Garsya/iStock/GettyImages
Kinetik är den gren av fysikalisk kemi som studerar hastigheten för kemiska reaktioner. Däremot berättar termodynamiken oss vilken riktning av reaktionen som gynnas, utan att avslöja dess reaktionshastighet. Vissa reaktioner kan vara termodynamiskt gynnade men kinetiskt ogynnsamma.
Till exempel, vid omvandlingen av diamant till grafit har grafit en lägre fri energi än diamant, så omvandlingen gynnas termodynamiskt. Det finns dock en stor aktiveringsbarriär för diamant att bryta och reformera alla bindningar till den mer stabila grafitkonfigurationen, så denna reaktion är kinetiskt ogynnsam och kommer faktiskt inte att inträffa.
reaktionshastigheten är ett mått på hur snabbt produkterna bildas och reaktanterna förbrukas, så du kan bestämma det genom att mäta förändringen i koncentrationen av produkter eller reaktanter, över en tidsperiod. Tänk på en allmän kemisk reaktion:
aA + bB ———————–> cC + dD
Reaktionshastigheten kan skrivas som:
Modifierad från https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_Physical_and_Theoretical_Chemistry/Kinetics/Reaction_Rates/Experimental_Determination_of_Kinetcs_Preaction_Rates Till exempel reaktionshastigheten för:
2 NO(g) + 2 H2 (g) ———————> N2(g) + 2 H2O(g)
ges av
Anpassad från https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_Physical_and_Theoretical_Chemistry/Kinetics/Reaction_Rates/Experimental_Determination_of_Kinetcs_Preaction_Rates För att bestämma hastigheten för denna reaktion genom experiment kan du mäta koncentrationen av H2 vid olika tidpunkter av reaktionen och rita den mot tiden enligt följande:
Modifierad från https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_Physical_and_Theoretical_Chemistry/Kinetics/Reaction_Rates/Experimental_Determination_of_Kinetcs_Preaction_Rates Modifierad från https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_Physical_and_Theoretical_Chemistry/Kinetics/Reaction_Rates/Experimental_Determination_of_Kinetcs_Preaction_Rates Den genomsnittliga reaktionshastigheten är en approximation av reaktionshastigheten i ett tidsintervall och kan betecknas med:
Ändrad från https://www.chem.purdue.edu/gchelp/howtosolveit/Kinetics/CalculatingRates.html#InitialRate
Den omedelbara reaktionshastigheten definieras som reaktionshastigheten vid något ögonblick i tiden. Det är en differentialhastighet och kan uttryckas med:
Ändrad från https://www.chem.purdue.edu/gchelp/howtosolveit/Kinetics/CalculatingRates.html#InitialRate
Där d[H2]/dt är lutningen för kurvan för koncentration av H2 mot tiden vid tidpunkten t.
Initial reaktionshastighet är den momentana hastigheten i början av reaktionen, när t =0. I detta fall är enheten för genomsnittlig, momentan och initial reaktionshastighet är M/s.
I de flesta fall är reaktionshastigheten beroende av koncentrationen av de olika reaktanterna vid tidpunkten t. Till exempel, i en högre koncentration av alla reaktanter, kolliderar reaktanter oftare och resulterar i en snabbare reaktion. Förhållandet mellan reaktionshastigheten ν(t) och koncentrationerna definieras som hastighetslagen . Och hastighetslagen för den allmänna kemiska reaktionen aA + bB —————> cC + dD är:
Ändrad från https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Ancillary_Materials/Laboratory_Experiments/Wet_Lab_Experiments/General_Chemistry_Labs/Online_Chemistry_Lab_Manual/Chem_12_Experiments/01%3A_Chemical_Initiodal-_R>
Där k är hastighetskonstanten, och potensen x och y är ordningen av reaktionen med avseende på reaktant A och B. Hastighetslagen måste bestämmas experimentellt och kan inte härledas från bara stökiometrin för en balanserad kemisk reaktion.
Taxelagen kan bestämmas genom metoden för initiala kurser . I denna metod utförs experimentet flera gånger, endast ändra koncentrationen av en reaktant för varje körning samtidigt som andra variabler hålls konstanta. Reaktionshastigheten mäts för varje körning för att bestämma ordningen för varje reaktant i hastighetslagen.
Tänk till exempel på följande initialhastighetsdata för reaktionen:
2 NO(g) + 2 H2 (g) ———————> N2(g) + 2 H2O(g)
Anpassad från https://www.chemteam.info/Kinetics/WS-Kinetics-method-of-initial-rates.html
För försök 1 och 3 hålls koncentrationen av NO konstant medan koncentrationen av H2 fördubblas. Som ett resultat av detta fördubblades också den initiala reaktionshastigheten (tänk på det som 21), så du kan dra slutsatsen att y =1. För försök 1 och 2 fördubblas koncentrationen av NO medan koncentrationen av H2 förblir konstant. Resultatet av denna förändring är att den initiala kursen fyrdubblades (tänk på det som 22). Du kan därför dra slutsatsen x =2.
Hastighetslagen för denna reaktion är därför:
Anpassad från https://www.chemteam.info/Kinetics/WS-Kinetics-method-of-initial-rates.html
Och reaktionen är första beställning i H2 och andra ordningen i NEJ.
