Władysław Walkowiak – PCHN_SKP

VIII. SZYBKOŚĆ REAKCJI CHEMICZNYCH

1. Definicja szybkości reakcji chemicznej

Rozpatrzmy reakcję chemiczną przebiegającą w fazie gazowej:

2NH3 = N2 + 3H2

Jako szybkość reakcji można uznać pochodne:

dn NH

dn

3

N

dn

2

H

-

lub +

lub +

2

dt

dt

dt

Możemy zapisać, że:

dnNH

dn

3

N

dn

2

H

-

+

=

+

=

2

2dt

1dt

3dt

Rozdział VIII. Szybkość reakcji chemicznych

1

Władysław Walkowiak – PCHN_SKP

Wprowadźmy pojęcie postępu reakcji (ξ): dn

d

ξ =

i

νi

gdzie: ξ(ksi) - postęp reakcji

ν (ni) - współczynnik stechiometryczny

Szybkość reakcji:

d ξ

dn

J =

=

i

dt

ν dt

i

dla V = const.

J

dn i

dc i

r =

=

=

V

ν Vdt

ν dt

i

i

Rozdział VIII. Szybkość reakcji chemicznych

2

Władysław Walkowiak – PCHN_SKP

2. Zmiana energii w czasie reakcji chemicznej

Jak zmienia się energia zespołu zderzających się cząsteczek w reakcji?

Dla reakcji egzotermicznej:

CO + NO2 = CO2 + NO ∆Hθ = -226 kJ/mol

Rozdział VIII. Szybkość reakcji chemicznych

3

Władysław Walkowiak – PCHN_SKP

Aktywny

kompleks

jest

produktem

pośrednim

o bardzo krótkim okresie życia.

Schematycznie można to przedstawić następująco:

C O2

C O2

C O2

+

⇔

⇔

O N

O N

O N

substraty

kompleks

produkt

aktywny

(T1/2 = 10-10s)

Szybkość reakcji związana jest

z wartością potrzebnej do jej

przebiegu energii aktywacji.

Im wyższa jest ta energia,

tym wolniej przebiega reakcja.

Rozdział VIII. Szybkość reakcji chemicznych

4

Władysław Walkowiak – PCHN_SKP

3.

Wpływ

temperatury

na

szybkość

reakcji

chemicznych

Równanie Arrheniusa:

EA

− RT

k = k ⋅ e

m

k

gdzie:

EA - energia

aktywacji

R - stała

gazowa

T -temperatura

T

Rozdział VIII. Szybkość reakcji chemicznych

5

Władysław Walkowiak – PCHN_SKP

Wzrost temperatury zawsze zwiększa szybkość reakcji chemicznej!

Szybkość reakcji chemicznej rośnie wraz z temperaturą wykładniczo!

4. Kataliza, katalizator

Katalizator jest to substancja, która przyspiesza reakcję chemiczną, a po zakończeniu reakcji pozostaje w stanie niezmienionym.

Zjawisko przyspieszania reakcji chemicznej

przez katalizatory nazywamy katalizą

Katalizator nie zwiększa wydajności reakcji.

Katalizator obniża energię aktywacji reakcji chemicznej.

Rozdział VIII. Szybkość reakcji chemicznych

6

Władysław Walkowiak – PCHN_SKP

Przykład katalizatora stałego dla reakcji:

N2 + 3H2 = 2NH3

Energia aktywacji reakcji bez katalizatora

335 kJ/mol

Rozdział VIII. Szybkość reakcji chemicznych

7

Władysław Walkowiak – PCHN_SKP

z katalizatorem osmowym

195 kJ/mol

z katalizatorem wolframowym

165 kJ/mol

Enzymy

pełnią

rolę

katalizatorów

procesów

biologicznych.

Inhibitor - działa odwrotnie niż katalizator, tzn.

podwyższa energię aktywacji, (np. inhibitory korozji).

Inhibitor obniża więc szybkość reakcji chemicznej.

Koniec rozdziału IX-go.

Rozdział VIII. Szybkość reakcji chemicznych

8