chemik.gif Reakční kinetika studuje časový průběh chemických rcí (rychlost) a zabývá se faktory, které tuto rychlost ovlivňují. Dále také objasňuje mechanismus chem. rce. Reakční mechanismy § Z hlediska mikrosvěta lze na rci nahlížet, jako na sérii srážek doprovázenou zánikem původních a vznikem nových vazeb. § Mechanismus rce popisují v zásadě dvě teorie: 1.Teorie aktivních srážek (TAS) 2.Teorie aktivovaného komplexu (TAK) Reakční mechanismy 1.Teorie aktivních srážek (TAS) Øvychází z předpokladů: I.Srážka molekul je pro rci nezbytná. II.Kolidující částice musí mít dostatečnou energii. -musí dojít ke zrušení původních vazeb → spotřeba energie -minimální energie částic pro účinnou srážku = aktivační energie EA Reakční koordináta E [kJ.mol-1] Výchozí látky Produkty Reakce ∆H EA EA - grafické znázornění změn energie v průběhu chemické reakce: Reakční mechanismy 1.Teorie aktivních srážek (TAS) Øvychází z předpokladů: I.Srážka molekul je pro rci nezbytná. II.Kolidující částice musí mít dostatečnou energii. -musí dojít ke zrušení původních vazeb → spotřeba energie -minimální energie částic pro účinnou srážku = aktivační energie EA -vnitřní energii částic lze ovlivnit dodáním energie ve formě tepla T1 T2 T3 T1 < T2 < T3 energie EA - rozložení energií molekul v závislosti na teplotě: → Počet efektivních srážek v systému roste s rostoucí teplotou systému. Reakční mechanismy 1.Teorie aktivních srážek (TAS) Øvychází z předpokladů: I.Srážka molekul je pro rci nezbytná. II.Kolidující částice musí mít dostatečnou energii. III.Kolidující částice musí mít vhodnou prostoro-vou orientaci. I. C O CO (g) + NO2 (g) à CO2 (g) + NO (g) O N O OK NE Reakční mechanismy 2.Teorie aktivovaného komplexu (TAK) Ørespektuje postupné změny vazebných poměrů při přechodu od výchozích látek k produktům Ø ØPředpoklad: Během rce existuje mechanismus, který pomáhá snižovat EA → tímto mechanismem může být vznik, tzv. AKTIVOVANÉHO KOMPLEXU Ø Reakční mechanismy 2.Teorie aktivovaného komplexu (TAK) ØVZNIK AKTIVOVANÉHO KOMPLEXU: Ø Ø Ø A B B A A A + B B → → výchozí látky Aktivovaný komplex produkty 2A B Reakční mechanismy 2.Teorie aktivovaného komplexu (TAK) Ø Ø Ø B B A B B A A A + → → 2A B výchozí látky Aktivovaný komplex produkty - oslabení starých vazeb → spotřeba energie -tvorba vazeb nových → uvolnění energie U TAK je energetická bilance vyjádřena prostřednictvím EA příznivější a také bližší skutečnosti než u TAS. probíhá součastně Reakční koordináta E EA(TAK) Reaktanty Produkty Reakce ∆H EA(TAS) - změny E soustavy v průběhu chem. rce vyjádřena pomocí TAS a TAK Pohled z makrosvěta FORMÁLNÍ REAKČNÍ KINETIKA 1.Vliv koncentrace na průběh chemické rce 2.Vliv teploty na průběh chemické rce 3.Vliv katalyzátorů na průběh chemické rce Pohled z makrosvěta FORMÁLNÍ REAKČNÍ KINETIKA 1.Vliv koncentrace na průběh chemické rce ØObecně pro zvratnou rci: a A + b B c C + d D ØRychlost chemické reakce = časový úbytek molární koncentrace reaktantu nebo přírůstek molární koncentrace produktu dělený jeho stechiometrickým koeficientem v = ∆[C] c . ∆ t Pohled z makrosvěta FORMÁLNÍ REAKČNÍ KINETIKA 1.Vliv koncentrace na průběh chemické rce ØRychlost chemické rce - platí: • ∆[B] = 1 b ∆t ∆[A] v = 1 a ∆t ∆[C] = 1 c ∆t ∆[D] = 1 d ∆t Kde: [A] – molární koncentrace látky A a – stechiometrický koeficient látky A ∆[A] – změna molární koncentrace látky A ∆ t - změna času Čas t ∆t ∆cA CA Která reakce probíhá rychleji? Čas t ∆t ∆cB CB Pohled z makrosvěta FORMÁLNÍ REAKČNÍ KINETIKA 1.Vliv koncentrace na průběh chemické rce ØRychlost chemické rce ―Lze také zjistit z okamžitých koncentrací reagujících látek (Guldberg a Waage): ― § • Obecně pro reakci: a A + b B c C + d D v1 v2 V1=k1.[A]a.[B]b V2=k2.[C]c.[D]d K1,K2 = rychlostní konstanty (závislé na T a typu rce – tabel. hodnoty) Pohled z makrosvěta FORMÁLNÍ REAKČNÍ KINETIKA 1.Vliv koncentrace na průběh chemické rce ØRychlost chemické rce ‒Parametr, který má největší vliv na rychlost chem. reakce: MOLÁRNÍ KONCENTRACE (reaktantů / produktů) ‒Koncentrace reagujících látek se v průběhu reakce mění. Čas t ∆t ∆cA,B C ∆t ∆cC,D Reakce v dynamické rovnováze Čas t ∆t ∆v1(A+BàC+D) ∆t ∆v2(A+BßC+D) v M N Reakce v dynamické rovnováze V bodě M: V1 (A+BàC+D) >> v2 (A+BßC+D) V bodě N: V1 (A+BàC+D) = v2 (A+BßC+D) Od bodu N můžeme psát: v1 = v2 V1=k1.[A]a.[B]b V2=k2.[C]c.[D]d k1.[A]a.[B]b = k2.[C]c.[D]d k1 [C]c.[D]d k2 [A]a.[B]b = [C]c.[D]d [A]a.[B]b = K Pohled z makrosvěta FORMÁLNÍ REAKČNÍ KINETIKA 1.Vliv koncentrace na průběh chemické rce ØRychlost chem. rce → rovnovážná kostan. (K): kde: [A],[B],[C],[D] jsou rovnovážné koncentrace → Obecný vztah = Guldberg – Waagův zákon: platí pro libovolný počet reaktantů a produktů. [C]c.[D]d [A]a.[B]b = K Pohled z makrosvěta FORMÁLNÍ REAKČNÍ KINETIKA 2.Vliv teploty na průběh chemické rce ØPlatí Van´t Hoffovo pravidlo: Ø Ø Ø Ø ØRovnovážná konstanta je funkcí teploty → rovnovážná konstanta se mění. Ø Zvýšení teploty reaktantů o 10 °C → zvýšení reakční rychlosti 2 – 4krát. Pohled z makrosvěta FORMÁLNÍ REAKČNÍ KINETIKA 3.Vliv katalyzátorů na průběh chemické rce Ø katalyzátory = látky, které se při chemické rci nespotřebovávají, neovlivňují chemickou rovnováhu ani složení systému Ø katalyzátory pouze snižují EA Ø průběh katalyzované rce: A + B → AB A + B + K → AK AK + B → AB + K Reakční koordináta E ∆H Úspora EA EA1 ∆H EA2 EA3 A B A + B AB A +B + K A + BK AB + K A + B K A B K Pohled z makrosvěta FORMÁLNÍ REAKČNÍ KINETIKA 3.Vliv katalyzátorů na průběh chemické rce Ø typy katalyzátorů: 1.Pozivní – aktivátory: ‒snižují aktivační energii → urychlují reakci 2.Negativní – inhibitory: ‒ zvyšují aktivační energii → zpomalují reakci 3. Ø Pohled z makrosvěta FORMÁLNÍ REAKČNÍ KINETIKA 3.Vliv katalyzátorů na průběh chemické rce Ø typy katalýzy: 1.Homogenní: ‒reaktanty a katalyzátor ve stejné fázi ‒např.: rozklad kyseliny mravenčí HCOOH → H2O + CO (katalyzátor H+) 1.Heterogenní: ‒ reaktanty a katalyzátor v různé fázi ‒ např. syntéza amoniaku z prvků 3H2(g) + N2(g) → 2NH3(g) (kat. Fe) 1. Ø