Brzina Hemijske Reakcije

Brzina hemijske reakcije je jedan od osnovnih pojmova hemijske kinetike.

On se koristi za izražavanje količine reaktanta koja se troši u jedinici vremena, ili za količinu produkta koji nastaje u jedinici vremena.O brzini kemijske reakcije ovisi količina produkata.

Brzinu hemijske reakcije kao promenu koncentracije u jedinici vremena (diferencijal koncentracije po vremenu), moguće je prikazati bilo preko brzine formiranja produkata ili preko brzine utroška reaktanata. Ako se iz reaktanata A i B formira produkt C, reakcija će biti prikazana jednačinom

pri čemu će brzine biti povezane sledećom relacijom

gde su dnA, dnB, dnC promene broja molova komponenata A, B i C u momentu t u zapremini V. Brzina utroška reaktanata po važećoj konvenciji obeležava se znakom minus (-), a brzina nastajanja produkta znakom plus (+). Pošto predstavlja promenu koncentracije, gornja jednačina se obično piše u obliku

gde su dCA, dCB, dCC promene koncentracije komponenata ove hemijske reakcije.

Dimenzija brzine hemijske reakcije je mol/dm3s.

U najopštijem slučaju, kada imamo reakciju u kojoj α molova supstance A reaguje sa β molova supstance B i daje γ molova supstance C i δ molova supstance D,

brzine nestanka reaktanata i nastanka produkata izražavaju se kao

gde su α, β, γ i δ stehiometrijski koeficijenti.

Uvod

Hemijska reakcija se odigrava kada se reaktanti (molekuli) sudare. Pri tome dolazi do odgovarajućih interakcija koje dovode do raskidanja postojećih i/ili uspostavljanja novih veza između reaktanata. Minimalna energija koju treba da ima jedan mol reaktanta da bi sudar bio uspešan odnosno da bi došlo do hemijske reakcije, predstavnja energiju aktivacije (Brzina Hemijske Reakcije ). Što je energija aktivacije veća, broj reaktanata koji je poseduju je manji, a samim tim manji je i broj uspešnih sudara u jedinici vremena, pa je manja i brzina hemijske reakcije. Za hemijsku reakciju prikazanu jednačinom

    Brzina Hemijske Reakcije 

gde je R oznaka za reaktante a P za produkte reakcije, a Brzina Hemijske Reakcije  i Brzina Hemijske Reakcije  stehiometrijski koeficijenti za reaktant i produkt respektivno, srednja brzina priraštaja koncentracije reaktanata Brzina Hemijske Reakcije  predstavlja priraštaj koncentracije reaktanata (Brzina Hemijske Reakcije ) u odabranom intervalu vremena odigravanja reakcije (Brzina Hemijske Reakcije ). Srednja brzina se može predstaviti relacijom

    Brzina Hemijske Reakcije 

Identična relacija važi i za srednju brzinu priraštaja koncentracije proizvoda reakcije Brzina Hemijske Reakcije  gde Brzina Hemijske Reakcije  predstavlja priraštaj koncentracije proizvoda u datom intervalu vremena Brzina Hemijske Reakcije . S obzirom na to da se tokom reakcije smanjuju koncentracije reaktanata a rastu koncentracije proizvoda, priraštaj koncentracije reaktanata će biti negativan a produkata pozitivan. Srednja brzina reakcije Brzina Hemijske Reakcije  u datom intervalu Brzina Hemijske Reakcije  proporcionalna je srednjoj brzini priraštaja koncentracije bilo kog reaktanta ili proizvoda reakcije. Faktor proporcionalnosti je stehiometrijski koeficijent posmatranog reaktanta ili proizvoda reakcije. Iz gornje jednačine sledi da će srednja brzina biti

    Brzina Hemijske Reakcije 

Srednja brzina hemijske reakcije nije veličina koja se može eksperimentalno direktno meriti. Ona se izračunava tako što se u određenim intervalima vremena određuje koncentracija (Brzina Hemijske Reakcije ) reaktanta ili nastalog proizvoda. Na osnovu tih eksperimentalnih podataka crta se kriva koja pokazuje kako sa vremenom (Brzina Hemijske Reakcije ) opada koncentracija reaktanata i raste koncentracija proizvoda reakcije. U odabranim intervalima vremena zatim se iz dijagrama određuje priraštaj koncentracije i izračunava srednja brzina reakcije u posmatranom intervalu vremena.

Ako se interval vremena u kome se određuje priraštaj koncentracije odabere tako da bude jako mali, da se može smatrati da teži nuli, i ako i priraštaj koncentracije teži nuli, tada će količnik Brzina Hemijske Reakcije  predstavljati brzinu hemijske reakcije u trenutku Brzina Hemijske Reakcije  odnosno trenutnu brzinu reakcije. Na krivoj, na dijagramu Brzina Hemijske Reakcije , ovaj količnik odgovara nagibu tangente u određenoj tački Brzina Hemijske Reakcije , pa je trenutna brzina je brzina za datu koncentraciju reaktanta

    Brzina Hemijske Reakcije 

Srednja brzina reakcije opada sa vremenom zbog smanjenja koncentracije reaktanta. Najveća je na početku reakcije i sve je manja što je proteklo više vremena od početka reakcije.

U kinetičkom sistemu mogu se definisati različite brzine:

  • Početna brzina: u trenutku Brzina Hemijske Reakcije  Brzina Hemijske Reakcije , Brzina Hemijske Reakcije , Brzina Hemijske Reakcije 
  • Brzina po komponenti reakcionog sistema: Brzina Hemijske Reakcije  Brzina Hemijske Reakcije , Brzina Hemijske Reakcije , Brzina Hemijske Reakcije 
  • Brzina pojedinačnog stupnja: Brzina Hemijske Reakcije , Brzina Hemijske Reakcije , Brzina Hemijske Reakcije ...

Reakcija Brzina Hemijske Reakcije  odigrava se u dva stupnja:

  1. Brzina Hemijske Reakcije 
  2. Brzina Hemijske Reakcije 

Brzine po stupnjevima će biti:

  1. Brzina Hemijske Reakcije 
  2. Brzina Hemijske Reakcije 

Brzine po reaktantima su:

    Brzina Hemijske Reakcije 

Svaki stupanj ima svoju energiju aktivacije, svoju konstantu brzine i svoju brzinu.

Reakcija Brzina Hemijske Reakcije  se može odvijati u nekoliko stupnjeva:

  1. Brzina Hemijske Reakcije 
  2. Brzina Hemijske Reakcije 
  3. Brzina Hemijske Reakcije 

Ovi stupnjevi predstavljaju mehanizam reakcije. Iz mehanizma reakcije vidi se da se odvija u tri stupnja i da ima intermedijere Brzina Hemijske Reakcije  i Brzina Hemijske Reakcije . Reaktanti su Brzina Hemijske Reakcije  i Brzina Hemijske Reakcije  a produkti reakcije Brzina Hemijske Reakcije  i Brzina Hemijske Reakcije .

Stehiometrija može biti zavisna ili nezavisna od vremena. Ukoliko je stehiometrija zavisna od vremena koncentracije intermedijera nisu zanemarljive. U toku reakcije intermedijeri nastaju, njihova koncentracija raste a zatim se tokom vremena troše. Zbir koncentracije reaktanata nije u svakom trenutku jednak zbiru koncentracija produkata. U ravnoteži kada se reakcija završi, koncentracija intermedijera je bliska nuli pa važi stehiometrijska relacija

    Brzina Hemijske Reakcije 

Ukoliko je stehiometrija vremenski nezavisna koncentracije intermedijera su jako male, tako da se mogu zanemariti.

Brzina složene reakcije

Gotovo svaka hemijska promena odvija se preko nekoliko elementarnih stupnjeva. Sveukupnost stupnjeva kojima se predstavlja jedan hemijski proces naziva se mehanizam ili kinetička shema hemijskog procesa. Tako hemijska reakcija

    Brzina Hemijske Reakcije 

ima mehanizam od tri elementarna stupnja:

  1. Brzina Hemijske Reakcije ; Brzina Hemijske Reakcije  (brz)
  2. Brzina Hemijske Reakcije ; Brzina Hemijske Reakcije  (spor)
  3. Brzina Hemijske Reakcije ; Brzina Hemijske Reakcije  (brz).

Svaki stupanj ima svoju brzinu koju karakteriše odgovarajuća konstanta brzine. Ali ukupan proces se takođe odvija nekom brzinom, što se može predstaviti empirijskom jednačinom oblika

    Brzina Hemijske Reakcije 

Zahvaljujući razlici između konstanti pojedinačnih stupnjeva, moguće je da jedan stupanj određuje ukupnu brzinu procesa. Ako je jedan stupanj sporiji od drugih, brzina je određena brzinom tog najsporijeg stupnja. Najsporiji stupanj se naziva odlučujućim stupnjem. Drugi stupanj mehanizma date reakcije odigrava se sporo dok se prvi i treći odvijaju veoma brzo. Konstanta brzine drugog stupnja Brzina Hemijske Reakcije  je manja od konstanti Brzina Hemijske Reakcije  i Brzina Hemijske Reakcije . Stoga će drugi stupanj biti odlučujući i određivaće ukupnu brzinu procesa.

Ako se proces odvija preko niza stupnjeva koji slede jedan za drugim, ukupnu brzinu procesa određuje onaj koji se odvija najmanjom brzinom, najsporiji stupanj. Ako se proces odvija tako da ima više stupnjeva koji se odvijaju paralelno tada najbrži stupanj određuje ukupnu brzinu procesa:

    Brzina Hemijske Reakcije 

ali pošto je

    Brzina Hemijske Reakcije 

tada je

    Brzina Hemijske Reakcije 

pa je ukupna brzina procesa

    Brzina Hemijske Reakcije 

Ukupna brzina procesa zavisiće od koncentracije reaktanata i međusobnog odnosa konstanti brzina Brzina Hemijske Reakcije , Brzina Hemijske Reakcije , Brzina Hemijske Reakcije  reakcija u kojima učestvuje intermedijer, jer će njegova trenutna koncentracija zavisiti od svih reakcija u kojima učestvuje. Najveći broj hemijskih procesa ima vremenski promenjivu stehiometriju.

Zakon brzine reakcije

U opštem slučaju u kome u nekom procesu učestvuje više reaktanata, a proces se odvija po mehanizmu koji se ne zna a koji se može prikazati sledećom stehiometrijskom jednačinom

    Brzina Hemijske Reakcije 

Brzina hemijske reakcije može se izraziti empirijskom jednačinom

    Brzina Hemijske Reakcije 

gde je Brzina Hemijske Reakcije  konstanta brzine reakcije, Brzina Hemijske Reakcije  red reakcije, Brzina Hemijske Reakcije  je red reakcije za reaktant A, a Brzina Hemijske Reakcije  je red reakcije za reaktant V. Red reakcije može biti ceo broj Brzina Hemijske Reakcije  ili razlomak 1/2, 3/2,... U najopštijem slučaju stehiometrijski koeficijenti ne predstavljaju red reakcije u odnosu na pojedinačni reaktant.

Zakon brzine predstavlja opšti matematički model pomoću koga se opisuje ishod odigravanja neke hemijske reakcije na osnovu promena koncentracije reaktanata i proizvoda reakcije u određenim intervalima vremena. Zakon brzine se eksperimentalno određuje. On ne pruža informacije o promenama koje se dešavaju između pojedinačnih reaktanata, već o ukupnom ishodu svih pojedinačnih interakcija koji se manifestuje odigravanjem posmatrane hemijske reakcije. Svaka pojedinačna promena do koje dolazi usled interakcije reaktanata predstavlja stupanj hemijske reakcije. Retko se događa da se hemijska reakcija prikazana odgovarajućom hemijskom jednačinom, odigrava u jednom stupnju, tako da se samo jednom elementarnom reakcijom reaktanti direktno prevode u proizvod. Većina hemijskih reakcija se odigrava u više stupnjeva. Stupanj u kome nema intermedijera naziva se elementarni stupanj.

Molekularnost Elementarni stupanj Zakon brzina
monomolekulska reakcija A → produkt Brzina Hemijske Reakcije 
bimolekulska reakcija A + A→ produkt Brzina Hemijske Reakcije 
bimolekulska reakcija A + B → produkt Brzina Hemijske Reakcije 
trimolekulska reakcija A + A + A → produkt Brzina Hemijske Reakcije 
trimolekulska reakcija A + 2B → produkt Brzina Hemijske Reakcije 
trimolekulska reakcija A + B + C → produkt Brzina Hemijske Reakcije 

Kinetički uslov jednakosti brzina reagovanja

Postoje uslovi kada se brzine utroška reaktanata mogu izjednačiti:

    Brzina Hemijske Reakcije 

Brzina reakcije Brzina Hemijske Reakcije  može se posmatrati u dva, za kinetiku jako važna granična slučaja.

Prvi kinetički uslov — jednakost početnih koncentracija: Brzina Hemijske Reakcije . Izraz za brzinu reakcije kada su početne koncentracije reaktanata jednake je

    Brzina Hemijske Reakcije 

gde je Brzina Hemijske Reakcije  ukupan red reakcije.

Drugi kinetički uslov — jedan od reaktanata je u velikom višku: Brzina Hemijske Reakcije . Brzina reakcije je data izrazom

    Brzina Hemijske Reakcije 

gde je Brzina Hemijske Reakcije . Reakcija je pseudo Brzina Hemijske Reakcije -tog reda u odnosu na reaktant A.

Empirijska kinetička jednačina ovog oblika je polazna jednačina u razmatranju nepoznatog kinetičkog sistema. Prateći zavisnost koncentracija sa vremenom prvo se određuje red reakcije (Brzina Hemijske Reakcije ) u odnosu na jednu komponentu reakcionog sistema, a zatim i ukupan red reakcije Brzina Hemijske Reakcije .

Faktori koji utiču na brzinu reakcije

Brzina hemijske reakcije zavisi od prirode reaktanata, koncentracije reaktanata, temperature, prisustva katalizatora, površine čvrstog reaktanta i u nekim slučajevima od svetlosti ili drugih vrsta zračenja koje deluju na reaktivni sistem.

Uticaj koncentracije na brzinu reakcije

Brzina hemijske reakcije uvek zavisi od trenutne koncentracije reaktanata. Koncentracija reaktanta opada sa vremenom, tako da se i brzina menja, najveća je na početku reakcije, a kako reakcija teče brzina je sve manja. Na osnovu praćenja promene koncentracije reaktanta tokom vremena, može se nacrtati grafik zavistosti Brzina Hemijske Reakcije  pomoću koga se određuje početna brzina reaktanta Brzina Hemijske Reakcije , tj. brzina u trenutku započinjanja reakcije. Određivanjem početnih brzina reakcije za različite početne koncentracije datog reaktanta, može se zaključiti da početne brzine reakcije, pa prema tome i brzine reakcije u ma kom trenutku vremena na različit način zavise od koncentracija reaktanata. Za svaku hemijsku reakciju mora se eksperimentalno odrediti jednačina koja opisuje zavisnost brzine reakcije od koncentracije reaktanata. Brzina reakcije može biti proporcionalna koncentraciji, kvadratu koncentracije, kvadratnom korenu koncentracije reaktanata.

    Brzina Hemijske Reakcije 
    Brzina Hemijske Reakcije 
    Brzina Hemijske Reakcije 

Brzina reakcije je proporciona trenutnoj koncentraciji rektanta.

    Brzina Hemijske Reakcije 
    Brzina Hemijske Reakcije 
    Brzina Hemijske Reakcije 

Brzina hemijske reakcije je proporcionalna kvadratu trenutnih koncentracija reaktanata.

Uticaj temperature na brzinu hemijske reakcije

Eksperimentalno je utvrđeno da brzina hemijske reakcije zavisi od temperature. U zakonu brzine hemijske reakcije, ta zavisnost je izražena preko konstante brzine reakcije čija vrednost zavisi od temperature. Zavisnost konstante brzine od temperature data je Arenijusovom jednačinom

    Brzina Hemijske Reakcije 

gde je

  • R — univerzalna gasna konstanta (R = 8,314 J/K·mol)
  • A — predeksponencijalni faktor
  • Ea — energija aktivacije (J·mol-1)
  • T — temperatura (K).

Logaritmovanjem Arenijusove jednačine dobija se izraz

    Brzina Hemijske Reakcije 

Crtanjem dijagrama na kome se na ordinatu nanose vrednosti Brzina Hemijske Reakcije  a na apscisu vrednosti Brzina Hemijske Reakcije  određuje se nagib prave i vrednost energije aktivacije iz nje.

    Brzina Hemijske Reakcije 

Pošto je zavisnost Brzina Hemijske Reakcije  od Brzina Hemijske Reakcije  linearna, energija aktivacije je konstantna i na zavisi od temperature. Na osnovu Arenijusove jednačine može se zaključiti da vrednost konstante brzine raste eksponencijalno sa porastom temperature. Prema tome, sa porastom temperature raste i brzina hemijske reakcije.

Uticaj katalizatora na brzinu reakcije

Brzina neke hemijske reakcije može se povećati ako se u reakcioni sistem unese pogodan katalizator. Katalizatori su supstance koje menjaju mehanizam odigravanja reakcija. Jedan od načina da dođe do promene mehanizma neke hemijske reakcije je da katalizator stupi u reakciju sa reaktantom i da tako nastane međuproizvod. Međuproizvod se dalje može raspasti na katalizator i proizvod reakcije ili reagovati sa drugim reaktantom dajući finalni proizvod hemijske reakcije. U prisustvu katalizatora najsporija elementarna reakcija ima manju energiju aktivacije od elementarne reakcije koja određuje brzinu reakcije u odsustvu katalizatora. Na taj način se povećava brzina reakcije, jer veći broj čestica poseduje energiju koja je jednaka ili veća od ove niže vrednosti energije aktivacije potrebne za odigravanje reakcije u prisustvu katalizatora. Katalizator se tokom reakcije ne menja, a dovoljne su jako male količine katalizatora da bi se ubrzala reakcija. S obzirom na to da katalizator utiče na mehanizam reakcije, ne postoje univerzalni katalizatori, već za svaku hemijsku reakciju, ili za tip reakcije, postoji specifičan katalizator.

Kada se katalizator nalazi u istoj fazi kao i reaktanti reč je o homogenoj katalizi. Ako je katalizator čvrstoj, a reaktanti u tečnoj ili gasivotoj fazi, onda je reč o heterogenoj katalizi. Supstance koje intenzivno adsorbuju na površini čvrstih katalizatora ili nepovratno reaguju sa katalizatorom i na taj način onemogućiju njegovo kataličko dejstvo, nazivaju se kataličkim otrovima.

Uticaj površine čvrstih reaktanata na brzinu reakcije

Hemijska reakcija se može odigrati samo ako se čestice reaktanata sudare. Haotično kretanje ogromnog broja čestica u gasovitoj fazi i rastvorima omogućuje veliki broj sudara u jedinici vremena, tako da su reakcije u većini slučajeva brze. Ako se reakcija odigrava između čestica na granici faza, takva reakcija se naziva heterogena reakcija. Broj sudara između čestica, a samim tim i brzina heterogene reakcije, u ovom slučaju zavisi od površine dodira granice faza. Površina čvrste supstance raste sa porastom stepena usitnjenosti (disperznosti). Zato se smanjenjem dimenzija makroskopskih čestica čvrste supstance, zbog porasta površine dodira između različitih faza može povećati brzina reakcije.

Hemijska ravnoteža

Po zakonu o dejstvu masa, koji su dali Guldberg i Vag, brzina homogene hemijske reakcije srazmerna je aktivnim masama reagujućih supstanci, odnosno koncentraciji svake vrste podignutoj na stepen broja molekula koji učestvuju u reakciji, pri čemu se uzima da je koncentracija supstance u rastvoru ili u gasnoj fazi merilo njene aktivne mase. Koeficijent srazmernosti, koji su Guldberg i Vag nazvali koeficijentom brzine, je konstanta brzine hemijske reakcije.

U najopštijem slučaju povratnu jednačinu možemo napisati u kao

    Brzina Hemijske Reakcije 

Brzina prve reakcije će biti data izrazom

    Brzina Hemijske Reakcije 

a brzina druge, povratne reakcije je

    Brzina Hemijske Reakcije 

gde su Brzina Hemijske Reakcije  trenutne koncentracije komponenata ovog sistema, a Brzina Hemijske Reakcije  su konstante brzine date reakcije.

U momentu uspostavljanja ravnoteže brzine će biti jednake (Brzina Hemijske Reakcije ), pa je

    Brzina Hemijske Reakcije 

gde Brzina Hemijske Reakcije  predstavljaju ravnotežne koncentracije komponenata.

    Brzina Hemijske Reakcije 

Odnos proizvoda ravnotežnih koncentracija produkata i reaktanata, podignut na odgovarajuće stepene, jednak je odnosu konstanti brzina Brzina Hemijske Reakcije , odnosno konstanti ravnoteže Brzina Hemijske Reakcije . Konstanta ravnoteže ne zavisi od koncentracije reaktanata, već samo od odnosa konstanti brzina Brzina Hemijske Reakcije  i Brzina Hemijske Reakcije . Povećanje koncentracije reaktanata će povećati samo brzinu odgovarajuće reakcije i njoj povratne reakcije, dok će konstante Brzina Hemijske Reakcije , Brzina Hemijske Reakcije  i Brzina Hemijske Reakcije  ostati konstantne. Brzina svakog pojedinačnog stupnja je saglasno zakonu o dejstvu masa, srazmerna trenutnim koncentracijama reagujućih vrsta.

Vidi još

Literatura

Spoljašnje veze

Tags:

Brzina Hemijske Reakcije UvodBrzina Hemijske Reakcije Brzina složene reakcijeBrzina Hemijske Reakcije Zakon brzine reakcijeBrzina Hemijske Reakcije Kinetički uslov jednakosti brzina reagovanjaBrzina Hemijske Reakcije Faktori koji utiču na brzinu reakcijeBrzina Hemijske Reakcije Hemijska ravnotežaBrzina Hemijske Reakcije Vidi jošBrzina Hemijske Reakcije LiteraturaBrzina Hemijske Reakcije Spoljašnje vezeBrzina Hemijske ReakcijeHemijska kinetika

🔥 Trending searches on Wiki Srpskohrvatski / Српскохрватски:

Sloboda MićalovićLingvistikaGlagoljicaSvetlana Ceca RažnatovićReligija u SrbijiSeppukuPoljskaAstrološki znakoviFluidDruga IntifadaPartenonNemanja VidićGlavna stranicaSrbijaApostoliZlatoDrugi srpski ustanakSeobe (roman)KanadaGastarbajterMahovinaVelika seoba SrbaKiseonikCar JapanaProljećeGentamicinPenetracijaRatovi u bivšoj JugoslavijiBalkanski ratoviSufizamTamjanRaspad Jugoslavije.jePokondirena tikvaDNKMaratonci trče počasni krugVojislav ŠešeljHercegovinaAutonomni nervni sistemBata ŽivojinovićFeminizamThe Man in the Iron Mask (film, 1998)Bar, Crna GoraBanjani (pleme)Manastir ManasijaLazar HrebeljanovićVuk samotnjakMjerne jediniceNacionalni park TaraDržavaTarik FilipovićNačertanijePrvi srpski ustanakDragana MirkovićKetaminArhimedov zakonNikola KojoKrticeHistorija KosovaNovi BanovciPozdrav sa tri prstaTajvanTemerinPalićLeBron JamesVjekoslav LuburićAristotelSveta PetkaOslićIzraelsko-palestinski sukobOhridsko jezeroGejEkspresionizamIndijanciNew YorkToma ZdravkovićStevan Stojanović MokranjacMilutin Nemanjić🡆 More