A kinetika a fizikai kémia azon ága, amely a kémiai reakciók sebességét tanulmányozza. Ezzel szemben a termodinamika megmondja, hogy a reakció melyik irányát részesíti előnyben, anélkül, hogy feltárná annak reakciósebességét. Egyes reakciók termodinamikailag, de kinetikailag kedvezőtlenek lehetnek.
Például a gyémánt grafittá történő átalakításakor a grafit szabad energiája alacsonyabb, mint a gyémánté, ezért az átalakítást termodinamikailag előnyben részesítik. Van azonban egy nagy aktiválási gát a gyémánt számára, hogy az összes kötést még jobban megszakítsa és megreformálja stabil grafitkonfiguráció, így ez a reakció kinetikailag kedvezőtlen, és valójában nem fog bekövetkezni.
A reakció sebessége
A reakciósebesség a termék képződésének és a reagensek elfogyasztásának gyorsasága, így meghatározhatja azt a termékek vagy a reagensek koncentrációjának változásának mérésével egy bizonyos időtartam alatt. Vegyünk egy általános kémiai reakciót:
aA + bB> cC + dD
A reakció sebessége a következőképpen írható fel:
•••Módosítva innen: 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
Például a reakció sebessége:
2 NO (g) + 2H2 (g)> N2(g) + 2H2O (g)
által adva
•••Átvett 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
A reakció sebességének kísérleti úton történő meghatározásához megmérheti a H koncentrációját2 a reakció különböző időpontjaiban, és ábrázolja az idővel az alábbiak szerint:
•••Módosítva innen: 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
•••Módosítva innen: 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
A átlagos reakciósebesség a reakciósebesség közelítése egy időintervallumban, és ezzel jelölhető:
•••Módosítva innen: https://www.chem.purdue.edu/gchelp/howtosolveit/Kinetics/CalculatingRates.html#InitialRate
A pillanatnyi reakciósebesség a reakció sebességének meghatározása bizonyos pillanatban. Ez differenciális arány, és a következőkkel fejezhető ki:
•••Módosítva innen: https://www.chem.purdue.edu/gchelp/howtosolveit/Kinetics/CalculatingRates.html#InitialRate
Ahol d [H2] / dt a H koncentráció görbéjének meredeksége2 versus idő a t időpontban.
A kezdeti reakciósebesség a pillanatnyi sebesség a reakció kezdetén, amikor t = 0. Ebben az esetben a Mértékegység az átlagos, pillanatnyi és kezdeti reakciósebesség M / s.
Rate Law
A legtöbb esetben a reakció sebessége függ a különböző reagensek koncentrációjától t időpontban. Például az összes reagens nagyobb koncentrációjában a reagensek gyakrabban ütköznek és gyorsabb reakciót eredményeznek. Az ν (t) reakciósebesség és a koncentrációk közötti kapcsolatot a ráta törvény. Az aA + bB> cC + dD általános kémiai reakció sebességtörvénye:
•••Módosítva innen: 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)
Ahol k a sebességi állandó, az x és y teljesítmény pedig a rendelés reakciójának A és B reagenshez viszonyítva. A sebességtörvényt kísérletileg kell meghatározni, és nem lehet csupán a kiegyensúlyozott kémiai reakció sztöchiometriájából levezetni.
A kezdeti árak módszere
Az árfolyamtörvényt az a kezdeti kamatlábak módszere. Ebben a módszerben a kísérletet többször hajtják végre, csak egy reagens koncentrációját változtatják meg minden egyes futtatáshoz, miközben a többi változó állandó marad. A reakció sebességét minden menetnél megmérjük, hogy meghatározzuk az egyes reaktánsok sorrendjét a sebességtörvényben.
Vegye figyelembe például a következő kezdeti sebességadatokat a reakcióhoz:
2 NO (g) + 2H2 (g)> N2(g) + 2H2O (g)
•••Átvett https://www.chemteam.info/Kinetics/WS-Kinetics-method-of-initial-rates.html
Az 1. és 3. kísérletnél az NO koncentrációját állandó értéken tartjuk, míg a H koncentrációját2 megduplázódik. Ennek eredményeként a kezdeti reakciósebesség is megduplázódott (gondoljunk arra, hogy 21), így arra következtethet, hogy y = 1. Az 1. és 2. kísérletnél az NO koncentrációja megduplázódik, míg a H koncentrációja2 állandó marad. Ennek a változásnak az az eredménye, hogy a kezdeti ráta megnégyszereződött (gondoljuk úgy, hogy 22). Ezért x = 2 következtetésre juthat.
A reakció sebességtörvénye tehát:
•••Átvett https://www.chemteam.info/Kinetics/WS-Kinetics-method-of-initial-rates.html
És a reakció az első rendelés a H-ban2 és másodrendű a NO.