קינטיקה כימית

ישנן תגובות שמתרחשות תוך שניות, בעוד שאחרות יכולות לארוך שעות, ימים ואף חודשים.

גם כאשר תגובה היא ספונטאנית, לא תמיד היא מתרחשת מעצמה – קצב התגובה איטי מדי.

לקצב תגובות יש חשיבות כלכלית.

חקר הגורמים המשפיעים על קצב התגובה מאפשר להבין טוב יותר את מנגנון התרחשות התגובה.

הגורמים המשפיעים על קצב תגובה:ריכוז המגיבים •טמפרטורת התרחשות התגובה •שטח פנים )במוצק( •זרז – קטליזטור •

– כמות תוצר הנוצרת ביחידת Rateקצב תגובה זמן.

בתגובה:

2N2O5 )g( 4NO2)g( + O2)g(

Δt

]OΔ[N

4

1

Δt

]Δ[NO

2

1

Δt

]Δ[ORate 5222

M/secיחידות –

על מנת לעקוב אחר הריכוז ניתן להשתמש במספר דרכים:

בגזים – שינוי בלחץ הגז.•שיטות ספקטרוסקופיות – צבע – עוצמת הבליעה.•מוליכות חשמלית – בתמיסות.•

קצב התגובה משתנה עם הזמן.

:חישוב קצב תגובה בשני תחומים

הקצב ההתחלתי. הקצב שאליו מתייחסים הוא

משוואת הקצב מבטאת את הקצב ההתחלתי כתלות בריכוזים ההתחלתיים של המגיבים )או הזרז(.

עבור תגובה כללית כלשהי:

aA)g( + bB)g( cC)g( + dD)g(משוואת הקצב תהיה:

Rate = k[A]α[B]β

kקבוע הקצב –α,β )סדר התגובה )לא בהכרח מספרים שלמים –

.לא קשורים למקדמים הסטוכיומטריים סכום החזקותסדר התגובה =

משוואת הקצב נקבעת באופן ניסיוני.

משוואת הקצב היא:Rate = k[NO2][F2]

ביחס לכל מגיב – סדר התגובה 1סדר התגובה הוא .2הכולל הוא

סדר התגובה תלוי במנגנון התגובה – האופן שבו היא מתרחשת.

ישנן תגובות שמשוואת הקצב שלהן תלויה גם בזרז:

CH3COCH3)aq( + I2)aq( → CH3COCH2I)aq( + HI)aq(H3O+

עבור התגובה:2NO2)g( + F2)g( → 2NO2F)g(

משוואת הקצב:Rate = k[CH3COCH3][H3O+]

.2סדר התגובה הכולל הוא

סדר של תגובה נקבע באופן ניסיוני מתוך הקצב ההתחלתי של התגובה.

:N2O5עבור תגובת פירוק

[N2O5] קצב התחלתי(Rate)

M4.8×10-6 M/s 10-2×11.0ניסוי

M9.6×10-6 M/s 10-2×22.0ניסוי

Rate = k[N2O5]מתוצאות הניסויים נוכל לקבוע:

ולחשב את ערכו של קבוע הקצב:

k = Rate/[N2O5] = 9.6×10-6 /2.0×10-2 = 4.8×10-4 s-1

ממספר נתונים ולא kבאופן יותר מדויק קובעים את רק נתון בודד.

משוואות הקצב נותנות לנו תלות דיפרנציאלית.

לדוגמא, אם ידועה תגובה מסדר ראשון:

]Ok[NΔt

]OΔ[NRate 52

52

את לחשב ניתן לא זו רגע ]N2O5[ממשוואה בכל

ורגע.

לכן, יש צורך לפתור את המשוואה הדיפרנציאלית:

t

0

[A]

[A]

dtk[A]

d[A]t

0

]Ok[Ndt

]Od[N52

52

kdt]O[N

]Od[N

52

52

ולקבל את הצורה האינטגרלית:

kt]O[N

]O[Nln

052

t52

בתגובה מסדר ראשוןkמציאת קבוע הקצב

052t52 ]Oln[N kt ]Oln[N

k=4.83x10-4 1/sec

aA →תוצרים בהכללה, עבור תגובה:

A[ - = kt + ln[0 :מסדר ראשוןאם התגובה היא

t[A]ln

:מסדר שניאם התגובה היא

A[t = - kt + [A][0 : מסדר אפסאם התגובה היא

0t [A]

1 kt

[A]

1

תגובות מסדר אפס מתרחשות רובן ככולן בפאזה הטרוגנית – מהירות התגובה תהיה תלויה אז בשטח המגע יותר מאשר

בריכוז המגיב.

סדר שניסדר ראשוןסדר אפס

משוואת הקצב

Rate = kRate = k[A]Rate = k[A]2

ריכוז בזמן נתון

[A[t = - kt + [A]0

זמן מחצית

חיים

גרף מתאים

]A כנגד [tln[A] כנגד t1]/A[ כנגד t

סיכום משוואות הקצב לתגובות מסדר אפס, אחד ושניים:

aA→ תוצריםעבור תגובות מהסוג:

1/ 20

1

[ ]t

k A

1/ 2

0.693t

k0

1/ 2

[ ]

2

At

k

0]A[ - = kt + ln t[A]ln0t [A]

1 kt

[A]

1

זמן מחצית החיים

למחציתהזמן שלוקח מהכמות ההתחלתית של

המגיב לעבור תגובה.

: A[t = ½ [A]0 [כאשר

קביעת סדר תגובה מתצוגה גרפית

ראינו איך לקבוע סדר של תגובה מתוצאות ניסיוניות של ריכוז כנגד זמן התרחשות התגובה.

התגובה סדר את לקבוע יותר מדויק מעשי, באופן מדידות: של רב מספר תוצר( מתוך )או מגיב ריכוז

בזמן.

גרפית התנהגות תהיה שונים, מסדרים לתגובות xציר yציר גרף מתאיםשונה.

A[t[0סדר

1ln[A]tסדר

A[t/[21סדר

]NO2[

1.00×10-2

0.683×10-2

0.518×10-2

0.418×10-2

0.350×10-2

0.301×10-2

0.264×10-2

]NO2[

1.00×10-2

0.683×10-2

0.518×10-2

0.418×10-2

0.350×10-2

0.301×10-2

0.264×10-2

בדיקת סדר תגובה

הגרף יהיה ליניארי אם התגובה מסדר מתאים.

משיפוע הקו – ניתן .kלחשב את