Transcript kinetika chemických reakcí

OBECNÁ CHEMIE
KINETIKA CHEMICKÝCH REAKCÍ
Ing. Alena Hejtmánková, CSc.
Katedra chemie
Agronomická fakulta ČZU Praha
© Praha, 2003
DEFINICE, ZÁKLADNÍ POJMY
Chemická kinetika studuje
časový průběh chemických reakcí
 mechanismus děje a jeho rychlost

Typy chemických reakcí


izolované
A +B
C
Obecná chemie. Kinetika.
simultánní
vratné
A +B

bočné
A +B

následné
A +B

řetězové
A + B

C
C
C
D
D
C ....
2
REAKČNÍ RYCHLOST
/1
Reakční rychlost

změna látkového množství (koncentrace) látky za jednotku času
P
A
D[P]
D[A]
= v =
Dt
Dt
v =
[ P2 ] - [ P1 ]
t2 - t1
Obecná chemie. Kinetika.
= -
[ A2 ] - [ A1 ]
t2 - t1
3
REAKČNÍ RYCHLOST
/2
0.025
Koncentrace [mol.l-1]
0.020
0.015
N2O5
NO2
O2
0.010
0.005
2 N2O5
0.000
0
20
40
60
80
4 NO 2 + O2
100
Èas [min]
Obecná chemie. Kinetika.
4
REAKČNÍ RYCHLOST
a A + bB
v=-
/3
c C + dD
1 dnA
1 dnB
1 dnC
1 dnD
==
=
a dt
b dt
c dt
d dt
α
v = k [A] [B]
β
k – rychlostní konstanta, [k] = (mol.l-1)1-x s-1
x – řád reakce, x = a + b
molekularita reakce
Obecná chemie. Kinetika.
5
REAKČNÍ RYCHLOST
/4
Reakční rychlost ovlivňuje

koncentrace reagujících látek
A + B

P
α
v = k [A] [B]
β
teplota
zvýšení o 10 ºC  zvýšení rychlosti reakce 2−4krát
teplotní koeficient reakce
 Arrheniova rovnice

-EA / RT
k = Ae
A - frekvenční faktor
EA - aktivační energie
Obecná chemie. Kinetika.
pravděpodobnost srážky
vhodná orientace
6
SRÁŽKOVÁ TEORIE REAKČNÍ RYCHLOSTI
[A...B]
T1 < T2 < T3
EA
A+B
AB
Reakční koordináta
Obecná chemie. Kinetika.
Počet molekul
Energie
T1
T2
T3
EA
P2 < P3
Rychlost částic
7
TEORIE AKTIVOVANÉHO KOMPLEXU
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
A2 + B 2
Obecná chemie. Kinetika.
2 AB
8
VLIV KATALYZÁTORU
1.
2.
A + B  AB
1.
K + A  [KA]
[KA] + B  AB + K
[A...B]
EA
Energie
Energie
[K...A...B]
[K...A]
EA2
EA1
A+B
AB
Reakční koordináta
Obecná chemie. Kinetika.
A+B
AB
Reakční koordináta
9
KATALYZÁTORY
Katalyzátory

homogenní
 heterogenní
Autokatalýza - katalyzátorem je produkt reakce
Selektivita katalyzátorů - enzymy
Negativní katalyzátory - inhibitory (stabilizátory a katalytické jedy)
Obecná chemie. Kinetika.
10
ROZSAH REAKČNÍCH RYCHLOSTÍ
Proces
Rychlost
Geochemické procesy
velmi pomalé
1010 roků
pomalé
hodiny
rychlé
sekundy
velmi rychlé
10–10 sekund
Technicky významné reakce
Biochemické reakce
Chemické reakce, iontové reakce

Doba
u následných reakcí je rychlost určujícím krokem nejpomalejší reakce
Obecná chemie. Kinetika.
11
STAV CHEMICKÉ ROVNOVÁHY
c C + dD
v2
v1 = k 1 [A] a [B] b
v2 = k 2 [C] [D]
c
k1
k2
=
[C] c [D] d
[A] a [B] b
d
=K
K = rovnovážná konstanta
Obecná chemie. Chemická rovnováha.
Reakční rychlost
a A + bB
v1
v1
v1 = k1 [A]a [B]b
v2
Čas
12
STUPEŇ PŘEMĚNY
K < 10-5
K  (10-5 - 10+5)
K > 10+5
posun vlevo
rovnováha
posun vpravo
stupeň přeměny (konverze) klíčové složky
podíl zreagovaného množství výchozí složky
α=
[A] 0 - [A] r
[A] 0
α  0, 1
klíčová složka - složka, která se vyčerpává v reakci nejrychleji
Obecná chemie. Chemická rovnováha.
13
POSUN CHEMICKÉ ROVNOVÁHY
/1
Le Chatelierův princip (akce a reakce)

změna koncentrace
přebytek výchozí složky
 odstraňování produktu

K =
Obecná chemie. Chemická rovnováha.
posun rovnováhy doprava
(k reakčním produktům)
[C] c [D] d
[A] a [B] b
14
POSUN CHEMICKÉ ROVNOVÁHY

/2
změna vnějšího tlaku (při změně počtu molů v plynné fázi)
N2 + 3 H2
2 NH 3
4 moly
2 moly
Počet molů
zvyšuje se
snižuje se
Vnější tlak
pokles tlaku
Posun rovnováhy
zvýšení
snížení
zvýšení
snížení
Obecná chemie. Chemická rovnováha.
15
POSUN CHEMICKÉ ROVNOVÁHY

/3
změna teploty K = f (T)
A+B
Reakce
Teplota
C
Posun rovnováhy
zvýšení
exotermní
snížení
zvýšení
endotermní
Obecná chemie. Chemická rovnováha.
snížení
16
KONEC
17