Cinetică chimică

VITEZA DE REACTIE

Toate reactiile chimice se desfasoara intr- un anumit timp, dupa conditiile in care se produc (concentratia reactantilor, temperatura, prezenta unui catalizator etc.). Unele reactii se produc atat de repede incat par instantanee; de exemplu, precipitarea clorurii de argint, azotat de argint si acid clorhidic:

AgNO3 + HCl → AgCl + HNO3

Altele se produc asa de lent, la temperatura obisnuita, incat nici nu se observa o schimbare aparenta decat dupa mult timp; de exemplu corodarea fierului de rugina. Sunt insa o serie de procese care se desfasoara cu viteze masurabile la temperaturii accesibile in laborator si industrie.

Studiul vitezelor cu care se desfasoara reactiile si influenta conditiilor asupra acestor reactii formeaza obiectul cineticii chimice.

Ca masura pentru desfasurarea in timp a unei reactii chimice se foloseste viteza de reactie, v.

Daca se considera o reactie chimica in forma generala:

A + B → C + D

Viteza de reactie, v, a unei reactii chimice este egala cu raportul diferentelor concentratiei si timpului.

v = −dcA/dt = dcC/dt

Viteza de reactie nu este constanta, ci depinde de diferiti factori: concentratie, temperatura, suprafata de contact, catalizatori.

Ordin de reactie. Prin ordin de reactie se intelege numarul de atomi sau molecule ale caror concentratii determina viteza de reactie.

In reactiile de ordinⅠ,viteza de reactie este direct proportionala cu concentratia substantei reactante.

Astfel, daca se considera reactia in forma generala:

A → B + C

Expresia matematica a vitezei de reactie este:

− dcA/dt = k1cA

(1)

Unde:

- cA = concentratia reactantului

- t = timpul

- k1 = constanta de proportionalitate numita viteza de reactie specifica

sau constanta de viteza

Toate reactiile chimice a caror viteza se poate exprima prin relatia (1) se numesc reactii de ordinⅠ.

La reactie de ordinⅠ, viteza de reactie este proportionala cu concentratia moleculelor care se descompun.

Valoarea cea mai mare a constantei de viteza este la inceputul reactie.

Prin integrarea reactiei:

dcA/cA = − k1dt

La final: k1 = 2,303/t • lg •c0/cA

Exemplu de reactie de ordinulⅠ:

N2O5 → N2 + O4 = 1/2O2

In reactiile de ordin Ⅱ, viteza de reactie depinde de doi termeni de reactie; ea se poate referi la doi reactanti sau la acelas reactant.

Reactia in faza gazoasa intre doua componente:

A + B → C + D

O asemenea reactie poate avea loc numai atunci cand moleculele reactantilor se ciocnesc intre ele; cu cat numarul de ciocniri posibile este mai mare, cu atat pot reactiona mai melte molecule si, deci, viteza de reactie este mai mare, viteza de reactie este dependenta de produsul concentratiilor, expresia ei matematica fiind:

− dcA/dt = −dcB/dt = k2cAcB (2)

La reactii de tip: 2A → B + C

Viteza de reactie se exprima prin relatia:

− dcA/dt = k2c2A (3)

Toate reactiile chimice a caror viteza este data de relatia (2) sau relatia (3) se numesc reactii de ordin Ⅱ.

La o reactie de ordinul Ⅱ, viteza de reactie este proportionala cu produsul a doua concentratii, respectiv proportionala cu patratul concentratiei produsului initial.

Pentru reactiile de ordin Ⅲ sau de ordin mai mare, viteza de reactie se determina in mod similar reactiilor de ordinⅡ.

A + B + C → D + E

2A + B → C +D

3A → B + C

Expresiile vitezelor de reactii sunt:

− dcA/dt = k3cAcBcC (4)

− dcA/dt = k3c2AcB (5)

− dcA/dt = k3c3A (6)

Reactie de ordinul n:

− dcA/dt = kncnA (7)

v=kcn1A• cn2B • 2cn3C …, (8)

n = n1 + n2 + n3 + … (9)

Ca si la reactiile de ordinul Ⅰ,viteza reactiilor de ordinal Ⅱsi Ⅲ scade in timp, deoarece concentratiile devin din ce in ce mai m