o no?

Bene, consideriamo un'altra reazione:

CO + NO₂ → CO₂ + NO

Diciamo che uno scienziato ha eseguito questa reazione più volte, modificando la concentrazione dei reagenti in modi diversi, ma mantenendo la temperatura costante. Ha ottenuto i seguenti dati:

Si noti che dal primo al secondo passaggio, ha raddoppiato la concentrazione di CO, che non ha modificato la velocità di reazione.

Pertanto, l'esponente di questa sostanza è zero. Poiché qualsiasi numero elevato a zero è uguale a 1, CO non partecipa all'equazione della velocità di reazione.

Ora, vedi che dal 2° al 3° esperimento la concentrazione di NO è raddoppiata₂, che ha causato la quadruplicazione della velocità di reazione.

Pertanto, l'esponente della concentrazione di questa sostanza nell'equazione per la velocità delle reazioni è pari a 2 (4/2).

In questo modo, scopriamo qual è l'equazione per la velocità di questa reazione: v = k. [AL₂]².

Si noti che in questo caso l'esponente nell'equazione non era uguale al coefficiente nella reazione. Pertanto, possiamo concludere che questa reazione non è elementare. Dopo aver verificato sperimentalmente la legge della velocità, lo scienziato dovrebbe quindi suggerire un meccanismo che ha spiegato questa reazione, cioè dovrebbe proporre una serie di passaggi coerenti con i dati sperimentali di questo processi.

È stato proposto il seguente meccanismo:

Fase 1 (lento):  AL_2(g) + NO_2(g) → NO_3(g) + NO_(g)
Passaggio 2 (rapido):AL_3(g) + CO_(g) → CO_2(g) + NO_2(g)

Equazione globale:CO + NO₂ → CO₂ + NO

Vedi che la legge della velocità sperimentale coincide con il passo più lento:

v_globale = v_{passo lento}

K. [AL₂]² = k. [AL₂]. [AL₂]

Questo ci mostra che, in qualsiasi meccanismo, lo stadio che determina la velocità di sviluppo di una reazione sarà sempre il passo lento, cioè la velocità di sviluppo della reazione globale sarà proporzionale solo alle concentrazioni dei reagenti che hanno partecipato alla fase lenta.

È importante determinare correttamente questi esponenti perché sono quelli che indicheranno l'ordine della reazione.

di Jennifer Fogaça
Laureato in Chimica

Fonte: Scuola Brasile - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/lei-velocidade-para-reacoes-nao-elementares.htm