Mini-kurzus
Reakciósebesség
A reakciósebesség azt fejezi ki, milyen gyorsan változik a reagensek vagy termékek koncentrációja az időben. A termodinamika azt mondja meg, mely állapotok kedvezőek; a kinetika azt, milyen gyorsan jut el a rendszer egyik állapotból a másikba.
Sebesség definíciója
Egyszerű A → P folyamatnál átlagos sebesség lehet −Δ[A]/Δt vagy Δ[P]/Δt. Általános reakciónál a sztöchiometriai együtthatókkal normalizálunk, hogy ugyanazt a reakciósebességet kapjuk bármely komponensből. A pillanatnyi sebesség a koncentráció-idő görbe adott pontjának meredekségéhez kapcsolódik.
Ütközés nem elég
Részecskék gyakran ütköznek, de nem minden ütközés vezet reakcióhoz. Megfelelő energia és geometriai orientáció szükséges ahhoz, hogy a rendszer elérje az átmeneti állapot környezetét. Ez magyarázza, miért lehet egy termodinamikailag kedvező reakció szobahőmérsékleten mégis nagyon lassú.
Koncentráció hatása
Nagyobb reagenskoncentráció általában gyakoribb megfelelő találkozásokat okoz, de a pontos összefüggést kísérleti sebességi törvény adja. Például v=k[A]^m[B]^n. A kitevők reakciórendek, és nem feltétlenül egyeznek a teljes reakcióegyenlet sztöchiometriai együtthatóival, hacsak nem elemi lépésről van szó.
Hőmérséklet
A hőmérséklet emelésével a részecskék energiaeloszlása megváltozik, és nagyobb hányaduk képes átlépni az aktiválási gátat. Az Arrhenius-egyenlet k=Ae^(−Eₐ/RT) ezt a kapcsolatot közelíti. Ezért viszonylag kis hőmérséklet-változás is jelentős sebességváltozást okozhat.
Katalizátor
A katalizátor alternatív reakcióutat biztosít kisebb effektív aktiválási gáttal. Gyorsítja az előre- és visszareakciót is, ezért egyensúlyi rendszerben hamarabb áll be az egyensúly, de maga az egyensúlyi állandó nem változik. A katalizátor a reakciómechanizmust módosítja, nem a kezdeti és végállapot közötti ΔG-t.
Felület és keverés
Heterogén reakcióknál a hozzáférhető határfelület korlátozhatja a sebességet. Porított szilárd anyag gyorsabban reagálhat, mint ugyanakkora tömegű tömb, mert nagyobb felületen érintkezik a másik fázissal. Keverés a tömegátadási korlátot csökkentheti, de nem minden reakció intrinszikus sebességi állandóját változtatja meg.
Reakciórend meghatározása
A reakciórendet kísérletileg kell megállapítani. Ha [A] kétszerezése mellett minden más változatlan és a sebesség is kétszeres, A-ra elsőrendű viselkedést látunk; ha négyszeres, másodrendűt. A teljes reakcióegyenlet együtthatóiból ezt általában nem lehet közvetlenül leolvasni.
Próbáld ki
Egy reakció sebességi törvénye v=k[A]². Mi történik a kezdeti sebességgel, ha [A]-t kétszeresére növeljük, minden más változatlan?
Megoldás
A sebesség 2²=4-szeresére nő.