Kinetika chemického deja
Zo skúmania stechiometrie chemického deja vyplynulo, že počas chemickej reakcie sa hmotnosť sústavy nemení, čiže celkový počet a druh atómov je pri chemickej reakcii konštantný napr.:
H2 + Cl2 2HCl
Pri tejto chemickej reakcii z dvoch molekúl látok vznikla jedna látka, chlorovodík, ktorý má tiež molekulovú štruktúru. Podstatou uvedenej látkovej premeny je:
• rozrušila sa väzba H – H a Cl – Cl
• vytvorila sa väzba H – Cl
Tento poznatok môžeme zovšeobecniť: Všetky chemické zmeny, ktorým podliehajú reagujúce látky, sú spojené so zmenami chemických väzieb medzi atómami.
Aby medi látkami nastala chemická reakcia, musia byť splnené tieto podmienky:
• reagujúce látky musia tvoriť sústavu, aby medzi ich časticami nastali zrážky
• zrážky medzi časticami musia byť geometricky účinné
• zrážky medzi časticami musia byť energeticky účinné
Na priebech chemických reakcií je potrebný kratší, alebo dlhší čas, podľa charakteru reagujúcich látok a podmienok, v ktorých reakcia prebieha. Niektoré chemické reakcie prebiehajú obrovskou rýchlosťou, takmer okamžite (až 10-10s), napr.: neutralizácia kyseliny zásadou, iné reakcie napríklad reakcia molekulového kyslíka O2 s molekulovým vodíkom H2 prebieha pri obyčajnej teplote tak pomaly, že jej rýchlosť nemožno ani merať. Podrobným skúmaním chemických reakcií sa zistilo, že rýchlosť chemickej reakcie závisí od týchto faktorov:
• koncentrácie reagujúcich látok
• teploty
• katalyzátora
Koncentrácia: Čím väčší je počet častíc v danom objeme, t.j. čím väčšia je ich koncentrácia, tým väčšia je pravdepodobnosť ich zrážky. Keďže pravdepodobnosť zrážky je úmerná súčinu koncentrácií, môžeme pre reakciu syntézy
A + B = AB
Písať, že rýchlosť chemickej reakcie v pri teplote t
vt = kt.
A.B
kde A je koncentrácia látky A
B je koncentrácia látky B
kt je koeficient úmernosti, tzv.: rýchlostná konštanta reakcie pri teplote t
Rýchlosť chemickej reakcie pri danej teplote sa rovná súčinu koncentrácií reagujúcich látok a rýchlostnej konštanty.
Teplota: Má rozhodujúci vplyv na rýchlosť priebehu chemickej reakcie.
Experimentálne sa zistilo, že zvýšenie teploty o 10C spôsobuje zvýšenie rýchlosti chemickej reakcie približne 2 až 4 razy. To znamená, že ak zohrejeme reagujúce látky napr.: z 0C na 100C, vzrastie rýchlosť chemickej reakcie približne 59 000 ráz.
Pretože zväčšenie počtu zrážok pri tomto zvýšení teploty sa podľa kinetickej teórie zväčšuje približne 1,2 razy je zrejmé, že toto obrovské zvýšenie rýchlosti chemickej reakcie súvisí so vzrastom energeticky účinných zrážok.
Energia potrebná na aktiváciu častíc, sa nazýva aktivačná energia. Hodnota aktivačnej energie je zahrnutá v hodnote rýchlostnej konštanty.
Aktivačná energia môže byť pri jednotlivých reakciách veľmi rozdielna a je základným faktorom, určujúcim rýchlosť chemickej reakcie.
Katalyzátor: Vplyv katalyzátora na rýchlosť chemickej reakcie sa vysvetľuje znížením aktivačnej energie reakcie, ktorú sprevádza zmena reakčného mechanizmu. Katalyzátory sú látky, ktoré urýchľujú priebeh chemickej reakcie, reakcie sa síce zúčastňujú, ale po jej priebehu zostávajú chemicky nezmenené.
Katalytické účinky látok sa zistili experimentálne. Tieto účinky sú špecifické, takže látka, pôsobiaca ako katalyzátor v jednej reakcii, môže byť pri inej reakcii katalyticky neúčinná.
A + K AK + B AB + K.
|
