Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

1. CH12. Chemická kinetikaMgr. Aleš Chupáč, RNDr. YvonaPufferováGymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o. Soubor prezentací: CHEMIE PRO I. ROČNÍK GYMNÁZIA Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. • Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo: CZ.1.07/1.1.24/01.0114 s názvem „Podpora chemického a fyzikálního vzdělávání na gymnáziu Komenského v Havířově“

2. Reakční kinetika zabývá se studiem průběhu chemických reakcí • sleduje reakční rychlost (rychlost přeměny reaktantů na produkty) • sleduje její závislost na faktorech, které reakční rychlost ovlivňují (koncentrace, teplota, tlak, skupenství, katalyzátory, velikost styčných ploch…..)

3. Rozdělení reakcí • 1. izolované– probíhají v soustavě samy • 2.simultánní - probíhají v soustavě současně a) zvratné A B ve stejném okamžiku vznikají z reaktantů produkty a z produktů reaktanty C A + B  D b) paralelní A + B D A + C  E společné  reaktanty, různé produkty ( alespoň z části) c) následné A  B  C produkt se stává reaktantem následující reakce

4. Teorie reakční kinetiky • srážková teorie (kinetická teorie) • teorie aktivovaného komplexu (teorie absolutních reakčních rychlostí)

5. Srážková teorie = předpoklady • tzv. účinná(efektivní) srážka: • a) vhodná prostorová orientace • b) dostatečná kinetická energie (minimální energie, kterou musí mít částice, aby došlo k účinné srážce) = aktivační energie EA (kJ/mol) EA = nejmenší energie potřebná k rozbití vazby • c) vhodné pH

6. Prostorová orientace molekul Účinná (efektivní) srážka N O C O O CO + NO2 CO2 + NO Neúčinná (neefektivní) srážka O O C N O obr.č. 1 Prostorová orientace molekul

7. Vliv teploty • s růstem teploty se zvyšuje počet molekul, jejichž energie dosahuje EA urychlí se průběh reakce • snížením teploty  opak obr.č.2 Vliv teploty na počet molekul, které se účastní reakce

8. Reakční teplo ∆H = EA – EA´ EA Aktivační energie reakce přímé EA´Aktivační energie reakce zpětné E kJ/mol EA EA´ H Reakční koordináta Molekuly výchozích látek Molekuly produktů Průběh reakce obr. č. 3 Změna energie soustavy v průběhu chemické reakce (exotermní)

9. Teorie aktivovaného komplexu • aktivní srážka • při postupném přibližování molekul se současně: • oslabují původní vazby v molekulách reaktantů (energie se spotřebovává) • začínají se vytvářet vazby nové (energie se uvolňuje) • vzniká tak nový nestálý celek…aktivovaný komplex (AK) obr. č. 4 Vznik aktivovaného komplexu

10. Rovnice a schéma • Rovnice: A2 + B2A2B2* 2AB • Schéma: A B A B A – B  +  :: A B A B A – B • Příklad: H2 + I2H2I2* 2 HI obr. č. 5 Vznik aktivovaného komplexu

11. Reaktanty Reakce Produkty EA = EAK – EREAKTANTŮ E EA (Srážková teorie) Aktivační energie nutná k vytvoření AK -mnohem nižší hodnota než energie potřebná k úplnému rozštěpení vazeb výchozích látek A B : : A B EA(AK) A2 + B2 ∆H 2AB Reakční koordináta ∆H (reakční teplo) je v obou teoriích stejné-nezávisí na cestě obr. č. 6 Graf rozdílných hodnot aktivační energie podle srážkové teorie a teorie AK

12. Reakční rychlost (rychlost chemické reakce) je definována jako: časový úbytek molární koncentrace některého z reaktantů, nebo časový přírůstek molární koncentrace některého z produktů, dělených jeho stechiometrickým koeficientem jednotka: mol.dm–3.s–1 aA + bB (reaktanty) ↔ cC + dD (produkty) Molární koncentrace: -Δ[A] -Δ[B] Δ[C] Δ[D] nA … látkové množství V … objem, v němž je látka rozpuštěná v = = = = a.Δt b.Δt c.Δt d.Δt

13. Úkol • Na základě uvedené rovnice zapiš: Cr2O3 + 3 H2 2 Cr + 3 H2O • reakční rychlost reakce přímé pro H2 • reakční rychlost reakce zpětné pro Cr2O3 • reakční rychlost reakce přímé pro Cr • reakční rychlost reakce zpětné pro H2O

14. Faktory ovlivňující rychlost chemické reakce • koncentrace • teplota • skupenství • reakční mechanismus • tlak • velikost povrchu • katalyzátory

15. Vliv koncentrace • 1. ZÁKON CHEMICKÉ KINETIKY: rychlost chemické reakce je přímo úměrná součinu molárních koncentrací reagujících (výchozích) látek aA + bBcC + Dd • kinetická rovnice: v1 = k1·[A]a ·[B]b = k . cAa . cBb v2= k2·[C]c ·[D]d • k = konstanta úměrnosti, je závislá na teplotě, nazývá se rychlostní konstanta

16. Vliv koncentrace aA + bBcC + Dd • kinetická rovnice: v1 = k1·[A]a ·[B]b = k . cAa . cBb v2= k2·[C]c ·[D]d • a,b…stechiometrické koeficienty • a + b …celkový řád reakce = molekularita • Zvýšením koncentrace reaktantů se zvýší rychlost reakce

17. Úkol • Zapiš kinetickou rovnici pro syntézu MgO z prvků. • 2Mg + O2 2MgO • v = k . Mg2 . O21 = k . c Mg2 . cO21

18. Molekularita reakce • číslo, které udává počet částic, které se musí srazit, má-li dojít k chemické reakci • nejběžnější jsou reakce bimolekulární (A+B), jsou i monomolekulární, trimolekulární jsou už jen výjimkou

19. Molekularita reakce • , … exponenty molárních koncentrací příslušných výchozích látek • jejich hodnoty se pro danou reakci určují experimentálně • v těch nejjednodušších případech se někdy rovnají stechiometrickým koeficientům daných látek (a,b) • r … řád reakce r =  +  např. pokud  +  = 1 reakce prvního řádu

20. Úkol 1 – vliv koncentrace Na internetové stránce http://www.youtube.com/watch?NR=1&v=_7qpolD2Jqk&feature=endscreen si prohlédni uvedené video, příslušné reakce zapiš chemickými rovnicemi a vysvětli vznik různých produktů.

21. Vliv teploty • 2. ZÁKON CHEMICKÉ KINETIKY • van´t Hoffovo pravidlo: • zvýšením teploty o 10° C se reakční rychlost u většiny reakcí zvýší 2x až 4x obr. č. 7 JacobusHenricus van't Hoff nizozemský chemik.

22. Vliv teploty • Arrheniova rovnice vyjadřuje závislost rychlostní konstanty na teplotě k = A. e –EA/RT A – rychlostní konstanta, předexponenciální faktor EA – aktivační energie (J) R– univerzálníplynová konstanta, R = 8, 314 J/ K. mol T – absolutní teplota (K) e – základ přirozeného logaritmu, e = 2,718 • S  rostoucí teplotou se hodnota rychlostní konstanty zvyšuje, a tím roste i rychlost reakce obr.č.8 SvanteAugust Arrhenius švédský fyzik a chemik

23. Úkol 2 – vliv teploty Zhlédni video na internetové stránce http://www.youtube.com/watch?v=rAL83xoH-fc popiš vlastními slovy průběh reakce a vliv daného faktoru.

24. Vliv reakčního mechanismu • probíhá– li reakce pomocí dílčích reakcí, pak výsledná rychlost závisí na nejpomalejší z nich • nejrychleji reagují plyny • nejpomaleji pevné látky Vliv skupenství Vliv skupenství

25. Vliv tlaku • uplatňuje se u reakcí v plynné fázi, ↑p↓V↑koncentrace; • stavová rovnice plynů:p.V = n.R.T • uplatňuje se u heterogenních reakcí pV = konst. Velikost povrchu

26. Úkol 3 – specifický povrch Vyhledej a zhlédni na internetových stránkách http://www.youtube.com/watch?NR=1&v=-oaFN-y6zt4&feature=endscreen video a popiš svými slovy průběh reakce.

27. Vliv katalyzátorů katalyzátor • látka, která ovlivňuje rychlost chemické reakce (zkracují n. prodlužuje čas k dosažení chemické rovnováhy) • sama se chemickou reakcí nemění • snižuje nebo zvyšuje EA • účastní se tvorby aktivovaného komplexu • reakční teplo ( ΔH) katalyzované i nekatalyzované reakce je stejné

28. Vliv katalyzátorů S katalyzátorem (K) Bez katalyzátoru A + K → A K A A + B → B Energie Energie AK + B → A B + K A…..B A…..K EA K…..A…..B EA1 EA2 EVL EVL A + K ΔH A + B ΔH A – K EP EP A – B + K A – B Reakční koordináta Reakční koordináta obr.č.9 Porovnání katalyzované a nekatalyzované reakce

29. Vliv katalyzátorů obr.č.10 Působení katalyzátorů

30. Úkol 4 – vliv katalyzátoru S pomocí internetových stránek http://www.youtube.com/watch?feature=endscreen&NR=1&v=rGP1AWacDxY zhlédni video a popiš průběh pokusu vlastními slovy.

31. Dělení katalyzátorů I • pozitivní = snižují EA, reakční rychlost zvyšují • negativní (inhibitory): • stabilizátory = reagují s meziprodukty řetězových reakcí a tím řetězovou reakci zastaví - katalytické jedy = zabraňují působení katalyzátorů (např. organické sloučeniny obsahující síru)

32. Dělení katalyzátorů II • homogenní= reaktanty i katalyzátor jsou ve stejné fázi a tvoří spolu směs často kyseliny a zásady…tzv. acidobazická katalýza • autokatalýza = reakce katalyzovaná některým z meziproduktů reakce • selektivní katalyzátor = vysoce specifický, vede reakci určitým směrem (např. biokatalyzátory - enzymy) • heterogenní= katalyzátor je pevná fáze s velkým povrchem (Pt, Raneyův nikl) reaktanty jsou plyny n. kapaliny reakce probíhá na povrchu katalyzátoru = kontaktní katalýza

33. Použité informační zdroje Obrázky obrázek nebo animace č.[1,3,6,9] – autor Yvona Pufferová [1] [online]. [cit. 2012-10 -24]. Dostupné z http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/64/Alfred_Werner.jpg [2] MAREČEK, Aleš a Jaroslav HONZA. Chemie: Pro čtyřletá gymnázia. Třetí opravené vydání. Olomouc: Nakladatelství Olomouc, 2002, s. 99. ISBN 80-7182-055-5. [4] [online]. [cit. 2012-10-24]. Dostupné z http://projektalfa.ic.cz/akt.htm [5] [online]. [cit. 2012-10-24]. Dostupné z http://chemie-obecna.blogspot.cz/2011/08/rychlost-chemicke-reakce-aktivacni.html [7] [online]. [cit. 2012-10-24]. Dostupné z http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Vant_Hoff.jpg [8] [online]. [cit. 2012-10-24]. Dostupné z http://cs.wikipedia.org/wiki/Svante_Arrhenius [10] [online]. [cit. 2012-10-24]. Dostupné z http://leccos.com/index.php/clanky/katalyzator Literatura MAREČEK, Aleš a Jaroslav HONZA. Chemie pro čtyřletá gymnázia. Olomouc: Nakladatelství Olomouc, 2002. ISBN 80-7182-055-5. BENEŠOVÁ, Marika a Hana SATRAPOVÁ. Odmaturuj z chemie. Brno: Didaktis, 2002. ISBN 80-86285-56-1.

34. Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo: CZ.1.07/1.1.24/01.0114 s názvem „Podpora chemického a fyzikálního vzdělávání na gymnáziu Komenského v Havířově“ Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.