Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Reakciósebesség CO + NO 2 -> CO 2 + NO r = k[CO][NO 2 ] r reakciósebesség k arányossági tényező: reakciósebességi együttható […] az adott anyag mol/dm.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Reakciósebesség CO + NO 2 -> CO 2 + NO r = k[CO][NO 2 ] r reakciósebesség k arányossági tényező: reakciósebességi együttható […] az adott anyag mol/dm."— Előadás másolata:

1 Reakciósebesség CO + NO 2 -> CO 2 + NO r = k[CO][NO 2 ] r reakciósebesség k arányossági tényező: reakciósebességi együttható […] az adott anyag mol/dm 3 -ben kifejezett pillanatnyi koncentrációja v = d[CO 2 ]/dt = d[NO]/dt = -d[CO]/dt = -d[NO 2 ]/dt Reakciókinetika

2 A reakciókinetika tárgya 2 H 2 + O 2 = 2 H 2 O 0 = - 2 H 2 -1 O H 2 O Kémiai változások leírása sztöchiometriai (bruttó) egyenlettel: megmutatja a reaktánsok és termékek arányát általában így nem játszódik le fizikailag 1 = - 2 A 1 = „H 2 ” 2 = - 1 A 2 = „O 2 ” 3 = + 2 A 3 = „H 2 O” sztöchiometriai együttható: (reaktánsra negatív, termékekre pozitív elemek) Az anyagfajták sorrendje tetszőleges; A sztöchiometriai együtthatók szorzótényező erejéig határozatlanok Hogyan változnak a koncentrációk egy reaktív elegyben és miért? Milyen részlépésekből áll egy reakció? (Mi a kémiai reakciók mechanizmusa?)

3 Reakciósebesség koncentrációváltozási sebesség: reakciósebesség: [A j ] az A j moláris koncentrációja [mól dm -3 ] kis koncentrációtartományban mindig igaz: k reakciósebességi együttható  j reakciórend a j-edik anyagfajtára bruttó reakciórend r független a j indextől, azaz bármelyik anyagfajta koncentrációváltozásával mérjük is, mindig ugyanazt az értéket kapjuk.

4 Sebességi együttható sebességi egyenlet: a reakciósebesség koncentrációfüggését leíró egyenlet gyakran felírható az alábbi alakban: k sebességi együttható a hőmérséklet és a nyomás függvénye (is lehet), de nem függ a koncentrációktól. Az  j kitevő a reakció A j anyagfajtára vonatkozó részrendje, a kitevők összege pedig a reakció bruttó rendje.  j nem mindig egyenlő a sztöchiometriai együtthatóval ! Például: a reakció NO ‑ ra és H 2 ‑ re vonatkozó részrendje rendre 2 és 1, a reakció bruttó rendje pedig 3

5 Koncentráció változása elsőrendű bomlás során Hasonló a csökkenése a radioaktívan bomló anyag tömegének. Elsőrendű bomlás Koncentráció – idő görbe: „exponenciális lecsengés” Linearizált ábrázolás: ln ([A]/[A] 0 ) az idő (t) függvényében -k meredekségű, 0 tengelymetszetű egyenes =-1 vagy: ln[A] = ln[A 0 ] - kt Elsőrendű, szétválasztható vált. differenciál egyenlet megoldás:

6 Kiindulási anyag „ A ” koncentráció változása Elsőrendű bomlás Keletkező anyag „ P ” koncentráció változása

7 Elsőrendű bomlásban résztvevő anyag felezési ideje Elsőrendű reakció reaktánsának t 1/2 felezési idejét megkapjuk, ha a linearizált egyenletbe a koncentráció helyére [A] 0 /2-t, az idő helyére t 1/2 -et helyettesítünk: Semmilyen más reakció nem zajlik le, mint egyetlen elsőrendű reakció: A  P Milyen ütemben csökken A koncentrációja? [A] = [A] 0. e -kt Mennyi idő múlva lesz fele a koncentráció? Elsőrendű reakció reaktánsának felezési ideje  független a kezdeti koncentrációtól  (nem változik időben)

8 Másodrendű bomlás  linearizált alak Linearizált ábrázolás: 1/[A] az idő (t) függvényében k meredekségű, 1/[A] 0 tengelymetszetű egyenes Koncentráció változása másodrendű bomlás során. Koncentráció – idő görbe: lecsengés, hasonlít a hiperbolához

9 Másodrendű bomlásban résztvevő anyag felezési ideje Másodrendű reakció reaktánsának t 1/2 felezési idejét megkapjuk, ha a linearizált egyenletbe a koncentráció helyére [A] 0 /2-t, az idő helyére t 1/2 -et helyettesítünk: Semmilyen más reakció nem zajlik le, mint egyetlen másodrendű reakció: Milyen ütemben csökken A koncentrációja? Mennyi idő múlva lesz fele a koncentráció? Másodrendű reakció reaktánsának felezési ideje  függ a kezdeti koncentrációtól  (változik időben)

10 Sebességi együttható mértékegysége legyen a koncentráció egysége M (mol dm -3 ), az idő egysége s (másodperc) d c / d t = k c n (n = 1, 2, 3) M s -1 = ?  M vagy M 2 vagy M 3 elsőrendű reakciók mértékegysége:s -1 másodrendű reakciók mértékegysége:M -1 s -1 harmadrendű reakciók mértékegysége:M -2 s -1

11 Sorozatos reakciók  ezt nem kell tudni! A anyagfajta: reaktáns B anyagfajta: köztitermék (intermedier) C anyagfajta: végtermék

12 Sorozatos reakciók: koncentráció lefutások  ezt kell tudni! Jellemzői: [A] 0 =[A]+[B]+[C] [A] exponenciálisan lecseng:[A] 0  0 [B] maximumgörbe:0  max  0 [C] telítési görbe:0  [A] 0 a leggyorsabb a növekedése, ahol [B] a legnagyobb „babszár növekedési görbéje” [C] görbének inflexiós pontja van ott, ahol [B]-nek maximuma van

13 Párhuzamos reakciók koncentráció  idő függvények: Ha P és Q kezdetben nincs jelen a rendszerben, akkor P és Q koncentrációjának hányadosa mindig megegyezik a megfelelő sebességi állandók hányadosával!  a sebességi állandók hányadosa megmérhető koncentrációk hányadosának mérésével!  ezt kell tudni! [A] + [P] + [Q] = [A] 0 + [P] 0 + [Q] 0 [P] + [Q] = [A] 0 –[A]

14 Kinetikai differenciálegyenlet-rendszer: egy példa Chapman mechanizmus: ózonbomlás a sztratoszférában 1. O 2 = O + O k 1 r 1 = k 1 [O 2 ] 2.O + O 2 = O 3 k 2 r 2 = k 2 [O] [O 2 ] 3.O 3 = O 2 + Ok 3 r 3 = k 3 [O 3 ] 4. O 3 +O = 2 O 2 k 4 r 4 = k 4 [O 3 ] [O] A kinetikai differenciálegyenlet-rendszer:

15 1H 2 + O 2 .H +.HO 2 k 1 (T, p) 2.OH + H 2 .H + H 2 O k 2 (T, p) 3.H + O 2 .OH +  O k 3 (T, p) 4  O + H 2 .OH +.H k 4 (T, p) 5.H + O 2 + M .HO 2 + M k 5 (T, p) 6.HO 2 + H 2 .H + H 2 O 2 k 6 (T, p) 72.HO 2  H 2 O 2 + O 2 k 7 (T, p) 8H 2 O 2  2.OH k 8 (T, p) + 21 további reakciólépés Egy kisebb részletes mechanizmus: a hidrogén égése A bruttó reakció: 2 H 2 + O 2 = 2 H 2 O avagy H 2 + ½ O 2 = H 2 O Ilyen reakció valójában nem játszódik le. Részletes reakciómechanizmus (ezek a valóban lejátszódó, elemi reakciók) Részletes reakciómechanizmusok reaktánsok  köztitermékek  végtermék(ek) H 2, O 2.H, :O,.OH,.HO 2, H 2 O 2 H 2 O

16 Elemi reakció: az A + B = C reakció nem csupán a sztöchiometriai viszonyokat jelenti, hanem a tényleges molekuláris történést is: 1 darab A részecske és 1 darab B részecske találkozott és ennek eredményeként a C részecskévé alakultak át. Az elemi reakciólépés sebessége mindig számítható a tömeghatás törvényével molekularitás: egy elemi reakcióban az ütköző részecskék száma (nem tévesztendő össze a reakció rendűségével) egy elemi reakció lehet: unimolekulás reakció („1 részecske ütközik”) bimolekulás reakció (2 részecske ütközik) trimolekulás reakció (3 részecske ütközik egyszerre) Trimolekulás reakció valójában nincsen. Igazából minden reakció bimolekulás! Unimolekulás reakció: kémiai átalakulás fényelnyelés (A+h   P) vagy „nem-reaktív” ütközés (pl. A + N 2  P + N 2 ) következtében. Elemi reakciók  Ilyen nincs is !  Ilyen sincs !

17 Összetett reakciók Az összetett reakciók elemi reakciókból tevődnek össze. Az összetett reakciót előállító elemi reakciók összességét + a sebességi együtthatók hőmérséklet, nyomás és közegfüggésére vonatkozó képleteket reakciómechanizmus-nak nevezzük. Nagy, bonyolult mechanizmus  nagy, bonyolult kinetikai differenciál-egyenletrendszer Reakciókinetikai egyszerűsítő elvek segítségével a mechanizmus vagy a kinetikai differenciál-egyenletrendszer leegyszerűsíthető úgy, hogy a kapott mechanizmus/egyenletrendszer megoldása csaknem pontosan (pl. 1%-on belül) azonos a teljes mechanizmuséval. sebességmeghatározó lépés (kvázistacionárius közelítés) (gyors előegyensúly közelítés) nagy feleslegben alkalmazott reaktáns

18 Sebességmeghatározó lépés Sorozatos elsőrendű reakciólépések esetén a legkisebb sebességi együtthatójú reakciólépés a sebességmeghatározó és a végtermék keletkezési sebessége egyenlő a sebességmeghatározó lépés sebességi együtthatója és reaktánsa koncentrációjának szorzatával. k 1 k 2 k 3 k 4 k 5 A  B  C  D  E  F Ha k 2 << k 1, k 3, k 4, k 5  d [F]/d t = k 2 [B] Tetszőleges mechanizmus esetén az reakciólépés a sebességmeghatározó, amelyik sebességi együtthatójának kis megnövelésére a végtermék termelődési sebessége jelentősen megnő. Ez nem mindig a legkisebb sebességi együtthatójú reakció!!!

19 Nagy feleslegben alkalmazott reaktáns Ha az egyik reaktáns nagy feleslegben van, akkor a reakció során koncentrációja elhanyagolható mértékben változik és állandónak tekinthető. Ennek alapján pl. másodrendű reakciólépés elsőrendűvé alakítható át a nagy feleslegben alkalmazott reaktáns koncentrációjának a sebességi együtthatóba való beolvasztásával: ahol állandó.

20

21 A láncreakciók lényege: láncindító reakciólépésben láncvivők (más néven aktív centrumok) keletkeznek, amelyek a láncfolytató reakciólépésekben a kiindulási anyaggal reagálva terméket és újabb láncvivőket hoznak létre, amelyekből azután újabb termékmolekulák és újabb láncvivők keletkeznek … Inhibíciós reakciólépés: a reakció a végterméket alakítja vissza, de a lánc nem szakad meg. Láncelágazási reakciólépés: a reakciólépésben egy láncvivőből több keletkezik. A láncvivők a lánczáró reakciólépésekben úgy reagálnak el, hogy nem termelnek a lánc továbbvitelére alkalmas anyagokat, ilyenkor egy ‑ egy lánc megszakad. Láncreakciók

22 H 2  Br 2 reakció mechanizmusa (a) láncindítás: 1 (b) láncfolytatás: 2 (c) inhibíció: 4 (d) láncvégződés: 5 3

23 H 2  Br 2 reakció koncentráció-idő görbéi ( [H 2 ] : [Br 2 ] = 1 : 1 elegy, T= 600 K, p= 1 atm )

24 A reakciósebesség hőmérsékletfüggése A reakciók létrejöttének szükséges feltétele a részecskék ütközése, De ez nem elegendő feltétel! Akkor megy végbe a reakció, ha az ütköző atomok vagy molekulák rendelkeznek egy energiatöbblettel, az ún. aktiválási energiával (E ٭ ).

25 Aktiválási energia

26 Reakciókinetika Elemi reakció: egy ütközés következtében végbemenő átalakulás kellő sebességgel, megfelelő irányból!!

27 Svante August Arrhenius (1859 – 1927) svéd vegyész

28 Katalízis Katalízis: katalizátorok segítségével az aktiválási energia kisebb egységekre bontható. A katalízátor olyan anyag, amely vagy a reakció sebességét változtatja meg, vagy a termodinamikailag lehetséges de kinetikailag gátolt reakciót lehetővé teszi.

29 Katalizátorok fajtái Aszerint, hogy a katalizátor és a reaktánsok azonos vagy különböző fázisban vannak, megkülönböztetünk homogén katalitikus (azonos fázis) reakciók homogén katalitikus (azonos fázis) reakciók Az élő rendszerekben például homogén katalitikus folyamatok játszódnak le, szervezetünkben enzimek a katalizátorok Az élő rendszerekben például homogén katalitikus folyamatok játszódnak le, szervezetünkben enzimek a katalizátorok heterogén katalitikus (különböző fázis) reakciók heterogén katalitikus (különböző fázis) reakciók az ipari méretű szintéziseknél, mivel a reakció után a katalizátor egyszerűen kinyerhető a rendszerből. az ipari méretű szintéziseknél, mivel a reakció után a katalizátor egyszerűen kinyerhető a rendszerből. Autokatalitikus reakció: olyan reakciótermék keletkezik, amely az eredeti reakcióra katalizátorként hat.

30

31

32

33 a., NO redukció (Rh): 2 NO + 2 CO  N CO 2 NO + szénhidrogén  N 2 + CO 2 + H 2 O 2 NO + 2 H 2  N H 2 O 2 NO + 5 H 2  2 NH H 2 O szénhidrogén + H 2 O  CO + CO 2 + H 2 b., oxidáció (Pt és Pd): 2 CO + O 2  2 CO 2 szénhidrogén + O 2  CO 2 + H 2 O 2 H 2 + O 2  2 H 2 O kisebb valószínűséggel lejátszódó reakciók: 6 NO + 4 NH 3  5 N H 2 O 2 NO + H 2  N 2 O + H 2 O 2 N 2 O  2 N 2 + O 2

34 A tisztítás hatékonysága – levegő:üzemanyag arány optimális arány – elektronikus motorvezérlés


Letölteni ppt "Reakciósebesség CO + NO 2 -> CO 2 + NO r = k[CO][NO 2 ] r reakciósebesség k arányossági tényező: reakciósebességi együttható […] az adott anyag mol/dm."

Hasonló előadás


Google Hirdetések