Reakční kinetika – maturitní otázka z chemie

 

   Otázka: Reakční kinetika

   Předmět: Chemie

   Přidal(a): raketak95

 

Reakční kinetika je oblast chemie, která se zabývá rychlostí chemického děje, jejím vyjadřováním a faktory, kterými lze rychlost chemické reakce ovlivňovat

 

1) Vyjadřování reakční rychlosti

a) Rozsah chemické reakce (děje) = látkové množství základních reakčních přeměn

aA + bB → dD

rozsah chemické reakce 1 mol = proběhl 1 mol základních reakčních přeměn (R)

R =  n(nezreagované látky A)/a =  n(nezreagované látky B)/b =  n(nezreagované látky D)/cd

R =  (-∆nA)/a =  (-∆nB)/b = (-∆nD)/d

 

R = rozsah chemické reakce

a, b, d = stechiometrické koeficienty

A, B = reaktanty

D = produkt

n = látkové množství

 

b) Okamžitá reakční rychlost chemického děje J je rozsah chemického děje uskutečněný za jednotku času.

J = ∆R/∆t     (mol. s-1)
J = (-∆nA)/(a.∆t)= (-∆nB)/(b.∆t)= (-∆nD)/(d.∆t)

po rozšíření zlomkem (v/v)

V = objem reakční soustavy

J=  (-∆cA)/(a.∆t)  .V

při V = 1 (jednotkový objem)

J = (-∆cA)/(a.∆t)

 

2) Teorie v reakční kinetice

– vysvětlují příčiny průběhu chemického děje a jak je průběhem chemického děje ovlivňována rychlost chemické reakce

  • Srážková teorie – aby proběhl chemický děj, musí se částice reaktantu srazit. Kdyby každá srážka částic měla vést k průběhu chemického děje, probíhaly by chemické reakce velmi rychle (hlavně u plynů). K průběhu chemické reakce vede pouze účinná srážka (částice se srazí s dostatečnou energií: minimální energie při srážce = EA (aktivační energie), a vhodně prostorově orientovány)

 

  • Teorie aktivovaného komplexu – při srážce částic vzniká AK (aktivovaný komplex = soubor, soustava, shluk (konglomerát) reagujících částic o vysoké energii, v němž začínají zanikat některé chemické vazby a jiné začínají vznikat)

– pokud proběhne účinná srážka, pak se AK může rozpadnout na produkty nebo jiný AK. V opačném případě se AK rozpadá zpět na reaktanty.

 

Čím vyšší je EA, tím pomalejší je reakce a naopak. Pro některé reakce jsou EA tabelovány.

 

3) Faktory ovlivňující rychlost chemické reakce

a) Koncentrace reaktantů – s rostoucí koncentrací reaktantů roste i reakční rychlost (roste počet účinných srážek za jednotku času). Matematickým vyjádřením rychlosti (v) na koncentraci reaktantů je vztah, který nazýváme jako Gulbergův-Waagův zákon (kinetická rovnice chem. děje)

aA + bB → dD

v = k * c_A^α * c_B^β

v = reakční rychlost na delší časový interval

c = látková koncentrace

k = rychlostní konstanta dané chemické reakce (pro některé chemické děje jde o tabelovanou veličinu) = rychlost dané chemické reakce při jednotkové koncentraci reaktantů

α, b = u kineticky jednoduchých dějů je α = a a b = b, u složitějších reakcí jsou α, b určovány experimentálně

 

b) Vliv reakčního mechanismu na reakční rychlost

Reakční mechanismus = detailní popis průběhu chemického děje (způsob průběhu chemické reakce), ve kterém jsou zmíněny meziprodukty, aktivované komplexy, role rozpouštědla, katalyzátoru apod.

 

4 HBr(g) + O2(g) → 2 Br2(g) + 2 H2O(g) – reakce 2. řádu

HBr(g) + O2(g) → HOOBr nejpomalejší dílčí děj reakčního mechanismu → určuje celkovou rychlost reakce

HOOBr+ HBr(g) →2 HOBr
HOBr+HBr(g) →Br2(g) +H2O(g)
HOBr+HBr(g) →Br2(g) +H2O(g)

 

Standardně dosazovat do vzorce nahoře nelze.

 

Molekularita chemického děje = počet částic, které se musí srazit, aby proběhl chemický děj

  1. monomolekulární reakce = jde o přeměnu 1 molekuly látky (poměrně vzácné)
  2. bimolekulární reakce = je reakce, při níž se musí srazit 2 částice, aby proběhla chemická reakce
  3. trimolekulární reakce = je reakce, při níž se musí srazit 3 částice současně, aby proběhla chemická reakce

U kineticky složitějších reakcí se určuje molekularita pouze pro dílčí děje reakčního mechanismu.

 

c) Vliv teploty na reakční rychlost

Čím vyšší je teplota, tím vyšší je reakční rychlost (za jednotku času se částice častěji srazí, částice se rychleji pohybují → roste pravděpodobnost účinné srážky).

Při vzrůstu teploty o 10 , roste reakční rychlost 2 – 4x. Matematicky vyjadřuje závislost reakční rychlosti na teplotě Arheinova rovnice.

k = A * e^(-Ea/(R.T))

k = rychlostní konstanta chemického děje

A = frekvenční faktor (vyjadřuje pravděpodobnost srážky v dané reakční soustavě)

e = Eulerovo číslo (e = 2,72….)

Ea = aktivační energie reakce

R = universální plynová konstanta (R = 8,314 J.mol-1.K-1)

T = termodynamická teplota (K)

 

exponent s rostoucí teplotou roste →  e^(-Ea/(R.T)) roste také

 

d) Vliv katalyzátoru (inhibitoru) na rychlost chemické reakce

Katalyzátor (inhibitor) zvyšuje (snižuje) reakční rychlost tak, že vytváří s částicemi reaktantů AK, který má nižší (vyšší) Ea než AK reaktantů bez katalyzátoru (inhibitoru).

 

Katalýza:

  1. homogenní – reagující látky + katalyzátor (inhibitor) v téže fázi
  2. heterogenní – reagující látky + katalyzátor (inhibitor) v různých fázích

fáze = homogenní oblast v heterogenní soustavě

 

2 H2O2 → 2 H2O + O2

katalyzátor: Pt, Fe a jeho sloučeniny včetně hemoglobinu

inhibitor: močovina, thiomočovina

 

Autokatalýza = jev, kdy některý ze vznikajících produktů danou chemickou reakci katalyzuje

Př. organická látka + KMnO4  → oxidační produkt + Mn^(2+)  (katalyzátor)

– žluknutí tuku – autokatalytická oxidace a rozklad

 

U heterogenní katalýzy má vliv na reakční rychlost ještě velikost reakčního povrchu katalyzátoru a míchání reakční soustavou.

 

S rostoucí velikostí reakčního povrchu roste reakční rychlost.

Možnosti zvětšení povrchu pevné látky:

  • rozdrtit na menší kusy
  • vytvořit tenký povlak na vhodném nosiči (trubky, kuličky, azbestová vlákna)
  • kovová síta
  • Raneyův Ni, Co – z Ni (Co) a Al vytvoříme slitinu a Al ze slitiny odloučíme NaOH. Získáme tak Ni (Co) s velkým povrchem.

 

Katalyzátorový jed = látka, která snižuje katalytický účinek katalyzátoru

– pokryje povrch katalyzátoru (př. Csaze), zabrání přístupu reaktantu k povrchu katalyzátoru

– reaguje s katalyzátorem na látku s nižším katalytickým účinkem, nebo bez katalytického účinku

 

katalyzátor                                                          katalyzátorový jed

Pt                                                                          S, C, sloučeniny S, C

Fe                                                                         C, sloučeniny C

enzymy Krepsova cyklu                                        CN

akonitaza Krepsova cyklu                                      F – CH2 – COOH (T: kys. fluoroctová)

 

Enzymy = označení pro biokatalyzátory (katalytické reakce v živých organismech.

Jsou to bílkoviny: a) jednoduché; b) složené (bílkovina + nebílkovinná část = koenzym prostetická funkční skupina)

– jsou účinnější než průmyslové katalyzátory, za mírných podmínek

 

e) Ovlivnění rychlosti reakce u heterogenních dějů

Heterogenní reakce = reakce, u níž nejsou reaktanty ve stejné fázi

C(s)+ O2(g) →2 CO2(g)

– reakce běží na rozhraní fází → s rostoucí styčnou plochou reaktantů se zvětšuje reakční rychlost.

Míchání zvyšuje reakční rychlost.






—————————————————————————

 Stáhnout práci v PDF  Upozornit na chybu

 Učebnice k maturitě  Maturitní kurzy

 Učebnice k VŠ přijímačkám  Kurzy na přijímačky

—————————————————————————

Další podobné materiály na webu: