Fizikai kémia 2 – Reakciókinetika

Az előadások a következő témára: "Fizikai kémia 2 – Reakciókinetika"— Előadás másolata:

1 Fizikai kémia 2 – Reakciókinetika
Számolási gyakorlat

2 Számolási gyakorlat Házi feladatok, vetített diasorok, házi feladatok és zárthelyik eredményei: garfield.chem.elte.hu/kovacsmarton Házi feladatok: összesen kb feladat, beadás papír alapon, beküldési határidő a feladatnál jelzett péntek 13:00! Konzultáció: Péntek 13:00-14:00

3 Ütközési elmélet, átmenetiállapot-elmélet
1. gyakorlat

4 Ütközési elmélet

5 Ütközési elmélet Feltétel: merev gömbök ütközése
Sebességi együttható számítása: k: sebességi együttható d: gömbszerű részecskék (A és B) sugarának összege T: hőmérséklet μ: redukált tömeg Ea: aktiválási energia

6 Sebességi együttható meghatározása
hatáskeresztmetszet átlagsebesség ( ) Boltzmann-faktor ütközési faktor (Z)

7 Ütközések száma Az ütközések száma:
NA: az A részecskék száma egységnyi térfogatban

8 Ütközési elmélet 1. feladat:
Számítsuk ki az A és B molekulák közötti ütközések számát, ha mind az A, mind a B molekula parciális nyomása 100 torr 300 K hőmérsékleten, az A molekula átmérője 0,3 nm, a B molekuláé 0,4 nm, a részecskék átlagos sebessége pedig 5∙102 m/s ezen a hőmérsékleten. A ütközések hányad része történik elegendő energiával ahhoz, hogy végbemenjen a reakció az adott hőmérsékleten, ha az aktiválási energia 40 kJ/mol? Határozzuk meg a reakció sebességi együtthatóját!

9 Ütközési elmélet 1. feladat:
Számítsuk ki A és B molekula között az ütközések számát, ha mind az A, mind a B parciális nyomása 100 torr 300 K hőmérsékleten, az A molekula átmérője 0,3 nm, B molekuláé 0,4 nm, a részecskék átlagos sebessége pedig 5∙102 m/s ezen a hőmérsékleten.

10 Ütközési elmélet 1. feladat:

11 Ütközési elmélet 1. feladat:
A ütközések hányad része történik elegendő energiával ahhoz, hogy végbemenjen a reakció az adott hőmérsékleten, ha az aktiválási energia 40 kJ/mol?

12 Ütközési elmélet 1. feladat:
Határozzuk meg a reakció sebességi együtthatóját!

13 Átmenetiállapot-elmélet (TST)

14 Átmenetiállapot-elmélet (TST)
A termékek egy átmeneti állapoton keresztül keletkeznek Unimolekulás reakció: A A termékek Bimolekulás reakció: A + B AB termékek Az egyensúlyi állandók kanonikus kifejezése: : i-edik anyagfajta molekuláris állapotösszege standard állapotban : i-edik anyagfajta sztöchiometriai száma : reakció energiaváltozása 0 K-en

15 Egyensúlyi állandók meghatározása
Ideális gázokban a molekuláris állapotösszegek felbonthatóak négy komponensre: transzlációs forgási rezgési elektronikus

16 Transzlációs állapotösszeg
Dobozba zárt részecskének megszámolva az állapotait: m: a molekula tömege h: Plack állandó V: az edény térfogata

17 Forgási állapotösszeg
Lineáris molekula esetén: ahol B a forgási állandó Egyéb esetben bonyolultabb formula:

18 Rezgési állapotösszeg
Harmonikus rezgés esetén: ahol ν a harmonikus rezgés frekvenciája Több rezgés esetén a különböző rezgések állapotösszegeit össze kell szorozni a molekuláris rezgési állapotösszeg kifejezéséhez

19 Elektronikus állapotösszeg
Szobahőmérsékleten ritka, hogy elektronikusan gerjesztődjön egy molekula, de lehet degenerált az alapállapot: ahol ge a degenerációfok Amennyiben van elérhető gerjesztett szint:

20 Sebességi együttható számítása átmenetiállapot-elmélet alapján
Sebességi együttható kanonikus sokaságon: Unimolekulás reakcióra: Bimolekulás reakcióra: reaktáns molekuláris állapotösszege standard állapot esetén átmeneti állapot standard molekuláris állapotösszege, a reakciókoordináta menti rezgés nélkül reaktáns(ok) és az átmeneti állapot közötti energiakülönbség 0K-en

21 Átmenetiállapot-elmélet
2. feladat: Határozzuk meg a reakció sebességi együtthatóját 300 K hőmérsékleten és 1 bar nyomáson, amennyiben ismert a I2-molekula rezgési frekvencia hullámszámban = 213,54 cm−1 és forgási állandója B = 0,0373 cm−1, az átmeneti állapot forgási állandója B = 0,0364 cm−1 és a reaktáns és az átmeneti állapot közötti energiakülönbség 0 K-en 205 kJ/mol.

22 Átmenetiállapot-elmélet
2. feladat: Határozzuk meg a I2 2 I reakció sebességi együtthatóját 300 K hőmérsékleten és 1 bar nyomáson

23 Átmenetiállapot-elmélet
2. feladat: Nem érdemes külön-külön kiszámolni az egyes állapotösszegeket, helyette számítsuk ki azok arányait! transzlációs állapotösszeg:

24 Átmenetiállapot-elmélet
2. feladat: forgási állapotösszeg:

25 Átmenetiállapot-elmélet
2. feladat: rezgési állapotösszeg: az átmeneti állapot elveszíti a reakciókoordináta menti rezgési szabadsági fokát, ezért lesz a számláló értéke 1 elektronikus állapotösszeg:

26 Átmenetiállapot-elmélet
2. feladat:

27 Köszönöm a figyelmet!