1 / 48

Kémiai kinetika

Kémiai kinetika. Kémiai kinetika. Δ G = Δ G o + RT lnQ Δ G o = -RT lnK e Δ G o (kJ/mol) K e 22.8 0.0001 11.4 0.01 5.7 0.1 0.0 1 -5.7 10 -11.4 100 -22.8 10000. Kémiai kinetika. Gyémánt Grafit Δ G o = - 3.0 kJ/mol

nhu
Download Presentation

Kémiai kinetika

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Kémiai kinetika

  2. Kémiai kinetika • ΔG =ΔGo + RT lnQ ΔGo = -RT lnKe • ΔGo (kJ/mol) Ke • 22.8 0.0001 • 11.4 0.01 • 5.7 0.1 • 0.0 1 • -5.7 10 • -11.4 100 • -22.8 10000

  3. Kémiai kinetika • Gyémánt Grafit ΔGo = - 3.0 kJ/mol • Fe(s) + 3/2 O2 + 3/2 H2O Fe(OH)3(s)ΔGo = -33.0 kJ/mol • Kémiai kinetika- hogyan függ a reakciósebesség a paraméterektől(c,T,P..) • - mi a reakció finom- szerkezeti mechanizmusa

  4. A reakciósebességet befolyásoló tényezők • Hőmérséklet • Ütközési elv: A két egymással reagáló vegyület ütköző molekuláinak megfelelő energiával kell rendelkezniük, hogy a reakció végbemenjenen. • Kinetikusteória: Növekvő hőmérséklet a molekulák nagyobb kinetikus energiáit jelent. • Reagens koncentráció: Nagyobb reagens koncentráció több ütközést és gyorsabb reakciót jelent (ha az energiaszint megfelelő) • Katalizátor: • Felgyorsítja a reakciót az aktiválási energia csökkentésével • Szilárd fázisú reakcióban a felszín mérete: • Befolyásolja a kontaktusba kerülő molekulák számát • Nyomás, gázfázisú reakcióknál:ha termék vagy a kiindulási anyagok gázfázisúak • Az ütközések számát növeli

  5. A B V = D[A] D[B] v = - Dt Dt Kémiai kinetika A reakciósebesség a termékek vagy a reagensek koncentrációjának változása az idő függvényében (M/s) D[A] = A koncentrációjának változásaDt időtartam alatt D[B] = B koncentrációjának változásaΔt időtartam alatt Mivel [A] időben csökken, D[A] negatív.

  6. Br2(aq) + HCOOH (aq) 2Br-(aq) + 2H+(aq) + CO2(g) idő Br2(aq) 393 nm 393 nm Detector light D[Br2] aDAbszorpció

  7. A B idő rate = D[A] D[B] rate = - Dt Dt

  8. Br2(aq) + HCOOH (aq) 2Br-(aq) + 2H+(aq) + CO2(g) slope of tangent slope of tangent slope of tangent [Br2]final – [Br2]initial D[Br2] Átlag sebesség = - = - Dt tfinal - tinitial Pillanatnyi sebesség = sebesség abban az időpontban

  9. rate k = [Br2] va [Br2] v = k [Br2] = sebességi állandó = 3.50 x 10-3 s-1

  10. 2H2O2 (aq) 2H2O (l) + O2 (g) [O2] = P n V 1 1 D[O2] P = RT = [O2]RT RT RT DP rate = = Dt Dt DP időfüggését méri PV = nRT

  11. 2H2O2 (aq) 2H2O (l) + O2 (g)

  12. 2A B aA + bB cC + dD rate = - = = rate = - = - D[C] D[B] D[A] D[B] D[D] D[A] rate = 1 1 1 1 1 Dt Dt Dt Dt Dt Dt c d a 2 b Reakciósebesség és sztöchiometria Két mól A tűnik el, míg egy mól B keletkezik.

  13. A reakciósebességi egyenlet aA + bB cC + dD A reakciósebességi egyenlet kifejezi a reakciósebesség és a résztvevő anyagok koncentrációi közötti függvénykapcsolatot. v =k [A]x[B]y aholxaz A anyag részrendje És ahol y a B anyag részrendje A reakció összrendje(x +y)

  14. F2(g) + 2ClO2(g) 2FClO2(g) (klorilfluorid) v = k [F2]x[ClO2]y Ha megduplázzuk [F2], míg [ClO2] konstans marad X = 1 A sebesség kétszeresre nő. rate = k [F2][ClO2] négyszerezzük [ClO2], míg [F2] állandó y = 1 A sebesség négyszeres

  15. Határozzuk meg a reakciósebességi egyenletet és a reakciósebességi konstans értékét és dimenzióját: S2O82-(aq) + 3I-(aq) 2SO42-(aq) + I3-(aq) rate k = 2.2 x 10-4 M/s = [S2O82-][I-] (0.08 M)(0.034 M) v = k [S2O82-]x[I-]y y = 1 x = 1 v = k [S2O82-][I-] Dupla [I-], kétszeres sebesség ( 1 & 2) Dupla [S2O82-], kétszeres sebesség ( 2 & 3) = 0.08/M•s

  16. A termék v = [A] M/s D[A] - M = k [A][A]=[Ao]e-kt Dt D[A] v = - Dt Elsőrendűreakciók v = k [A] = 1/s or s-1 k = [A] =A koncentrációjabármelyt időpontban [A]0=A koncentrációjat=0 pillanatban

  17. [A]0 Mennyi a N2O5bomlásának felezési ideje, ha a sebességi állandó értéke 5.7 x 10-4 s-1? ln t½ [A]0/2 0.693 = = = = k k t½ ln2 ln2 0.693 = k k 5.7 x 10-4 s-1 Elsőrendű reakciók Ahalf-life (felezési idő), t½, az az idő ami alatt a reaktáns koncentrációja a kiindulási érték felére csökken. t½ = tha [A] = [A]0/2 = 1200 s = 20 minutes Honnan tudjuk hogy a reakció első rendü? Ak (s-1) dimenziójából

  18. A termék # of half-lives [A] = [A]0/n Elsőrendű reakció 1 2 2 4 3 8 4 16

  19. 2A termék v = [A]2 M/s D[A] 1 1 - M2 = k [A]2 = + kt Dt [A] [A]0 t½ = D[A] v = - Dt 1 k[A]0 Másodrendű reakciók v = k [A]2 = 1/M•s k = t½ = tha [A] = [A]0/2 [A] =A koncentrációjabármelyt időpontban [A]0 =A koncentrációjat=0 pillanatban

  20. A termék v [A]0 D[A] - = k Dt [A]0 t½ = D[A] 2k v = - Dt Nullad rendű reakciók v = k [A]0 = k = M/s k = [A] =A koncentrációjabármelyt időpontban [A] = [A]0 - kt [A]0 =A koncentrációjat=0 pillanatban t½ = tha [A] = [A]0/2

  21. Nullad rendű reakciók

  22. Concentration-Time Equation Order Rate Law Half-Life 1 1 = + kt [A] [A]0 = [A]0 t½ = t½ t½ = ln2 2k k 1 k[A]0 REAKCIÓSEBESSÉGI EGYENLETEK ÖSSZEFOGLALÁSA [A] = [A]0 - kt rate = k 0 ln[A] = ln[A]0 - kt 1 rate = k [A] 2 rate = k [A]2

  23. Reakció mechanizmusok • A molekularitás a sikeres reakcióhoz vezető ütközésben résztvevő molekulák száma. • Csak az egyszerű kémiai reakciók zajlanak le egy lépésben (ahogy az egyenlet leírja azt), a reakciók zöme többlépéses mechanizmussal történik, melynek minden részlépését külön sebességi egyenlet ír le.

  24. Többlépéses reakciók • Egy többlépéses reakcióban minden egyes reakciót más sebességi állandó jellemez. • A reakció sebessége nem lehet gyorsabb mint a leglassabb lépés, az un. sebesség meghatározó lépés sebessége.

  25. Sorozatreakciók: A  I  P [P] [A] concentration [I] time

  26. Lassú kezdeti lépés • A kísérletesen meghatározott reakció- sebességi egyenlet az alábbi v = k [NO2]2 • CO a reakció lezajlásához szükséges komponens, de nem része a sebességi egyenletnek. • Spektroszkópiai módszerekkel NO3 jelenléte is kimutatható a reakció elegyben • Ez kétlépéses mechanizmust sugall. NO2(g) + CO (g) NO (g) + CO2(g)

  27. Lassú kezdeti lépés • Javasolt mechanizmus 1.lépés : NO2 + NO2 NO3 + NO (lassú) 2. lépés: NO3 + CO  NO2 + CO2 (gyors) • Az NO3 intermedierelfogy a második lépésben. • ACO nem vesz részt a lassú lépésben, így a sebességi egyenletben sem szerepel (0-ad rendű).

  28. Párhuzamosreakciók A  B A  C • A két termék koncentrációinak aránya idő független és megegyezik a két reakció állandó hányadosának értékével. kB kC Megoldás:

  29. Pszeudo elsőrendű reakcióBrO3- + 5Br -+ 6H+ = 3Br2 + 3H2Ov = k[BrO3-][Br -][H+]2 Ha [BrO3-] = 1 mM gyorsan csökken [Br-] = 1M alig változik [H+] = 1M alig változik és így V = k’ [BrO3-]

  30. Kapcsolat az egyensúlyi állandó és a reakciókinetika között Egyszerű, egylépéses reakcióra: • Egyensúlyban: vf = vr. N2O4 bomlása N2O4 (g)  2NO2(g). • kf[N2O4] = kr[NO2]2. aA + bB + cC + ...  mM + nN + oO ....

  31. Az aktiválási energia A + B C + D Endothermic Reaction Exothermic Reaction Az aktiválási energia (Ea)az a minimális energia mennyiség amivel az ütköző részeknek rendelkezniük kell, hogy kémiai reakció történjen. 13.4

  32. A kémiai reakció hőmérséklet függéseNO (g) + Cl2(g) ↔NOCl + Clk1= 4.9 x10-6 (L/mol sec) ha T=298 K k2= 15 x10-6 (L/mol sec) ha T = 308 K Ütközési teória k = z x f x p z =ütközések frekvenciája f=ütközések hányada ami reakcióhoz vezet p= megfelelő orientáció

  33. z = az ütközések frekvenciája kb. 109 ütközés másodpercenként ennek töredéke vezet reakcióra Az atomok sebessége √3RT/M Ha a hőmérséklet 10 K-nel nő az ütközések frekvenciája kb. 2%-kal nő csupán

  34. Cl + NOCl ↔ Cl2 + NOp megfelelő orientáció

  35. Maxwell–Boltzmann energia eloszlásf=megfelelő energiájú atomok száma • Minden hőmérsékleten széles tartományú kinetikai (energia) eloszlás jellemzi a rendszert • 298K-en f=1.2x10-15 • 308K-en f=3.8x10-15

  36. lnk = - + lnA Ea 1 T R A reakciósebességi állandó hőmérséklet függése k = A •e -Ea/RT (Arrhenius egyenlet) Eaaz aktivávlási energia (J/mol) RRegnault konstans (8.314 J/K•mol) Tabszolút hőmérséklet Afrekvencia faktor

  37. lnk = - + lnA Ea 1 T R

  38. uncatalyzed catalyzed Ea k ‘ Ea< Ea A katalizátorok csökkentik az aktiválási energia értékét és így gyorsítják a reakciókat, de az egyensúlyi állandó értéke változatlan marad. k = A •exp( -Ea/RT ) ratecatalyzed > rateuncatalyzed

  39. enzyme catalyzed uncatalyzed

  40. Heterogén katalízis esetén a reagensek és a katalizátor más fázisban vannak. • Haber féle ammónia szintézis • Katalitikus konverterek • Margarin gyártás Homogén katalízis esetén a reagensek és a katalizátor egy fázisban (rendszerint folyadék) vannak. • Sav és bázis katalizált reakciók • Enzimreakciók

  41. Fe/Al2O3/K2O N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) catalyst Haber szintézis

  42. catalytic CO + Unburned Hydrocarbons + O2 CO2 + H2O converter catalytic 2NO + 2NO2 2N2 + 3O2 converter Katalitikus konverterek

  43. Enzim katalízis

More Related