Kemisk kinetik er studiet af kemiske processer og reaktionshastigheder. Dette inkluderer analyse af forhold, der påvirker hastigheden af a kemisk reaktionforstå forståelse af reaktionsmekanismer og overgangstilstande og dannelse af matematiske modeller til at forudsige og beskrive en kemisk reaktion. Hastigheden for en kemisk reaktion har normalt enheder af sek-1dog kan kinetiske eksperimenter spænde over flere minutter, timer eller endda dage.
Også kendt som
Kemisk kinetik kan også kaldes reaktionskinetik eller blot "kinetik."
Kemisk kinetik historie
Området kemisk kinetik udviklet ud fra masseaktivitetsloven, formuleret i 1864 af Peter Waage og Cato Guldberg. Loven om masseaktion angiver, at hastigheden af en kemisk reaktion er proportional med mængden af reaktanter. Jacobus van't Hoff studerede kemisk dynamik. Hans publikation fra 1884 "Etudes de dynamique chimique" førte til Nobelprisen i kemi i 1901 (som var det første år, Nobelprisen blev tildelt). Nogle kemiske reaktioner kan involvere kompliceret kinetik, men de grundlæggende principper for kinetik læres i gymnasiet og universitetets generelle kemiundervisning.
Key takeaways: Chemical Kinetics
- Kemisk kinetik eller reaktionskinetik er den videnskabelige undersøgelse af hastigheden for kemiske reaktioner. Dette inkluderer udvikling af en matematisk model til at beskrive reaktionshastigheden og en analyse af de faktorer, der påvirker reaktionsmekanismer.
- Peter Waage og Cato Guldberg krediteres for at være banebrydende inden for kemisk kinetik ved at beskrive masseaktionens lov. Loven om masseaktion angiver, at reaktionens hastighed er proportional med mængden af reaktanter.
- Faktorer, der påvirker reaktionshastigheden, inkluderer koncentration af reaktanter og andre arter, overfladeareal, reaktanternes art, temperatur, katalysatorer, tryk, om der er lys og fysisk tilstand af reaktanter.
Bedøm lover og rate konstanter
Eksperimentelle data bruges til at finde reaktionshastigheder, hvorfra hastighedslove og kemiske kinetikhastighedskonstanter er afledt ved anvendelse af masseaktivitetsloven. Rate-love giver mulighed for enkle beregninger for reaktioner uden nul, første-ordens reaktioner og anden ordens reaktioner.
- Hastigheden af en nul-orden reaktion er konstant og uafhængig af koncentrationen af reaktanter.
rate = k - Hastigheden af en førsteordens reaktion er proportional med koncentrationen af en reaktant:
rate = k [A] - Hastigheden af en anden ordens reaktion har en hastighed, der er proportional med kvadratet af koncentrationen af en enkelt reaktant, ellers produktet af koncentrationen af to reaktanter.
rate = k [A]2 eller k [A] [B]
Rate-love for individuelle trin skal kombineres for at udlede love for mere komplekse kemiske reaktioner. For disse reaktioner:
- Der er et hastighedsbestemmende trin, der begrænser kinetikken.
- Arrhenius-ligningen og Eyring-ligningerne kan bruges til eksperimentelt at bestemme aktiveringsenergi.
- Der kan anvendes tilnærmelsesvis tilnærmelser for at forenkle satsloven.
Faktorer, der påvirker den kemiske reaktionshastighed
Kemisk kinetik forudsiger, at hastigheden for en kemisk reaktion vil blive øget af faktorer, der øger den kinetiske energi i reaktanter (op til et punkt), hvilket fører til øget sandsynlighed for, at reaktanterne vil interagere med hinanden. Tilsvarende kan faktorer, der mindsker risikoen for, at reaktanter kolliderer med hinanden, forventes at sænke reaktionshastigheden. De vigtigste faktorer, der påvirker reaktionshastigheden, er:
- koncentration af reaktanter (stigende koncentration øger reaktionshastigheden)
- temperatur (stigende temperatur øger reaktionshastigheden op til et punkt)
- tilstedeværelse af katalysatorer (katalysatorer tilbyde en reaktion en mekanisme, der kræver en lavere aktiveringsenergi, så tilstedeværelsen af en katalysator øger reaktionshastigheden)
- reaktanters fysiske tilstand (reaktanter i samme fase kan komme i kontakt via termisk virkning, men overfladeareal og omrøring påvirker reaktioner mellem reaktanter i forskellige faser)
- tryk (ved reaktioner, der involverer gasser, øger trykket øger kollisionerne mellem reaktanter, øger reaktionshastigheden)
Bemærk, at selvom kemisk kinetik kan forudsige hastigheden af en kemisk reaktion, bestemmer den ikke, i hvor høj grad reaktionen finder sted. Termodynamik bruges til at forudsige ligevægt.
Kilder
- Espenson, J.H. (2002). Kemiske kinetik og reaktionsmekanismer (2. udgave). McGraw-Hill. ISBN 0-07-288362-6.
- Guldberg, C. M.; Waage, P. (1864). "Undersøgelser vedrørende affinitet" Forhandler i Videnskabs-Selskabet i Christiania
- Gorban, A. N.; Yablonsky. G. S. (2015). Tre bølger med kemisk dynamik. Matematisk modellering af naturlige fænomener 10(5).
- Laidler, K. J. (1987). Kemisk kinetik (3. udgave). Harper og række. ISBN 0-06-043862-2.
- Steinfeld J. I., Francisco J. S.; Hase W. L. (1999). Kemisk kinetik og dynamik (2. udgave). Prentice-Hall. ISBN 0-13-737123-3.