Αποτελεσματικές κρούσεις

Transcript

1 Χημική κινητική Πραγματοποίηση μίας αντίδρασης. Θεωρία των ενεργών συγκρούσεων (Arrhenius 1889) - θεωρία της μεταβατικής κατάστασης. Ορισμός ταχύτητας αντίδρασης - μέση και στιγμιαία ταχύτητα. Παράγοντες που επηρεάζουν την ταχύτητα. Νόμος της ταχύτητας ( ποσοτική έκφραση της επίδρασης της συγκέντρωσης ) και πειραματικός προσδιορισμός του. Μελέτη της τάξης και μηχανισμός της αντίδρασης. Καταλύτες θεωρίες για την δράση τους.

2 Αποτελεσματικές κρούσεις Σύμφωνα µε τη θεωρία αυτή, για να πραγματοποιηθεί η αντίδραση πρέπει: Τα σωματίδια των αντιδρώντων να συγκρουστούν αποτελεσματικά. Μία σύγκρουση είναι αποτελεσματική όταν: α. Τα σωματίδια έχουν τον κατάλληλο προσανατολισμό. β. Τα σωματίδια έχουν µία ελάχιστη τιμή ενέργειας, η οποία ονομάζεται ενέργεια ενεργοποίησης (Εα).

3 Αποτελεσματικές κρούσεις Οι συγκρούσεις που οδηγούν σε προϊόντα λέγονται αποτελεσματικές. Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των αποτελεσματικών συγκρούσεων, τόσο μεγαλύτερη είναι και η ταχύτητα μιας αντίδρασης.

4 Αποτελεσματικές κρούσεις 2BrNO Br 2 + 2NO Για να αντιδράσουν δυο μόρια πρέπει να έχουν τον κατάλληλο προσανατολισμό

5 Αποτελεσματικές κρούσεις ΝΟ + ΝΟ 3 2ΝΟ 2 1 στις συγκρούσεις οδηγεί σε αποτέλεσμα

6 Αποτελεσματικές κρούσεις 2BrNO Br 2 + 2NO

7 Διάγραμμα αντίδρασης Για να γίνει μια χημική αντίδραση τα μόρια που συγκρούονται πρέπει να έχουν μια ελάχιστη κινητική ενέργεια Εk>Εa

8 2BrNO(l) 2NO (g) + Br 2 (g) Ενεργοποιημένο σύμπλοκο ΔΗ

9 Διάγραμμα αντίδρασης Για να μετακινήσει ο άνθρωπος την πέτρα προς το σημείο Β πρέπει πρώτα να την ανεβάσει στο υψηλότερο σημείο (προσφέροντας την απαραίτητα ενέργεια την οποία η πέτρα θα του αποδώσει στην συνέχεια

10 Διάγραμμα αντίδρασης Εξώθερμη αντίδραση Ενδόθερμη αντίδραση

11 Μέση ταχύτητα αντίδρασης αα + ββ γγ + δδ Ταχύτητα αντίδρασης αντιδρώντος ή προϊόντος Ρυθμός μεταβολής της συγκέντρωσης : ΔC U = Δt

12 2 NO 2 (g) 2 NO(g) + O 2 (g) υ = 2.4 x 10-5 M/s υ = 8.6 x 10-5 M/s υ = 4.3 x 10-5 M/s

13 Μέση ταχύτητα κατανάλωσης ή σχηματισμού 3Η 2 + Ν 2 2NΗ 3 Η 2 Ν 2 ΝΗ 3 Αρχικά (t=0) Μεταβολή (Δt=10s) Τελικά (t=10s) 0.8 M 0.5 M M 0.2 M 0.4 M 0.2 M 0.3 M 0.4 M υ = 0.06 M/s υ = 0.02 M/s υ = 0.04 M/s υ A = 0.06 M/s υ B = 0.02 M/s υ Γ = 0.04 M/s

14 Μέση ταχύτητα κατανάλωσης ή σχηματισμού αα + ββ γγ + δδ [ ] t [ ] t [ ] t [ ] t

15 Μέση ταχύτητα αντίδρασης αα + ββ γγ + δδ 1 [ ] t 1 [ ] t 1 [ ] t 1 [ ] t

16 Μέση ταχύτητα αντίδρασης αα + ββ γγ + δδ

17 2N 2 O 5 4NO 2 +O 2 Μέση ταχύτητα αντίδρασης

18 Στιγμιαία ταχύτητα αντίδρασης

19 Στιγμιαία ταχύτητα - νόμος ταχύτητας υ=k[α] x [Β] y αα + ββ γγ + δδ Εξαρτάται μόνο από τις συγκεντρώσεις των αντιδρώντων. Οι εκθέτες x και y καθορίζονται πειραματικά. Δεν ισούνται κατ ανάγκη με τα α και β

20 Στιγμιαία ταχύτητα νόμος ταχύτητας αα + ββ γγ + δδ υ=k[α] x [Β] y Οι εκθέτες x, y ονομάζονται τάξη της αντίδρασης ως προς Α και Β αντίστοιχα. To άθροισμα (x+y) ονομάζεται ολική τάξη αντίδρασης. α) Αν η αντίδραση είναι απλή (γίνεται σε ένα στάδιο) x=α, y=β. β) Αν η αντίδραση είναι σύνθετη (γίνεται με ενδιάμεσα στάδια) ο νόμος της ταχύτητας καθορίζεται μόνο από το πιο αργό στάδιο, οπότε x α και y β. ιι) Η k ονομάζεται σταθερά της αντίδρασης και ισούται αριθμητικά με την ταχύτητα όταν οι συγκεντρώσεις των αντιδρώντων ισούνται με τη μονάδα (1Μ). Η k είναι ανεξάρτητη από τις συγκεντρώσεις των αντιδρώντων και εξαρτάται από άλλους παράγοντες (π.χ. θερμοκρασία).

21 Νόμος ταχύτητας μονάδες k υ=k[α] [Β] 3 υ=k[α] [Β] 1/2 υ=k[α] x [Β] y Μονάδες k= L mol x y1 x y1 s

22 Νόμος ταχύτητας απλή σε στάδια σε στάδια σε στάδια σε στάδια σε στάδια σε στάδια απλή

23 Προσδιορισμός νόμου ταχύτητας ΝΗ ΝΟ 2 - Ν 2 + 2Η 2 Ο υ=k[νη 4 + ] n [ΝΟ 2 - ] m Πείραμα NO NH 4 2 Αρχική ταχύτητα 1 0.1M 0.005M 1.35X M 0.01M 2.70X M 0.01M 5.40X10-7

24 Προσδιορισμός νόμου ταχύτητας Rate Rate n m k(0.1) (0.01) n m k(0.1) (0.005) m (2) 2 m 1 Rate Rate n m k(0.2) (0.01) n m k(0.1) (0.01) n (2) 2 n 1 Rate k[ NH ][ NO ] k(0.1)(0.005) k Lmol s 4 1 1

25 Μηχανισμός αντίδρασης Μηχανισμός μιας αντίδρασης είναι τα ενδιάμεσα στάδια με τα οποία γίνεται εφ όσον αυτή είναι σύνθετη. 2ΝΟ + Η 2 Ν 2 + 2Η 2 Ο 1 ο στάδιο: 2 ΝΟ + H 2 N 2 O + H 2 O (αργό) 2 ο στάδιο: Ν 2 Ο + H 2 N 2 + H 2 O (γρήγορο) Συνολική : 2ΝΟ + 2H 2 N 2 + 2H 2 O Ο μηχανισμός πρέπει να συμφωνεί με τα πειραματικά δεδομένα για τον νόμο της ταχύτητας: U=k [NO] 2 [H 2 ] άρα καθορίζεται από το 1 ο στάδιο που είναι το πιο αργό). Οι συγκεντρώσεις στερεών δε λαμβάνουν μέρος στον νόμο της ταχύτητας δεδομένου ότι παραμένουν σταθερές κατά την αντίδραση).