Etapa determinantă cinetic
În cinetica chimică , etapa determinantă cinetic (sau etapa limitativă cinetică sau etapa de control cinetic sau, în engleză , etapa determinantă a ratei ) [1] corespunde etapei mecanismului unei reacții chimice care are loc mai lent decât celelalte etape și determină viteza reacției în sine. [2] [3]
Analogie între reacțiile cu mai multe etape și liniile de asamblare
Reacțiile chimice care implică mai multe reacții elementare pot fi comparate cu liniile de asamblare (de exemplu, o linie de asamblare pentru fabricarea unei mașini). Fiecare reacție elementară, în care reacția globală este subdivizată, este analogă unei singure etape a liniei de asamblare.
În mod similar, etapa cinetică determinantă poate fi comparată cu etapa mai lentă a liniei de asamblare. Viteza cu care este fabricat produsul pe o linie de asamblare depinde de viteza celei mai lente faze, care încetinește întreaga producție. La fel, viteza reacției globale depinde de viteza etapei determinante cinetic.
Identificarea etapei determinante cinetic
Într-o diagramă „ coordonată de reacție - energie ”, etapa determinantă cinetic corespunde etapei caracterizate de cea mai mare energie de activare (a doua pentru reacția catalizată din figură).
Câteva exemple de stadiu determinant cinetic sunt:
- reacție chimică elementară;
- adsorbția reactivilor pe locul de reacție;
- desorbția produselor de la locul de reacție;
- transportul materialelor reactanților de la vrac la locul de reacție;
- transportul material al produselor de la vrac la locul de reacție.
Conceptul de "etapă determinantă cinetic" este, de asemenea, utilizat în biochimie și electrochimie .
Controlul unei reacții chimice
Se spune că o reacție chimică este sub control termodinamic dacă concentrațiile produselor unei reacții corespund celor care ar apărea în condiții de echilibru, în timp ce se spune că reacția este sub control cinetic dacă există reacții mai competitive cu reacții diferite de aceea concentrația produselor depinde de cinetica acestor reacții. [4]
În cazul în care are loc controlul cinetic, viteza de reacție depinde de etapa cinetic determinantă, [1] pentru care se spune că etapa cinetic determinantă „controlează” reacția chimică în cauză.
Atunci când un proces este controlat cinetic de mai multe etape (pentru care nu există o singură etapă determinantă cinetic), se spune că acel proces este sub control mixt .
Exemplu
Luați în considerare următoarea reacție chimică:
- NO 2 (g) + CO (g) → NO (g) + CO 2 (g)
Mecanismul acestei reacții implică următoarele reacții elementare:
- NO 2 + NO 2 → NO + NO 3 (etapa cea mai lentă)
- NO 3 + CO → NO 2 + CO 2 (etapa cea mai rapidă)
În acest caz, etapa determinantă cinetic este prima, deoarece se produce mai lent.
Controlul unui proces electrochimic
Procesele electrochimice implică reacții redox care au loc la interfața electrod - electrolit ; etapele implicate într-un proces electrochimic sunt: [5] [6]
- „transferul de masă” al unor reactivi de la cea mai mare parte a electrolitului la interfața electrod-electrolit; [7]
- adsorbție pe suprafața electrodului unor reactivi;
- reactie redox; această etapă mai este numită „transfer de încărcare”, deoarece în timpul reacției redox există un schimb de electroni între două specii chimice ;
- desorbția de pe suprafața electrodului unor produse ;
- „transferul de masă” al unor produse de la interfața electrod-electrolit la volumul de electroliți;
- cristalizarea unor produse pe suprafața electrodului;
- efectuarea reacțiilor chimice secundare înainte sau după reacția redox;
- transferul de masă al unor reactivi și produse în interiorul volumului de electroliți.
O supratensiune este asociată cu fiecare dintre aceste etape, adică o variație a potențialului celulei în raport cu condițiile de echilibru. În special, avem:
- supratensiune de transfer de sarcină (asociată cu reacția redox);
- picătură ohmică (asociată cu transportul materiei în cea mai mare parte a electrolitului);
- supratensiune de cristalizare;
- supratensiune datorată reacției chimice.
Cea mai mare supratensiune este asociată cu etapa determinantă cinetic.
Notă
- ^ a b IUPAC Gold Book - pas de control al ratei
- ^ Introducing Chemical Kinetics - Rate Equations Arhivat 14 august 2011 la Internet Archive .
- ^ Copie arhivată , la science-dictionary.com . Adus la 31 mai 2011 (arhivat din original la 12 august 2011) .
- ^ Copie arhivată ( PDF ), pe unibas.it . Adus la 31 mai 2011 (arhivat din original la 30 mai 2009) .
- ^ Kiehne , p. 11 .
- ^ Zanello , pp. 12-13 .
- ^ Pentru o reprezentare detaliată a structurii interfeței electrod-electrolit, consultați Stratul dublu electric .
Bibliografie
- ( EN ) Heinz Albert Kiehne, Battery Technology Handbook , ediția a doua, CRC Press, 2003, ISBN 0-8247-5642-8 .
- ( EN ) Piero Zanello, Electrochimie anorganică: teorie, practică și aplicații , Societatea Regală de Chimie, 2003, ISBN 0-85404-661-5 .
Elemente conexe
| Controlul autorității | NDL ( EN , JA ) 00564412 |
|---|
