Kineetika on füüsikalise keemia haru, mis uurib keemiliste reaktsioonide kiirust. Seevastu termodünaamika ütleb meile, millist reaktsiooni suunda eelistatakse, paljastamata selle reaktsioonikiirust. Mõned reaktsioonid võivad olla termodünaamiliselt, kuid kineetiliselt ebasoodsad.
Näiteks teemandi grafiidiks muundamisel on grafiidil madalam vaba energia kui teemandil, seega eelistatakse muundamist termodünaamiliselt. Kuid teemandil on suur aktivatsioonitõke, et kõiki sidemeid veelgi enam lõhkuda ja reformida stabiilne grafiidi konfiguratsioon, seega on see reaktsioon kineetiliselt ebasoodne ega toimu tegelikult.
Reaktsioonikiirus
The reaktsioonikiirus on mõõdik, kui kiiresti tooted moodustuvad ja reaktiivid tarbitakse, nii et saate selle kindlaks määrata, mõõtes teatud aja jooksul toodete või reagentide kontsentratsiooni muutust. Mõelge üldisele keemilisele reaktsioonile:
aA + bB> cC + dD
Reaktsioonikiiruse võib kirjutada järgmiselt:
•••Muudetud alates 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
Näiteks reaktsioonikiirus:
2 NO (g) + 2H2 (g)> N2(g) + 2H2O (g)
on antud
•••Kohandatud alates 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
Selle reaktsiooni kiiruse määramiseks katse abil saate mõõta H kontsentratsiooni2 reaktsiooni erinevatel aegadel ja joonistage see ajaga järgmiselt:
•••Muudetud alates 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
•••Muudetud alates 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 keskmine reaktsioonikiirus on reaktsioonikiiruse ligikaudne väärtus intervallis ja seda saab tähistada järgmiselt:
•••Muudetud alates https://www.chem.purdue.edu/gchelp/howtosolveit/Kinetics/CalculatingRates.html#InitialRate
The hetkeline reaktsioonikiirus on defineeritud kui reaktsioonikiirus mingil ajahetkel. See on erinev määr ja seda saab väljendada:
•••Muudetud alates https://www.chem.purdue.edu/gchelp/howtosolveit/Kinetics/CalculatingRates.html#InitialRate
Kus d [H2] / dt on H kontsentratsioonikõvera kalle2 versus aeg ajal t.
The algne reaktsioonikiirus on hetkekiirus reaktsiooni alguses, kui t = 0. Sel juhul on üksus keskmise, hetkelise ja esialgse reaktsioonikiiruse korral on M / s.
Hinda seadus
Enamikul juhtudel sõltub reaktsioonikiirus erinevate reagentide kontsentratsioonist ajahetkel t. Näiteks kõigi reaktantide suurema kontsentratsiooni korral põrkavad reagendid sagedamini kokku ja põhjustavad kiirema reaktsiooni. Seos reaktsioonikiiruse ν (t) ja kontsentratsioonide vahel on määratletud kui määra seadus. Ja üldise keemilise reaktsiooni aA + bB> cC + dD kiirusseadus on:
•••Muudetud alates 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)
Kus k on kiiruskonstant ning võimsus x ja y on tellimus reaktsiooni A ja B suhtes. Kiiruseadus tuleb määrata eksperimentaalselt ja seda ei saa tuletada ainult tasakaalustatud keemilise reaktsiooni stöhhiomeetriast.
Esialgsete hindade meetod
Määraseaduse saab kindlaks määrata algmäärade meetod. Selles meetodis viiakse katse läbi mitu korda, muutes iga reaktsiooni jaoks ainult ühe reaktiivi kontsentratsiooni, hoides samal ajal teisi muutujaid konstantsena. Reaktsioonikiirust mõõdetakse iga katse jaoks, et määrata iga reaktiivi järjestus kiirusseaduses.
Mõelge näiteks järgmistele algsetele kiiruse andmetele:
2 NO (g) + 2H2 (g)> N2(g) + 2H2O (g)
•••Kohandatud alates https://www.chemteam.info/Kinetics/WS-Kinetics-method-of-initial-rates.html
1. ja 3. katse korral hoitakse NO kontsentratsioon konstantsena, samal ajal kui H kontsentratsioon2 on kahekordistunud. Selle tulemusel kahekordistus ka esialgne reaktsioonikiirus (mõelge sellele kui 21), nii et võite järeldada y = 1. 1. ja 2. katse korral kahekordistatakse NO kontsentratsioon, samas kui H kontsentratsioon2 jääb konstantseks. Selle muutuse tulemusena on esialgne määr neljakordistunud (mõelge sellele kui 22). Seetõttu võite järeldada, et x = 2.
Selle reaktsiooni kiiruse seadus on seega:
•••Kohandatud alates https://www.chemteam.info/Kinetics/WS-Kinetics-method-of-initial-rates.html
Ja reaktsioon on esimene tellimus aastal H2 ja teine järjekord nr.