Kinetika je obor fyzikální chemie, který studuje rychlost chemických reakcí. Naproti tomu termodynamika nám říká, který směr reakce je upřednostňován, aniž by odhalil její reakční rychlost. Některé reakce mohou být termodynamicky výhodné, ale kineticky nepříznivé.
Například při konverzi diamantu na grafit má grafit nižší volnou energii než diamant, takže konverze je termodynamicky upřednostňována. Existuje však velká aktivační bariéra, aby se diamant zlomil a reformoval všechny vazby na více stabilní grafitová konfigurace, takže tato reakce je kineticky nepříznivá a ve skutečnosti nenastane.
Rychlost reakce
The rychlost reakce je míra toho, jak rychle se produkty vytvářejí a reaktanty se spotřebovávají, takže to můžete určit měřením změny v koncentraci produktů nebo reaktantů po určitou dobu. Zvažte obecnou chemickou reakci:
aA + bB> cC + dD
Rychlost reakce lze zapsat jako:
•••Upraveno z https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)/Kinetics/Reaction_Rates/Experimental_Determination_of_Kinetcs/Measuring_Reaction_Rates
Například rychlost reakce pro:
2 NO (g) + 2 H2 (g)> N2(g) + 2 H2O (g)
darováno
•••Převzato z https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)/Kinetics/Reaction_Rates/Experimental_Determination_of_Kinetcs/Measuring_Reaction_Rates
Chcete-li určit rychlost této reakce experimentem, můžete měřit koncentraci H2 v různých dobách reakce a vykreslete to proti času takto:
•••Upraveno z https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)/Kinetics/Reaction_Rates/Experimental_Determination_of_Kinetcs/Measuring_Reaction_Rates
•••Upraveno z https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)/Kinetics/Reaction_Rates/Experimental_Determination_of_Kinetcs/Measuring_Reaction_Rates
The průměrná rychlost reakce je přiblížení reakční rychlosti v časovém intervalu a lze jej označit:
•••Upraveno z https://www.chem.purdue.edu/gchelp/howtosolveit/Kinetics/CalculatingRates.html#InitialRate
The okamžitá rychlost reakce je definována jako rychlost reakce v určitém okamžiku. Jedná se o diferenciální rychlost a lze ji vyjádřit:
•••Upraveno z https://www.chem.purdue.edu/gchelp/howtosolveit/Kinetics/CalculatingRates.html#InitialRate
Kde d [H2] / dt je směrnice pro křivku koncentrace H2 versus čas v čase t.
The počáteční rychlost reakce je okamžitá rychlost na začátku reakce, když t = 0. V tomto případě jednotka pro průměrnou, okamžitou a počáteční rychlost reakce je M / s.
Ohodnoťte zákon
Ve většině případů závisí reakční rychlost na koncentraci různých reaktantů v čase t. Například při vyšší koncentraci všech reaktantů se reaktanty častěji srážejí a mají za následek rychlejší reakci. Vztah mezi reakční rychlostí ν (t) a koncentracemi je definován jako zákon o sazbách. A rychlostní zákon pro obecnou chemickou reakci aA + bB> cC + dD je:
•••Upraveno z https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Ancillary_Materials/Laboratory_Experiments/Wet_Lab_Experiments/General_Chemistry_Labs/Online_Chemistry_Lab_Manual/Chem_12_Experiments/01%3A_Chemical_Kinetics_-_The_Method_of_Initial_Rates_(Experiment)
Kde k je rychlostní konstanta a síla x a y je objednat reakce vzhledem k reaktantu A a B. Rychlostní zákon musí být stanoven experimentálně a nelze jej odvodit pouze ze stechiometrie vyvážené chemické reakce.
Způsob počátečních sazeb
Zákon o sazbách lze určit podle způsob počátečních sazeb. V této metodě se experiment provádí několikrát, pouze se mění koncentrace jednoho reaktantu pro každý běh při zachování konstantních proměnných. Rychlost reakce se měří pro každý běh, aby se určilo pořadí každého reaktantu v zákoně rychlosti.
Zvažte například následující počáteční údaje o rychlosti reakce:
2 NO (g) + 2 H2 (g)> N2(g) + 2 H2O (g)
•••Převzato z https://www.chemteam.info/Kinetics/WS-Kinetics-method-of-initial-rates.html
Pro pokus 1 a 3 je koncentrace NO udržována konstantní, zatímco koncentrace H2 je zdvojnásoben. Ve výsledku se také zdvojnásobila počáteční rychlost reakce (považujte to za 21), takže můžete uzavřít y = 1. Pro pokus 1 a 2 je koncentrace NO zdvojnásobena, zatímco koncentrace H2 zůstává konstantní. Výsledkem této změny je, že počáteční rychlost se zčtyřnásobila (představte si to jako 22). Můžete tedy uzavřít x = 2.
Zákon o sazbě pro tuto reakci je tedy:
•••Převzato z https://www.chemteam.info/Kinetics/WS-Kinetics-method-of-initial-rates.html
A reakce je první objednávka v H2 a druhá objednávka v NO.