Kemiallinen kinetiikka on kemiallisten prosessien ja reaktioiden nopeus. Tähän sisältyy olosuhteiden analysointi, jotka vaikuttavat a: n nopeuteen kemiallinen reaktio, reaktiomekanismien ja siirtymätilojen ymmärtäminen ja matemaattisten mallien muodostaminen kemiallisen reaktion ennustamiseksi ja kuvaamiseksi. Kemiallisen reaktion nopeudella on yleensä yksiköt sekunnista-1kinetiikkakokeet voivat kuitenkin kestää useita minuutteja, tunteja tai jopa päiviä.
Tunnetaan myös
Kemiallista kinetiikkaa voidaan kutsua myös reaktion kinetiikkaksi tai yksinkertaisesti "kinetiikkaksi".
Kemiallisen kinetiikan historia
Kemiallisen kinetiikan kenttä kehittyi massatoiminnan laista, jonka Peter Waage ja Cato Guldberg muotoilivat vuonna 1864. Massamääräyslaki toteaa kemiallisen reaktion nopeuden olevan verrannollinen reagenssien määrään. Jacobus van't Hoff opiskeli kemiallista dynamiikkaa. Hänen 1884-julkaisunsa "Etudes de dynamique chimique" johti 1901 Nobelin kemian palkintoon (joka oli Nobel-palkinnon ensimmäinen vuosi). Joihinkin kemiallisiin reaktioihin voi liittyä monimutkaista kinetiikkaa, mutta kinetiikan perusperiaatteet opitaan lukion ja korkeakoulun yleisessä kemiassa.
Keskeiset takeet: Kemiallinen kinetiikka
- Kemiallinen kinetiikka tai reaktion kinetiikka on kemiallisten reaktioiden nopeuden tieteellinen tutkimus. Tähän sisältyy matemaattisen mallin kehittäminen reaktionopeuden kuvaamiseksi ja reaktiomekanismeihin vaikuttavien tekijöiden analyysi.
- Peter Waage ja Cato Guldberg saavat uransa kemiallisen kinetiikan kentälle kuvaamalla massatoiminnan lakia. Massan toiminnan laki ilmoittaa reaktion nopeuden olevan verrannollinen reagenssien määrään.
- Reaktion nopeuteen vaikuttavia tekijöitä ovat reagenssien ja muiden lajien pitoisuus, pinta - ala, reagenssien luonne, lämpötila, katalyytit, paine, onko valoa, ja reaktiivisten aineiden fyysinen tila reagenssit.
Arvioi lait ja arvioi vakioita
Kokeellisia tietoja käytetään reaktionopeuksien löytämiseen, joista johdetaan nopeuslait ja kemiallisen kinetiikan nopeusvakiot soveltamalla massavaikutusta. Hintalait mahdollistavat yksinkertaiset laskelmat nollajärjestyksen reaktioille, ensimmäisen kertaluvun reaktioille ja toisen asteen reaktiot.
- Nollajärjestyksen reaktionopeus on vakio ja riippumaton reagenssien pitoisuuksista.
korko = k - Ensimmäisen asteen reaktionopeus on verrannollinen yhden reagenssin pitoisuuteen:
korko = k [A] - Toisen kertaluvun reaktionopeudella on nopeus, joka on verrannollinen yksittäisen reagenssin pitoisuuden neliöön tai muuten kahden reagenssin konsentraation tulokseen.
korko = k [A]2 tai k [A] [B]
Yksittäisten vaiheiden nopeuslait on yhdistettävä, jotta saadaan lait monimutkaisemmille kemiallisille reaktioille. Näitä reaktioita varten:
- On nopeudenmääritysvaihe, joka rajoittaa kinetiikkaa.
- Arrhenius- ja Eyring-yhtälöitä voidaan käyttää aktivointienergian määrittämiseen kokeellisesti.
- Vakaan tilan lähentämisiä voidaan käyttää nopeuslain yksinkertaistamiseksi.
Kemiallisen reaktionopeuteen vaikuttavat tekijät
Kemiallinen kinetiikka ennustaa kemiallisen reaktion nopeutta lisäävän tekijöillä, jotka lisäävät kemikaalin kineettistä energiaa reagenssit (pisteeseen saakka), mikä lisää todennäköisyyttä, että reagenssit ovat vuorovaikutuksessa keskenään. Samoin tekijöiden, jotka vähentävät reagenssien mahdollisuutta törmää toisiinsa, voidaan odottaa laskevan reaktionopeutta. Tärkeimmät reaktionopeuteen vaikuttavat tekijät ovat:
- reagenssien pitoisuus (lisääminen keskittyminen lisää reaktionopeutta)
- lämpötila (lämpötilan nousu lisää reaktionopeutta pisteeseen saakka)
- katalyyttien läsnäolo (katalyyttejä tarjoavat reaktion mekanismin, joka vaatii alhaisemman aktivointienergia, joten katalyytin läsnäolo lisää reaktionopeutta)
- reagenssien fysikaalinen tila (samassa faasissa olevat reagenssit voivat joutua kosketukseen lämpövaikutuksen kautta, mutta pinta-ala ja sekoitus vaikuttavat eri vaiheiden reagenssien välisiin reaktioihin)
- paine (reaktioissa, joissa on kaasuja, paineen nostaminen lisää reagenssien välisiä törmäyksiä lisäämällä reaktionopeutta)
Huomaa, että vaikka kemiallinen kinetiikka voi ennakoida kemiallisen reaktion nopeuden, se ei määritä reaktion tapahtumisen laajuutta. Termodynamiikkaa käytetään ennustamaan tasapaino.
Lähteet
- Espenson, J.H. (2002). Kemiallinen kinetiikka ja reaktiomekanismit (2. painos). McGraw-Hill. ISBN 0-07-288362-6.
- Guldberg, C. M.; Waage, P. (1864). "Affiniteettitutkimukset" Etukäteislinja i Videnskabs-Selskabet i Christiania
- Gorban, A. N.; Yablonsky. G. S. (2015). Kolme kemiallisen dynamiikan aaltoa. Luonnollisten ilmiöiden matemaattinen mallintaminen 10(5).
- Laidler, K. J. (1987). Kemiallinen kinetiikka (3. painos). Harper ja Row. ISBN 0-06-043862-2.
- Steinfeld J. I., Francisco J. S.; Ole W. L. (1999). Kemiallinen kinetiikka ja dynamiikka (2. painos). Prentice Hall. ISBN 0-13-737123-3.