Transcript Reaktioners hastighet

Reaktioners hastighet
Kemister frågar sig ofta hur kemiska reaktioner
kan påskyndas. Detta är betydelsefullt t.ex. för att
göra en kemisk tillverkningsprocess lönsam
 I en kompost försöker vi skapa så goda förutsättningar
som möjligt för att mikroorganismer ska trivas. Genom
kemiska reaktioner i deras celler återanvänds avfallet
och blir näringsrik jord som kan ge liv åt nya
växtgenerationer. Avfall som bara innehåller organiska
föreningar som blad, gräs och potatisskal bryts ner fort
medan t.ex. benbitar med mycket oorganiskt innehåll
kräver längre tid eftersom mikroorganismerna inte har
så stort behov av dessa ämnen.
Fundera på ...
Varför går nedbrytningen trögt på vintern
och snabbt på sommaren? Och varför går
komposteringen snabbare om materialet
är finfördelat?
För att en reaktion ska kunna ske mellan
två ämnen, krävs framför allt en sak…
Vad?
Reaktionshastigheten beror av
flera faktorer
De i reaktionen ingående ämnenas natur
Temperaturen
Ämnenas koncentration
Ämnenas kontaktytor mot varandra,
alltså partikelstorleken
Närvaro/frånvaro av katalysator
Närvaro/frånvaro av inhibitor
Kollisioner krävs
För att ämnen skall kunna reagera med
varandra måste de träffas.
Men det räcker inte med att ”bara
”träffas”, de måste träffas på rätt sätt
och med tillräckligt hög energi
Rätt sätt att träffas
http://www4.liber.se/gymnasiekemib/02.ht
ml
Med tillräckligt mycket energi
 Vid en viss temperatur känner vi partiklarna i en gas medelhastighet. Vi
känner inte hastigheten hos varje partikel, men då vi kan mäta
medelhastigheten inser vi att vissa partiklar rör sig långsammare och
andra snabbare.
 När nya ämnen ska bildas måste bindningar omstruktureras. Gamla
bindningar måste brytas, vilka kosta energi, innan nya kan skapas och
avge energi.
 För att bindningar ska brytas krävs en minsta energi, alltså även en
minsta hastighet.
 När partiklarna krockar omvandlas den kinetiska energin till
elektronenergi och ett aktiverat komplex bildas. Aktiverade komplex
brukar visas med en klammer [ ]
 Den energi som krävs för att skapa det aktiva komplexet, utöver
medelenergin, kallas aktiveringsenergi.
 I det aktiverade komplexet bryts bindningar, då åtgår energi, och när nya
skapas avges energi. Detta gör att det aktiverade komplexets energi alltid
är högre än reaktanternas och produkternas.
Vi såg att reaktionshastigheten är
beroende av flera faktorer
 Reaktionshastigheten är proportionell mot
koncentrationen av reaktanterna. I fallet nedan både
[H2] och [I2]
H2(g) + I2(g)  2HI(g)
Reaktionshastigheten,
v, är alltså…
 v = k x [H2] x [I2]
 Eftersom reaktionshastigheten också är beroende av
ämnenas karaktär, temperatur osv, gäller konstanten
bara för de här ämnena vid den aktuella temperaturen
 Konstanten innehåller bland annat faktorer som anger
hur många partiklar som har tillräckligt hög energi,
som krockar på lämpligt sätt osv.
Generalisera…
 För att ange en formel som gäller för alla ämnen,
betecknar vi [H2]med a och [I2] med b.
V=kxaxb
 Om vi sedan ändrar koncentrationen för a till 2a, blir den
nya reaktionshastigheten
 v2 = k x 2a x b, eller
 v2 = 2 x k x a x b
 Eftersom k x a x b = hastigheten innan
koncentrationsökningen, kan vi sätta v2 = 2 x v
 Alltså, dubblar vi koncentrationen för en av reaktanterna,
ökar reaktionshastigheten till det dubbla.
Ökar vi också koncentrationen av [I2] till
det bubbla, kommer reaktionshastigheten
bli fyra gånger så hög som
reaktionshastigheten från början osv.
Reaktionshastigheten ökar med
koncentrationen för att antalet krockar
mellan partiklarna ökar.
Om temperaturen ökar…
Ökar inte reaktionshastigheten
proportionellt mot temperaturökningen.
Reaktionshastigheten ökar mycket
kraftigt med stigande temperatur. Detta
beror på att fler partiklar får så hög
rörelseenergi att de vid krock kan bilda
det aktiverade komplexet.
Reaktionsmekanismer
En reaktionsformel talar om vilka start
och slutprodukter som deltar i en
reaktion, men inte reaktionsvägen.
Ibland är reaktionsvägen just så enkel
som formeln visar, som i reaktionen
mellan vätgas och jodgas, men långt ifrån
alltid!
 När vätgas reagerar med klorgas är reaktionsvägen
mer komplicerad.
 I klorgas finns ett bindande elektronpar. När en
klorgasmolekyl tagit upp mycket energi (från ex en ljusvärmekälla) spjälkas molekylen i atomer, med varsin
oparad elektron.
 Partiklar, atomer och molekyler med oparade
elektroner är mycket reaktiva och kallas för radikaler.
(Hos radikaler visas bara de oparade elektronerna)
 Kloratomen (radikalen) reagerar vidare med en
vätgasmolekyl, H2 + Cl·  HCl + H·
 Detta upprepas i en kedja och kallas därför
kedjereaktion. Den fortgår tills två radikaler reagerar
med varandra.
Katalysatorer
Reagerar inte själv men öppnar en ny och
snabbar reaktionsväg, som ofta kräver en
lägre aktiveringsenergi (se utblick 2.1)