Što je brzina kemijske reakcije?

Uvod

Pozorno pogledajte videozapis Brzina kemijske reakcije: Osnove. Zaključite koje se reakcije u vašem svakodnevnom okruženju zbivaju sporo, a koje brže?

Brzina kemijske reakcije: Osnove

Teorija sudara je teorija koja objašnjava kako se zbivaju kemijske reakcije i zašto se mijenja brzina reakcije. Pogledajte videozapis i zaključite što je nužno s molekulama reaktanata da se reakcija dogodi.

Brzina kemijske reakcije: Teorija sudara

U videzapisu ste vidjeli da je uspješan sudar čestica uvjet da se neka kemijske reakcija dogodi. Pri sudaru čestica A₂ i B₂ kratkotrajno nastane aktivacijski kompleks u kojemu dolazi do pregrupacije veza, nakon čega mogu nastati nove čestice AB.

Za nastajanje aktivacijskoga kompleksa potrebna je energija aktivacije.

Energija aktivacije

Energijski profil reakcije može se, ovisno o tome je li reakcija egzotermna ili endotermna, prikazati na jedan od načina prikazanih na slici.

Pozorno pogledajte videozapis Teorija sudara i zaključite koji čimbenici mogu uvjetovati veći broj uspješnih sudara čestica.

Što je brzina kemijske reakcije?

Brzinu kemijskih reakcija i čimbenike kojima se može utjecati na brzinu proučava kemijska kinetika. Izraz za brzinu kemijske reakcije jest sljedeći:

[latex]\mathit{v}=\frac{\Delta \mathit{c}}{\mathit{\nu }\cdot \Delta \mathit{t}}[/latex]

v – brzina kemijske reakcije

∆c – prirast množinske koncentracije

ν– stehiometrijski broj

∆t – vremenski interval.

Mjerna jedinica za brzinu kemijske reakcije u SI sustavu jest mol dm^–3 s^–1.

Razlikuje se početna, trenutačna i prosječna brzina reakcije.

Početna brzina kemijske reakcije jest i najveća brzina reakcije jer su koncentracije reaktanata na početku reakcije najveće. Smanjenjem koncentracije reaktanata smanjuje se i brzina kemijske reakcije, što je vidljivo iz krivulje (2.a slika).

Trenutačna brzina kemijske reakcije jest brzina u nekome određenom trenutku. Smanjenjem vremenskoga intervala na vrlo malu vrijednost može se odrediti trenutačna brzina koju pokazuje nagib tangente na točku krivulje. Trenutačna brzina izračuna se iz koeficijenta smjera tangente (2. b slika).

Prosječna brzina kemijske reakcije ovisi o prirastu množinske koncentracije reaktanta ili množinske koncentracije produkta u odabranome vremenskom intervalu (2. c slika).

Prosječna brzina kemijske reakcije iskazana pomoću produkata AB za kemijsku reakciju [latex]\ce{A_2 + B_2 -> 2AB}[/latex] je:

[latex]\mathit{v}\left(AB\right)=\frac{\Delta \mathit{c}\left(AB\right)}{\mathit{\nu }\left(AB\right)\cdot \Delta \mathit{t}}[/latex]

Prosječna brzina kemijske reakcije iskazana s pomoću reaktanata A₂ i B₂ je:

[latex]\mathit{v}\left(A_2\right)=−\frac{\Delta \mathit{c}\left(A_2\right)}{\mathit{\nu }\left(A_2\right)\cdot \Delta \mathit{t}}[/latex]

[latex]\mathit{v}\left(B_2\right)=−\frac{\Delta \mathit{c}\left(B_2\right)}{\mathit{\nu }\left(B_2\right)\cdot \Delta \mathit{t}}[/latex]

Ako se prosječna brzina reakcije računa s pomoću promjene koncentracije reaktanata, stehiometrijski broj ima negativan predznak. Prosječna brzina reakcije uvijek je pozitivna veličina.

Osim prosječne brzine reakcije može se općenito izračunati i brzina trošenja reaktanta i brzina nastajanja produkta.

Za neku hipotetsku reakciju [latex]\ce{R -> P}[/latex] vrijedi sljedeće:

Brzina trošenja reaktanta, v(R), jednaka je promjeni koncentracije reaktanta u nekome vremenskom intervalu:

[latex]\mathit{v}\left(R\right)=–\frac{\Delta \mathit{c}\left(R\right)}{\Delta \mathit{t}}[/latex]

Brzina nastajanja produkta, v(P), jednaka je promjeni koncentracije produkta u nekome vremenskom intervalu:

[latex]\mathit{v}\left(P\right)=\frac{\Delta \mathit{c}\left(P\right)}{\Delta \mathit{t}}[/latex]

Podijelimo li brzinu trošenja reaktanta ili brzinu nastajanja produkta s odgovarajućom pozitivnom vrijednošću stehiometrijskog broja ponovo se dobije vrijednost brzine kemijske reakcije.

Brzina kemijske reakcije opisuje napredovanje kemijske reakcije s vremenom.

U kemijskim reakcijama dolazi do pretvorbe reaktanata u produkte. Koliko će nastati produkata i koliko će reagirati reaktanata, može se izraziti i dosegom reakcije.

[latex]\mathit{v}=\frac{\Delta \mathit{\xi }}{\Delta \mathit{t}}[/latex]

ZADATAK:

Jednadžba termičkoga razlaganja dušikova(IV) oksida, NO₂, jest sljedeća:

[latex]\ce{2NO_2(g) -> 2NO(g) + O_2(g)}[/latex]

U posudi volumena 200 mL pri temperaturi 300 °C na početku je bilo 0,092 g dušikova(IV) oksida, a nakon trideset sekundi 0,079 g. Izračunajte prosječnu brzinu reakcije s obzirom na dušikov(IV) oksid.

ZADANO JE:

V= 200 mL

m₁(NO₂)= 0,092 g

m₂(NO₂)= 0,079 g

t= 30 s

TRAŽI SE:

v(NO₂)= ?

IZRADAK:

Prvo je potrebno izračunati početnu i konačnu koncentraciju dušikova(IV) oksida.

c₁(NO₂) = n/V = m₁/V ⋅ M(NO₂) = 0,092 g/0,2 L ⋅ 46 g mol⁻¹= 0,010 mol L⁻¹

c₂(NO₂) = n/V = m₂/V ⋅ M(NO₂) = 0,079 g/0,2 L ⋅ 46 g mol⁻¹= 8,6 × 10⁻³ mol L⁻¹

Potom se izračuna prosječna brzina reakcije s obzirom na dušikov(IV) oksid:

v(NO₂) = −1/2 ⋅ Δc(NO₂)/Δt = −1/2 ⋅ c₂(NO₂)−c₁(NO₂)/Δt

v(NO₂) = −1/2 ⋅ 8,6 × 10⁻³ mol L⁻¹ − 0,010 mol L⁻¹/30 s = 2,4 × 10⁻⁵ mol L⁻¹ s⁻¹

ODGOVOR:

Prosječna brzina reakcije s obzirom na dušikov(IV) oksid je 2,4 × 10⁻⁵ mol L⁻¹ s⁻¹.