Definícia chemickej kinetiky v chémii

Pochopenie chemickej kinetiky a rýchlosti reakcie

Chemická kinetika pomáha vysvetliť, prečo zvyšujúce sa kolízie medzi molekulami zvyšujú rýchlosť chemickej reakcie. Don Farrall/Getty Images

Chemická kinetika je náuka o chemických procesoch a miery reakcií . To zahŕňa analýzu podmienok, ktoré ovplyvňujú rýchlosť a chemická reakcia , pochopenie reakčných mechanizmov a prechodových stavov a vytváranie matematických modelov na predpovedanie a opis chemickej reakcie. Rýchlosť chemickej reakcie má zvyčajne Jednotky sek^-1kinetické experimenty však môžu trvať niekoľko minút, hodín alebo dokonca dní.

Taktiež známy ako

Chemická kinetika sa môže nazývať aj reakčná kinetika alebo jednoducho „kinetika“.

História chemickej kinetiky

Oblasť chemickej kinetiky sa vyvinula zo zákona hromadného pôsobenia, ktorý v roku 1864 sformulovali Peter Waage a Cato Guldberg. Zákon hromadného pôsobenia hovorí, že rýchlosť chemickej reakcie je úmerná množstvu reaktantov. Jacobus van't Hoff študoval chemickú dynamiku. Jeho publikácia „Etudes de dynamique chimique“ z roku 1884 viedla k udeleniu Nobelovej ceny za chémiu v roku 1901 (čo bol prvý rok udeľovania Nobelovej ceny). Niektoré chemické reakcie môžu zahŕňať komplikovanú kinetiku, ale základné princípy kinetiky sa učia na stredných a vysokých školách na hodinách všeobecnej chémie.

Kľúčové poznatky: Chemická kinetika

• Chemická kinetika alebo reakčná kinetika je vedecké štúdium rýchlosti chemických reakcií. Zahŕňa vývoj matematického modelu na opis rýchlosti reakcie a analýzu faktorov, ktoré ovplyvňujú reakčné mechanizmy.
• Peter Waage a Cato Guldberg sú pripisovaní priekopníkom v oblasti chemickej kinetiky tým, že opísali zákon hromadného pôsobenia. Zákon hromadnej akcie hovorí, že rýchlosť reakcie je úmerná množstvu reaktantov.
• Faktory, ktoré ovplyvňujú rýchlosť reakcie, zahŕňajú koncentráciu reaktantov a iných druhov, povrchovú plochu, povahu reaktantov, teplotu, katalyzátory, tlak, či je tam svetlo a fyzikálny stav reaktantov.

Sadzobné zákony a sadzby

Experimentálne údaje sa používajú na nájdenie reakčných rýchlostí, z ktorých sú odvodené rýchlostné zákony a rýchlostné konštanty chemickej kinetiky aplikáciou zákona o hmotnej akcii. Rýchlostné zákony umožňujú jednoduché výpočty pre reakcie nultého rádu, reakcie prvého rádu a reakcie druhého rádu .

• Rýchlosť reakcie nultého rádu je konštantná a nezávislá od koncentrácie reaktantov.
  sadzba = k
• Rýchlosť reakcie prvého rádu je úmerná koncentrácii jedného reaktantu:
  sadzba = k[A]
• Rýchlosť reakcie druhého rádu má rýchlosť úmernú druhej mocnine koncentrácie jedného reaktantu alebo súčinu koncentrácie dvoch reaktantov.
  sadzba = k[A]^dvaalebo k[A][B]

Rýchlostné zákony pre jednotlivé kroky sa musia kombinovať, aby sa odvodili zákony pre zložitejšie chemické reakcie. Pre tieto reakcie:

• Existuje krok určujúci rýchlosť, ktorý obmedzuje kinetiku.
• Na experimentálne stanovenie aktivačnej energie možno použiť Arrheniovu rovnicu a Eyringove rovnice.
• Na zjednodušenie zákona o sadzbách možno použiť aproximácie ustáleného stavu.

Faktory, ktoré ovplyvňujú rýchlosť chemickej reakcie

Chemická kinetika predpovedá, že rýchlosť chemickej reakcie sa zvýši faktormi, ktoré zvyšujú kinetickú energiu reaktanty (do určitého bodu), čo vedie k zvýšenej pravdepodobnosti, že reaktanty budú navzájom interagovať. Podobne možno očakávať, že faktory, ktoré znižujú možnosť vzájomnej kolízie reaktantov, znížia rýchlosť reakcie. Hlavné faktory, ktoré ovplyvňujú rýchlosť reakcie, sú:

koncentrácia reaktantov(zvyšuje sa koncentrácie zvyšuje rýchlosť reakcie) teplota(zvýšenie teploty zvyšuje rýchlosť reakcie až do určitého bodu) prítomnosť katalyzátorov( katalyzátory ponúknuť reakciu mechanizmus, ktorý vyžaduje nižšie aktivačnej energie , takže prítomnosť katalyzátora zvyšuje rýchlosť reakcie) fyzikálny stav reaktantov(reaktanty v rovnakej fáze môžu prísť do kontaktu prostredníctvom tepelného pôsobenia, ale povrchová plocha a miešanie ovplyvňujú reakcie medzi reaktantmi v rôznych fázach) tlak(pri reakciách zahŕňajúcich plyny zvyšujúci sa tlak zvyšuje zrážky medzi reaktantmi, zvyšuje reakčnú rýchlosť)

Všimnite si, že zatiaľ čo chemická kinetika môže predpovedať rýchlosť chemickej reakcie, neurčuje rozsah, v akom k reakcii dôjde. Termodynamika sa používa na predpovedanie rovnováhy.

Zdroje

• Espenson, J. H. (2002). Chemická kinetika a reakčné mechanizmy (2. vydanie). McGraw-Hill. ISBN 0-07-288362-6.
• Guldberg, C. M.; Waage, P. (1864). „Štúdie týkajúce sa afinity“ Rokovania vo vedeckej spoločnosti v Christianii
• Gorban, A. N.; Yablonsky. G. S. (2015). Tri vlny chemickej dynamiky. Matematické modelovanie prírodných javov 10(5).
• Laidler, K.J. (1987). Chemická kinetika (3. vydanie). Harper a Row. ISBN 0-06-043862-2.
• Steinfeld J.I., Francisco J.S.; Hase W. L. (1999). Chemická kinetika a dynamika (2. vydanie). Prentice-Hall. ISBN 0-13-737123-3.