Čimbenici koji utječu na brzinu kemijske reakcije

Uvjet za odvijanje kemijske reakcije je efektivni sudar čestica tvari (atomi, molekle ili ioni) Pri svakom sudaru čestica međutim ne dolazi do kemijske promjene.

Znači da energija čestica koje se sudaraju premašuje energiju aktivacije, a smjer sudara (položaj) mora biti ispravan (energija potrebna za kemijsku reakciju).

Energija aktivacije

Razlika energija reaktanta i prijelaznog stanja je energijska barijera (energijski prag), odnosno energija koja je potrebna da bi do kemijske reakcije uopće došlo.

Ovu razliku energije nazivamo energijom aktivacije i označujemo s Ea.

Brzina kemijske reakcije ovisi o učestalosti uspješnih sudara (broju sudara u nekom vremenu) i energiji reaktanata.

Čimbenici koji utječu na brzinu kemijske reakcije su:

  • koncentracija reaktanata,
  • temperatura,
  • agregacijsko stanje reaktanata
  • površina reaktanata ako su reaktanti krutine

Shematski prikaz utjecaja temperature, koncentracije reaktanata i površine reaktanata u čvrstom agregacijskom stanju na brzinu kemijske reakcije.

Utjecaj agregacijskog stanja na brzinu kemijske reakcije

Budući su najslabije veze čestica u plinovitim stanju one su najbrže pa to možemo izraziti:

v(g) > v(l) > v(s)

Utjecaj koncentracije na brzinu kemijske reakcije

Što je koncentracija (c) reaktanata veća (>), broj mogućih uspješnih sudara je veći (>).

Prema tome, i reakcija je brža.

Ovisnost brzine kemijske reakcije o koncenraciji reaktanata najbolje je prokazati zakonom brzine

Pojam zakona brzine formulirali su Guldberg i Waage tzv. zakonom o djelovanju masa.

Brzina reakcije proporcionalna je koncentracijama reagirajućih tvari.

Prema tome za navedenu hipotetsku reakciju:

Vrijedi:

k – konstanta brzine kemijske reakcije

Ta se jednadžba zove zakon brzine reakcije.

Brzina reakcije jednaka je umnošku konstante brzine reakcije i množinskih koncentracija reaktanata potenciranih apsolutnim vrijednostima njihovih stehiometrijskih koeficijenata.

Red reakcije

Osim zakona brzine reakcije Guldberg i Waage formulirali su i red reakcije. O mehanizmu kinetike kemijskih reakcija, to jest o putu kojim se odvijaju, ne možemo zaključivati samo na osnovi jednadžbe kemijske reakcije.

Za gore navedenu reakciju red se izračunava zbranjem eksponenata a i b.

Npr. Reakcija 2A + B → C je reakcija 3. reda jer zakon brzine za tu reakciju glasi
v = (A)2 x (B)1 pa je zbroj eksponenata 2 + 1 = 3
Ako koncentraciju reaktanta A povećamo 3 puta brzina kemijske reakcije povećati će se 9 puta prema izrazu v = (3xA)2.

Utjecaj temperature na brzinu kemijske reakcije

Brzina kemijske reakcije (v) raste s porastom temperature.

Općenito, ako se u nekoj reakcijskoj smjesi povisi temperatura za 10°C, brzina se približno udvostruči (·2)

Značajnu primjenu u određivanju brzine kemijskih reakcija kao i za izračunavanje energije aktivacije ima Arrheniusova jednadžba.

$ N_{\mathrm{akt}}=n(\mathrm{plin}) \cdot N_{\mathrm{A}} \cdot \mathrm{e}^{-\frac{E_{\mathrm{a}}}{R T}} $

gdje je:

Nakt – broj čestica koje sposobnih za efektini sudar

Ea – energija aktivacije

R – opća plinska konstanta

T – termodinamička temperatura

NA – Avogadrova konstanta

Grafički prikaz ovisnosti broja molekula i kinetičkih energija pri nižoj i višoj temperaturi

Utjecaj površine reaktanata na brzinu kemijske reakcije

Brzina reakcije (v) veća (>) je što je veća (>) ukupna površina reaktanata u čvrstom agregacijskom stanju.

Utjecaj katalizatora na kemijsku reakciju

Dodatkom katalizatora moguće je postići da se dovoljan broj uspješnih sudara postigne pri nižoj aktivacijskoj energiji u usporedbi s kemijskom reakcijom bez katalizatora.

Djelovanje katalizatora sastoji se u tome da on kratkotrajno reagira s jednim od reaktanata stvarajući nestabilni kompleks.

Nestabilni kompleks zatim prelazi u produkt AB i katalizator koji izlazi iz reakcije kemijski nepromijenjen.

Tijekom reakcije katalizator može biti izložen promjenama, ali na kraju reakcije katalizator mora biti u jednakom stanju (=) kao na početku reakcije.

Ako je na kraju reakcije dodana tvar promijenjena, onda se takvu tvar ne može nazvati katalizatorom.

Katalizator je tvar koja ubrzava pridobivanje produkata jer pokreće kemijsku reakciju u kojoj je dovoljna manja (<) energija aktivacije

Enzimi su biološki katalizatori.

Katalizatori smanjuju energiju aktivacije (Ea).

Time povećavaju brzinu (v) kemijskih reakcija.

Postoje tvari koje povećavaju energiju aktivacije (Ea). Time smanjuju brzinu (v) kemijske reakcije.

Takve tvari nazivaju se inhibitori.

PRIPREME ZA MATURU

Složi svoju kombinaciju i uštedi do

140 eura!

ŠTO ČEKAŠ?

Isprobaj potpuno besplatno!

Registracijom dobivaš besplatan*
pristup dijelu lekcija za svaki predmet.

*Besplatan pristup ne zahtijeva unos kartice.
Online pripreme za maturu i instrukcije za srednju školu. Dostupno 24/7.
© 2023, Gradivo.hr