Keemiline kineetika on keemiliste protsesside ja reaktsioonide määr. See hõlmab tingimuste analüüsi, mis mõjutavad a keemiline reaktsioon, reaktsioonimehhanismide ja siirdeseisundite mõistmine ning matemaatiliste mudelite moodustamine keemilise reaktsiooni ennustamiseks ja kirjeldamiseks. Keemilise reaktsiooni kiirus on tavaliselt ühikut sekundit-1kineetikakatsed võivad siiski kesta mitu minutit, tunde või isegi päevi.
Tuntud ka kui
Keemilist kineetikat võib nimetada ka reaktsiooni kineetikaks või lihtsalt "kineetikaks".
Keemilise kineetika ajalugu
Keemilise kineetika valdkond arenes välja massitegevuse seadusest, mille sõnastasid 1864 Peter Waage ja Cato Guldberg. Massimehhanismi kohaselt on keemilise reaktsiooni kiirus võrdeline reagentide kogusega. Jacobus van't Hoff uuris keemilist dünaamikat. Tema 1884. aasta väljaanne "Etudes de dynamique chimique" viis 1901. aastal Nobeli keemiapreemia saamiseni (mis oli esimene aasta, kui Nobeli preemiat anti). Mõned keemilised reaktsioonid võivad hõlmata keerulist kineetikat, kuid kineetika põhiprintsiipe õpitakse keskkooli ja kolledži üldkeemia tundides.
Võtmeisikud: keemiline kineetika
- Keemiline kineetika või reaktsiooni kineetiline on keemiliste reaktsioonide kiiruse teaduslik uuring. See hõlmab matemaatilise mudeli väljatöötamist reaktsiooni kiiruse kirjeldamiseks ja reaktsioonimehhanisme mõjutavate tegurite analüüsi.
- Peter Waage'ile ja Cato Guldbergile on antud tunnus keemilise kineetika valdkonna teerajajaks massitegevuse seaduse kirjeldamise kaudu. Massimehhanismi kohaselt on reaktsiooni kiirus võrdeline reagentide kogusega.
- Reaktsiooni kiirust mõjutavate tegurite hulka kuuluvad reagentide ja muude liikide kontsentratsioon, pindala, reagentide laad, temperatuur, katalüsaatorid, rõhk, kas on valgust, ja reaktiivi füüsikaline olek reagendid.
Hinnake seadusi ja määrake konstandid
Reaktsioonikiiruste leidmiseks kasutatakse eksperimentaalseid andmeid, millest tulenevalt massitegevuse seadust tuletatakse kiiruse seadused ja keemilise kineetika kiiruskonstandid. Kiiruse seadused võimaldavad lihtsaid arvutusi nulljärgu reaktsioonide, esimese järgu reaktsioonide ja teise järgu reaktsioonid.
- Nulljärjestuse reaktsiooni kiirus on konstantne ja sõltumatu reagentide kontsentratsioonist.
määr = k - Esimese järgu reaktsiooni kiirus on võrdeline ühe reagendi kontsentratsiooniga:
määr = k [A] - Teise järgu reaktsiooni kiirusel on kiirus, mis on võrdeline ühe reagendi või kahe reagendi kontsentratsiooni korrutise ruutkeskmisega.
määr = k [A]2 või k [A] [B]
Üksikute etappide kiiruse seadused tuleb kombineerida, et tuletada seadusi keerukamate keemiliste reaktsioonide jaoks. Nende reaktsioonide jaoks:
- On olemas kiirust määrav samm, mis piirab kineetikat.
- Aktiveerimisenergia eksperimentaalseks määramiseks võib kasutada Arrheniuse ja Eyringi võrrandit.
- Maksumäära seaduse lihtsustamiseks võib kohaldada püsiseisundi lähendusi.
Keemilise reaktsiooni kiirust mõjutavad tegurid
Keemiline kineetika prognoosib, et keemilise reaktsiooni kiirust suurendavad tegurid, mis suurendavad aine kineetilist energiat reagendid (kuni punktini), mis suurendab tõenäosust, et reagendid hakkavad üksteisega suhtlema. Samamoodi võib eeldada, et reaktsioonikiirust alandavad tegurid, mis vähendavad reagentide omavahelist kokkupõrget. Peamised reaktsioonikiirust mõjutavad tegurid on järgmised:
- reagentide kontsentratsioon (suureneb kontsentratsioon suurendab reaktsioonikiirust)
- temperatuur (temperatuuri tõus suurendab reaktsioonikiirust punktini)
- katalüsaatorite olemasolu (katalüsaatorid pakuvad reaktsiooni mehhanismi, mis nõuab madalamat aktiveerimise energia, nii et katalüsaatori olemasolu suurendab reaktsiooni kiirust)
- reagentide füüsikaline olek (samas faasis olevad reagendid võivad kokku puutuda termilise toime kaudu, kuid pindala ja loksutamine mõjutavad reageerimist eri faasides reagentide vahel)
- surve (gaasidega seotud reaktsioonide korral suurendab rõhu tõstmine reagentide vahelisi kokkupõrkeid, suurendades reaktsioonikiirust)
Pange tähele, et kuigi keemiline kineetika suudab ennustada keemilise reaktsiooni kiirust, ei määra see reaktsiooni toimumise ulatust. Termodünaamikat kasutatakse tasakaalu ennustamiseks.
Allikad
- Espenson, J.H. (2002). Keemiline kineetika ja reaktsioonimehhanismid (2. väljaanne). McGraw-Hill. ISBN 0-07-288362-6.
- Guldberg, C. M.; Waage, P. (1864). "Umbusuuringud" Forhandlinger i Videnskabs-Selskabet i Christiania
- Gorban, A. N.; Yablonsky. G. S. (2015). Keemilise dünaamika kolm lainet. Looduslike nähtuste matemaatiline modelleerimine 10(5).
- Laidler, K. J. (1987). Keemiline kineetika (3. väljaanne). Harper ja Row. ISBN 0-06-043862-2.
- Steinfeld J I., Francisco J S.; Olge W. L. (1999). Keemiline kineetika ja dünaamika (2. väljaanne). Prentice-Hall. ISBN 0-13-737123-3.