Kjemisk kinetikk Definisjon i kjemi

Forstå kjemisk kinetikk og reaksjonshastighet

Kjemisk kinetikk hjelper til med å forklare hvorfor økende kollisjoner mellom molekyler øker den kjemiske reaksjonshastigheten. Don Farrall/Getty Images

Kjemisk kinetikk er studiet av kjemiske prosesser og reaksjonshastigheter . Dette inkluderer analyse av forhold som påvirker hastigheten til en kjemisk reaksjon , forstå reaksjonsmekanismer og overgangstilstander, og danne matematiske modeller for å forutsi og beskrive en kjemisk reaksjon. Hastigheten til en kjemisk reaksjon har vanligvis enheter av sek^-1Kinetikkeksperimenter kan imidlertid strekke seg over flere minutter, timer eller til og med dager.

Også kjent som

Kjemisk kinetikk kan også kalles reaksjonskinetikk eller ganske enkelt 'kinetikk.'

Kjemisk kinetikkhistorie

Feltet kjemisk kinetikk utviklet seg fra massehandlingsloven, formulert i 1864 av Peter Waage og Cato Guldberg. Loven om massevirkning sier at hastigheten på en kjemisk reaksjon er proporsjonal med mengden reaktanter. Jacobus van't Hoff studerte kjemisk dynamikk. Hans publikasjon 'Etudes de dynamique chimique' fra 1884 førte til Nobelprisen i kjemi i 1901 (som var det første året Nobelprisen ble tildelt). Noen kjemiske reaksjoner kan innebære komplisert kinetikk, men de grunnleggende prinsippene for kinetikk læres i generelle kjemitimer på videregående skole og høyskoler.

Viktige ting: Kjemisk kinetikk

• Kjemisk kinetikk eller reaksjonskinetikk er den vitenskapelige studien av hastigheten på kjemiske reaksjoner. Dette inkluderer utvikling av matematisk modell for å beskrive reaksjonshastigheten og en analyse av faktorene som påvirker reaksjonsmekanismene.
• Peter Waage og Cato Guldberg er kreditert for å være banebrytende innen kjemisk kinetikk ved å beskrive loven om massehandling. Loven om massehandling sier at hastigheten på en reaksjon er proporsjonal med mengden av reaktanter.
• Faktorer som påvirker hastigheten på en reaksjon inkluderer konsentrasjon av reaktanter og andre arter, overflateareal, arten av reaktantene, temperatur, katalysatorer, trykk, om det er lys og den fysiske tilstanden til reaktantene.

Satslover og satskonstanter

Eksperimentelle data brukes til å finne reaksjonshastigheter, fra hvilke hastighetslover og kjemiske kinetikkhastighetskonstanter er utledet ved å anvende loven om massevirkning. Hastighetslover tillater enkle beregninger for nullordensreaksjoner, førsteordensreaksjoner og andre ordens reaksjoner .

• Hastigheten til en null-ordens reaksjon er konstant og uavhengig av konsentrasjonen av reaktanter.
  rate = k
• Hastigheten til en førsteordens reaksjon er proporsjonal med konsentrasjonen av en reaktant:
  rate = k[A]
• Hastigheten til en andreordens reaksjon har en hastighet proporsjonal med kvadratet av konsentrasjonen av en enkelt reaktant ellers produktet av konsentrasjonen av to reaktanter.
  rate = k[A]^toeller k[A][B]

Hastighetslover for individuelle trinn må kombineres for å utlede lover for mer komplekse kjemiske reaksjoner. For disse reaksjonene:

• Det er et hastighetsbestemmende trinn som begrenser kinetikken.
• Arrhenius-ligningen og Eyring-ligningen kan brukes til å eksperimentelt bestemme aktiveringsenergi.
• Steady-state-tilnærminger kan brukes for å forenkle satsloven.

Faktorer som påvirker kjemisk reaksjonshastighet

Kjemisk kinetikk forutsier at hastigheten på en kjemisk reaksjon vil økes av faktorer som øker den kinetiske energien til reaktanter (opp til et punkt), noe som fører til økt sannsynlighet for at reaktantene vil samhandle med hverandre. Tilsvarende kan faktorer som reduserer sjansen for at reaktanter kolliderer med hverandre forventes å senke reaksjonshastigheten. De viktigste faktorene som påvirker reaksjonshastigheten er:

konsentrasjon av reaktanter(økende konsentrasjon øker reaksjonshastigheten) temperatur(økende temperatur øker reaksjonshastigheten opp til et punkt) tilstedeværelse av katalysatorer( katalysatorer tilby en reaksjon en mekanisme som krever en lavere aktiveringsenergi , så tilstedeværelsen av en katalysator øker reaksjonshastigheten) fysisk tilstand av reaktanter(reaktanter i samme fase kan komme i kontakt via termisk virkning, men overflateareal og agitasjon påvirker reaksjoner mellom reaktanter i ulike faser) press(for reaksjoner som involverer gasser, øker trykket kollisjonene mellom reaktanter, øker reaksjonshastigheten)

Merk at selv om kjemisk kinetikk kan forutsi hastigheten på en kjemisk reaksjon, bestemmer den ikke i hvilken grad reaksjonen skjer. Termodynamikk brukes til å forutsi likevekt.

Kilder

• Espenson, J.H. (2002). Kjemisk kinetikk og reaksjonsmekanismer (2. utgave). McGraw-Hill. ISBN 0-07-288362-6.
• Guldberg, C. M.; Waage, P. (1864). 'Studier angående tilhørighet' Forhandlinger i Vitenskapsforeningen i Christiania
• Gorban, A.N.; Yablonsky. G.S. (2015). Tre bølger av kjemisk dynamikk. Matematisk modellering av naturfenomener 10(5).
• Laidler, K.J. (1987). Kjemisk kinetikk (3. utgave). Harper og Row. ISBN 0-06-043862-2.
• Steinfeld J.I., Francisco J.S.; Hase W.L. (1999). Kjemisk kinetikk og dynamikk (2. utgave). Prentice-Hall. ISBN 0-13-737123-3.