KINETYKA CHEMICZNA

P.Łukowski, 2

Definicja szybkości reakcji chemicznej

Reakcja chemiczna: substraty → produkty

Szybkość reakcji chemicznej ≡
szybkość, z jaką zmienia się
stężenie produktów lub substratów:

dt

dc

v =

c – stężenie, t – czas

Jest to szybkość chwilowa, czyli zgodnie z definicją

pochodnej, zmiana stężenia reagenta w nieskończenie

krótkim czasie (∆t → 0)

t

∆

t → 0

∆

c

c

t

c

prod

c

substr

Definicja szybkości reakcji chemicznej

W czasie reakcji stężenie substratów maleje, a produktów
rośnie. Jednak szybkość nie może być liczbą ujemną.

dt

dc

v

dt

dc

v

substr

prod

−

=

=

lub

P.Łukowski, 3

P.Łukowski, 4

Graficzna interpretacja szybkości reakcji chemicznej

t

c

Z definicji pochodnej: wartość pochodnej w danym
punkcie jest równa tangensowi nachylenia stycznej
do wykresu tej funkcji w danym punkcie.

α

v = tg α

P.Łukowski, 5

Szybkość średnia

c

t

∆

c

∆

t

Szybkość wyznaczona przez zmianę stężenia reagenta

w dowolnym skończonym przedziale czasu jest szybkością

średnią w tym przedziale (np. w czasie całej reakcji).

Od czego zależy szybkość reakcji chemicznej?

- stężenia substratów,

-

temperatury,

- obecności katalizatorów

oraz:

•

dla ciał stałych – od stopnia rozdrobnienia,

•

dla cieczy – od intensywności mieszania

•

dla gazów – od ciśnienia

P.Łukowski, 6

P.Łukowski, 7

Zależność szybkości reakcji od stężenia reagentów

v = k ⋅⋅⋅⋅ c

A

a

⋅⋅⋅⋅

c

B

b

aA + bB → produkty

k – stała szybkości reakcji w danej temperaturze

P.Łukowski, 8

Zależność szybkości reakcji od temperatury

A + B → AB

rzeczywisty przebieg reakcji:

A + B → {A + B} → AB

{A + B} – zespół reaktywny

Energia zespołu reaktywnego jest większa, niż energia
substratów i energia produktów.

Różnica między energią zespołu reaktywnego a energią
substratów ≡ energia aktywacji, E

a

P.Łukowski, 9

A + B

{A + B}

AB

energia aktywacji, E

a

energia produktów

energia substratów

Zależność szybkości reakcji od temperatury

Reakcja endoenergetyczna

A + B

{A + B}

AB

energia aktywacji, E

a

energia produktów

energia substratów

Reakcja egzoenergetyczna

Zależność szybkości reakcji od temperatury

Wzór Arrheniusa:

k

0

– stała w warunkach standardowych

Szacunkowa, empiryczna reguła van’t Hoffa:

czyli szybkość reakcji wzrasta około dwukrotnie przy
wzroście temperatury o 10°, i spada dwukrotnie przy
spadku temperatury o 10°.

P.Łukowski, 10

Kataliza

Katalizator – substancja zmieniająca szybkość
reakcji, ale nie ulegająca przemianom w tej reakcji.

A + B → AB

czas reakcji t

1

A + B + K → ABK

czas reakcji t

2

ABK → AB + K

czas reakcji t

3

t

2

+ t

3

<< t

1

Katalizator nie zmienia stanu równowagi ani

wydajności reakcji, a jedynie jej szybkość!

P.Łukowski, 11

Kataliza

A + B

A + B + K

{A + B}

{A + B + K}

E

AB

AB + K

Katalizator zmniejsza
energię aktywacji ⇒
przyspiesza reakcję

Katalizator ujemny ≡ inhibitor

zwiększa energię aktywacji ⇒
spowalnia reakcję

P.Łukowski, 12

Szybkość reakcji heterogenicznych (wielofazowych)

Reakcje heterogeniczne są wieloetapowe:

- transport substratów (dyfuzja) do strefy reakcyjnej

- właściwa reakcja

- transport produktów od strefy reakcyjnej w głąb

reagujących faz

O szybkości reakcji heterogenicznej decyduje
najwolniejszy z jej etapów.

W przypadku reakcji między ciałami stałymi, najczęściej
jest to dyfuzja.

P.Łukowski, 13

A

B

A

B

AB

A

B

A

B

AB

AB

Mechanizm reakcji w układzie wielofazowym

AB

AB

P.Łukowski, 14