Termodinamica e cinetica rispondono a domande diverse
Per molte reazioni, la dipendenza della costante cinetica dalla temperatura è descritta da k = Ae −Eₐ/RT . Poiché Eₐ compare nell’esponente, anche variazioni moderate di temperatura possono modificare notevolmente la velocità.
Stato di transizione
Un catalizzatore cambia il percorso della reazione e riduce la barriera cinetica effettiva. Non rende i prodotti più stabili e non cambia ΔG globale. Per questo accelera il raggiungimento dell’equilibrio senza spostarne la posizione.
Arrhenius
Le reazioni reali avvengono spesso in più passaggi elementari. Un profilo energetico può mostrare più massimi e intermedi. Il passaggio più lento o la combinazione di passaggi rilevanti determina la cinetica osservata; parlare di «una sola Eₐ» è talvolta un’approssimazione efficace.
Che cosa fa un catalizzatore
In un insieme di molecole alla stessa temperatura le energie non sono tutte uguali. La distribuzione di Maxwell-Boltzmann fa sì che solo una frazione delle collisioni disponga di energia sufficiente e orientazione adeguata per attraversare la regione dello stato di transizione. Aumentando la temperatura cresce fortemente la frazione di molecole capace di superare la barriera.
Termodinamica e cinetica rispondono a domande diverse
L’equazione di Arrhenius, k = A e −Ea/RT , rende quantitativa questa sensibilità. Un catalizzatore modifica il percorso di reazione e quindi l’energia di attivazione effettiva, ma non abbassa l’energia dei prodotti rispetto ai reagenti: perciò non modifica ΔH o ΔG della reazione complessiva.
Un catalizzatore cambia il percorso della reazione e riduce la barriera cinetica effettiva. Non rende i prodotti più stabili e non cambia ΔG globale. Per questo accelera il raggiungimento dell’equilibrio senza spostarne la posizione.