Η χημική κινητική είναι η μελέτη των χημικών διεργασιών και ποσοστά αντιδράσεων. Αυτό περιλαμβάνει την ανάλυση των συνθηκών που επηρεάζουν την ταχύτητα του a χημική αντίδραση, την κατανόηση των μηχανισμών αντίδρασης και των καταστάσεων μετάβασης και τη διαμόρφωση μαθηματικών μοντέλων για την πρόβλεψη και περιγραφή μιας χημικής αντίδρασης. Ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης έχει συνήθως μονάδες του δευτερολέπτου-1, ωστόσο, τα πειράματα κινητικής μπορεί να εκτείνουν αρκετά λεπτά, ώρες ή και ημέρες.
Γνωστός και ως
Η χημική κινητική μπορεί επίσης να ονομάζεται κινητική αντίδρασης ή απλά "κινητική".
Ιστορία χημικής κινητικής
Το πεδίο της χημικής κινητικής αναπτύχθηκε από το νόμο της μαζικής δράσης, που διατυπώθηκε το 1864 από τους Peter Waage και Cato Guldberg. Ο νόμος της μαζικής δράσης δηλώνει ότι η ταχύτητα μιας χημικής αντίδρασης είναι ανάλογη με την ποσότητα των αντιδραστηρίων. Ο Jacobus van't Hoff σπούδασε χημική δυναμική. Η έκδοση του 1884 "Etudes de dynamique chimique" οδήγησε στο 1901 βραβείο Νόμπελ Χημείας (το οποίο ήταν το πρώτο έτος που απονεμήθηκε το βραβείο Νόμπελ). Ορισμένες χημικές αντιδράσεις μπορεί να συνεπάγονται περίπλοκη κινητική, αλλά οι βασικές αρχές της κινητικής μαθαίνονται στις τάξεις της γενικής χημείας του γυμνασίου και του κολλεγίου.
Λέξεις κλειδιά: Χημική κινητική
- Η χημική κινητική ή η κινητική της αντίδρασης είναι η επιστημονική μελέτη των ποσοστών των χημικών αντιδράσεων. Αυτό περιλαμβάνει την ανάπτυξη μαθηματικού μοντέλου για την περιγραφή του ρυθμού αντίδρασης και μια ανάλυση των παραγόντων που επηρεάζουν τους μηχανισμούς αντίδρασης.
- Ο Peter Waage και ο Cato Guldberg πιστώνουν με την πρωτοπορία στον τομέα της χημικής κινητικής περιγράφοντας το νόμο της μαζικής δράσης. Ο νόμος της μαζικής δράσης δηλώνει ότι η ταχύτητα μιας αντίδρασης είναι ανάλογη με την ποσότητα των αντιδραστηρίων.
- Παράγοντες που επηρεάζουν την ταχύτητα μιας αντίδρασης περιλαμβάνουν τη συγκέντρωση των αντιδραστηρίων και άλλων ειδών, την επιφάνεια, την περιοχή η φύση των αντιδραστηρίων, η θερμοκρασία, οι καταλύτες, η πίεση, το εάν υπάρχει φως και η φυσική κατάσταση του αντιδραστήρια.
Εκτιμήστε τους νόμους και τις σταθερές επιτοκίων
Χρησιμοποιούνται πειραματικά δεδομένα για την εύρεση ρυθμών αντίδρασης, από τα οποία προκύπτουν οι νόμοι ρυθμού και οι σταθερές ρυθμού χημικής κινητικής με την εφαρμογή του νόμου της μαζικής δράσης. Οι νόμοι επιτάχυνσης επιτρέπουν απλούς υπολογισμούς για αντιδράσεις μηδενικής τάξης, αντιδράσεις πρώτης τάξης και αντιδράσεις δεύτερης τάξης.
- Ο ρυθμός αντίδρασης μηδενικής τάξης είναι σταθερός και ανεξάρτητος από τη συγκέντρωση των αντιδραστηρίων.
τιμή = k - Ο ρυθμός μιας πρώτης τάξης αντίδρασης είναι ανάλογος με τη συγκέντρωση ενός αντιδραστηρίου:
τιμή = k [A] - Ο ρυθμός μιας αντίδρασης δεύτερης τάξης έχει ρυθμό ανάλογο προς το τετράγωνο της συγκέντρωσης ενός μοναδικού αντιδραστηρίου ή αλλιώς το προϊόν της συγκέντρωσης δύο αντιδραστηρίων.
τιμή = k [A]2 ή k [Α] [Β]
Οι νόμοι περί επιτάχυνσης για μεμονωμένα βήματα πρέπει να συνδυαστούν για την εξαγωγή νόμων για πιο σύνθετες χημικές αντιδράσεις. Για αυτές τις αντιδράσεις:
- Υπάρχει ένα βήμα καθορισμού του ρυθμού που περιορίζει την κινητική.
- Οι εξισώσεις Arrhenius και Eyring μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να προσδιορίσουν πειραματικά την ενεργότητα ενεργοποίησης.
- Μπορούν να εφαρμοστούν σταθερές προσεγγίσεις για την απλούστευση του νόμου περί επιτοκίων.
Παράγοντες που επηρεάζουν το ποσοστό χημικής αντίδρασης
Η χημική κινητική προβλέπει ότι ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης θα αυξηθεί από παράγοντες που αυξάνουν την κινητική ενέργεια του αντιδραστήρια (μέχρι ένα σημείο), οδηγώντας σε αυξημένη πιθανότητα τα αντιδραστήρια να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Παρομοίως, παράγοντες που μειώνουν την πιθανότητα συγκρούσεων αντιδραστηρίων μεταξύ τους μπορεί να αναμένεται να μειώσουν τον ρυθμό αντίδρασης. Οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν την ταχύτητα αντίδρασης είναι:
- συγκέντρωση αντιδραστηρίων (αύξηση συγκέντρωση αυξάνει τον ρυθμό αντίδρασης)
- θερμοκρασία (η αύξηση της θερμοκρασίας αυξάνει τον ρυθμό αντίδρασης, μέχρι ένα σημείο)
- παρουσία καταλυτών (καταλύτες προσφέρει μια αντίδραση ένας μηχανισμός που απαιτεί χαμηλότερο ενέργεια ενεργοποίησης, έτσι ώστε η παρουσία ενός καταλύτη να αυξάνει τον ρυθμό μιας αντίδρασης)
- φυσική κατάσταση των αντιδραστηρίων (τα αντιδραστήρια στην ίδια φάση μπορούν να έλθουν σε επαφή μέσω θερμικής δράσης, αλλά η επιφάνεια και η ανάδευση επηρεάζουν τις αντιδράσεις μεταξύ των αντιδραστηρίων σε διαφορετικές φάσεις)
- πίεση (για αντιδράσεις που αφορούν αέρια, η αύξηση της πίεσης αυξάνει τις συγκρούσεις μεταξύ αντιδραστηρίων, αυξάνει τον ρυθμό αντίδρασης)
Σημειώστε ότι ενώ η χημική κινητική μπορεί να προβλέψει τον ρυθμό μιας χημικής αντίδρασης, δεν καθορίζει τον βαθμό στον οποίο συμβαίνει η αντίδραση. Η θερμοδυναμική χρησιμοποιείται για να προβλέψει την ισορροπία.
Πηγές
- Espenson, J.H. (2002). Χημική κινητική και μηχανισμοί αντίδρασης (2η έκδ.). McGraw-Hill. ISBN 0-07-288362-6.
- Guldberg, C. Μ.; Waage, P. (1864). "Μελέτες Σχετικά με τη Συνάφεια" Forhandlinger i Videnskabs-Selskabet i Christiania
- Gorban, Α. Ν.; Yablonsky. ΣΟΛ. ΜΙΚΡΟ. (2015). Τρία κύματα χημικής δυναμικής. Μαθηματική Μοντελοποίηση Φυσικών Φαινών 10(5).
- Laidler, Κ. J. (1987). Χημική Κινητική (3η έκδοση). Harper και Row. ISBN 0-06-043862-2.
- Steinfeld J. Ι., Francisco J. ΜΙΚΡΟ.; Hase W. ΜΕΓΑΛΟ. (1999). Χημική Κινητική και Δυναμική (2η έκδ.). Prentice-Hall. ISBN 0-13-737123-3.