2.12 : Predire i risultati della reazione

La cinetica descrive la velocità e il percorso con cui avviene una reazione. Al contrario, la termodinamica si occupa delle funzioni di stato e descrive le proprietà, il comportamento e i componenti di un sistema. Non riguarda il percorso intrapreso dal processo e la velocità con cui avviene una reazione. Sebbene fornisca informazioni su ciò che può accadere durante un processo di reazione, non descrive le fasi dettagliate di ciò che si vede a livello atomico o molecolare. D'altra parte, la cinetica fornisce informazioni a livello atomico o molecolare. In breve, la termodinamica si concentra sull’energia dei prodotti e dei reagenti, mentre la cinetica si concentra sul percorso dai reagenti ai prodotti. I processi industriali in cui il valore di ΔG è negativo e il corrispondente valore di K è maggiore di 1 sono troppo lenti per essere economicamente redditizi. In tali casi, è possibile provocare spontaneamente una reazione termodinamicamente non spontanea modificando le condizioni di reazione, ad esempio: variando la pressione o la temperatura, fornendo una fonte esterna di energia sotto forma di elettricità, ecc…

Atomi, molecole o ioni devono entrare in collisione prima di poter reagire tra loro. Gli atomi devono essere vicini tra loro per formare legami chimici. Questa premessa è la base di una teoria che spiega molte osservazioni riguardanti la cinetica chimica, compresi i fattori che influenzano la velocità di reazione. La teoria delle collisioni si basa sui postulati che (i) la velocità di reazione sia proporzionale alla velocità delle collisioni dei reagenti, (ii) le specie reagenti si scontrino con un orientamento che consenta il contatto tra gli atomi che si legano insieme nel prodotto, e (iii ) la collisione avvenga con energia adeguata per consentire la reciproca penetrazione dei gusci di valenza delle specie reagenti, in modo che gli elettroni possano riorganizzarsi e formare nuovi legami (e nuove specie chimiche). Quando le specie reagenti si scontrano con l'orientamento corretto e con sufficiente energia di attivazione, si combinano per formare una specie instabile chiamata complesso attivato o stato di transizione. Queste specie hanno vita breve e solitamente non sono rilevabili dalla maggior parte degli strumenti analitici. In alcuni casi, sofisticate misurazioni spettrali possono osservare gli stati di transizione. La teoria delle collisioni spiega perché la maggior parte delle velocità di reazione aumenta all'aumentare della temperatura; con l'aumento della temperatura aumenta la frequenza delle collisioni. Più collisioni significano una velocità di reazione più rapida, presupponendo che l'energia delle collisioni sia adeguata.