Čo je chemická kinetika?

Chemická kinetika je štúdium chemických procesov a rýchlosti reakcií. Zahŕňa to analýzu podmienok, ktoré ovplyvňujú rýchlosť a chemická reakcia, pochopenie reakčných mechanizmov a prechodných stavov a vytvorenie matematických modelov na predpovedanie a popis chemickej reakcie. Rýchlosť chemickej reakcie zvyčajne má Jednotky s^-1Kinetické experimenty však môžu trvať niekoľko minút, hodín alebo dokonca dní.

Taktiež známy ako

Chemická kinetika sa môže tiež nazývať kinetika reakcie alebo jednoducho „kinetika“.

Oblasť chemickej kinetiky sa vyvinula zo zákona o masovom pôsobení, ktorý v roku 1864 formulovali Peter Waage a Cato Guldberg. Zákon o hromadnom pôsobení uvádza, že rýchlosť chemickej reakcie je úmerná množstvu reaktantov. Jacobus van't Hoff študoval chemickú dynamiku. Jeho publikácia z roku 1884 „Etudes de dynamique chimique“ viedla k Nobelovej cene za chémiu z roku 1901 (čo bol prvý rok, kedy bola Nobelova cena udelená). Niektoré chemické reakcie môžu zahŕňať komplikovanú kinetiku, ale základné princípy kinetiky sa učia na stredných a vysokých školách všeobecnej chémie.

Kľúčové cesty: chemická kinetika

Experimentálne údaje sa používajú na nájdenie reakčných rýchlostí, z ktorých sú odvodené rýchlostné zákony a rýchlostné konštanty chemickej kinetiky použitím zákona o hromadnom pôsobení. Zákony o sadzbách umožňujú jednoduché výpočty reakcií nulového poriadku, reakcií prvého poriadku a reakcie druhého poriadku.

• Rýchlosť reakcie nulového poriadku je konštantná a nezávislá od koncentrácie reaktantov.
  rýchlosť = k
• Rýchlosť reakcie prvého poriadku je úmerná koncentrácii jedného reaktantu:
  sadzba = k [A]
• Rýchlosť reakcie druhého poriadku má rýchlosť úmernú druhej mocnine koncentrácie jedného reaktantu alebo tiež produktu koncentrácie dvoch reaktantov.
  sadzba = k [A]² alebo k [A] [B]

Zákony o sadzbách pre jednotlivé kroky sa musia kombinovať, aby sa odvodili zákony pre zložitejšie chemické reakcie. Pre tieto reakcie:

• Existuje krok určujúci rýchlosť, ktorý obmedzuje kinetiku.
• Na experimentálne stanovenie aktivačnej energie sa môžu použiť Arrheniova rovnica a Eyringove rovnice.
• Na zjednodušenie zákona o sadzbách sa môžu použiť aproximácie v rovnovážnom stave.

Chemická kinetika predpovedá, že rýchlosť chemickej reakcie sa zvýši faktormi, ktoré zvyšujú kinetickú energiu reaktanty (až do určitého bodu), čo vedie k zvýšenej pravdepodobnosti, že reaktanty budú spolu interagovať. Podobne možno očakávať, že faktory, ktoré znižujú pravdepodobnosť zrážania reaktantov navzájom, znižujú reakčnú rýchlosť. Hlavné faktory, ktoré ovplyvňujú rýchlosť reakcie, sú:

• koncentrácia reaktantov (zvyšujúce sústredenie zvyšuje reakčnú rýchlosť)
• teplota (zvyšovanie teploty zvyšuje reakčnú rýchlosť až do bodu)
• prítomnosť katalyzátorov (katalyzátory ponúkajú reakciu mechanizmus, ktorý vyžaduje nižšie aktivačná energia, takže prítomnosť katalyzátora zvyšuje rýchlosť reakcie)
• fyzikálny stav reaktantov (reaktanty v tej istej fáze môžu prísť do styku tepelným pôsobením, ale povrchová plocha a agitácia ovplyvňujú reakcie medzi reaktantmi v rôznych fázach)
• tlak (pri reakciách s plynmi zvyšuje tlak zvyšujúce kolízie medzi reaktantmi, zvyšuje reakčnú rýchlosť)

Všimnite si, že zatiaľ čo chemická kinetika môže predpovedať rýchlosť chemickej reakcie, neurčuje však rozsah, v akom sa reakcia uskutočňuje. Termodynamika sa používa na predpovedanie rovnováhy.

• Espenson, J.H. (2002). Mechanismy chemickej kinetiky a reakcie (2. vydanie). McGraw-Hill. ISBN 0-07-288362-6.
• Guldberg, C. M.; Waage, P. (1864). „Štúdie týkajúce sa príbuznosti“ Forhandlinger i Videnskabs-Selskabet i Christiania
• Gorban, A. N.; Yablonski. G. S. (2015). Tri vlny chemickej dynamiky. Matematické modelovanie prírodných javov 10(5).
• Laidler, K. J. (1987). Chemická kinetika (3. vydanie). Harper a Row. ISBN 0-06-043862-2.
• Steinfeld J. I., Francisco J. S.; Hase W. L. (1999). Chemická kinetika a dynamika (2. vydanie). Prentice Hall. ISBN 0-13-737123-3.