Cheminė kinetika yra fizikinės chemijos šaka, tirianti cheminės reakcijos greitį ir jo priklausomybę nuo įvairių veiksnių. Reakcijos greitis - tai medžiagos kiekio pokytis per laiko vienetą, leidžiantis suprasti, kaip vyksta cheminiai procesai. Vienas iš pagrindinių veiksnių, įtakojančių cheminę reakciją, yra reaguojančių medžiagų koncentracija.
Kas yra cheminė reakcija ir jos greitis?
Cheminė reakcija - tai procesas, kurio metu vienos medžiagos (reagentai) virsta kitomis medžiagomis (produktais). Reakcijos metu atomai persigrupuoja, susidaro nauji cheminiai ryšiai, o senieji nutrūksta.
Cheminės reakcijos greitis apibrėžiamas kaip medžiagos kiekio pokytis per laiko vienetą fazės tūryje (homogeninės reakcijos) arba fazių skiriamojo paviršiaus vienetiniame plote (heterogeninės reakcijos). Kitaip tariant, greitis - tai reagentų arba produktų koncentracijos pokytis per laiko tarpą.
Reagentų koncentracijos pokytis yra neigiamas, todėl skaičiuojant greitį pagal reagentų koncentracijų pokytį taikoma formulė:
v = - Δc / Δt
Taip pat skaitykite: Reakcijos greitis fotosintezėje
Produktų koncentracijos pokytis yra teigiamas, todėl skaičiuojant greitį pagal produktų koncentracijų pokytį taikoma formulė:
v = Δc / Δt
Cheminės reakcijos greitį lemiantys veiksniai
Cheminės reakcijos greitis priklauso nuo daugelio veiksnių, iš kurių svarbiausi yra:
- Reaguojančių medžiagų prigimtis
- Medžiagų koncentracijos
- Temperatūra
- Katalizatoriai
Reagento prigimties įtaka reakcijos greičiui
Cheminės reakcijos greitis priklauso nuo reaguojančių medžiagų prigimties. Pavyzdžiui, šarminiai metalai (IA grupė) kambario temperatūroje labai audringai reaguoja su vandeniu, tuo tarpu šarminiai žemių metalai (IIA grupė) tą patį daro daug lėčiau. Šis cheminis aktyvumas rodo, kad medžiagų cheminės savybės labai stipriai veikia reakcijos greitį.
Medžiagų koncentracijos įtaka cheminės reakcijos greičiui
Vienas svarbiausių reakcijos greitį lemiančių veiksnių yra reagentų koncentracija. Veikiančiųjų masių dėsnis teigia, kad cheminės reakcijos greitis yra tiesiogiai proporcingas reaguojančių medžiagų koncentracijų sandaugai.
Taip pat skaitykite: Dirgiklio tipo poveikis reakcijos laikui
Pavyzdžiui, chloro ir vandenilio jungimosi reakcijos greitis:
Cl2(d) + H2(d) → 2HCl(d)
yra tiesiogiai proporcingas chloro ir vandenilio koncentracijoms. Tai reiškia, jog padidinus chloro arba vandenilio koncentraciją, reakcija vyks greičiau.
Junginiuose, kuriuose rūgšties koncentracija yra didesnė, reakcijos vyksta greičiau, kas taip pat patvirtina, kad chemijos reakcijos greitis tiesiogiai priklauso nuo reagentų koncentracijų.
Homogeninės ir heterogeninės cheminės reakcijos
Cheminės reakcijos skirstomos į du tipus pagal fazių pasiskirstymą:
Taip pat skaitykite: vaistų sukelti psichikos sutrikimai
- Homogeninės reakcijos vyksta vienalytėje fazėje - pvz., dujose arba skystyje;
- Heterogeninės reakcijos vyksta tarp skirtingų fazių, pavyzdžiui, tarp kietos ir skystos fazių.
Homogeninių reakcijų greitis yra tiesiogiai proporcingas reaguojančių medžiagų koncentracijoms. Heterogeninių reakcijų greičio priklausomybė nuo koncentracijos yra sudėtingesnė, nes reakcija vyksta fazių sandūroje, o reakcijos greitį gali riboti medžiagų pernaša per fazių ribą. Jei reakcijos paviršiuje susidarymas vyksta greičiau negu medžiagų pernaša, už reakcijos greitį atsako difuzija.
Temperatūros įtaka reakcijos greičiui
Temperatūra yra vienas svarbiausių veiksnių, lemiantys cheminės reakcijos greitį. Van’t Hoffo taisyklė teigia, kad padidinus temperatūrą 10 °C, reakcijos greitis padidėja 2-4 kartus.
Šis reiškinys paaiškinamas tuo, kad aukštesnėje temperatūroje daugiau molekulių turi pakankamai aktyvacijos energijos, kad vyktų sėkmingas susidūrimas, kuris baigiasi reakcija. Didesnis molekulių judėjimo intensyvumas ir dažnesni susidūrimai lemia spartesnį reakcijos vykimą.
Katalizatorių įtaka reakcijos greičiui
Katalizatoriai yra medžiagos, kurios pagreitina arba sulėtina chemines reakcijas, pačios nesikeisdamos reakcijos metu. Jie sumažina aktyvacijos energiją - energijos kiekį, reikalingą reakcijai pradėti.
Pavyzdžiui, reakcijai A + B → AB naudojant katalizatorių K, susidaro tarpinis junginys AK:
- A + K → AK (tarpinis junginys)
- AK + B → AB + K (katalizatorius atsinaujina)
Katalizatoriai plačiai naudojami tiek pramonėje, tiek gamtoje. Gyvuosiuose organizmuose veikiantys katalizatoriai vadinami fermentais (enzimais) - baltymais, kurie katalizuoja specifines chemines reakcijas. Fermentai turi aktyvųjį centrą, kuris specifiniu būdu jungiasi su reaguojančia molekule, ir jų aktyvumas yra priklausomas nuo temperatūros ir terpės savybių.
Cheminių reakcijų greičio matavimas ir kinetinė analizė
Cheminių reakcijų greitis matuojamas įvairiais būdais, priklausomai nuo reakcijos tipo ir vykdymo sąlygų. Dažniausiai matavimo metodai yra titrimetriniai, optiniai, elektrocheminiai ir kiti, leidžiantys nustatyti medžiagų koncentracijų pokyčius laike.
Kinetinė analizė yra metodas, leidžiantis nustatyti medžiagos koncentraciją pagal reakcijos greičio priklausomybę nuo reagentų koncentracijos. Šis metodas dažniausiai taikomas homogeninėms reakcijoms, tokioms kaip oksidacijos-redukcijos, kompleksinių junginių susidarymo ar fermentinėms reakcijoms. Kinetinės analizės tikslumas leidžia aptikti medžiagų koncentracijas iki 10-12 g/ml.
Cheminės pusiausvyros ir koncentracijos poveikis
Cheminė pusiausvyra - tai būsena, kai tiesioginės ir atgalinės reakcijos greičiai tampa lygūs, o medžiagų koncentracijos nesikeičia. Ši būsena pasiekiama grįžtomosioms reakcijoms, kurios vyksta abi kryptimis.
Pusiausvyros konstanta (K) apibūdina reakcijos pusiausvyros būseną, lygindama produktų ir reagentų koncentracijų santykį pagal lygčių sandaugas išreikštas moliais.
Keičiant reagentų koncentracijas galima paveikti pusiausvyros poslinkį ir reakcijos eigą. Pavyzdžiui, didinant vienos iš medžiagų koncentraciją, sistema reaguoja taip, kad sumažintų šį poveikį, dažnai judėdama pusiausvyros link produktų susidarymo.
Taip pat, slėgio pokyčiai įtakoja pusiausvyrą reakcijoms, kuriose dalyvauja dujinės medžiagos. Padidinus slėgį, pusiausvyra juda link mažesnio dujų molių skaičiaus pusės, o sumažėjus slėgiui - priešinga kryptimi.
Egzoterminių reakcijų pusiausvyra gali būti paveikta temperatūros pokyčių: didinant temperatūrą, reakcijos pusiausvyra juda ta kryptimi, kurioje reakcija sugeria šilumą (endotermine kryptimi).
Santrauka
Apibendrinant, cheminės reakcijos greitis yra priklausomas nuo reagentų koncentracijos, kuri nustato molekulių susidūrimų dažnį ir sėkmingų susidūrimų tikimybę. Be to, greitis reguliuojamas temperatūros, katalizatorių ir kitų veiksnių pagalba. Cheminės pusiausvyros principai leidžia prognozuoti, kaip sistema reaguos į temperatūros, koncentracijos ar slėgio pokyčius.
tags: #reakcijos #greicio #priklausomybe #nuo #koncentracijos