2023 Autor: Jake Johnson | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-05-24 23:12
Kinetika je dio hemije koji proučava stope reakcija, gdje se brzina povećava s povećanjem temperature.
Postoje faktori koji utiču na brzinu kao što su "temperatura", "površina" i "koncentracija reaktanata".
Brzina reakcije
Brzina reakcije je varijacija koncentracije reaktanata po varijaciji u jedinici vremena. Brzine hemijskih reakcija se obično izražavaju u molarnosti u sekundi (M/s).
Prosječna brzina formiranja produkta reakcije je data sa:
Vm=promjena koncentracije proizvoda / promjena vremena
Brzina reakcije opada s vremenom. Brzina formiranja proizvoda jednaka je brzini potrošnje reaktanata.
Brzina reakcije=promjena koncentracije reaktanata / promjena u vremenu.
Brzina hemijskih reakcija može se desiti na veoma dugim vremenskim skalama. Na primjer, eksplozija se može dogoditi za manje od sekunde, hrana može potrajati nekoliko minuta ili sati da se skuha, korozija može potrajati godinama, a trošenje kamenja može potrajati hiljade ili milione godina.
Faktori koji utiču na brzinu reakcije
Kontaktna površina: Što je veća kontaktna površina, to je većabrzina reakcije
Temperatura: Što je temperatura viša, brzina reakcije je brža
Koncentracija reagensa: Povećanje koncentracije reagensa će povećati brzinu reakcije.
U hemijskoj reakciji, najsporija faza određuje njenu brzinu. Pogledajmo donji primjer: Vodikov peroksid (vodikov peroksid) koji reagira s jodidnim ionima, stvarajući vodu i plin kisika.
I – H2O2 + I- --> H2O + IO- (Sporo)
II – H2O2 + IO- --> H2O + O2 + I- (brzo)
Pojednostavljena jednadžba: 2 H2O2 --> 2 H2O + O2.
Pojednostavljena jednačina odgovara zbiru jednačina I i II. Pošto je faza I spora faza, da bi se povećala brzina reakcije, mora se djelovati na nju. Da li povećati ili smanjiti brzinu reakcije, faza II (brza) neće uticati, pri čemu je faza I najvažnija.
Guldberg-Waage zakon:
Razmotrite sljedeću reakciju: a A + b B ----> c C + d D
Prema Guldberg-Waage zakonu; V=k [A]a [B]b.
Gdje:
V=brzina reakcije;
=Koncentracija supstance u mol /L;
k=Konstanta specifične brzine za svaku temperaturu.
Red reakcije je zbir eksponenata koncentracija u jednačini brzine. Koristeći gornju jednačinu, izračunavamo red takve reakcije sumom (a + b)
Teorija sudara
Po teoriji sudara, da bi biloreakcija je neophodna da:
Molekuli reaktanta se sudaraju jedan s drugim;
Do sudara dolazi sa geometrijom koja je povoljna za formiranje aktiviranog kompleksa
Energija molekula koji se sudaraju jednaka je ili veća od energije aktivacije.
Efektivan ili efikasan sudar je onaj koji rezultira reakcijom, odnosno u skladu sa posljednja dva uvjeta teorije sudara. Broj efektivnih ili efikasnih sudara i veoma mali u poređenju sa ukupnim povećanjem sudara koji se dešavaju između molekula reaktanta.
Što je manja energija aktivacije reakcije, to je njena brzina brža.
Porast temperature povećava brzinu reakcije jer povećava broj reaktantnih molekula sa energijom većom od energije aktivacije.
Van’t Hoffovo pravilo – porast od 10°C udvostručuje brzinu reakcije.
Ovo je grubo i vrlo ograničeno pravilo.
Povećanje koncentracije reaktanata povećava brzinu reakcije
Energija aktivacije
To je minimalna energija potrebna da se reaktanti transformišu u proizvode. Što je energija aktivacije veća, to je sporija brzina reakcije.
Po dostizanju energije aktivacije formira se aktivirani kompleks. Aktivirani kompleks ima veću entalpiju od reaktanata i proizvoda, jer je prilično nestabilan; time se kompleks poništava i stvara produkte reakcije. Pogledajmo grafikon:
Put reakcije
Gdje:
C. A.=Kompleks aktiviran
Jedi.=Energija aktivacije
Hr.=Entalpija reaktanata
Hp.=entalpija proizvoda
DH=Promjena entalpije.
Katalizator:
Katalizator je supstanca koja povećava brzinu reakcije, a da se ne troši tokom procesa.
Glavna funkcija katalizatora je da smanji energiju aktivacije, olakšavajući transformaciju reaktanata u produkte. Pogledajte grafikon koji pokazuje reakciju sa i bez katalizatora:
Plava kriva bez katalizatora
Crvena kriva sa katalizatorom
Inhibitor: je supstanca koja usporava brzinu reakcije
Otrov: je supstanca koja poništava efekat katalizatora.
Akcija katalizatora je smanjenje energije aktivacije, omogućavajući novi put za reakciju. Smanjenje energije aktivacije je ono što određuje povećanje brzine reakcije.
Homogena kataliza: katalizator i reagensi čine jednu fazu
Heterogena kataliza: Katalizator i reaktanti čine dvije ili više faza (polifazni sistem ili heterogena mješavina).
enzim
Enzim je protein koji djeluje kao katalizator u biološkim reakcijama. Karakterizira ga specifično djelovanje i velika katalitička aktivnost. Predstavlja optimalnu temperaturu, uglavnom oko 37°C, ukoji ima maksimalnu katalitičku aktivnost.
Promotor reakcije ili aktivator katalizatora je supstanca koja aktivira katalizator, ali u izolaciji nema katalitičko djelovanje u reakciji.
Otrov ili inhibitor katalizatora je supstanca koja smanjuje, pa čak i uništava djelovanje katalizatora, a da ne učestvuje u reakciji.
Autokataliza
Autokataliza – Kada jedan od produkta reakcije djeluje kao katalizator. U početku je reakcija spora i kako se katalizator (proizvod) formira, njegova brzina raste.
