Chemickeňé reakcie, kinetika, rovnovéha, termochémia

Chemické reakcie

Chemické reakcie – deje, pri ktorých dochádza k premene reaktantov na produkty
charakteristické znaky – zmena počtu elektrónov
- jadro atómu sa nemení
- počet a druh prvkov sa nemení
energetické zmeny – v reaktantoch : je potrebné energiu dodať na rozbitie pôvodných väzieb
- v produktoch : sa postupne energia uvoľňuje pri vzniku nových väzieb
väzbová energia – je energia, ktorá je potrebná na rozštiepenie väzby (kj/mol)
reakčné teplo – Qm – rozdiel energie uvoľnenej pri vzniku produktoch a energie spotrebovanej pri zániku
reaktantov

Termochémia

Termochémia – vedná disciplína chémie, ktorá skúma tepelné javy pri reakciách
termochemické reakcie – exotermické – reakcie, pri kt. sa tepelná energia uvoľňuje
- energia produktov je menšia ako energia reaktantov
- produkty reakcie majú pevnejšie chem. väzby ako reaktanty
- endotermické – reakcie, pri kt. sa tepelná energia spotrebúva
- energie produktov sú väčšie ako energie reaktantov
- produkty majú dlhšie chem. väzby ako reaktanty
reakčné teplo – zmena entalpie – tepelný obsah latky , Qm = H , H = H produktov + H reaktantov
termochemické rovnice – každá chem. rovnica musí mať zapísané Qm alebo H
skupenské stavy látok – s – pevná latka
l – kvapalná latka
g – plynná latka
a – vodný roztok

Termochemické rovnice
- exotermické rovnice - C (s) + O (g) --- CO (g) H = - 393,5 KJ/mol
C (s) + O (g) --- CO (g) + 393,5 KJ

- endotermické rovnice – CaCO (s) --- CaO (s) + CO (g) H = 178 KJ/mol
CaCO (s) --- CaO (s) + CO (g) – 178 KJ
CaCO (s) + 178 KJ --- CaO (s) + CO (g)

Termochemické zákony
1.TZ – hodnota reakč. tepla priamej a spätnej reakcie je rovnaká a líši sa len znamienkom (Lavoisier, Laplace)
2.TZ – a) reakč.

teplo závisí len od entalpie reaktantov a produktov, nezávisí od spôsobu, akým sa reaktanty
premenia na produkty
b)reakč. teplo výslednej reakcie sa rovná súčtu reakčných tepiel čiastkových reakcii

prečo prebiehajú chem. deje –
1.) snaha každého systému je nadobudnúť stav s minimálnou energiou ( len pre exoterm. r.)
2.) snaha zaujať aj stav s maximálnou neusporiadanosťou
Entropia – neusporiadanosť systému – čím je vyššia hodnota entropie, tým je systém neusporiadanejší


Chemická kinetika

Chemická kinetika – skúma premenu reaktantov na produkty (reakčný mechanizmus)
- rýchlosť premeny reaktantov na produkty
- vplyv faktorov na rýchlosť tejto premeny (teplo, povrch častíc, katalyzátory, koncentrácia)
Zrážková teória – podmienky : zrážka
geometrická účinnosť zrážok
energetická účinnosť zrážok – aktivačna energia – E - minim. energia, kt. musia
mať častice, aby došlo k zrážke a chem reakcii

Teória aktivovaného (prechodného) komplexu – aktivovaný komplex – je nestály
- týka sa energie, je energeticky bohatý
- rozkladá sa na reaktanty alebo
produkty, pričom sa uvoľňuje energia

rýchlosť chemického deja :pomalé reakcie – hnitie dreva, korózia kovov
rýchle reakcie – výbušné, neutralizácie, zrážacie reakcie
výpočet pre rýchlosť chem. deja – zmena koncentrácie reaktantov, alebo produktov za určitý časový interval
rýchlosť chemických reakcií závisí – od počtu efektívnych zrážok častíc v určitom objeme za jednotku času
- čím je pri danej teplote E nižšia, tým je rýchlosť reakcie väčšia

Faktory ovplyvňujúce rýchlosť chemických reakcií
- koncentrácia doposiaľ nezreagovaných reaktantov – Guldberg-Waagov zákon – v = k. c (A).

c (B)
k – závisí od E reakcie a od teploty, ale nezávisí
od koncentrácie reaktantov
- vplyv teploty – zvyšuje sa kinetická energia častíc, (v dôsledku toho)
- zvyšuje sa počet zrážok
- zvyšuje sa počet efektívnych zrážok
- u väčšiny reakcii sa zvýšením teploty o 10 C sa rýchlosť reakcie zdvoj- až štvornásobí
- vplyv katalyzátorov – katalyzátory – sú latky, ktoré usmerňujú rýchlosť dejov
- pozitívne – urýchľujú rýchlosť ch. dejov, znižujú účinnosť E
- inhibítory – spomaľujú rýchlosť ch. dejov, zvyšujú hodnotu E
- katalýzy – homogénna – katalyzátor a reaktanty v rovnakom skupenstve
- heterogénna – katalyzátor a reaktanty v rôznom skupenstve
- veľkosť povrchu častíc – čím väčší povrch, tým rýchlejšia reakcia


Chemická rovnováha

Stav chem. rovnováhy – je vyrovnanie priamej reakcie v a spätnej reakcie v
- rovnovážna konštanta sa rovná podielu súčinu koncentrácii produktov umocnených príslušnými koeficientmi a
súčinu rovnovážnej koncentrácie reaktantov umocnených príslušnými stechiometrickým koeficientom
reakcie – sú obojsmerne a dochádza v nich k stavu chem. rovnováhy
koncentrácie – ( ) – molárne
[ ] - rovnovážne
rovnováha – stav dynamický, môže nastať len v otvorených sústavách

Faktory ovplyvňujúce chemickú rovnováhu
princíp akcie a reakcie (princíp pohyblivej rovnováhy)
- akcia - smer, v kt. sa posunie rovnováha vonkajším vplyvom
- reakcia - odpoveď na akciu
- koncentrácia látok – zväčšenie konc. reaktantov posúva chem. rovnováhu smerom k produktom
- odoberaním produktu (zmenšením jeho konc.) sa posúva rovnováha v smere produktov
- teplota- endotermické ch. r. – ak zvyšujeme T, rovnováha sa posunie v smere produktov, zvýši sa aj hodnota K
- exotermické ch. r. – ak zvyšujeme T, rovnováha sa posunie v smere reaktantov
- tlak – zmena tlaku (objemu) pôsobí len na rovnováhy sústav látok, kde sú reakt. aj produkty v plyn. skupenstve
- zmenšenie tlaku posúva ch. rovnováhu v smere narastania počtu molov plynných látok

Zmeny v zložení rovnovážnej zmesi
AKCIA REAKCIA
pridanie reaktantu zväčšenie koncentrácie produktov
pridanie produktu zväčšenie koncentrácie reaktantov
odoberanie reaktantu zväčšenie koncentrácie produktov
odoberanie produktu zväčšenie koncentrácie reaktantov
zväčšenie tlaku zväčšenie koncentrácie v smere menšieho počtu molov plynných látok
zmenšenie tlaku zväčšenie koncentrácie v smere väčšieho počtu molov plynných látok
zvýšenie teploty zväčšenie koncentrácie látok v smere endotermickej reakcie
zmenšenie teploty zväčšenie koncentrácie látok v smere exotermickej reakcie

Redoxne reakcie – dochádza k výmene elektrónov za súčasnej zmeny ox. čísel
Oxidácia – odovzdávanie e za súčasného zvyšovania hodnoty klad. ox.

čísla
Redukcia – prijímanie e za súčasného znižovania hodnoty ox. čísla
Oxidovadlo – latka schopná prijímať e – redukovať sa
Redukovadlo – latka schopná odovzdávať e – oxidovať sa
čiastkové – konjugovane deje –
- počet odovzdaných a prijatých e sa musí rovnať !

redoxne vlastnosti látok – schopnosť látok oxidovať alebo redukovať sa
- existujú latky, kt. môžu vykazovať aj ox. aj red. účinky. Závisí to od schopnosti reakčného partnera

Oxidovadla – nekovy- F2 , Cl2 , Br2 , I2 , O2 ,
Redukovadla – neušľachtilé kovy – Li, K, Ca, Zn, Na, Al, C, H2

Rovnováha v redoxnom deji
K – závisí od redox. vlastnosti látok a od teploty
Elektrochem. rad napätia kovov – udáva redox. vlastnosti kovov
---Li, K, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Co, Ni, Pb,-(neušľachtilé kovy) H, -Cu, Ag, Hg, Au – (ušľachtilé kovy)
čo môžeme vyčítať z radu kovov
1. kov nachádzajúci sa vľavo od daného kovu je schopný redukovať katión tohto kovu
2. kovy vľavo od vodíka sú neušľachtilé kovy, kt. sú schopne redukovať katión vodíka vo vodnom roztoku
3. kovy vpravo od vodíka sú ušľachtilé kovy, nereagujú so zriedenými kyselinami za vzniku vodíka

Rovnováha v redox. reakciách
Vzťah rovnováhy určuje K, kt. závisí od redox. vlastnosti látok a od teploty
1. ak je rozdiel v redox. vlastnostiach látok veľký, hodnota K bude relatívne vysoká. Rovnováha bude výrazne posunutá v smere produktov
2. ak je rozdiel v redox. schopnostiach menší (ak sú kovy v rade blízko vedľa seba 1-2), K bude nízka a rovnováha nebude výrazne posunutá v smere produktov


Protolytické reakcie – dochádza k odovzdávaniu a prijímaniu protónov (H ) medzi kyselinami a zásadami
Bronstedova teória kyselín a zásad
Kyselina – latka schopná odovzdávať vodíkový protón H
Zásada – latka schopná prijímať vodíkový protón H
- existujú latky, ktoré sa správajú aj ako kyseliny aj ako zásady – amfoterne latky a ich prejav závisí len od
reakčného partnera

Sila kyselín
KHA – disociačná konštanta – udáva silu kyseliny
Silne kyseliny – HCl, HBr, H2SO4, HNO3 – KHA - 10
Stredne silne kyseliny – H3PO4, HCOOH – KHA - 10
Slabé kyseliny - H2S, CH3COOH- KHA - 10.