Kinetyka chemiczna - teoria

Szybkość reakcji jest to zmniejszenie się stężenia substratów lub przyrost produktów w jednostce czasu.

                delta C
v =  (+/-) ---------                        + => przyrost produktów
                delta t                           - => ubytek substratów


Energia aktywacji, to najmniejsza ilość energii do zapoczątkowania reakcji.
Kompleks aktywny, to produkt przejściowy który samorzutnie przekształca się w produkt reakcji.

Na szybkość reakcji ma wpływ:
=> energia aktywacji - im mniejsza tym szybciej zachodzi reakcja
=> stężenia reagentów, a w przypadku gazów ciśnienia reganetów
=> droga przemiany substratów w produkty
=> rodzaj reagujących substancji i ich stan skupienia  (np rozdrobnienie substancji zwiększa powierzchnię reagującą i przyspiesza reakcje)
=> obecność katalizatora (substancja ta obniża energię aktywacji)

Rząd reakcji - informuje ile cząsteczek musi uczestniczyć w aktywnym zderzeniu, aby mogła zajść reakcja.

• reakcje I rzędu

v= k* C^x            k= [dm3/mol*s]
np. N2O4----> 2NO2           v= k * CN2O4
     C2H6-----> 2CH3


x=1

• reakcje II rzędu

v=k* C^2 lub v=k*Ca*Cb
2CH3 ----> C2H6                        v=k*C^2

• reakcje III rzędu

v= k * Ca*Cb*Cc lub  v=k* Ca^2 * Cb

• reakcje rzędu zerowego

nie są zależne od stężenia reagentów np. reakcje fotochemiczne. Ich szybkość zależy od innych czynników.

Okres półtrwania - czas potrzebny do przereagowania połowy początkowej ilości reagentów. Im dłuższy okres półtrwania, tym niższa wartość stałej k i reakcja zachodzi wolniej.
Im wyższa stała k, tym szybkość reakcji jest większa.

Reguła Van't Hoffa
 Szybkość reakcji rośnie wraz ze wzrostem temperatury. Wzrost temp. o 10 stopni celsjusza, powoduje 2-4 krotny wzrost szybkości reakcji.

Gamma - współczynnik temperaturowy, to liczba wskazująca ile razy wzrosła szybkość reakcji, przyjmuje wartości równe większe dwa do mniejsze równe cztery. Im wyższa temperatura końcowa w stosunku do początkowej tym współczynnik jest większy ( im większa różnica między temp. początkową, a końcową, wtedy szybkość reakcji wzrasta mocniej).

Kataliza

Katalizatory - to substancje, które dodane do układu nawet w małych ilościach, powodują zmianę szybkości reakcji, zaś same po zakończeniu reakcji pozostają niezmienione.
Katalizator przyspiesza reakcje oraz reakcję odwrotną, ale nie ma wpływu na stan równowagi.
Rodzaje katalizy:

• heterogeniczna (niejednorodna), wielofazowa - katalizator występuje w innym stanie skupienia, niż substraty rekacji

• homogeniczna (jednorodna) - katalizator występuje w takim samym stanie skupienia, jak substraty reakcji np. hydroliza estrów, amidów.

• autokataliza - powstający produkt reakcji wpływa na jej szybkość np. rozkład H2O2 pod wpływem MNO2

• biokataliza - przy udziale enzymów

EA- energia aktywacji bez katalizatora ( to energia od substratu do przegięcia, które oznacza zajście reakcji)
EA'- energia akt. z katalizatorem
delta E- energia dostarczona lub wydzielona w reakcji ( produkty - substraty), efekt energetyczny reakcji

 Energia wydzielona lub pobrana jest taka sama z katalizatorem jak i bez katalizatora. Zmienia się jedynie energia aktywacji dzięki czemu reakcja zachodzi szybciej.

W następnym poście część praktyczna z kinetyki.