W 6 KINETYKA I TERMODYNAMIKA ...

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
2008-05-16
1
Kinetyka reakcji chemicznych
Ilościowo szybkość reakcji określa się jako zmianę molowego
stężenia substratu lub produktu w jednostce czasu
.
V=-dc/dt
Zależność szybkości reakcji od stężenia ujmuje prawo działania mas
Guldberga i Waagego. Prawo to mówi:
Szybkość reakcji jest wprost proporcjonalna do iloczynu stężeń
substratów.
aA+bB

cC
v = k[A]
a
*
[B]
b
gdzie: k -stała szybkości reakcji
Współczynniki potęgowe przy stężeniach poszczególnych substratów określają
rząd
reakcji
. (rząd reakcji chemicznej -jest to suma wykładników potęgowych w równaniu
szybkości reakcji chemicznej. Liczba cząsteczek biorących udział w elementarnej
przemianie określa tzw.
cząsteczkowość (molekularność) reakcji.
2
1
2008-05-16
Wpływ stężenia podają wyżej omawiane zależności, a mianowicie można
przyjąć, że:
•
szybkość reakcji chemicznej zależy od najwolniejszego etapu
•
szybkość procesu elementarnego jest proporcjonalna do iloczynu
stężeń substratów tego procesu podniesionych do odpowiednich potęg:
-
dla reakcji I rzędu v = k * c
-dla reakcji II rzędu v = k * c
2
albo k * c
A
* c
B
-dla reakcji III rzędu v = k * c
3
albo k * c
A
2
* c
B
albo k = c
A
* c
B
* c
C
Przebieg reakcji zależy od stanu skupienia. O ile reakcja przebiega w fazie
gazowej, to cząsteczki mają dużą swobodę poruszania się. W wyniku zderzeń
następuje ciągłe przemieszczanie cząsteczek.
W roztworach przebieg reakcji zależy od charakteru rozpuszczalnika i
charakteru budowy reagujących związków. W rozpuszczalnikach polarnych
łatwiej reagują związki o budowie polarnej, a związki o budowie niepolarnej
łatwiej reagują w rozpuszczalnikach niepolarnych.
3
W przypadku reakcji pierwszego rzędu szybkość reakcji jest
proporcjonalna do stężenia jednej substancji reagującej. Szybkość reakcji
w tym przypadku określa równanie.
-dc
A
/dt = k * c
A
Po przekształceniu otrzymujemy
-dc
A
/c
A
= k * dt
Całkując stronami w granicach stężenia c
A
o
odpowiadającej chwili t = 0
do stężenia c
A
po czasie t otrzymujemy;
(lnc
A
-lnc
A
o
) = kt
ln(c
A
o
/c
A
) = kt
k = 1/t * ln(c
A
o
/c
A
) = 2,303/t * log(c
A
o
)/c
A
)
Wielkością, która charakteryzuje szybkość reakcji, jest
okres połowicznej
przemiany.
Jest to czas potrzebny do tego, aby połowa reagującej
substancji uległa przemianie.
Dla reakcji pierwszego rzędu okres połowicznej przemiany wyraża się
równaniem.
T
1/2
= 2,303/k * log2 = 0,693/k
4
2
2008-05-16
Szybkość reakcji chemicznych zależy od następujących
czynników:
1) składu substancji reagujących,
2) postaci fizycznej substancji,
3) dokładności wymieszania reagentów,
4) temperatury,
5) ciśnienia,
6) stężeń substratów,
7) szczególnych warunków fizycznych, np. naświetlenia
promieniowaniem nadfioletowym, promieniami rentgena itp.,
8) obecności katalizatorów.
5
Wpływ temperatury na szybkość reakcji
Ze wzrostem temperatury zawsze wzrasta szybkość reakcji chemicznej.
Wzrost temp. o 10K powoduje przeciętnie dwukrotny wzrost szybkości
reakcji.
Wzrost szybkości w zależności od temperatury ma charakter
wykładniczy.
W 1889 r. Svant Arrhenius sformułował zależność zmian
stałej szybkości reakcji k, od zmiany temperatury. Równanie
to ma postać:
k = Aexp
-E
a
/RT
gdzie: E
a
-energia aktywacji, A -współczynnik
6
3
2008-05-16
Wpływ temperatury na energię cząsteczek
7
Stwierdzono doświadczalnie, że niektóre reakcje mogą przebiegać szybciej w obecności
substancji, które pozostają niezmienione po zakończeniu reakcji.
Tego rodzaju substancje nazywa się katalizatorami a zjawisko przez nie wywołane
katalizą.
Wpływ katalizatora ogranicza się wyłącznie do zmiany szybkości reakcji.
Wpływ katalizatora na szybkość reakcji chemicznej
8
4
2008-05-16
Energetyka reakcji chemicznych
energia
kompleks aktywny
E
1
energia aktywacji
E
o
substraty
0
……………………………………………………………………………..
..
.
..
..
.
...
..
.
..
...
..
.
..
..
..
.
E
r
energia reakcji
E
2
produkty
droga reakcji
C
O
+
O
2
N
=
C---O
2
O---N
=
C O
2
+
O N
produkty
substraty
kompleks aktywny
9
Reakcje nieodwracalne należą do wyjątków i biegną z reguły wtedy, gdy
jeden z produktów opuszcza środowisko reakcji
.
Rozpatrzmy ogólną reakcję w której a moli substancji A oraz b moli substancji B
tworzy e moli substancji E i d moli substancji D
aA + bB

eE + dD
Szybkość v
1
przemiany substratów w produkty będzie opisana równaniem
v
1
= k
1
• c
A
a
• c
B
b
Szybkość v
1
maleje w czasie trwania reakcji w miarę zmniejszania się stężenia
substratów A i B. Pojawienie się produktów E i D może wywołać proces
odwrotny, tj. produkty mogą ulegać przemianie odwrotnej z utworzeniem
substratów A i B z szybkością v
2
.
v
2
= k
2
• c
E
e
• c
D
d
i będzie rosła w czasie trwania reakcji, wskutek nagromadzenia się coraz
większych ilości produktów E i D.
t
Zmiany stężeń substratów i produktów w czasie biegu reakcji chemicznej
10
5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]

zanotowane.pl

doc.pisz.pl

pdf.pisz.pl

diabelki.xlx.pl