SZYBKOŚĆ REAKCJI jest to stosunek zmiany stężenia substratu lub produktu do czasu, w którym ta zmiana nastąpiła. Ponieważ szybkość reakcji ulega ciągłym zmianom, w zależności od stężenia substancji reagującym w danej chwili. Można ją zdefiniować jedynie na podst wielkości nieskończenie małych. Szybkość reakcji w danej chwili określa się jako pochodna ze stężenia względem czasu. V=-1/a*dca/At=-1/b*dcb/dt=1/x*dcx/dt=1/y*dcy/dt
Dla reakcji d>X szybkość reakcji możemy zapisać zarówno przez zmianę stężenia produktów jak I zmianę stężenia substratów v=-1/a*dca/dt=1/x*dcx/dt
Aby doświadczalnie wyznaczyć szybkość reakcji stosujemy metodę chemiczną i fizyczną.
RZĘDOWOŚĆ I CZĄSTECZKOWOŚĆ REAKCJI Wyróżniamy sumaryczny rząd reakcji oraz rząd reakcji względem poszczególnych substratów. Jeżeli w roznaniu kinetycznym stężenie substancji wpływającej na szybkość reakcji występuje w jakiejś potędze to rząd reakcji względem tej substancji jest równy wykładnikowi te reakcji. Sumaryczny rząd reakcji jest równy sumie wykładników potęgowych przy stężeniach w równaniu kinetycznym na szybkość reakcji. W reakcji chemicznej przemiana cząsteczek substratów w cząsteczki produktów nie jest procesem bezpośrednim, lecz składa się z szeregu etapów. Każdy z tych etapów można traktować jako oddzielna reakcje chemiczna tzw. reakcje elementarna. Liczbę atomów lub cząsteczek biorących udział w przemianie elementarnej nazywamy cząsteczkowością reakcji. Pojecie to wiąże się z jednym etapem reakcyjnym, a nie z reakcja jako całości. W przypadku przemian jednoetapowych rząd i cząsteczkowość reakcji maja być identyczne. W innym przypadku różnią się od siebie. Rząd reakcji odnosi się do eksperymentalnego równania kinetycznego, natomiast cząsteczkowość odnosi się do jedno etapowej przemiany elementarnej i ma znaczenie w badaniach mechanizmów reakcji
Napisać równanie kinetyczne na szybkość reakcji pierwszego rzędu Równanie kinetyczne reakcji jest to równanie zależności szybkości reakcji od stężenia każdej substancji wpływającej na szybkość reakcji. Reakcjami pierwszego rzędu nazywamy reakcje, których szybkość wyznaczana eksperymentalnie jest proporcjonalna do pierwszej potęgi stężenia składnika reagującego wyrażenie to umożliwia eksperymentalne wyznaczanie stałej szybkości reakcji pierwszego rzędu. Właściwością reakcji pierwszego rzędu jest to ze w jednakowych odstępach czasu przereagują jednakowe ułamki ca0/ca substratu
Zdefiniować stałą szybkości reakcji, jaki ma wymiar stała szybkości reakcji 1 rzędu. R jest to współczynnik proporcjonalności, stała szybkości reakcji, jest dla danej reakcji stała w danej temp. Dla reakcji 1 rzędu k=1/tlnca0/ca. Otrzymaliśmy ten wzór z równania na szybkość reakcji pierwszego rzędu v=-dca/t=kca….. ka jest liczbowo równa szybkości reakcji w danej temp, kiedy stężenie substratu jest jednostkowe. Stosunek stężeń substratów reakcji nie zależy od jednostki, w jakiej zostało wyrażone stężenie, a wiec wartość liczbowa stałej k w określonych warunkach ma wymiar -1/t w celu określenia stałej szybkości reakcji pierwszego rzędu stężenia reagenta można wyrazić również przez wielkości do niech proporcjonalne.
Wpływ temp i stężenia reagujących składników na szybkość reakcji szybkość reakcji chem zwiększa się znacznie wraz ze wzrostem temp. stała szybkość reakcji nie zależy od stężenia substratów reakcji ale zależy od rodzaju stężenia katalizatorów oraz temp. Zgodnie z reguła Van't Hoffa wzrost temp o 10K zwiększa szybkość reakcji 2-4 razy. Liczbę wskazującą ile razy wzrasta szybkość reakcji po podwyższeniu temp o 10K nazywany współczyn. temperaturowym stałej szybkości reakcji i definiujemy jako a=kt+10/kt. Współczynnik ten zmienia się w zależności od rodzaju reakcji i od zakresu temperatury. Ilościowo zależność stałej szybkości reakcji od temp określa równanie Arrheniusa (wd l mogą ze sobą reagować tylko aktywne cząsteczki substratów obdarzone dodatkowa energia nazwana energia aktywacji. Powstają one z cząsteczek nieaktywnych.
TEORIA STANU PRZEJŚCIOWEGO teoria ta zakłada ze przemiana substratów w produkty zachodzi stopniowo, przy czym energia układu początkowo rośnie a później maleje. Max wartość energii układu reagującego odpowiada kompleks aktywny. Jest to połączenie przejściowe, w którym jedno z wiązań znajduje się na poziomie zerwania lub tworzenia. Im wyższa wymagana energia aktywacji tym mniej cząsteczek jest nią obdarowanych w danej temp i tym wolniej zachodzi reakcja.)
KATALIZATORY - substancja która wprowadzona do układu reagującego zwiększa szybkość reakcji, ale nie ulega ona przemianom chemicznym
WŁAŚCIWOŚCI OPTYCZNE - rozmiary cząstek koloidowych powodują ze światło połprzepuszczone przez układ koloidowy ulega ugięciu i częściowemu rozproszeniu na cząstkach koloidowych. Przepuszczony przez ukł. koloidalny strumień światła, obserwowany z boku, tworzy jasna opalizującą smugę zwana stożkiem Tyndalla. Cząstki koloidowe obserwuje się jako punkty świetlne na ciemnym tle, wykonują one bezustanne ruchy Browna. Obraz nie dostarcza inf. o rozmiarach ani o kształcie cz. Koloidalnych, a jedynie o ich ilości i położeniu, właściwościach rozpraszania światła przez układy koloidowe. Wykorzystywana jest w metodzie zwana nefelometria.
DIALIZA jest procesem oddzielania substancji rozproszonych od układu koloidowego wykorzystującym dyfuzje tych substancji przez błony półprzepuszczalne. Dializę można przyśpieszyć, jeżeli dializator umieści się w polu elektrycznym, czyli stosując elektrodializę, ruch jonów jest przyspieszany w polu elektrycznym. Proces ten prowadzi się stosując prąd elektryczny o niewielkim natężeniu, aby uniknąć ogrzania.
ULTRAFILTRACJA jest metoda polegającą na zastosowaniu błon lub sączków półprzepuszczających wszystkie składniki układu oprócz cząstek koloidowych. Szybkość ultrasączenia można zwiększyć poprzez zastosowanie pompy ssącej
SEDYMENTACJA na cząstki koloidowe w ośrodku rozpraszającym działa siła ciężkości, która może powodować ich opadanie na dno naczynia. Sedymentacji przeciwdziała dyfuzja
ELEKTROOSMOZA to jednokierunkowy ruch Cieczy dyspersyjnej przez membranę pod wpływem pola elektrycznego. Na ściankach membrany występuje podwójna warstwa pola elektrycznego.
POTENCJAŁ PRZEPŁYWU występuje w procesie odwrotnym do procesu elektroosmozy. Jest on różnicą potencjałów powstającą podczas przepływu cieczy przez membranę pod wpływem siły przyłożonej z zewnątrz.
POTENCJAŁ SEDYMENTACJI powstaje, gdy zamiast cieczy poruszają się cząstki cieczy rozproszonej. W czasie sedymentacji zawiesin lub cz. koloidalnych. W polu grawitacyjnym występuje spadek napięcia pomiędzy górną i dolną warstwa zbiornika
ELEKTROFOREZA wędrówka cząstek koloidalnych pod wpływem pola elektry. względem nieruchomego ośrodka rozpraszającego
TRWAŁOŚĆ UKŁ. KOLOIDALNEGO zole nie są układami trwałymi i zawsze wykazują tendencje do przejścia w żele. Proces łączenia się mniejszych cząstek koloidu w większe nazywamy koagulacja Proces koagulacji przyspieszają takie czynniki jak: >temp, obecność nieelektrolitów, czy elektrolitów, bodźce mechaniczne, przepływ prądów elektrycznych, działanie światła.
LEPKOŚĆ KOLOIDÓW jest większa niż lepkość ośrodka dyspersyjnego, dla koloidów liofobowych różnice są nieznaczne, dla lioilowych mogą być b. duże. Lepkość koloidów jest ściśle związana ze wzrostem potencjału elektrokinetycznego.
ROZTWORY układy wieloskładnikowe jednofazowe. Jeden ze składników, występujący w przeważającej ilości nazywamy rozpuszczalnikiem, drugi-substancją rozpuszczoną. Czasem rozpuszczalnikiem nazywamy substancje niezmieniającą stanu skupienia
Roztworami doskonałymi nazywamy roztwory, w których nie występuje różnica w oddziaływaniach cząsteczek substancji rozpuszczonej miedzy sobą i z cząsteczkami rozpuszczalnika.
Roztwory rzeczywiste, maja właściwości zbliżone do roztworów doskonałych tylko wtedy, gdy są bardzo rozcieńczone. W zależności od sposobu wyrażania ilości poszczególnych składników w roztworze wyróżniamy stężenia:
- procentowe - określa liczbę gramów substancji rozpuszczonej w 100 g roztworu
- molowe - określa liczbę moli substancji rozpuszczonej w objętości roztworu. Jednostka mol/dm3,
- molalne - liczba moli substancji rozpuszczonej w 1 kg rozpuszczalnika
Zależność rozpuszczalności gazu w cieczy od ciśnienia tego gazu nad cieczą opisuje PRAWO HENRY'EGO m=kpv. Prawo Henrego jest spełnione tylko w przypadku gazów nieulęgających dysocjacji, asocjacji czy solwatacji danym rozpuszczalniku. Ponadto stosuje się go do roztworów doskonałych i rzeczywistych bardzo rozcieńczonych w przypadku mieszaniny gazów stosuje się dla każdego gazu oddzielnie.
DYFUZJA sprowadza się do zjawiska wyrównywania stężeń związanego ze wzrostem entropii. Szybkość przenikania wzajemnego cząsteczek zależy od temp i różnicy stężeń miedzy roztworami. FICK
OSMOZA istnienie błon półprzepuszczalnych. Błony takie są przepuszczalne dla jednego składnika roztworu - rozpuszczalnika a nieprzepuszczalne dla innych substancji rozpuszczonych. Cząsteczki rozpuszczalnika dyfundują z roztworu o mniejszym stężeniu substancji do roztworu o większym stężeniu. Następuje proces wyrównywania ilości rozpuszczalnika spowodowany tendencja do wyrównania potencjału chemicznego, nazywany osmoza.
STAŁA EBULIOSKOPOWA określa przyrost temp wrzenia roztworu, zawierającego 1 mol substancji rozpuszczonej w 1 kg rozpuszczalnika, czyli jest molalne podwyższenie temp wrzenia.
STAŁA KRIOSKOPOWA określa obniżenie temp krzepnięcia roztworu zawierającego 1 mol substancji rozpuszczonej w 1 kg rozpuszczalnika.
PRAWO PODZIAŁU - jeżeli do układu złożonego z 2 praktycznie niemieszajacych się cieczy wprowadzimy 3 składnik rozpuszczające się w obu cieczach, to w wyniku ustalenia się stanu równowagi, stosunek stężeń prowadzonej substancji w tych rozpuszczalnikach jest wielkością stałą w danej temp niezależna od ilości substancji wprowadzonej.
PRAWO RAULTA - prężność pary nad roztworem równa jest prężności pary nad czysty rozpuszczalnikiem pomnożonej przez ułamek molowy rozpuszczalnika. Prawo R spełniane jest przez roztwory doskonale.
Odchylenia od prawa Raulta - gdy roztwór ciekły jest niedoskonały, wykres zmian prężności par i prężności sumarycznej wraz ze zmiana składu roztworu odbiega od linii prostych. + woda - metanos, - aceton - chloroform.
DESTYLACJA - polega na przeprowadzeniu układu w stan pary a nast. Skropleniu pary i zebraniu skroplonej cieczy .
EKSTRAKCJA - prawo podziału Nernsta jest podstawą ekstrakcji czyli wyodrębnienia substancji z mieszaniny poprzez podziałanie na nią odpowiednim rozpuszczalnikiem, selektywnie rozpuszczającym pożądany związek.
Mieszaniny cieczy zachowujące stały skład w czasie destylacji nazwano mieszaninami azeotropowymi. Nie można ich rozdzielią na składniki na drodze destylacji