Kinetik är den gren av fysikalisk kemi som studerar graden av kemiska reaktioner. Däremot berättar termodynamik vilken reaktionsriktning som gynnas, utan att avslöja dess reaktionshastighet. Vissa reaktioner kan vara termodynamiskt gynnade men kinetiskt ogynnsamma.
Till exempel, vid omvandlingen av diamant till grafit har grafit en lägre fri energi än diamant, så omvandlingen är termodynamiskt gynnad. Det finns dock en stor aktiveringsbarriär för diamant att bryta och reformera alla obligationer till mer stabil grafitkonfiguration, så denna reaktion är kinetiskt ogynnsam och kommer faktiskt inte att inträffa.
Reaktionsgrad
De reaktionshastighet är ett mått på hur snabbt produkterna bildas och reaktanterna konsumeras, så att du kan bestämma det genom att mäta förändringen i koncentrationen av produkter eller reaktanter under en tidsperiod. Tänk på en allmän kemisk reaktion:
aA + bB> cC + dD
Reaktionshastigheten kan skrivas som:
•••Modifierad från 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
Till exempel reaktionshastigheten för:
2 NO (g) + 2 H2 (g)> N2(g) + 2 H2O (g)
ges av
•••Anpassad från 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
För att bestämma hastigheten för denna reaktion genom experiment kan du mäta koncentrationen av H2 vid olika tidpunkter för reaktionen och plotta den mot tiden enligt följande:
•••Modifierad från 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
•••Modifierad från 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 genomsnittlig reaktionshastighet är en approximation av reaktionshastigheten i ett tidsintervall och kan betecknas med:
•••Modifierad från https://www.chem.purdue.edu/gchelp/howtosolveit/Kinetics/CalculatingRates.html#InitialRate
De momentan reaktionshastighet definieras som reaktionshastigheten vid någon tidpunkt. Det är en differentiell hastighet och kan uttryckas av:
•••Modifierad från https://www.chem.purdue.edu/gchelp/howtosolveit/Kinetics/CalculatingRates.html#InitialRate
Där d [H2] / dt är lutningen för kurvan för koncentration av H2 mot tid vid tid t.
De initial reaktionshastighet är den momentana hastigheten vid reaktionens början, när t = 0. I det här fallet enhet för genomsnittlig, momentan och initial reaktionshastighet är M / s.
Betygsätt lag
I de flesta fall är reaktionshastigheten beroende av koncentrationen av de olika reaktanterna vid tidpunkten t. Till exempel, i en högre koncentration av alla reaktanter kolliderar reaktanter oftare och resulterar i en snabbare reaktion. Förhållandet mellan reaktionshastighet ν (t) och koncentrationerna definieras som skattelag. Och hastighetslagen för den allmänna kemiska reaktionen aA + bB> cC + dD är:
•••Modifierad från 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)
Där k är hastighetskonstanten och kraften x och y är den ordning av reaktionen med avseende på reaktant A och B. Hastighetslagen måste bestämmas experimentellt och kan inte härledas från bara stökiometrin för en balanserad kemisk reaktion.
Metod för initiala priser
Skattelagen kan bestämmas av metod för initiala räntor. I den här metoden utförs experimentet flera gånger, endast koncentrationen av en reaktant för varje körning ändras samtidigt som andra variabler är konstanta. Reaktionshastigheten mäts för varje körning för att bestämma ordningen på varje reaktant i hastighetslagen.
Tänk till exempel på följande initialhastighetsdata för reaktionen:
2 NO (g) + 2 H2 (g)> N2(g) + 2 H2O (g)
•••Anpassad från https://www.chemteam.info/Kinetics/WS-Kinetics-method-of-initial-rates.html
För försök 1 och 3 hålls koncentrationen av NO konstant medan koncentrationen av H.2 fördubblas. Som ett resultat fördubblades den initiala reaktionshastigheten också (tänk på den som 21), så att du kan avsluta y = 1. För försök 1 och 2 fördubblas koncentrationen av NO medan koncentrationen av H2 förblir konstant. Resultatet av denna förändring är att den initiala räntan fyrdubblades (tänk på den som 22). Du kan därför avsluta x = 2.
Hastighetslagen för denna reaktion är därför:
•••Anpassad från https://www.chemteam.info/Kinetics/WS-Kinetics-method-of-initial-rates.html
Och reaktionen är första beställning i H2 och andra beställning i NO.