Effetto del cambiamento della temperatura sulla velocità di reazione

L'equazione di Arrhenius,

mette in relazione l'energia di attivazione e la costante di velocità, k, per molte reazioni chimiche.

In questa equazione, R è la costante dei gas ideali, che ha un valore 8,314 J/mol·K; T è la temperatura in Kelvin; E_a è l'energia di attivazione in Joule per mole; e è la costante 2,7183; e A è una costante chiamata fattore di frequenza, correlato alla frequenza delle collisioni e all'orientamento delle molecole reagenti.

Il fattore di frequenza, A, riflette quanto bene le condizioni di reazione favoriscano le collisioni correttamente orientate tra le molecole dei reagenti. Una maggiore probabilità di collisioni effettivamente orientate si traduce in valori più grandi di A e velocità di reazione più rapide.

Il termine esponenziale, e^−Eₐ/RT, descrive l'effetto dell'energia di attivazione sulla velocità di reazione. Secondo la teoria cinetica molecolare, la temperatura della materia è una misura dell’energia cinetica media dei suoi atomi o molecole costituenti: un’energia di attivazione inferiore si traduce in una frazione più significativa di molecole adeguatamente energizzate e in una reazione più rapida.

Il termine esponenziale descrive anche l'effetto della temperatura sulla velocità di reazione. Una temperatura più elevata rappresenta una frazione corrispondentemente maggiore di molecole che possiedono energia sufficiente (RT) per superare la barriera di attivazione (E_a). Ciò produce un valore più elevato per la costante di velocità e una velocità di reazione corrispondentemente più rapida.

L'energia minima necessaria per formare un prodotto durante una collisione tra reagenti è chiamata energia di attivazione (E_a). La differenza nell'energia di attivazione richiesta e nell'energia cinetica fornita dalle molecole dei reagenti in collisione è un fattore primario che influenza la velocità di una reazione chimica. Se l’energia di attivazione è molto maggiore dell’energia cinetica media delle molecole, la reazione avverrà lentamente, poiché solo poche molecole che si muovono velocemente avranno abbastanza energia per reagire. Se l'energia di attivazione è molto inferiore all'energia cinetica media delle molecole, una grande frazione di molecole sarà adeguatamente energetica e la reazione procederà rapidamente.

I diagrammi di reazione sono ampiamente utilizzati nella cinetica chimica per illustrare varie proprietà di una reazione di interesse. Essi mostrano come cambia l'energia di un sistema chimico mentre subisce una reazione, convertendo i reagenti in prodotti.

Questo testo è adattato da Openstax, Chemistry 2e, Section 12.5: Collision Theory.