Prijava z e-naslovom
Prijava brez gesla
Kinetika kemijskih reakcij spada pod področje fizikalne kemije, proučuje pa:
hitrost reakcij,
reakcijske mehanizme (postopne poteke reakcije),
aktivacijske komplekse (prehodna stanja med reaktanti in produkti).
Pri opazovanju kemijskih reakcij je očitno le, da:
morajo imeti molekule dovolj energije med kemijsko reakcijo;
morajo molekule med seboj trčiti;
morajo biti molekule tudi pravilno orientirane.
Poglejmo si to na naslednji sliki:
Slika 1: vpliv energije in orientiranosti na kemijsko reakcijo.
Aktivacijsko energijo smo že spoznali,poglejmo si podrobneje, kaj pomeni termin "pravilno orientiran". Vsaka molekula ima mesto, kjer je bolj dovzetna za "napad" (trk) druge molekule. To pozicijo na molekuli imenujemo reaktivno mesto. Manjše molekule imajo veliko reaktivnih mest, zato orientiranost ni tako pomembna. Orientiranost dobi večji pomen pri molekulah z višjimi molekulskimi masami, kjer je reaktivnih mest precej manj.
Slika 1 nam prikazuje tri različne situacije. Posamezne skice prikazujejo trke med molekulama reaktantov, kjer:
imajo molekule energijo višjo od aktivacijske energije, vendar so nepravilno orientirane (levi primer);
molekule nimajo višje energije od aktivacijske energije, a so pravilno orientirane (srednji primer);
imajo molekule energijo višjo od aktivacijske energije in so tudi pravilno orientirane (desni primer).
V prvih dveh primerih reakcija ne poteče, saj eden izmed pogojev ni izpolnjen. Spomnimo: reakcija poteče če:
pride do trka,
so molekule previlno orientirane in
imajo dovolj energije (se gibljejo dovolj hitro).
V tretjem primeru so vsi pogoji izpolnjeni: molekule so med trkom pravilno orientirane in imajo dovolj energije, da lahko prekinejo vezi v reaktantih.
Torej: če molekule trčijo, pri tem pa so pravilno orientirane in imajo dovolj energije, reakcija lahko poteče. Vsi ti pogoji pa vplivajo tudi na hitrost kemijske reakcije.
Kot smo že omenili, se reakcije med seboj razlikujejo; nekatere potečejo že v trenutku pri sobnih pogojih (20°C, 100kPa):
Nekatere reakcije pa potečejo samo pod določenimi pogoji:
Na hitrost kemijske reakcije vplivajo različni dejavniki. Če hočemo pospešiti reakcijo, spremenimo naslednje pogoje:
koncentracijo reaktantov,
agregatno stanje,
naravo reagentov,
temperaturo.
tlak,
prisotnost katalizatorja.
Poglejmo podrobneje, kako našteti dejavniki vplivajo na hitrost kemijske reakcije.
Pogoj, da do kemijske reakcije pride, je, da morajo molekule reaktantov med sabo trčiti oziroma priti v stik. Višja kot je koncentracija molekul, manjša je razdalja med molekulami reaktantov. Manjše so razdalje, večja je verjetnost, da bo prišlo do stika med molekulami.
Slika 2: vpliv koncentracije na kemijsko reakcijo.
Na shemi imamo prikazani dve situaciji:
zmes z nižjo koncentracijo:
manj molekul pomeni, da
so razdalje med molekulami večje, kar pomeni, da:
je posledično manj trkov kar pomeni, da:
je reakcija počasnejša.
zmes z višjo koncentracijo:
več molekul pomeni, da:
so razdalje med molekulami krajše, kar pomeni, da:
je posledično več trkov, kar pomeni, da:
je reakcija hitrejša.
Reakcije, kjer so molekule reaktantov in produktov v istem agregatnem stanju, imenujemo homogene reakcije. Pri homogenih reakcijah, kjer so molekule v tekočem ali plinastem stanju, je gibanje molekul olajšano. Neurejenost gibanja je velika, s tem pa je velika tudi možnost trka molekul.
Reakcije, kjer pa so molekule reaktantov in produktov v različnih agregatnih stanjih, imenujemo heterogene reakcije. Pri heterogenih kemijskih reakcijah je reakcija omejena na fazno mejo. Fazna meja je površina med dvema snovema, kjer molekule lahko pridejo v stik med seboj (glej sliko 3).
Pri tem velja, da večja kot je površina, na kateri pridejo molekule v medsebojni stik, hitrejša je reakcija. Reakcijo lahko torej pospešimo, če:
zdrobimo kristale,
in premešamo faze med seboj.
Slika 3: vpliv velikosti kontaktne površine na kemijsko reakcijo.
Slika 3 prikazuje, kako se poveča kontaktna površina (fazna meja), če zdrobimo kristal na manjše delce. Velja:
Manjši kot so delci, večja je njihova celokupna površina (ploščina) delcev.
Večja kot je celotna površina delcev, večja je možnost, da prideta reagenta v stik.
Večja kot je možnost, da prideta reagenta v stik, večja je verjetnost, da reakcija poteče.
Večja kot je verjetnost, da reakcija poteče, hitreje poteče reakcija.
Narava reaktantov vpliva na reaktivnost samih snovi. Da pride do reakcije se morajo:
nekatere vezi prekiniti (pri molekulah),
kristalna struktura zrušiti (pri ionskih kristalih),
molekule reaktantov pravilno orientirati (pri kompleksnejših molekulah).
V večini velja, da so reakcije med:
ioni,
kislinami in bazami itd.
hitre.
Medtem ko so reakcije, kjer:
nastajajo kovalentne vezi (potrebujemo energijo) ali
so udeležene molekule z veliko molekulsko maso
počasnejše.
Hitrost večine kemijskih reakcij se poveča s povečanjem temperature. Pri višjih temperaturah je gibanje molekul hitrejše. S tem ko se molekule hitreje gibajo, pa je verjetnost trka večja. Velja grobo pravilo, da se za vsakih dodatnih 10° hitrost približno dvakrat poveča.
Slika 4: shema vpliva temperature na gibanje in energijo molekul.
Slika nam prikazuje obnašanje molekul ob dveh različnih temperaturah:
Pri nižji temperaturi se molekule gibajo počasneje (z nižjo energijo), zato je manj trkov.
Pri višji temperaturi se molekule gibajo hitreje (z višjo energijo), trkov med molekulami je zato več.
Tlak ima vpliv samo na reakcije, ki vsebujejo reaktante v plinastem agregatnem stanju.Tlak je sorazmerno povezan s koncentracijo; s spreminjanjem tlaka vplivamo na kemijsko reakcijo na podoben način kot s spreminjanjem koncentracije:
Katalizatorji so snovi, ki pospešujejo kemijske reakcije tako, da znižujejo aktivacijsko energijo. Vstopajo v reakcijo zato, da spremenijo mehanizem reakcije, pri tem pa v reakciji niso udeleženi in iz reakcije pridejo nespremenjeni.
Slika 5: energetski diagram katalizirane reakcije.
Shema prikazuje energetski diagram katalizirane in nekatalizirane reakcije. Reakcija ob prisotnosti katalizatorja potrebuje nižjo energijo, da pretvori reaktante v produkte, zatorej take reakcije potekajo pri milejših pogojih (nižjih temperaturah, nižjem tlaku).
Inhibitorji pa so snovi, ki imajo obratno funkcijo kot katalizatorji. Le-ti otežujejo reakcijo in s tem jo zavirajo. Inhibitorje dobimo predvsem v biološkem svetu.
