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Cinetica chimica. Ossidi dazoto Idrocarburi incombusti (gassosi o come PM10) Ossido di carbonio auto non catalizzata 2 NO 2 (g) N 2 (g) + 2 O 2 (g) G°

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Presentazione sul tema: "Cinetica chimica. Ossidi dazoto Idrocarburi incombusti (gassosi o come PM10) Ossido di carbonio auto non catalizzata 2 NO 2 (g) N 2 (g) + 2 O 2 (g) G°"— Transcript della presentazione:

1 Cinetica chimica

2 Ossidi dazoto Idrocarburi incombusti (gassosi o come PM10) Ossido di carbonio auto non catalizzata 2 NO 2 (g) N 2 (g) + 2 O 2 (g) G° = -102,58 kJ mol -1 C 6 H 6 (g) + 15/2 O 2 (g) 6 CO 2 (g) + 3 H 2 O(l) G° = -3207,36 kJ mol -1 2 CO(g) + O 2 (g) 2 CO 2 (g) G° = -514,42 kJ mol -1 Le reazioni di consumo degli inquinanti sono spontanee, ma lentissime! N 2 (g), O 2 (g), CO 2 (g) auto catalizzata

3 REAZIONE CHIMICA La CINETICA permette di stabilire quali fattori influenzano il tempo necessario al sistema per raggiungere lo stato di equilibrio. La TERMODINAMICA permette di stabilire se la reazione è possibile e le quantità di sostanze chimiche che reagiscono per raggiungere lo stato di equilibrio.

4 Velocità di reazione a temperatura costante 2 CO(g) + O 2 (g) 2 CO 2 (g) [CO] [O 2 ] [CO 2 ] [O 2 ] [CO] [CO 2 ] d[O 2 ] dt d[CO] dt = 2 d[CO 2 ] dt d[CO] dt = - concentrazione tempo

5 Definizione di velocità di reazione chimica H 2 (g) + Cl 2 (g) 2 HCl(g) N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) a A + b B c C + d D In generale:

6 Quali fattori influenzano la velocità di una reazione chimica? 1) Temperatura 2) Concentrazione dei reagenti 3) Catalizzatori

7 Effetto della concentrazione: Reagenti Prodotti velocità globale = velocità in avanti – velocità indietro velocità in avanti velocità iniziale La velocità iniziale dipende dalle concentrazioni dei reagenti. Con quale legge?

8 Legge cinetica a A + b B c C + d D v = k [A] m [B] n ordine di reazione (empirico) m + n = ordine totale di reazione costante di velocità

9 N 2 O 5 (g) 2 NO 2 (g) + ½ O 2 (g) v = k [N 2 O 5 ] v [N 2 O 5 ] v k = [N 2 O 5 ] Reazione del primo ordine

10 C 2 H 6 (g) 2 CH 3 (g) v = k [C 2 H 6 ] 2 v [C 2 H 6 ] v [C 2 H 6 ] 2 v k = [C 2 H 6 ] 2 Reazione del secondo ordine

11 H 2 PO 2 - (aq) + OH - (aq) HPO 3 - (aq) + H 2 (g) v = k [H 2 PO 2 - ][OH - ] 2 v [H 2 PO 2 - ] [OH - ] = cost. v [OH - ] 2 [H 2 PO 2 - ] = cost. Reazione del terzo ordine

12 C 2 H 4 O(g) CH 4 (g) + CO(g) v = k [C 2 H 4 O] 3/2 log v log [C 2 H 4 O] pendenza = 3/2

13 A + B prodotti v [A] [B] A + A + B prodotti v [A] 2 [B] a A + b B prodottiv [A] a [B] b perché la legge cinetica non è così? velocità di reazione probabilità che i reagenti sincontrino sembrerebbe ragionevole che:

14 2 NO 2 (g) + F 2 (g) 2 NO 2 F(g) v = k osservata [NO 2 ][F 2 ] In effetti questa reazione (come la maggior parte delle reazioni chimiche) avviene attraverso una sequenza di reazioni elementari (Meccanismo): NO 2 (g) + F 2 (g) NO 2 F(g) + F(g) k1k1k1k1 NO 2 (g) + F(g) NO 2 F(g) k2k2k2k2 se k 1 << k 2 allora k osservata k 1

15 Equilibrio chimico 2 NO(g) N 2 O 2 (g) N 2 O 2 (g) 2 NO(g) v diretta = k diretta [NO] 2 v inversa = k inversa [N 2 O 2 ] allequilibrio v diretta = v inversa

16 Svante August Arrhenius Wijk (Svezia), 1859 – Stoccolma, 1927 Effetto della temperatura: Alla aumentare della temperatura, la costante di velocità di una reazione chimica aumenta sempre. 1/T lnk T k

17 Effetto della temperatura: Orientazione Massa ridotta delle specie Distanza dei nuclei … Energia di attivazione

18 reagenti prodotti stato di transizione H reaz E att 1/T lnk

19 NO 2 (g) + CO(g) NO(g) + CO 2 (g) 226 kJ mol kJ mol kJ mol -1 N O CO + O N O CO O N O CO + O

20 Catalisi: un catalizzatore non reagisce chimicamente, ma cambia solo lenergia dello stato di transizione. reagenti prodotti stato di transizione con il catalizzatore E att H reaz E att

21 HH Come agisce un catalizzatore? C 2 H 4 (g) + H 2 (g) C 2 H 6 (g) C 2 H 4 (g) + H(g) C 2 H 5 (g) C 2 H 5 (g) + H(g) C 2 H 6 (g) H2(g)H2(g)H2(g)H2(g)

22 INQUINAMENTO DA GAS DI SCARICO NEI PROCESSI DI COMBUSTIONE (centrali termiche, motori a combustione, etc.) Ma in condizioni estreme di temperatura e pressione (come nei motori) produce anche: composti organici volatili composti organici volatili ossido di carbonio, CO ossido di carbonio, CO ossidi dazoto, NO x ossidi dazoto, NO x La combustione di idrocarburi produce: H 2 O e CO 2

23 Gli ossidi dazoto (principalmente NO e NO 2 ) sono composti instabili che si decompongono lentamente e possono reagire con lossigeno dellaria: 2 NO + O 2 2 NO 2 NO 2 + O 2 NO + O 3

24 Reazioni per distruggere questi gas di scarico inquinanti: 2 CO + O 2 2 CO 2 C x H y + a O 2 b CO 2 + c H 2 O 2 NO O 2 + N 2 2 NO 2 2 O 2 + N 2 Sono reazioni spontanee, ma molto lente. Per renderle veloci occorre un catalizzatore.

25 composti organici volatili, ossidi dazoto, CO marmittacatalitica H 2 O, N 2, CO 2

26 Marmitta Catalitica

27 Al 2 O 3 Platino (ottimo catalizzatore per le ossidazioni) Rodio (ottimo catalizzatore per le riduzioni) Attenzione! Alcuni metalli (come il Piombo) possono avvelenare il catalizzatore.


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