Otázka: Reakční kinetika
Předmět: Chemie
Přidal(a): Arichild
Obsah
- Co je to reakční kinetika? – druhy, reakční rychlost a její vyjádření
- Jaké jsou teorie v reakční kinetice? – srážková, aktivovaného komplexu
- Jaké jsou faktory ovlivňující rychlost chemické reakce? – koncentrace reaktantů, reakční mechanismus, skupenství, tlak, teplota, katalyzátor (autokatalýza, katalyzátorové jedy)
- Co je to chemická rovnováha?
Co je to reakční kinetika?
= oblast chemie, která se zabývá otázkou rychlosti a dynamiky průběhu reakcí a faktory tuto rychlost ovlivňující
reakční rychlost
- = množství chem. sl., které vznikne nebo zanikne (v molech nebo jednotkách hmotnosti) v jednotce objemu za jednotku času = rychlost přeměny reaktantů na produkty
- pomalá př. rezavění, dýchání
- rychlá př. spalování, slučování Na + Cl2
rozsah chem. reakce (děje)
- = látkové množství základních reakčních přeměn
- př. rozsah chem. reakce 1 mol = proběhl 1 mol základních reakčních přeměn (R)
obecný zápis: aA + bB -> cC + dD
- a, b, c, d …stechiometrické koeficienty (řecká abeceda)
- A,B … reaktanty
- C,D … produkty
okamžitá reakční rychlost chem. reakce
J = ΔR/Δt
J = (-ΔnA)/(aΔt) = (-ΔnB)/(bΔt) = (-ΔnC)/(cΔt) = (-ΔnD)/(dΔt)
J = (-ΔcA)/(aΔt) .V // V = 1
J = (-ΔcA)/(aΔt)
- = rozsah chem. reakce uskutečněný za určitou jednotku času (J)
- n … látkové množství
- V … objem reakční soustavy
- c … látková koncentrace
Jaké jsou teorie v reakční kinetice?
- teorie vysvětlují příčiny průběhu reakce a jak je jím ovlivňována rychlost chem. reakce
Srážková (= kinetická)
- vychází z předpokladu, že se částice (molekuly, ionty), mají-li spolu reagovat, musí nejprve srazit, při této srážce se naruší vazby reaktantů
- srážka neúčinná x účinná (pouze účinná srážka vede k průběhu chem. reakce)
- k účinné srážce je potřeba – vhodná prostorová orientace, dostatečná Ea (aktivační energie) a vhodné pH
- čím je počet účinných srážek větší, tím vyšší je reakční rychlost
- počet srážek roste s rostoucí teplotou
Aktivovaného komplexu
- účinná srážka – uvolnění původních vazeb, vznik přechodných vazeb – aktivovaný komplex (AK)
- aktivovaný komplex = shluk reagujících částic o vysoké energii, v němž začínají vznikat a zanikat některé vazby
- AK vzniká, pokud je energie výchozích látek větší než EA
- reakce je nestálá – AK se podle podmínek rozpadá na produkty, jiný AK nebo zpátky na reaktanty (neúčinná srážka)
Jaké jsou faktory ovlivňující rychlost chemické reakce?
Koncentrace reaktantů
- s rostoucí koncentrací roste rychlost reakce = roste počet účinných srážek za jednotku času
- 1. zákon chem. kinetiky
- rychlost chem. reakce je přímo úměrná součinu molárních koncentrací reagujících látek
- Gulbergův-Waagův zákon – vztah látkové koncentrace a rychlosti reakce
- v₁ = v1
- v₁ = k₁ * Aª * Bb = k * cª * cb
- v₂ = k₂ * Cᶜ * Dᵈ
- k … konstanta úměrnosti, rychlostní konstanta – je závislá na teplotě
Teplota
- má jiný vliv na exotermní a endotermní reakce
- s rostoucí teplotou se zvyšuje počet molekul, jejichž energie dosahuje Ea
- 2. zákon chem. kinetiky
- van’t Hoffovo pravidlo – zvýšení teploty o 10 stupňů C se reakční rychlost u většiny reakcí zvýší 2krát až 4krát
- Arrheniova rovnice – vyjadřuje závislost rychlostní konstanty na teplotě
- k = A . e(-Ea/R.T)
- k … rychlostní konstanta chem. reakce
- A … frekvenční faktor – vyjadřuje pravděpodobnost srážky v dané soustavě
- e … Eulerovo číslo
- Ea … aktivační energie
- R … univerzální plynová konstanta
- T … termodynamická teplota
Reakční mechanismus
- detailní popis chem. reakce (meziprodukty, katalyzátory atd.)
- celková rychlost reakce záleží na nejpomalejší z dílčích reakcí
- molekularita chem. reakce = počet částic, které se musí srazit, aby proběhla chem. reakce
- monomolekulární – přeměna jedné molekuly
- bimolekulární – srážka dvou částic
- trimolekulární reakce – srážka tří částic zároveň
Katalyzátory
- zvyšují/snižují Ea – tvoří s reaktanty AK
- katalýza:
-
- homogenní – reaktanty + katalyzátor v jedné fázi
- heterogenní – reaktanty + katalyzátor v různých fázích
- př. 2H2O2 -> 2H20 + 02
- katalyzátor – Pt, Fe a jeho sloučeniny (včetně hemoglobinu)
- inhibitor (omezuje děj) – močovina, thiomočovina
- autokatalýza = jev, při kterém některý z produktů chem. reakce reakci katalyzuje
- př. žluknutí másla – autokatalytická oxidace + rozklad
- katalytické jedy = látky snižující účinek katalyzátoru
- enzymy = biokatalyzátory
- skupenství
- nejpomaleji reagují pevné látky
- nejrychleji reagují plyny
Co je to chemická rovnováha?
- každou chem. reakci lze považovat za vratnou
- dynamická rovnováha – rovnováha se změní, pokud se změní podmínky reakce
- Le Chatelierův princip – porušení chem. rovnováhy vnějším zásahem vyvolá v soustavě reakci k zastavení tohoto zásahu
- ovlivnění rovnovážného stavu: snížení koncentrace produktů, zvýšení koncentrace reaktantů, změna tlaku v soustavě, změna teploty v soustavě atd.
