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Aspetti cinetici e termodinamici a confronto

La presenza di un catalizzatore e l’aumento della temperatura hanno lo stesso effetto sulla velocità di una reazione, sul suo ΔG e sulla spontaneità?
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Loris ha scritto: Gentilmente, la presenza di un catalizzatore e l'aumento della temperatura hanno lo stesso effetto sulla velocità di una reazione, sul suo ΔG e sulla spontaneità? Spiega la risposta. Grazie.   Rispondo così: La presenza di un catalizzatore e l’aumento della temperatura fanno sempre aumentare la velocità di reazione; il catalizzatore, infatti, abbassa l’energia di attivazione così che più molecole hanno l’energia sufficiente per reagire, mentre la temperatura aumenta il patrimonio energetico delle molecole così che un maggior numero di molecole ha energia sufficiente per reagire. Il catalizzatore, invece, non ha alcun effetto sul ΔG dato che l’energia libera di Gibbs è una funzione di stato e il suo valore dipende esclusivamente dallo stato iniziale e finale del sistema, cioè dalla natura dei reagenti e dei prodotti. Un catalizzatore, pertanto, può soltanto accelerare una reazione ma non renderla spontanea se non la è, cioè se il suo ΔG, alla temperatura a cui la si fa avvenire, è maggiore di zero. L’aumento della temperatura può invece aumentare o diminuire il valore del ΔG a seconda della variazione di entropia del sistema; il ΔG di reazione dipende, infatti, dalla variazione di entalpia e di entropia del sistema secondo la seguente relazione:

 ΔG = ΔHT · ΔS

Se ΔS è maggiore di zero, il prodotto T · ΔS è anch’esso maggiore di zero, dato che T è la temperatura assoluta e assume soltanto valori positivi. All’aumentare della temperatura aumenta quindi il valore del prodotto T · ΔS e aumenta così l’entità da sottrarre al ΔH; ammettendo che il valore del ΔH non vari con la temperatura, il valore del ΔG tende pertanto a diminuire. Si arriva invece a conclusioni opposte se il ΔS di reazione è minore di zero. Per discutere come varia la spontaneità della reazione con l’aumento della temperatura bisogna tener conto, oltre che delle considerazioni precedenti, anche del valore del ΔH, ricordando che sono spontanee le reazioni il cui ΔG è minore di zero. In generale, ad alta temperatura tendono a diventare spontanee le reazioni endotermiche (il cui ΔH è maggiore di zero) che hanno ΔS maggiore di zero; quando, infatti, il valore del prodotto T · ΔS supera quello del ΔH si ottiene ΔG minore di zero.

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