Definicja kinetyki chemicznej w chemii

Zrozumienie kinetyki chemicznej i szybkości reakcji

Kinetyka chemiczna pomaga wyjaśnić, dlaczego rosnące zderzenia między cząsteczkami zwiększają szybkość reakcji chemicznych. Don Farrall/Getty Images

Kinetyka chemiczna to badanie procesów chemicznych i szybkości reakcji . Obejmuje to analizę warunków wpływających na prędkość Reakcja chemiczna , zrozumienie mechanizmów reakcji i stanów przejściowych oraz tworzenie modeli matematycznych do przewidywania i opisywania reakcji chemicznych. Szybkość reakcji chemicznej zwykle ma jednostki sekund^-1jednak eksperymenty kinetyczne mogą trwać kilka minut, godzin, a nawet dni.

Znany również jako

Kinetykę chemiczną można również nazwać kinetykami reakcji lub po prostu „kinetykami”.

Historia kinetyki chemicznej

Dziedzina kinetyki chemicznej rozwinęła się na podstawie prawa działania masy, sformułowanego w 1864 roku przez Petera Waage i Cato Guldberga. Prawo działania masy stwierdza, że ​​szybkość reakcji chemicznej jest proporcjonalna do ilości reagentów. Jacobus van't Hoff studiował dynamikę chemiczną. Jego publikacja z 1884 r. „Etudes de dynamique chimique” zaowocowała w 1901 r. Nagrodą Nobla w dziedzinie chemii (pierwszy rok przyznania nagrody Nobla). Niektóre reakcje chemiczne mogą obejmować skomplikowaną kinetykę, ale podstawowych zasad kinetyki uczy się na lekcjach chemii ogólnej w liceum i college'u.

Kluczowe wnioski: kinetyka chemiczna

• Kinetyka chemiczna lub kinetyka reakcji to naukowe badanie szybkości reakcji chemicznych. Obejmuje to opracowanie modelu matematycznego do opisu szybkości reakcji i analizę czynników wpływających na mechanizmy reakcji.
• Peterowi Waage i Cato Guldbergowi przypisuje się pionierów w dziedzinie kinetyki chemicznej, opisując prawo masowego działania. Prawo działania mas mówi, że szybkość reakcji jest proporcjonalna do ilości reagentów.
• Czynniki wpływające na szybkość reakcji obejmują stężenie reagentów i innych związków, powierzchnię, charakter reagentów, temperaturę, katalizatory, ciśnienie, obecność światła i stan fizyczny reagentów.

Prawa stawki i stałe stawki

Dane eksperymentalne służą do określenia szybkości reakcji, z których wyprowadza się prawa szybkości i stałe szybkości kinetyki chemicznej, stosując prawo działania masy. Prawa szybkości pozwalają na proste obliczenia dla reakcji zerowego rzędu, reakcji pierwszego rzędu oraz reakcje drugiego rzędu .

• Szybkość reakcji rzędu zerowego jest stała i niezależna od stężenia reagentów.
  stawka = k
• Szybkość reakcji pierwszego rzędu jest proporcjonalna do stężenia jednego reagenta:
  wskaźnik = k[A]
• Szybkość reakcji drugiego rzędu jest proporcjonalna do kwadratu stężenia jednego reagenta lub iloczynu stężenia dwóch reagentów.
  wskaźnik = k[A]^dwalub k[A][B]

Aby uzyskać prawa dla bardziej złożonych reakcji chemicznych, należy połączyć prawa szybkości dla poszczególnych etapów. Dla tych reakcji:

• Istnieje etap determinujący szybkość, który ogranicza kinetykę.
• Równanie Arrheniusa i równania Eyringa można wykorzystać do eksperymentalnego określenia energii aktywacji.
• W celu uproszczenia prawa kinetycznego można zastosować przybliżenia stanu ustalonego.

Czynniki wpływające na szybkość reakcji chemicznej

Kinetyka chemiczna przewiduje, że szybkość reakcji chemicznej zostanie zwiększona przez czynniki zwiększające energię kinetyczną reagenty (do pewnego momentu), co prowadzi do zwiększonego prawdopodobieństwa interakcji reagentów. Podobnie można oczekiwać, że czynniki, które zmniejszają prawdopodobieństwo kolizji reagentów ze sobą, obniżą szybkość reakcji. Główne czynniki wpływające na szybkość reakcji to:

stężenie reagentów(wzrastający stężenie zwiększa szybkość reakcji) temperatura(wzrost temperatury zwiększa szybkość reakcji do pewnego momentu) obecność katalizatorów( katalizatory oferują reakcję mechanizmu, który wymaga niższej energia aktywacji , więc obecność katalizatora zwiększa szybkość reakcji) stan fizyczny reagentów(reagenty w tej samej fazie mogą wchodzić w kontakt poprzez działanie termiczne, ale pole powierzchni i mieszanie wpływają na reakcje między reagentami w różnych fazach) nacisk(w przypadku reakcji z udziałem gazów wzrost ciśnienia zwiększa zderzenia między reagentami, zwiększając szybkość reakcji)

Należy zauważyć, że chociaż kinetyka chemiczna może przewidzieć szybkość reakcji chemicznej, nie określa stopnia, w jakim zachodzi reakcja. Termodynamika służy do przewidywania równowagi.

Źródła

• Espenson, JH (2002). Kinetyka chemiczna i mechanizmy reakcji (wyd. 2). McGraw-Hill. ISBN 0-07-288362-6.
• Guldberg CM; Wynagrodzenie, str. (1864). „Badania dotyczące powinowactwa” Negocjacje w Towarzystwie Naukowym w Christianii
• Gorban, AN; Jabłoński. GS (2015). Trzy fale dynamiki chemicznej. Matematyczne modelowanie zjawisk przyrodniczych 10(5).
• Laidler, KJ (1987). Kinetyka chemiczna (3rd ed.). Harper i Row. ISBN 0-06-043862-2.
• Steinfeld J.I., Francisco J.S.; Hase WL (1999). Kinetyka i dynamika chemiczna (wyd. 2). Prentice-Hall. ISBN 0-13-737123-3.