Kaj je kemijska kinetika?

Kemična kinetika je preučevanje kemijskih procesov in hitrost reakcij. To vključuje analizo pogojev, ki vplivajo na hitrost a kemijska reakcija, razumevanje reakcijskih mehanizmov in prehodnih stanj ter oblikovanje matematičnih modelov za napovedovanje in opis kemijske reakcije. Hitrost kemijske reakcije ima običajno enot od sek^-1vendar pa lahko kinetični poskusi trajajo nekaj minut, ur ali celo dni.

Poznan tudi kot

Kemično kinetiko lahko imenujemo tudi reakcijska kinetika ali preprosto "kinetika".

Področje kemijske kinetike se je razvilo iz zakona množičnega delovanja, ki sta ga leta 1864 oblikovala Peter Waage in Cato Guldberg. Zakon množičnega delovanja določa, da je hitrost kemijske reakcije sorazmerna s količino reaktantov. Jacobus va't Hoff je študiral kemijsko dinamiko. Njegova publikacija "Etudes de dynamique chimique" iz leta 1884 je privedla do Nobelove nagrade za kemijo iz leta 1901 (to je bilo prvo leto, ko je bila Nobelova nagrada podeljena). Nekatere kemijske reakcije lahko vključujejo zapleteno kinetiko, osnovna načela kinetike pa se naučijo v srednjih šolah in na univerzi.

Ključni ukrepi: Kemijska kinetika

Eksperimentalni podatki se uporabljajo za iskanje stopenj reakcije, iz katerih izhajajo zakon o hitrosti in konstante hitrosti kemijske kinetike z uporabo zakona množičnega delovanja. Zakoni hitrosti omogočajo preproste izračune za reakcije ničelnega reda, reakcije prvega reda in reakcije drugega reda.

• Hitrost reakcije ničelnega reda je konstantna in neodvisna od koncentracije reaktantov.
  stopnja = k
• Hitrost reakcije prvega reda je sorazmerna s koncentracijo ene reaktante:
  stopnja = k [A]
• Hitrost reakcije drugega reda ima hitrost, sorazmerno s kvadratom koncentracije posameznega reaktanta ali snovm koncentracije dveh reaktantov.
  stopnja = k [A]² ali k [A] [B]

Za določitev zakonov za kompleksnejše kemijske reakcije je treba kombinirati zakone hitrosti za posamezne korake. Za te reakcije:

• Obstaja korak določanja stopnje, ki omejuje kinetiko.
• Za eksperimentalno določitev energije aktivacije se lahko uporabljata Arreniusova enačba in Eyringova enačba.
• Za poenostavitev zakona o stopnjah se lahko uporabijo približki v enakomernem stanju.

Kemična kinetika napoveduje, da se bo hitrost kemijske reakcije povečala s faktorji, ki povečajo kinetično energijo reaktanti (do točke), kar vodi do večje verjetnosti, da bodo reaktanti medsebojno sodelovali. Podobno lahko pričakujemo, da bodo dejavniki, ki zmanjšujejo možnost, da se reaktanti med seboj trčijo, znižali hitrost reakcije. Glavni dejavniki, ki vplivajo na hitrost reakcije, so:

• koncentracija reaktantov (narašča koncentracija poveča hitrost reakcije)
• temperatura (zvišanje temperature poveča stopnjo reakcije do točke)
• prisotnost katalizatorjev (katalizatorji ponudite reakciji mehanizem, ki zahteva nižje aktivacijska energija, torej prisotnost katalizatorja poveča hitrost reakcije)
• fizično stanje reaktantov (reaktanti v isti fazi lahko pridejo v stik s termičnim delovanjem, toda površina in mešanje vplivajo na reakcije med reaktanti v različnih fazah)
• pritisk (za reakcije, ki vključujejo pline, dvig tlaka poveča trčenje med reaktanti, povečuje hitrost reakcije)

Upoštevajte, da čeprav lahko kemijska kinetika napoveduje hitrost kemijske reakcije, ne določa, v kolikšni meri se reakcija pojavi. Termodinamika se uporablja za napovedovanje ravnotežja.

• Espenson, J.H. (2002). Kemijska kinetika in reakcijski mehanizmi (2. izd.). McGraw-Hill. ISBN 0-07-288362-6.
• Guldberg, C M.; Waage, P. (1864). "Študije o sorodnosti" Forhandlinger in Videnskabs-Selskabet in Christiania
• Gorban, A. N.; Yablonski. G. S. (2015). Trije valovi kemijske dinamike. Matematično modeliranje naravnih pojavov 10(5).
• Laidler, K. J. (1987). Kemijska kinetika (3. izd.). Harper in Row. ISBN 0-06-043862-2.
• Steinfeld J. I., Francisco J. S.; Hase W. L. (1999). Kemijska kinetika in dinamika (2. izd.). Dvorana Prentice. ISBN 0-13-737123-3.