Garsya/iStock/GettyImages

Kinetiek is de tak van de fysische chemie die de snelheid van chemische reacties bestudeert. De thermodynamica vertelt ons daarentegen welke richting van de reactie de voorkeur heeft, zonder de reactiesnelheid ervan te onthullen. Sommige reacties kunnen thermodynamisch gunstig zijn, maar kinetisch ongunstig.

Bij de omzetting van diamant in grafiet heeft grafiet bijvoorbeeld een lagere vrije energie dan diamant, dus de conversie wordt thermodynamisch bevoordeeld. Er is echter een grote activeringsbarrière voor diamant om alle bindingen te verbreken en te hervormen naar de stabielere grafietconfiguratie. Deze reactie is dus kinetisch ongunstig en zal niet daadwerkelijk plaatsvinden.

Reactiesnelheid

Reactiesnelheid

De reactiesnelheid is een maatstaf voor hoe snel de producten worden gevormd en de reactanten worden verbruikt. U kunt dit dus bepalen door de verandering in de concentratie van producten of reactanten over een bepaalde periode te meten. Beschouw een algemene chemische reactie:

aA + bB ———————–> cC + dD

De reactiesnelheid kan worden geschreven als:

Aangepast van https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_Physical_and_Theoretical_Chemistry/Kinetics/Reaction_Rates/Experimental_Determination_of_Kinetcs/Measuring_Reaction_Rates

Bijvoorbeeld de reactiesnelheid voor:

2 NO(g) + 2 H2 (g) ———————> N2(g) + 2 H2O(g)

wordt gegeven door

Aangepast van https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_Physical_and_Theoretical_Chemistry/Kinetics/Reaction_Rates/Experimental_Determination_of_Kinetcs/Measuring_Reaction_Rates

Om de snelheid van deze reactie experimenteel te bepalen, kun je de concentratie van H2 op verschillende tijdstippen van de reactie meten, en deze als volgt uitzetten tegen de tijd:

Aangepast van https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_Physical_and_Theoretical_Chemistry/Kinetics/Reaction_Rates/Experimental_Determination_of_Kinetcs/Measuring_Reaction_Rates

Aangepast van https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_Physical_and_Theoretical_Chemistry/Kinetics/Reaction_Rates/Experimental_Determination_of_Kinetcs/Measuring_Reaction_Rates

De gemiddelde reactiesnelheid is een benadering van de reactiesnelheid in een tijdsinterval en kan worden aangegeven met:

Gewijzigd van https://www.chem.purdue.edu/gchelp/howtosolveit/Kinetics/CalculatedRates.html#InitialRate

De onmiddellijke reactiesnelheid wordt gedefinieerd als de reactiesnelheid op een bepaald moment. Het is een differentieel tarief en kan worden uitgedrukt als:

Gewijzigd van https://www.chem.purdue.edu/gchelp/howtosolveit/Kinetics/CalculatedRates.html#InitialRate

Waar d[H2]/dt de helling is van de concentratiecurve van H2 versus de tijd op tijdstip t.

De aanvankelijke reactiesnelheid is de momentane snelheid aan het begin van de reactie, wanneer t =0. In dit geval is de eenheid de gemiddelde, momentane en initiële reactiesnelheid is M/s.

Tarievenwet

Tarievenwet

In de meeste gevallen is de reactiesnelheid afhankelijk van de concentratie van de verschillende reactanten op tijdstip t. In een hogere concentratie van alle reactanten botsen reactanten bijvoorbeeld vaker en resulteren in een snellere reactie. De relatie tussen reactiesnelheid ν(t) en de concentraties wordt gedefinieerd als de snelheidswet . En de snelheidswet voor de algemene chemische reactie aA + bB —————> cC + dD is:

Gewijzigd van https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Ancillary_Materials/Laboratory_Experiments/Wet_Lab_Experiments/General_Chemistry_Labs/Online_Chemistry_Lab_Manual/Chem_12_Experiments/01%3A_Chemical_Kinetics_-_The_Method_of_Initial_Rates_Experiment

Waar k de snelheidsconstante is, en de macht x en y de orde van de reactie met betrekking tot reactant A en B. De snelheidswet moet experimenteel worden bepaald en kan niet worden afgeleid uit alleen de stoichiometrie van een gebalanceerde chemische reactie.

Methode van initiële tarieven

Methode van initiële tarieven

De tariefwet kan worden bepaald door de methode van initiële tarieven . Bij deze methode wordt het experiment meerdere keren uitgevoerd, waarbij voor elke run alleen de concentratie van één reactant wordt gewijzigd, terwijl andere variabelen constant worden gehouden. De snelheid van de reactie wordt voor elke run gemeten om de volgorde van elke reactant in de snelheidswet te bepalen.

Beschouw bijvoorbeeld de volgende initiële snelheidsgegevens voor de reactie:

2 NO(g) + 2 H2 (g) ———————> N2(g) + 2 H2O(g)

Aangepast van https://www.chemteam.info/Kinetics/WS-Kinetics-method-of-initial-rates.html

Voor proef 1 en 3 wordt de concentratie NO constant gehouden terwijl de concentratie H2 wordt verdubbeld. Als gevolg hiervan verdubbelde ook de initiële reactiesnelheid (denk aan 21), dus je kunt concluderen dat y =1. Voor proef 1 en 2 wordt de concentratie NO verdubbeld terwijl de concentratie H2 constant blijft. Het resultaat van deze verandering is dat het initiële tarief verviervoudigde (denk aan 22). Je kunt dus concluderen dat x =2.

De snelheidswet voor deze reactie is daarom:

Aangepast van https://www.chemteam.info/Kinetics/WS-Kinetics-method-of-initial-rates.html

En de reactie is eerste orde in H2 en tweede orde in NEE.