Kinetiek is de tak van de fysische chemie die de snelheid van chemische reacties bestudeert. Daarentegen vertelt de thermodynamica ons welke richting van de reactie de voorkeur heeft, zonder de reactiesnelheid te onthullen. Sommige reacties kunnen thermodynamisch gunstig zijn, maar kinetisch ongunstig.
Bij de omzetting van diamant in grafiet heeft grafiet bijvoorbeeld een lagere vrije energie dan diamant, zodat de omzetting thermodynamisch de voorkeur heeft. Er is echter een grote activeringsbarrière voor diamant om alle bindingen te verbreken en te hervormen tot meer stabiele grafietconfiguratie, dus deze reactie is kinetisch ongunstig en zal niet echt plaatsvinden.
Reactiesnelheid
De reactiesnelheid is een maat voor hoe snel de producten worden gevormd en de reactanten worden verbruikt, dus je kunt het bepalen door de verandering in de concentratie van producten of reactanten over een bepaalde periode te meten. Overweeg een algemene chemische reactie:
aA + bB > cC + dD
De reactiesnelheid kan worden geschreven als:
•••Gewijzigd van 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
Bijvoorbeeld de reactiesnelheid voor:
2 NO(g) + 2 H2 (g) > Nee2(g) + 2 H2O(g)
is gegeven door
•••Aangepast van 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
Om de snelheid van deze reactie experimenteel te bepalen, kun je de concentratie van H. meten2 op verschillende tijdstippen van de reactie en zet deze als volgt uit tegen de tijd:
•••Gewijzigd van 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
•••Gewijzigd van 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
De gemiddelde reactiesnelheid is een benadering van de reactiesnelheid in een tijdsinterval en kan worden aangeduid met:
•••Gewijzigd van https://www.chem.purdue.edu/gchelp/howtosolveit/Kinetics/CalculatingRates.html#InitialRate
De momentane reactiesnelheid wordt gedefinieerd als de reactiesnelheid op een bepaald moment in de tijd. Het is een differentieel tarief en kan worden uitgedrukt door:
•••Gewijzigd van https://www.chem.purdue.edu/gchelp/howtosolveit/Kinetics/CalculatingRates.html#InitialRate
waar d[H2]/dt is de helling voor de concentratiecurve van H2 versus tijd op tijd t.
De aanvankelijke reactiesnelheid is de momentane snelheid aan het begin van de reactie, wanneer t = 0. In dit geval is de eenheid voor gemiddelde, ogenblikkelijke en initiële reactiesnelheid is M/s.
Tariefwet
In de meeste gevallen is de reactiesnelheid afhankelijk van de concentratie van de verschillende reactanten op tijdstip t. Bijvoorbeeld, bij een hogere concentratie van alle reactanten botsen reactanten vaker en resulteren in een snellere reactie. De relatie tussen reactiesnelheid ν(t) en de concentraties wordt gedefinieerd als de tarief wet. En de snelheidswet voor de algemene chemische reactie aA + bB > cC + dD is:
•••Gewijzigd van 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)
Waar k de snelheidsconstante is, en de macht x en y de bestellen van de reactie met betrekking tot reactant A en B. De snelheidswet moet experimenteel worden bepaald en kan niet worden afgeleid uit alleen de stoichiometrie van een uitgebalanceerde chemische reactie.
Methode van initiële tarieven
De tariefwet kan worden bepaald door de methode van initiële tarieven. Bij deze methode wordt het experiment meerdere keren uitgevoerd, waarbij alleen de concentratie van één reactant voor elke run wordt gewijzigd terwijl andere variabelen constant worden gehouden. De snelheid van de reactie wordt voor elke run gemeten om de volgorde van elke reactant in de snelheidswet te bepalen.
Beschouw bijvoorbeeld de volgende initiële snelheidsgegevens voor de reactie:
2 NO(g) + 2 H2 (g) > Nee2(g) + 2 H2O(g)
•••Aangepast van https://www.chemteam.info/Kinetics/WS-Kinetics-method-of-initial-rates.html
Voor proef 1 en 3 wordt de concentratie van NO constant gehouden terwijl de concentratie van H2 wordt verdubbeld. Als gevolg hiervan verdubbelde ook de initiële reactiesnelheid (zie het als 21), dus je kunt concluderen y = 1. Voor proef 1 en 2 wordt de concentratie van NO verdubbeld, terwijl de concentratie van H2 blijft constant. Het resultaat van deze verandering is dat de initiële snelheid verviervoudigd (zie het als 22). Je kunt dus x = 2 concluderen.
De snelheidswet voor deze reactie is daarom:
•••Aangepast van https://www.chemteam.info/Kinetics/WS-Kinetics-method-of-initial-rates.html
En de reactie is eerste bestelling in H2 en tweede bestelling in NEE.