Брзина на хемиска реакција

Од Википедија, слободната енциклопедија
Прејди на: содржини, барај
‘Рѓосување на железо - хемиска реакција која се одвива многу бавно.
Согорување на дрво - хемиска реакција која се одвива многу брзо.

Брзината на хемиската реакција за еден реактант или продукт во дадена хемиска реакција е интуитивно дефинирана со тоа колку брзо се одвива хемиската реакција. На пример, оксидацијата на железото под атмосферата е бавна реакција која може да трае и до неколку години, но согорувањето на бутанот во оган е реакција која се одвива во дел од секундата.

Хемиската кинетика е дел од физичката хемија која ја проучува брзината на хемиската реакција. Концептите на хемиската кинетика се применуваат во многу дисциплини, како хемиско инженерство, ензимологија и инженерство на животна средина.

Формални дефиниции за брзина на хемиската реакција[уреди]

При една хемиска реакција од типот:

aA + bB → pP + qQ

Малите букви (a, b, p и q) ги претставуваат стехиометриските коефициенти, додека големите букви ги претставуваат реактантите (A и B) и продуктите (P и Q).

Според дефиницијата од Златната книга на МУЧПХ[1], брзината на хемиската реакција v (исто така и r или R) која се одвива во затврен систем при постојани волуменски услови, без образување на меѓупродукти, се дефинира како:

v = - \frac{1}{a} \frac{d[A]}{dt} = - \frac{1}{b} \frac{d[B]}{dt} = \frac{1}{p} \frac{d[P]}{dt} = \frac{1}{q} \frac{d[Q]}{dt}

(ЗАБЕЛЕШКА: Брзината на реакцијата е секогаш позитивна. '-' знакот е употребен бидејќи концентрацијата на реактантот се намалува). МУЧПХ[1] препорачува дека единицата за време треба секогаш да биде секунда. Во таков случај, брзината на реакцијата се разликува од степенот на зголемување на концентрацијата на продуктот P од страна на постојан фактор (реципрочен на неговиот стехиометриски коефициент) и за реактантот A со минус од реципроцитетот на стехиометрискиот број. Брзината обично ги има единиците mol dm−3 s−1.

Важно е да се има на ум дека претходната дефиниција е валидна само за единечна реакција, во затворен систем со постојан волумен.

Општо, за било кој систем, целосната масина рамнотежа мора да се земе предвид:

F_{A0} - F_A + \int_{0}^{V} v\, dV = \frac{dN_A}{dt}

Кога станува збор за едноставниот случај споменат претходно, оваа равенка се редуцира до: v= \frac{d[A]}{dt}

Фактори кои влијаат на брзината[уреди]

Фактори кои влијаат на брзината на хемиската реакција се:

  • Концентрација: Брзината се зголемува заедно со концентрацијата, како што вели и законот за брзината на реакцијата и теоријата на судири. Како што се зголемува концентрацијата на еден реактант, фреквенцијата на судири се зголемува.
  • Природата на реакцијата: Некои реакции се природно побрзи од другите. Бројот на реагирачки единки, нивната агрегатна состојба (честичките кои ги образуваат цврстите тела се движат побавно отколку оние на гасовите или тие во раствор), сложеноста на реакцијата и други фактори влијаат силно на брзината.
  • Температура: Најчесто, одвивањето на една реакција на повисока температура дава повеќе енергија на системот и ја зголемува брзината со предизвикување на повеќе судари меѓу честичките (теорија на судири). Но, главната причина што температурата ја зголемува брзината е тоа што повеќето од сударните честички ќе ја имаат потребната активациона енергија, што ќе резултира во поефикасни судари (кога се образуваат врски меѓу реактантите). Влијанието на температурата е опишано од Арениусовата равенка.
  • Растворувач: Многу реакции се одвиваат во раствор, а својствата на растворувачот влијаат на брзината. Јонската сила исто така влијае на брзината.
  • Притисок: Брзината на гасните реакции се зголемува со притисок, кој всушност е еднаков на зголемувањето на концентрацијата на гасот. За реакции чии реактанти се во кондензирана состојба, зависноста од притисокот е слаба (мала).
  • Електромагнетно зрачење: Електромагнетното зрачење е вид на енергија. Како такво, тоа може да ја забрза реакцијата, па дури и да ја направи да тече спонтано, бидејќи ги обезбедува честичките на реактантите со повеќе енергија. Така, кога метан реагира со хлор на темно, реакцијата е мошне бавна. Може да се забрза кога смесата е изложена на дифузна светлина. На сончева светлина, меѓутоа, реакцијата е експлозивна.
  • Катализатор: Присуството на катализатор ја зголемува брзината (и во директната и во повратната реакција) со обезбедување на алтернативен пат со пониска активациона енергија.
  • Изотопи: Кинетичкиот изотопен ефект дава различна брзина на реакциите за иста молекула доколку таа има различни изотопи, најчесто водородни изотопи, поради разликата во масите на водородот и деутериумот.
  • Површинска (атсорпциона) област: При атсорпционите реакции, како оние при хетерогена катализа, брзината се зголемува заедно со површината. Ова е поради тоа што повеќе честички од цврстото тело се изложени и може да бидат удрени од молекулите на реактантот.
  • Ред на реакцијата: Тој контролира како концентрацијата на реактантот влијае на брзината.
  • Мешање: Мешањето може да има силен ефект на брзината за хетерогени реакции.
  • Интензитет на светлина: Реактантите вклучени во фотохемиска реакција апсорбираат енергија од светлината и други ЕМ зрачења. Со зголемување на интензитетот на осветлување, честичките апсорбираат повеќе енергија. Со тоа се зголемува нивната кинетичка енергија, со што има повеќе продуктивни судари. Така се зголемува и брзината на реакцијата.

Сите фактори кои влијаат на брзината на реакцијата се земаат предвид во равенката на брзината на реакцијата.

Наводи[уреди]

  1. 1,0 1,1 Дефиниција на МУЧПХ за брзина на реакцијата