Szybkość reakcji chemicznych
Opracował: Marek Komorniczak
� Przypomnienie o reakcjach egzotermicznych i endotermicznych.
[Przypomnieć co to jest reakcja chemiczna, jakie są rodzaje reakcji (egzo, endo)]
� Wstęp
Reakcje chemiczne zachodzą z różna prędkością  od bardzo szybkich, do bardzo wolnych jak np. erozja skał
czy korozja.
Na szybkość reakcji chemicznych wpływa wiele czynników np. temperatura.  np. reakcja syntezy wody w temp.
pokojowej idzie bardzo powoli, natomiast w 700 C jest wybuchowa!
Teoria zderzeń aktywnych  teoria ta zakłada że przemiana chemiczna może mieć miejsce tylko wtedy gdy
ma miejsce zderzenie molekuł. W rzeczywistości znacznie większą rolę odgrywa energia, jaka jest
niezbędna do zapoczątkowanie reakcji.
Szybkość reakcji chemicznej
� Co to jest szybkość reakcji?
Podczas reakcji chemicznych ma miejsce rozrywanie oraz tworzenie się wiązań chemicznych między atomami
czy cząsteczkami.
Szybkość reakcji jest więc zależna od charakteru tych wiązań.
Jak wyznaczyć szybkość reakcji chemicznej?
Aby wyznaczyć szybkość reakcji chemicznej należy zmierzyć zmianę ilości substratów lub produktów w
określonym przedziale czasu.
Średnia szybkość reakcji.
" Gdy mierzymy zmianę stężenia substratów
gdzie: "csub to zmiana stężenia substratów
"csub
v = -
"t to przedział czasu
"t
Znak    oznacza że substratów ubywa w czasie
" Gdy mierzymy przyrost stężenia produktów
"cprof to zmiana stężenia substratów
"cprod gdzie: "t to przedział czasu
v =
"t
Znak  + oznacza że produktów przybywa w czasie
Zatem - Średnia szybkość reakcji chemicznej to zmiana stężenia reagentów w określonym przedziale czasu.
"csub "cprod
v = - =
"t "t
W celu obliczenia szybkości reakcji  pobiera się w określonych odstępach czasu próbki reagującego układu i
oznacza w nich stężenie
ZADANIE
Mamy reakcje: H2O2 + 2HI 2H2O + I2
Wiedząc że stężenie jodu zmienia się od 0 do 10-5 mol/dm3 w czasie 10 sekund, oblicz średnią szybkość
reakcji.
"cprod 10-5
ODP: v = = = 10-6[mol(dm3 � s)]
"t 10
1
Krzywa zależności stężenia od czasu
s Krzywa produktów
t
ę
ż
e
n
i
e
Krzywa substratów
czas
Cząsteczkowość reakcji
W reakcjach chemicznych mogą brać udział różne liczby cząsteczek, atomów, jonów itd.
Dlatego liczbę substratów biorących udział w procesach elementarnych nazywa się cząsteczkowością reakcji.
Reakcja jednocząsteczkowa  to reakcja gdzie udział bierze tylko jedna cząsteczka.
Np. HCOOC2H5 HCOOH + C2H4 (a zarazem reakcja pierwszego rzędu v = k � cHCOOC H5 )
2
Reakcja dwucząsteczkowa  to reakcja uwarunkowana zderzeniem dwóch cząsteczek
Np. H2 + I2 2HI (a zarazem reakcja drugiego rzędu )
v = k � cH � cI
2 2
Reakcja trójcząsteczkowa  to reakcje bardzo rzadkie, warunkowe udziałem trzech cząsteczek
2
v = k � cNO � cO
Np. 2NO + O2 2NO2 (a zarazem reakcja trzeciego rzędu )
2
Szybkość reakcji  równanie kinetyczne
Równanie kinetyczne reakcji  opisuje zależność szybkości reakcji od stężeń substratów
gdzie: k  stała szybkości reakcji (chartka. dla danej reakcji  zależna od temperatury)
v = k � c
c  stężenie substratów
(Zgodnie z cząsteczkowością mamy rzędowość reakcji)
v = k � c
Dla reakcji jednocząsteczkowych równanie kinetyczne to pierwszorzędowe
Dla reakcji dwucząsteczkowych równanie kinetyczne to drugorzędowe
v = k � c1 � c2
v = k � c1 � c2 � c3 trzeciorzędowe
Dla reakcji trójcząsteczkowych równanie kinetyczne to
Rząd reakcji  jest równy sumie wykładników potęgowych stężeń substratu w równaniu kinetycznym
� Występuja też reakcje gdzie szybkość w ogóle nie zalezy od stężenia substratów np. reakcje fotochemiczne,
gdzie na szybkość wpływa natężenie światła  wtedy mamy reakcje zerowego rzędu v = k
Okres półtrwania
Okres półtrwania  to czas potrzebny do przereagowania połowy początkowej ilości reagentów. Im dłuższy
okres półtrwania, tym mniejsza jest wartość stałej szybkości reakcji.
Czynniki wpływające na szybkość reakcji chemicznych
Szybkość reakcji chemicznych zależy od:
" Rodzaju reagentów
" Rozdrobnienia reagentów
Im większe rozdrobnienie substancji tym reakcja zachodzi szybciej. Dlatego iż większa powierzchnia, a
co za tym idzie większa ilość substancji może jednocześnie wchodzić w reakcje.
" Stężenia reagentów ( wypadku gazów  ciśnienia)
Omówione już wcześniej rzędowość reakcji i równanie kinetyczne.
2
" Temperatury
Ze wzrostem temperatury rośnie szybkość reakcji chemicznych
Reguła van t Hoffa  mówi że ze wzrostem temp. o 10 C, szybkość reakcji wzrasta 2-4 krotnie.
" Obecności katalizatora
Energia aktywacji
Energia aktywacji  jest to najmniejsza porcja energii niezbędna do rozpoczęcia reakcji.
Im większą energia aktywacji, tym wolniej przebiega reakcja.
(gdyż mniejsza liczba cząsteczek jest nią obdarzona)
Dla większości reakcji są to wartośći 40-250 kJ/mol
Aby przyspieszyć reakcję należy obniżyć energię aktywacji.
W tym celu możemy się posłużyć katalizatorem
Katalizator
Katalizator  jest to substancja, która zwiększa szybkość reakcji, sama pozostając po reakcji w niezmienionym
stanie.
Polega to na tym iż obniża ona proces aktywacji.
Bardzo ważne dla życia są biokatalizatory, czyli enzymy.
3