Kinetika je odvetvie fyzikálnej chémie, ktoré študuje rýchlosť chemických reakcií. Naproti tomu termodynamika nám hovorí, ktorý smer reakcie je uprednostňovaný, bez toho, aby sme odhalili jeho reakčnú rýchlosť. Niektoré reakcie môžu byť termodynamicky priaznivé, ale kineticky nepriaznivé.
Napríklad pri premene diamantu na grafit má grafit nižšiu voľnú energiu ako diamant, takže premena je termodynamicky zvýhodnená. Existuje však veľká aktivačná bariéra pre diamant, ktorá sa musí zlomiť a zreformovať všetky väzby na viac stabilná konfigurácia grafitu, takže táto reakcia je kineticky nepriaznivá a v skutočnosti nenastane.
Rýchlosť reakcie
The rýchlosť reakcie je miera toho, ako rýchlo sa produkty vytvárajú a spotrebovávajú reaktanty, takže to môžete určiť zmeraním zmeny v koncentrácii produktov alebo reaktantov za určité časové obdobie. Zvážte všeobecnú chemickú reakciu:
aA + bB> cC + dD
Rýchlosť reakcie možno zapísať ako:
•••Upravené 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
Napríklad rýchlosť reakcie na:
2 NO (g) + 2 H2 (g)> N2(g) + 2 H2O (g)
je daný
•••Prevzatý 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
Na stanovenie rýchlosti tejto reakcie experimentom môžete merať koncentráciu H2 v rôznych časoch reakcie a vykreslite to proti času takto:
•••Upravené 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
•••Upravené 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 priemerná rýchlosť reakcie je aproximácia reakčnej rýchlosti v časovom intervale a dá sa označiť:
•••Upravené z https://www.chem.purdue.edu/gchelp/howtosolveit/Kinetics/CalculatingRates.html#InitialRate
The okamžitá rýchlosť reakcie je definovaná ako rýchlosť reakcie v určitom okamihu času. Je to rozdielna miera a môže byť vyjadrená:
•••Upravené z https://www.chem.purdue.edu/gchelp/howtosolveit/Kinetics/CalculatingRates.html#InitialRate
Kde d [H2] / dt je sklon pre krivku koncentrácie H2 verzus čas v čase t.
The počiatočná rýchlosť reakcie je okamžitá rýchlosť na začiatku reakcie, keď t = 0. V takom prípade jednotka pre priemernú okamžitú a počiatočnú rýchlosť reakcie je M / s.
Sadzobný zákon
Vo väčšine prípadov reakčná rýchlosť závisí od koncentrácie rôznych reaktantov v čase t. Napríklad pri vyššej koncentrácii všetkých reaktantov sa reaktanty zrážajú častejšie a vedú k rýchlejšej reakcii. Vzťah medzi reakčnou rýchlosťou ν (t) a koncentráciami je definovaný ako zákon o sadzbách. A zákon rýchlosti pre všeobecnú chemickú reakciu aA + bB> cC + dD je:
•••Upravené 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 rýchlostná konštanta a mocnina x a y je objednať reakcie vzhľadom na reaktant A a B. Zákon o rýchlosti musí byť stanovený experimentálne a nemožno ho odvodiť iba zo stechiometrie vyváženej chemickej reakcie.
Metóda počiatočných sadzieb
Zákon o sadzbách možno určiť podľa metóda počiatočných sadzieb. V tejto metóde sa experiment vykonáva viackrát, iba sa mení koncentrácia jedného reaktantu pre každý pokus, pričom sa udržujú konštantné ďalšie premenné. Rýchlosť reakcie sa meria pre každú sériu, aby sa určilo poradie každého reaktantu v zákone o rýchlosti.
Zvážte napríklad nasledujúce počiatočné údaje o rýchlosti reakcie:
2 NO (g) + 2 H2 (g)> N2(g) + 2 H2O (g)
•••Prevzatý z https://www.chemteam.info/Kinetics/WS-Kinetics-method-of-initial-rates.html
Pre pokus 1 a 3 sa koncentrácia NO udržuje konštantná, zatiaľ čo koncentrácia H2 je zdvojnásobený. Vo výsledku sa tiež zdvojnásobila počiatočná rýchlosť reakcie (myslite na to ako 21), takže môžete uzavrieť y = 1. Pre pokus 1 a 2 sa koncentrácia NO zdvojnásobila, zatiaľ čo koncentrácia H2 zostáva konštantná. Výsledkom tejto zmeny je štvornásobná počiatočná sadzba (predstavte si ju ako 22). Môžete teda uzavrieť x = 2.
Zákon o sadzbách pre túto reakciu je teda:
•••Prevzatý z https://www.chemteam.info/Kinetics/WS-Kinetics-method-of-initial-rates.html
A reakcia je prvá objednávka v H2 a druhá objednávka v č.