ΧΗΜΙΚΗ ΚΙΝΗΤΙΚΗ

Συκούδη Κωνσταντίνα Φροντιστήριο «ΝΕΟ ΕΞΑΓΩΝΟ» 1

Άρα

ΧΗΜΙΚΗ ΚΙΝΗΤΙΚΗ

Αποτελεσματικές συγκρούσεις :

Για να είναι μία σύγκρουση αποτελεσματική, πρέπει τα μόρια που συγκρούονται να έχουν :

-‐κατάλληλη ταχύτητα (ορισμένη ελάχιστη ενέργεια : ενέργεια ενεργοποίησης)

Η τιμή της Εa μιας αντίδρασης εξαρτάται από την φύση των αντδρώντων.

Η Εa ελαττώνεται από την παρουσία καταλύτη.

Όσο μικρότερη είναι η Εa à τόσο μεγαλύτερο είναι το ποσοστό των ενεργών συγκρούσεων τόσο μεγαλύτερη είναι και η ταχύτητα της αντίδρασης

-‐κατάλληλο προσανατολισμό (εξαρτάται από την γεωμετρία των συγκρουόμενων σωματιδίων)

Αποτελεσματική σύγκρουση

Μη αποτελεσματική σύγκρουση Θεωρία της μεταβατικής κατάστασης :

Χημική κινητική είναι ο κλάδος της Χημείας ο οποίος μελετά: την ταχύτητα με την οποία εξελίσσεται μία χημική αντίδραση. τους παράγοντες που επηρεάζουν την ταχύτητα μιας αντίδρασης τον μηχανισμό της αντίδρασης, δηλαδή τα ενδιάμεσα στάδια που ακολουθεί η αντίδραση κατά την πορεία της όταν τα αντιδρώντα μετατρέπονται σε προϊόντα.

Είναι οι συγκρούσεις οι οποίες οδηγούν σε χημική αντίδραση, δηλαδή σε σχηματισμό προϊόντων.

Ενέργεια ενεργοποίησης Εα είναι η ενέργεια που πρέπει να προσλάβουν τα αντιδρώντα μόρια, ώστε να σχηματίσουν το ενεργοποιημένο σύμπλοκο.


Έστω η χημική αντίδραση Α2 + Β2 à 2ΑΒ

α) εξώθερμη αντίδραση β)ενδόθερμη αντίδραση

Ανεξάρτητα από το άν η αντίδραση είναι εξώθερμη ή ενδόθερμη, χρειάζεται ποσό ενέργειας (Εa), ώστε τα αντιδρώντα να ξεπεράσουν ένα ενεργειακό φράγμα και να μετατραπούν σε προϊόντα.

Ταχύτητα αντίδρασης : ορίζεται η μεταβολή της συγκέντρωσης ενός από τα αντιδρώντα ή τα προϊόντα της αντίδρασης στη μονάδα του χρόνου.

υ= ΔcΔt

Ταχύτητα αντίδρασης : ο ρυθμός μεταβολής της συγκέντρωσης ενός από τα αντιδρώντα ή τα προϊόντα.

Μονάδες ταχύτητας : molL ⋅s

ή Μs

Μέση ταχύτητα u μιας χημικής αντίδρασης αΑ + βΒ à γΓ + δΔ

u = − 1aΔ[A]Δt

= − 1βΔ[Β]Δt

= 1γΔ[Γ]Δt

= − 1δΔ[Δ]Δt

• Δt : t2 – t1 : το χρονικό διάστημα στο οποίο υπολογίζουμε την μέση ταχύτητα • Δ[Α] =[Α]τελ – [Α]αρχ : η μεταβολή της συγκέντρωσης του Α

ΠΡΟΣΟΧΗ!! Η ταχύτητα της αντίδρασης δεν είναι σταθερή καθ’όλη τη διάρκειά

της.

Στιγμιαία ταχύτητα αντίδρασης αΑ + βΒ à γΓ + δΔ

u = − 1ad[A]dt

= − 1βd[Β]dt

= 1γd[Γ]dt

= − 1δd[Δ]dt

• dc : απειροελάχιστη μεταβολή της συγκέντρωσης c • dt : απειροελάχιστη μεταβολή του χρόνου


Ταχύτητα κατανάλωσης:

Ταχύτητα σχηματισμού:

Σχέση μεταξύ των ταχυτήτων κατανάλωσης και των ταχυτήτων σχηματισμού μιας αντίδρασης αΑ + βΒ à γΓ + δΔ

uAa

= uΒβ

= uΓ

γ= uΔ

δ

Οι παράγοντες που επηρεάζουν τον αριθμό των αποτελεσματικών συγκρούσεων και κατ επέκταση και την ταχύτητα της αντίδρασης είναι :

Η συγκέντρωση των αντιδρώντων Η πίεση, με την προϋπόθεση ότι ένα τουλάχιστον απ’ τα αντιδρώντα σώματα είναι αέριο Η επιφάνεια επαφής των στερεών Η Θερμοκρασία Οι ακτινοβολίες Οι καταλύτες

Αύξηση της συγκέντρωσης συνεπάγεται αύξηση του αριθμού των αποτελεσματικών συγκρούσεων, δηλαδή αύξηση της ταχύτητας της αντίδρασης. à Η αρχική ταχύτητα της αντίδρασης προοδευτικά μειώνεται, αφού όσο προχωράει η αντίδραση, μειώνεται και η συγκέντρωση των αντιδρώντων.

ΠΡΟΣΟΧΗ! Η πίεση επηρεάζει την ταχύτητα της αντίδρασης, μόνο εφ’ όσον μεταξύ των

αντιδρώντων υπάρχουν αέρια. Αύξηση της πίεσης (με ελάττωση του όγκου του δοχείου) προκαλεί αύξηση της ταχύτητας της αντίδρασης, καθώς αυξάνεται η συγκέντρωση των αντιδρώντων (ίδιος αριθμός moles σε μικρότερο όγκο)

Η ταχύτητα με την οποία καταναλώνονται τα αντιδρώντα κατά την διάρκεια μιας αντίδρασης.

uαντιδρωντος = −Δcαντιδρωντος

Δt

Η ταχύτητα με την οποία σχηματίζονται τα αντιδρώντα κατά την διάρκεια μιας αντίδρασης.

uπροιοντος = −Δcπροιοντος

Δt


Η αύξηση της επιφάνειας επαφής ενός στερεού προκαλέι αύξηση της ταχύτητας, καθώς με αυτόν τον τρόπο μεγαλώνει ο αριθμός των ενεργών συγκρούσεων των αντιδρώντων. Για τον λόγο αυτό είναι προτιμότερο τα στερεά που συμμετέχουν σε αντιδράσεις να είναι σε λεπτό διαμερισμό, δηλαδή σε σκόνη.

Η ταχύτητα της αντίδρασης γενικώς αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. (ανεξάρτητα από το αν η αντίδραση είναι ενδόθερμη ή εξώθερμη)

þ Σε πολλές περιπτώσεις, αύξηση της θερμοκρασίας κατά 10°C προκαλεί διπλασιασμό στην ταχύτητα της αντίδρασης. Uτελ = 2ν Uαρχ όπου ν: οι δεκάδες μεταβολής της θερμοκρασίας

Οι ακτινοβολίες προκαλούν μοριακές μεταβολές στα αντιδρώντα, με αποτέλεσμα να αλλάζει ο μηχανισμός της αντίδρασης à και έτσι αυξάνεται η ταχύτητα της αντίδρασης.

• αύξηση κινητικής ενέργειας των αντιδρώντων μορίων • αύξηση του αριθμού των αποτελεσματικών συγκρούσεων

Αύξηση θερμοκρασίας

Για να επηρεάζει η μεταβολή της πίεσης την ταχύτητα μιας αντίδρασης, πρέπει να συνοδεύεται από μεταβολή του όγκου του δοχείου. Αν προσθέσουμε αδρανές αέριο (π.χ. Ηe) σε δοχείο σταθερού και σε σταθερή θερμοκρασία

Ρολ αυξάνεται επειδή οι συγκεντρώσεις δεν μεταβάλλονται

Ταχύτητα σταθερή

Καταλύτης : ονομάζεται μία ουσία η οποία με την παρουσία της σε μικρά συνήθως ποσά αυξάνει την ταχύτητα μιας αντίδρασης, ενώ στο τέλος της αντίδρασης παραμένει ουσιαστικά αμετάβλητη, τόσο στη μάζα όσο και στη χημική της σύσταση.


Χαρακτηριστικά γνωρίσματα της δράσης των καταλυτών

Η παρουσία ενός καταλύτη δεν μπορεί να προκαλέσει μία αντίδραση η οποία έιναι αδύνατη. Ο καταλύτης μπορεί μόνο να επιταχύνει αντιδράσεις η οποίες φαίνονται σταματημένες , στην ουσία όμως πραγματοποιούνται με πολύ μικρή ταχύτητα.

Οι καταλύτες δρουν σε μικρά ποσά (ακόμα και σε ίχνη) και συνήθως η αύξηση της ποσότητας του καταλύτη πέρα από κάποιο όριο δεν αυξάνει την ταχύτητα της αντίδρασης.

Στο τέλος της αντίδρασης οι καταλύτες μένουν αμετάβλητοι, τόσο στη μάζα όσο και στη χημική τους σύσταση. Θεωρητικά οι καταλύτες μπορούν να ασκούν απεριόριστα την καταλυτική τους δράση. Στην πραγματικότητα όμως χάνουν βαθμιάια την καταλυτική του δράση και αδρανοποιούνται.

Η δράση των καταλυτών μπορεί να ανασταλεί από την παρουσία ορισμένων ουσιών που ονομάζονται δηλητήρια καταλυτών π.χ. HCN, H2S , βαρέα μέταλλα (Pb,Hg)

Η δράση των καταλυτών είναι εκλεκτική, δηλαδή ο κάθε καταλύτης παρουσιάζει ειδίκευση, δηλαδή καταλύει ορισμένες μόνο αντιδράσεις, ενώ δεν έχει καθόλου επίδραση σε άλλες.

Οι καταλύτες δεν επηρεάζουν τη θέση ισορροπίας (δηλαδή την απόδοση) σε μια αμφίδρομη αντίδραση, απλά ελαττώνουν τον χρόνο που απαιτείται για να αποκατασταθεί η χημική ισορροπία.

Οι καταλύτες δεν επηρεάζουν το ποσό θερμότητας που εκλύεται ή απορροφάται σε μία αντίδραση. Ομογενής κατάλυση:

Ετερογενής κατάλυση:

Χαρακτηρίζεται μία καταλυτική αντίδραση όταν τόσο ο καταλύτης όσο και τα αντιδρώντα (το καταλυόμενο σύστημα) βρίσκονται στην ίδια φάση. Α(g) + B(g) Η2Ο(g )⎯ →⎯⎯ Γ(g)

Χαρακτηρίζεται μία καταλυτική αντίδραση όταν ο καταλύτης βρίσκεται σε διαφορετική φάση από εκείνη στην οποία βρίσκονται τα αντιδρώντα σώματα. Α(g) + B(g) Fe( s )⎯ →⎯⎯ Γ(g)


Αυτοκατάλυση :

: είναι μεγαλομοριακές ενώσεις πρωτεϊνικής φύσης που δρουν καταλυτικά σε βιοχημικές αντιδράσεις στους ζωντανούς οργανισμούς.

ü Τα ένζυμα έχουν πολύπλοκη δομή. Τα περισσότερα είναι πρωτεϊνικής φύσης με σχετικά

μεγάλες σχετικές μοριακές μάζες (Mr) που κυμαίνονται συνήθως από 105 έως 106. ü Τα ένζυμα παρουσιάζουν μεγάλη εξειδίκευση. Ορισμένα ένζυμα έχουν απόλυτη

εξειδίκευση(σχέση κλειδιού-‐κλειδαριάς) ü Η δράση τους επηρεάζεται από την θερμοκρασία και την τιμή του pH. Τα πρωτεϊνικής

φύσης ένζυμα αδρανοποιούνται σε θερμοκρασίες πάνω από 50°C. ü Τα ένζυμα είναι πολύ πιο αποτελεσματικά από τους μη βιομηχανικούς καταλύτες.

Δεν υπάρχουν αρνητικοί καταλύτες!!!

Θεωρίες που ερμηνεύουν την δράση των καταλυτών

Σύμφωνα με την θεωρία αυτή ο καταλύτης μεταβάλλει τον μηχανισμό της αντίδρασης γιατί σχηματίζει ενδιάμεσο προϊον με ένα ή περισσότερα μόρια από τα ατιδρώντα συστατικά του. Ο καταλύτης καταναλώνεται στο πρώτο στάδιο και αναγεννάται στο δεύτερο. Π.χ. Α + Β à ΑΒ (αργή αντίδραση) Α + Κ à ΑΚ (γρήγορη αντίδραση) ΑΚ +Β à ΑΒ (γρήγορη αντίδραση) όπου Κ : καταλύτης

Η θεωρία αυτή ερμηνευει ικανοποιητικά την ετερογενή κατάλυση. Σύμφωνα με την θεωρία αυτή, τα αντιδρώντα μόρια (αέρια ή υγρά) προσροφώνται στην επιφάνεια του καταλύτη, ο οποίος είναι κάποιο στερεό (μέταλλο ή μεταλλικό οξείδιο) σε λεπτό διαμερισμό ή σπογγώδη μορφή. ý Καταλυτική δράση δεν έχουν όλα τα σημεία της επιφάνειας του καταλύτη, αλλά ένας σχετικά πολύ μικρός αριθμός σημείων, τα οποία ονομάζονται ενεργά κέντρα του καταλύτη.

Είναι η περίπτωση της κατάλυσης κατά την οποία ένα από τα προϊόντα της αντίδρασης δρα ως καταλύτης της ίδιας της αντίδρασης

Ο καταλύτης ελαττώνει το ενεργειακό φράγμα (Εa) και δημιουργεί ένα ευκολότερο «μονοπάτι», ώστε τα αντιδρώντα να μετατραπούν σε προϊόντα.


Απλές ή στοιχειώδεις αντιδράσεις : αυτές που πραγματοποιούνται σε ένα στάδιο. Πολύπλοκες αντιδράσεις : αυτές που πραγματοποιούνται σε περισσότερο από ένα στάδια. Σε αυτές η ταχύτητα καθορίζεται από το βραδύτερο στάδιο.

Νόμος της ταχύτητας Ονομάζεται η μαθηματική σχέση η οποία δίνει τη στιγιαμιαία ταχύτητα της αντίδρασης σε συνάρτηση με τις συγκεντρώσεις των αντιδρώντων σωμάτων, σε ορισμένη θερμοκρασία. Έστω μια αντίδραση της γενικής μορφής αΑ +βΒ à γΓ + δΔ u=k[A]x[B]ψ νόμος της ταχύτητας όπου :

þ u : η στιγμιαία ταχύτητα της αντίδρασης (σε molL ⋅ s

)

þ k : η σταθερά ταχύτητας της αντίδρασης. (η τιμή της εξαρτάται από τη φύση των αντιδρώντων και τη θερμοκρασία.

þ [Α], [Β] : οι σιγκεντρώσεις των αντιδρώντων Α και Β (σε molL ⋅ s

)

þ χ,ψ : οι αριθμοί οι οποίοι προκύπτουν πειραματικά

ΠΡΟΣΟΧΗ!!! Ο νόμος τηα ταχύτηας της αντίδρασης προσδιορίζεται πειραματικά και όχι με βάση τη χημική εξίσωση που περιγράφει την αντίδραση.

Τάξη αντίδρασης : ονομάζεται το άθροισμα των εκθετών (χ+ψ) των συγκεντρώσεων στον νόμο ταχύτητας της αντίδρασης.

ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ ü Οι εκθέτες χ και ψ στους οποίους είναι υψωμένες οι συγκεντρώσεις στον νόμο

ταχύτητας δεν ταυτίζονται με τους αντίστοιχους στοιχειομετρικούς συντελεστές των αντιδρώντων (α και β) στη χημική εξίσωση της αντίδρασης.

ü Οι εκθέτες χ και ψ παίρνουν τιμές 0,1,2,3,.... χωρίς όμως να αποκλείνονται οι κλασματικοί ή οι αρνητικοί αριθμοί.

ü Οι τιμές των χ και ψ προσδιορίζονται πειραματικά και ισχύουν μόνο για τις πειραματικές συνθήκες κάτω από τις οποίες έγινε ο προσδιορισμός τους.

ü Σε ετερογενής αντιδράσεις στις οποίες μετέχουν στερεά αντιδρώντα η συγκέντρωση του στερεού παραλείπεται από την έκφραση του νόμου ταχύτητας.


Οι μονάδες της σταθεράς ταχύτητας k δεν είναι σταθερές και εξαρτώνται από την τάξη της αντίδρασης. Από τον νόμο της ταχύτητας προκύπτει ότι

k = u[A]x[B]ψ

Τάξη της αντίδρασης Μονάδα μέτρησης της k

Μηδενικής τάξης molL ⋅ s

Πρώτης τάξης 1s

Δεύτερης τάξης L

mol ⋅ s

ΧΗΜΙΚΗ ΚΙΝΗΤΙΚΗ

Documents

Transcript of ΧΗΜΙΚΗ ΚΙΝΗΤΙΚΗ