Chemická kinetika a termodynamika - otázka z chemie

Otázka: Chemická kinetika a termodynamika

Předmět: Chemie

Přidal(a): Kateřina

CHEMICKÁ TERMODYNAMIKA

Studium fyzikálních a chemických dějů spojených s energetickými změnami
Pojmy : soustava – otevřená soustava – dochází k výměně energie i hmoty – může nastat termodynamická rovnováha

– uzavřená soustava – soustava entit, které mohou silově působit na sebe navzájem, mohou si vzájemně vyměňovat energii (např. tepla), ale nemohou si s okolím vyměňovat hmotu

– izolovaná soustava – mohou silově působit na sebe navzájem, nepůsobí ne ně žádné vnější síly či jiné okolní vlivy, tj. nedochází ani k výměně energie (např. tepla)

Stavové veličiny – popisují aktuální stav soustavy

Extensivní – m, V, n (nemění se)
Intenzivní – p, ρ (ro) – mohou se měnit v závislosti na okolí

Stavové funkce – vnitřní energie – U

– entalpie – H

– entropie – S

– Gobbsova energie – G

– popisují změny dějů, nespočítáme jejich hodnotu, ale změnu

REAKČNÍ KINETIKA

Zabývá se rychlostí chemických reakcí a podmínkami, které jí ovlivňují a vysvětluje reakční mechanismus
A) izolované reakce – v soustavě probíhají sami – žádné jiné reakce v soustavě neprobíhají
B) simultánní reakce – probíhají v soustavě současně
Zvratné – z reaktantů vznikají produkty a ve stejném okamžiku z produktů reaktanty àprobíhá zpětná a přímá reakce zároveň
Paralelní/bočné – společné reaktanty reagují za vzniku různých produktů – v organické chemii –větví se
Následné – produkt se stává reaktantem následující rekce – navazují na sebe

2 teorie

a) teorie aktivních srážek

b) teorie aktivovaného komplexu

TEORIE AKTIVNÍCH SRÁŽEK:

Chemická rekce probíhá, pokud dojde k účinné srážce mezi částicemi výchozích látek
Podmínky :

a) vhodná prostorová orientace

b) dostatečná E_kčástic ( kinetická(pohybová) energie à aktivační energie E_A

– s růstem teploty se zvyšuje počet molekul s dostatečnou E_Aà zvýšení teploty výchozích látek urychlí průběh reakce

-výrazným snížením teploty můžeme reakce zastavit

TEORIE AKTIVOVANÉHO KOMPLEXU:

– Novější teorie

– postupné přibližování molekul

à oslabení původních vazeb (nutná E_A)

Tvorba nových vazeb (E_A se uvolňuje)
Nutnost E_A k průběhu reakce

FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ RYCHLOST CHEMICKÉ REAKCE:

Změna koncentrace výchozí látky dělená stechiometrickým koeficientem krát změna času

aA+bB ßàcC+dD

Vliv koncentrace
Vliv teploty
Katalyzátory

VLIV KONCENTRACE

GULDBERG & WAAGE – kinetická rovnice

V₁ = k * [A]^a * [B]^b– rychlost reakce přímé

V₂ = k * [C]^c * [D]^d– rychlost reakce zpětné

V₁ = v₂ – DYNAMICKÁ ROVNOVÁHA

VLIV TEPLOTY

Empirické pravidlo

Zvýšení teploty o 10ºC à zvýšení rychlosti reakce 2 – 4 X (vyvozeno z pokusu)

Arrheniova rovnice

Matematicky vyjádřená závislost

k= rychlostní konstanta

A= frekvenční faktor

e= základní přirozený logaritmus 2,718

R= univerzální plynová konstanta 8,314 J/K*mol

T= termodynamická teplota

VLIV KATALYZÁTORU

Katalyzátor – látka, která snižuje EA à zvýší rychlost

– nespotřebovává se v průběhu reakce

– neposouvá chemickou rovnováhu

– nemění složení systému

– Katalýza – ovlivňování reakce pomocí katalyzátoru

– homogenní – výchozí látky mají stejné skupenství jako katalyzátor

– heterogenní – jsou v jiném skupenství

– Katalyzovaná reakce – probíhá jiným reakčním mechanismem

TERMOCHEMIE

– zabývá se tepelnými jevy při tepelných reakcích

– teplo, které se při reakci uvolní či spotřebuje, závisí na druhu reaktantů a na množství skupenství reagujících látek

Reakční teplo:

– teplo, které reakce přijme (od okolí)

– ∆H – změna reakčního tepla v průběhu reakce

– Q_{m –}molární reakční teplo

– vnitřní energie a enthalpie jsou tzv. stavové fce à veličiny, nemůžeme zjistit hodnotu, pouze změnu

– standartní spalné teplo sloučeniny (prvku) je reakční teplo reakce, při níž 1 mol látky ve standartním stavu zreaguje v nadbytku kyslíku za vzniku oxidů

– standartní slučovací teplo sloučeniny je reakční teplo reakce, při níž z prvku ve standartním stavu vznikne 1 mol sloučeniny ve standartním stavu

– skupenské stavy látek musí mít ve svém zápisu stechiometrický koeficient

– jednotka kJ / mol

∆H⁰– standartní rekční teplo à uvedeno v tabulkách

standartní teplota – 298, 15 K ( 20 ⁰C)
standartní tlak ( atmosférický) – 101,3 kP

– exotermnická reakce – ∆H < 0

– teplo se uvolňuje a je předáno do okolí ( vylučuje teplo)

– endotermická reakce – ∆H > 0

– teplo se spotřebovává (musíme dodat teplo)

2 termochemické zákony:

Lavoisier, Laplace – hodnota reakčního tepla přímé a zpětné reakce je stejná, liší se pouze znaménkem
Hessův zákon – nezáleží na průběhu reakce, ale na počátečním a koncovém stavu reakce

Výpočty reakčního tepla:

standartní slučovací teplo

– sečteme všechna slučovací tepla produktů a od nich odečteme všechna slučovací tepla výchozích látek

∆H⁰ = ∑( ∆H⁰) – ∑ (∆H⁰)

standartní spalné teplo

– od součtu spalných tepel výchozích látek odečteme součet spalných tepel produktů

∆H⁰ = ∑( ∆H⁰) – ∑ (∆H⁰)

– stechiometrickými koeficienty násobíme hodnotu tepla v tabulce