קינטיקה היא הענף של הכימיה הפיזיקלית החוקרת את קצב התגובות הכימיות. לעומת זאת, התרמודינמיקה מספרת לנו איזה כיוון התגובה מועדף, מבלי לחשוף את קצב התגובה שלה. תגובות מסוימות יכולות להיות מועדפות תרמודינמיות אך בלתי מועדפות מבחינה קינטית.
לדוגמא, בהמרה של יהלום לגרפיט, לגרפיט אנרגיה חופשית נמוכה יותר מיהלום, ולכן ההמרה מועדפת תרמו-דינמית. עם זאת, קיים מחסום הפעלה גדול עבור יהלום לפרוץ ולערוך רפורמה בכל הקשרים תצורת גרפיט יציבה, ולכן תגובה זו אינה מועדפת מבחינה קינטית ולא תתרחש בפועל.
קצב התגובה
ה קצב התגובה הוא מדד עד כמה המהירים נוצרים והמגיבים נצרכים, כך שתוכלו לקבוע זאת על ידי מדידת השינוי בריכוז המוצרים או המגיבים, לאורך תקופת זמן. שקול תגובה כימית כללית:
aA + bB> cC + dD
ניתן לכתוב את קצב התגובה כ:
•••שונה מ 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
לדוגמא קצב התגובה ל:
2 NO (g) + 2 H2 (ז)> נ2(ז) + 2 ח2O (g)
ניתן ע"י
•••מעובד מ 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
כדי לקבוע את קצב התגובה הזו על ידי ניסוי, אתה יכול למדוד את ריכוז H2 בזמנים שונים של התגובה, והתווה אותה כנגד הזמן באופן הבא:
•••שונה מ 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
•••שונה מ 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
ה קצב התגובה הממוצע הוא קירוב של קצב התגובה במרווח זמן וניתן לסמן על ידי:
•••שונה מ https://www.chem.purdue.edu/gchelp/howtosolveit/Kinetics/CalculatingRates.html#InitialRate
ה קצב תגובה מיידי מוגדר כקצב התגובה ברגע כלשהו בזמן. זהו שיעור דיפרנציאלי והוא יכול לבוא לידי ביטוי על ידי:
•••שונה מ https://www.chem.purdue.edu/gchelp/howtosolveit/Kinetics/CalculatingRates.html#InitialRate
איפה d [H2] / dt הוא השיפוע של עקומת הריכוז של H2 לעומת זמן בזמן t.
ה קצב תגובה ראשוני הוא הקצב המיידי בתחילת התגובה, כאשר t = 0. במקרה זה, יחידה עבור קצב התגובה הממוצע, המיידי וההתחלתי הוא M / s.
חוק תעריפים
ברוב המקרים, קצב התגובה תלוי בריכוז המגיבים השונים בזמן t. למשל, בריכוז גבוה יותר של כל המגיבים, מגיבים מתנגשים בתדירות גבוהה יותר וגורמים לתגובה מהירה יותר. הקשר בין קצב התגובה ν (t) לריכוזים מוגדר כ- חוק תעריפים. וחוק השיעור עבור התגובה הכימית הכללית aA + bB> cC + dD הוא:
•••שונה מ 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)
איפה k הוא הקצב קבוע, והכוח x ו- y הוא להזמין של התגובה ביחס למגיב A ו- B. יש לקבוע את חוק השיעור באופן ניסיוני ולא ניתן להסיקו רק מהסטואיכיומטריה של תגובה כימית מאוזנת.
שיטת שיעורי התחלה
חוק התעריפים יכול להיקבע על ידי שיטת שיעורי התחלה. בשיטה זו, הניסוי מתבצע מספר פעמים, רק משנה את הריכוז של מגיב אחד לכל ריצה תוך שמירה על קבועים של משתנים אחרים. קצב התגובה נמדד עבור כל ריצה כדי לקבוע את הסדר של כל מגיב בחוק הקצב.
לדוגמה, שקול את נתוני הקצב הראשוני הבאים לתגובה:
2 NO (g) + 2 H2 (ז)> נ2(ז) + 2 ח2O (g)
•••מעובד מ https://www.chemteam.info/Kinetics/WS-Kinetics-method-of-initial-rates.html
למשפט 1 ו -3, הריכוז של NO נשמר קבוע ואילו הריכוז של H.2 מוכפל. כתוצאה מכך גם קצב התגובה הראשוני הוכפל (חשוב על זה כ -21), כך שתוכל להסיק את y = 1. למשפט 1 ו -2, ריכוז ה- NO מוכפל ואילו הריכוז של H.2 נשאר קבוע. התוצאה של שינוי זה היא שהשיעור ההתחלתי פי ארבעה (חשוב על זה כ -22). לכן אתה יכול להסיק x = 2.
חוק התעריפים לתגובה זו הוא אפוא:
•••מעובד מ https://www.chemteam.info/Kinetics/WS-Kinetics-method-of-initial-rates.html
והתגובה היא הזמנה ראשונה ב H2 ו הזמנה שנייה ב- NO.