Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Kémiai kinetika. ΔG =ΔG o + RT lnQ ΔG o = -RT lnK e ΔG o (kJ/mol) K e 22.80.0001 11.40.01 5.70.1 0.01 -5.710 -11.4100 -22.810000.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Kémiai kinetika. ΔG =ΔG o + RT lnQ ΔG o = -RT lnK e ΔG o (kJ/mol) K e 22.80.0001 11.40.01 5.70.1 0.01 -5.710 -11.4100 -22.810000."— Előadás másolata:

1 Kémiai kinetika

2 ΔG =ΔG o + RT lnQ ΔG o = -RT lnK e ΔG o (kJ/mol) K e

3 Kémiai kinetika Gyémánt Grafit ΔG o = kJ/mol Fe(s) + 3/2 O 2 + 3/2 H 2 O Fe(OH) 3 (s) ΔG o = kJ/mol Kémiai kinetika- hogyan függ a reakciósebesség a paraméterektől(c,T,P..) » - mi a reakció finom- szerkezeti mechanizmusa

4 A reakciósebességet befolyásoló tényezők 1.Hőmérséklet Ütközési elv: A két egymással reagáló vegyület ütköző molekuláinak megfelelő energiával kell rendelkezniük, hogy a reakció végbemenjenen. Kinetikus teória: Növekvő hőmérséklet a molekulák nagyobb kinetikus energiáit jelent. 2.Reagens koncentráció: Nagyobb reagens koncentráció több ütközést és gyorsabb reakciót jelent (ha az energiaszint megfelelő) 3.Katalizátor: Felgyorsítja a reakciót az aktiválási energia csökkentésével 4.Szilárd fázisú reakcióban a felszín mérete: Befolyásolja a kontaktusba kerülő molekulák számát 5.Nyomás, gázfázisú reakcióknál:ha termék vagy a kiindulási anyagok gázfázisúak Az ütközések számát növeli

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

6 Br 2 (aq) + HCOOH (aq) 2Br - (aq) + 2H + (aq) + CO 2 (g) idő 393 nm light Detector  [Br 2 ]   Abszorpció 393 nm Br 2 (aq)

7 A B rate = -  [A] tt rate = [B][B] tt idő

8 Br 2 (aq) + HCOOH (aq) 2Br - (aq) + 2H + (aq) + CO 2 (g) Átlag sebesség = -  [Br 2 ] tt = - [Br 2 ] final – [Br 2 ] initial t final - t initial slope of tangent slope of tangent slope of tangent Pillanatnyi sebesség = sebesség abban az időpontban

9 v  [Br 2 ] v = k [Br 2 ] k = rate [Br 2 ] = sebességi állandó = 3.50 x s -1

10 2H 2 O 2 (aq) 2H 2 O (l) + O 2 (g) PV = nRT P = RT = [O 2 ]RT n V [O 2 ] = P RT 1 rate =  [O 2 ] tt RT 1 PP tt =  P időfüggését méri

11 2H 2 O 2 (aq) 2H 2 O (l) + O 2 (g)

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

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

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

15 Határozzuk meg a reakciósebességi egyenletet és a reakciósebességi konstans értékét és dimenzióját: S 2 O 8 2- (aq) + 3I - (aq) 2SO 4 2- (aq) + I 3 - (aq) Experiment [S 2 O 8 2- ][I - ] Initial Rate (M/s) x x x v = k [S 2 O 8 2- ] x [I - ] y Dupla [I - ], kétszeres sebesség ( 1 & 2) y = 1 Dupla [S 2 O 8 2- ], kétszeres sebesség ( 2 & 3) x = 1 k = rate [S 2 O 8 2- ][I - ] = 2.2 x M/s (0.08 M)(0.034 M) = 0.08/M s v = k [S 2 O 8 2- ][I - ]

16 Elsőrendű reakciók A termék v = -  [A] tt v = k [A] k = v [A] = 1/s or s -1 M/sM/s M =  [A] tt = k [A] [A]=[A o ]e -kt - [A] =A koncentrációja bármely t időpontban [A] 0 =A koncentrációja t=0 pillanatban

17 Elsőrendű reakciók A half-life (felezési idő), t ½, az az idő ami alatt a reaktáns koncentrációja a kiindulási érték felére csökken. t ½ = t ha [A] = [A] 0 /2 ln [A] 0 [A] 0 /2 k = t½t½ ln2 k = k = Mennyi a N 2 O 5 bomlásának felezési ideje, ha a sebességi állandó értéke 5.7 x s -1 ? t½t½ ln2 k = x s -1 = = 1200 s = 20 minutes Honnan tudjuk hogy a reakció első rendü? A k (s -1 ) dimenziójából

18 A termék Elsőrendű reakció # of half-lives [A] = [A] 0 /n

19

20 Másodrendű reakciók 2A termék v = -  [A] tt v = k [A] 2 k = v [A] 2 = 1/M s M/sM/s M2M2 =  [A] tt = k [A] 2 - [A] =A koncentrációja bármely t időpontban [A]0 =A koncentrációja t=0 pillanatban 1 [A] = 1 [A] 0 + kt t ½ = t ha [A] = [A] 0 /2 t ½ = 1 k[A] 0

21 Nullad rendű reakciók A termék v = -  [A] tt v = k [A] 0 = k k = v [A] 0 = M/s  [A] tt = k - [A] =A koncentrációja bármely t időpontban [A]0 =A koncentrációja t=0 pillanatban t ½ = t ha [A] = [A] 0 /2 t ½ = [A] 0 2k2k [A] = [A] 0 - kt

22 Nullad rendű reakciók

23 REAKCIÓSEBESSÉGI EGYENLETEK ÖSSZEFOGLALÁSA OrderRate Law Concentration-Time Equation Half-Life rate = k rate = k [A] rate = k [A] 2 ln[A] = ln[A] 0 - kt 1 [A] = 1 [A] 0 + kt [A] = [A] 0 - kt t½t½ ln2 k = t ½ = [A] 0 2k2k t ½ = 1 k[A] 0

24 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.

25 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.

26 Sorozatreakciók: A  I  P time concentration [A] [P] [I]

27

28 Lassú kezdeti lépés A kísérletesen meghatározott reakció- sebességi egyenlet az alábbi v = k [NO 2 ] 2 CO a reakció lezajlásához szükséges komponens, de nem része a sebességi egyenletnek. Spektroszkópiai módszerekkel NO 3 jelenléte is kimutatható a reakció elegyben Ez kétlépéses mechanizmust sugall. NO 2 (g) + CO (g)  NO (g) + CO 2 (g)

29 Lassú kezdeti lépés Javasolt mechanizmus 1.lépés : NO 2 + NO 2  NO 3 + NO (lassú) 2. lépés: NO 3 + CO  NO 2 + CO 2 (gyors) Az NO 3 intermedier elfogy a második lépésben. A CO nem vesz részt a lassú lépésben, így a sebességi egyenletben sem szerepel (0-ad rendű).

30 Párhuzamos reakciók A két termék koncentrációinak aránya idő független és megegyezik a két reakció állandó hányadosának értékével. A  B kBkB A  C kCkC Megoldás:

31 Pszeudo elsőrendű reakció BrO Br - + 6H + = 3Br 2 + 3H 2 O v = k[BrO 3 - ][Br - ][H + ] 2 Ha [BrO 3 - ] = 1 mM gyorsan csökken [Br - ] = 1M alig változik [H + ] = 1M alig változik és így V = k’ [BrO 3 - ]

32 Kapcsolat az egyensúlyi állandó és a reakciókinetika között Egyszerű, egylépéses reakcióra: Egyensúlyban: v f = v r. N 2 O 4 bomlása N 2 O 4 (g)  2NO 2 (g). k f [N 2 O 4 ] = k r [NO 2 ] 2. aA + bB + cC +...  mM + nN + oO....

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

34

35

36

37 A kémiai reakció hőmérséklet függése NO (g) + Cl 2 (g) ↔NOCl + Cl k 1 = 4.9 x10 -6 (L/mol sec) ha T=298 K k 2 = 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

38 z = az ütközések frekvenciája kb 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

39 Cl + NOCl ↔ Cl 2 + NO p megfelelő orientáció

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

41 A reakciósebességi állandó hőmérséklet függése k = A e -Ea/RT E a az aktivávlási energia (J/mol) R Regnault konstans (8.314 J/Kmol) T abszolút hőmérséklet A frekvencia faktor lnk = - EaEa R 1 T + lnA (Arrhenius egyenlet)

42 lnk = - EaEa R 1 T + lnA

43 A katalizátorok csökkentik az aktiválási energia értékét és így gyorsítják a reakciókat, de az egyensúlyi állandó értéke változatlan marad. k = A exp( -E a /RT ) EaEa k uncatalyzedcatalyzed rate catalyzed > rate uncatalyzed E a < E a ‘

44 uncatalyzed enzyme catalyzed

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

46 N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) Fe/Al 2 O 3 /K 2 O catalyst Haber szintézis

47 Katalitikus konverterek CO + Unburned Hydrocarbons + O 2 CO 2 + H 2 O catalytic converter 2NO + 2NO 2 2N 2 + 3O 2 catalytic converter

48 Enzim katalízis


Letölteni ppt "Kémiai kinetika. ΔG =ΔG o + RT lnQ ΔG o = -RT lnK e ΔG o (kJ/mol) K e 22.80.0001 11.40.01 5.70.1 0.01 -5.710 -11.4100 -22.810000."

Hasonló előadás


Google Hirdetések