doc+ 2
download 
Reklamacja Transkrypt
+ 2
stan 1 postęp reakcji termodynamika kinetyka termodynamika energia swobodna, G Kinetyka stan 2 Kinetyka Stawia dwa pytania: 1) Jak szybko biegną reakcje? 2) W jaki sposób przebiegają reakcje? 1) Jak szybko biegną reakcje? 1. 2. 3. 4. Co to jest szybkość reakcji? Jak wyznaczać szybkość reakcji? Jak szybkość reakcji zależy od stężenia? Jak szybkość reakcji zależy od temperatury? 12_1575 Co to jest szybkość reakcji? Time r=- d[NO2] dt Time NO2 r=- NO (b) (c) ∆c (a) 0,011 0,01 0,009 0,008 0,007 0,006 0,005 0,004 0,003 0,002 0,001 0 0,0026 stężenie, c mol/dm3 NO2(g) → NO(g) + ½O2(g) ∆t −0,0026 mol 110 dm3 s α 110 s O2 = 2,4·10-5 mol/dm3·s r = tg(α) 0 100 200 czas, s 300 400 Co to jest szybkość reakcji? definicja szybkości reakcji r=r= ν ∆csubstratu ∆t ∆csub νsub·∆t ∆cproduktu = ∆t = mol dm3 s ∆cprod νprod·∆t NO2(g) → NO(g) + ½O2(g) −1 1 ½ Co to jest szybkość reakcji? 0,011 0,01 0,009 0,008 0,007 0,006 0,005 0,004 0,003 0,002 0,001 0 r= NO2 NO2 r= 70 s O2 O2 0 100 200 czas, s νNO2 dt 0,0039−0,0045 mol −1·70 dm3 s = 8,6·10-6 mol/dm3·s 0,0003 70 s d[NO2] 0,0006 NO NO 0,0006 stężenie, c mol/dm3 NO2(g) → NO(g) + ½O2(g) 300 400 12_1575 Co to jest szybkość reakcji? Time r= NO2 r= NO (c) 70 s O2 70 s 100 νNO dt 200 czas, s 0,0059−0,0053 1·70 mol dm3 s 0,0006 (b) 0 d[NO] Time = 8,6·10-6 mol/dm3·s 0,0003 (a) 0,011 0,01 0,009 0,008 0,007 0,006 0,005 0,004 0,003 0,002 0,001 0 0,0006 stężenie, c mol/dm3 NO2(g) → NO(g) + ½O2(g) 300 400 12_1575 Co to jest szybkość reakcji? Time r= NO2 r= NO (c) 70 s O2 70 s 100 νO2 dt 200 czas, s 0,0031−0,0027 ½·70 mol dm3 s 0,0006 (b) 0 d[O2] Time = 2·4,3·10-6 mo//dm3·s = 8,6·10-6 mo//dm3·s 0,0003 (a) 0,011 0,01 0,009 0,008 0,007 0,006 0,005 0,004 0,003 0,002 0,001 0 0,0006 stężenie, c mol/dm3 NO2(g) → NO(g) + ½O2(g) 300 400 Co to jest szybkość reakcji? definicja szybkości reakcji ogólnie r= 1 νi · dci mol dt dm3 s pochodna stężenia reagenta względem czasu Co to jest szybkość reakcji? wnioski • szybkość reakcji > 0 • nie zależy od wyboru reagenta (substrat, produkt) Jak wyznaczać szybkość reakcji? 1) Szybkość średnia w danym odcinku czasu – pomiar różnic stężeń, ∆c 2) Szybkość chwilowa – wyznaczenie stycznej w danej chwili, tg(α) Sposóbpomiaru pomiaruszybkości szybkościreakcji reakcjizależy zależyod odtypu typu Sposób stosowanegoreaktora!!!! reaktora!!!! stosowanego definiujemy czas kontaktu dla różnych reaktorów substraty zbiornikowy produkty przepływowy Jak szybkość reakcji zależy od stężenia? równanie kinetyczne NO2(g) → NO(g) + ½O2(g) r = k[NO2]n k = stała szybkości reakcji (liczba wymierna>0) n = rząd reakcji (liczba wymierna) Jak szybkość reakcji zależy od stężenia? równanie kinetyczne NO2(g) → NO(g) + ½O2(g) r = k[NO]n1[O2]n2 n1+n2 = całkowity rząd reakcji (liczba wymierna) Jak szybkość reakcji zależy od stężenia? równanie kinetyczne aA + bB → cC + dD dowolne równanie sumaryczne r = k[A]na[B]nb[C]nc[D]nd na,b,c,d wyznaczane są doświadczalnie na + nb + nc + nd = całkowity rząd reakcji Jak szybkość reakcji zależy od stężenia? równanie kinetyczne dla reakcji I rzędu aA → cC + dD r = k [A] n=1 po scałkowaniu [A] = [A]0exp(-kt) stężenie A, [A] mol/dm 3 dowolne równanie sumaryczne 0,12 0,1 −∆ A r= = Rate =k A 0,06 ∆t 0,08 0,04 0,02 0 0 100 200 czas, s 300 400 Jak szybkość reakcji zależy od stężenia? czaspołowicznego połowicznegozaniku zaniku==czas czas czas potrzebnydo doprzemiany przemianypołowy połowy potrzebny stężeniapoczątkowego początkowegosubstratu substratu stężenia t½ [A] = ½[A]0 Jak szybkość reakcji zależy od stężenia? równanie kinetyczne dla reakcji I rzędu 2N2O5 → 4NO2 + O2 n=1 czas połowicznego zaniku t1/2 0.l693 n2 = k [N2O5]0 0.1000 0.0900 0.0800 [N2O5] (mol/L) r = k [N2O5] 12_294 0.0700 0.0600 [N2O5]0 2 [N2O5]0 4 [N2O5]0 8 0.0500 0.0400 0.0300 0.0200 0.0100 50 t1/2 100 150 200 t1/2 250 t1/2 Time (s) 300 350 400 Jak szybkość reakcji zależy od stężenia? wnioski dla n=1, t½ nie zależy od stężenia początkowego Jak szybkość reakcji zależy od stężenia? wnioski ogólne 12_06T Podsumowanie – równania kinetyczne dla reakcji 0,1,2 rzędu Rząd O Równanie kinetyczne Postać całkowa linearyzacja Czas połowicznego rozpadu 1 r = r = k [A] = - k t + [A] 0 [A] versus t 1/2 = [A] 2k t 0 ln[A] = - 2 k [A] k t + ln[A] ln[A] versus t 1/2 = 0.693 k t 0 r = k [A] 2 1 1 = kt + [A] [A] 0 1 versus t [A] t 1/2 = 1 k [A] 0 Jak szybkość reakcji zależy od temperatury? równanie Arrheniusa k = Ae − Ea / RT 1000 800 k 600 z doświadczenia wynika, że: k = const·exp(-E/RT) 400 200 0 0 200 400 T, K dlaczego tak się dzieje? - cząsteczki muszą się zderzać - tylko zderzenia posiadające pewną energię Ea są aktywne 600 Jak szybkość reakcji zależy od temperatury? Relative number of N2 molecules with given velocity 05_59 273 K 1273 K 2273 K 0 1000 2000 V e lo c ity (m /s ) 3000 Jak szybkość reakcji zależy od temperatury? 12_300 liczba cząstek T1 0 T 2 > T1 T2 0 Ea E n e rg y Energia cząstek Jak szybkość reakcji zależy od temperatury? Jak wyznaczyć energię aktywacji? Logarytmiczna postać równania Arrheniusa ln(k) = ln(A) -E/RT 16,0 14,0 y = -91220x + 131,74 12,0 ln(k) 10,0 8,0 6,0 α 4,0 2,0 0,0 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 1/T, 1/K W jaki sposób przebiegają reakcje? Jaki jest mechanizm reakcji? 1. Sumaryczna postać równania stechiometrycznego nie mówi nic o tym jak cząsteczki reagują ze sobą 2. Cząsteczki reagują w serii kroków pośrednich zwanych aktami elementarnymi W jaki sposób przebiegają reakcje? Jaki jest mechanizm reakcji? • równanie stechiometryczne 2NO2(g) + F2(g) → 2NO2F(g) • równanie kinetyczne Równanie sumaryczne sekwencja aktów elementarnych r = k [NO2][F2] • mechanizm NO2 + F2 → NO2F + F F + NO2 → NO2F 2NO2 + F2 → 2NO2F W jaki sposób przebiegają reakcje? Jaki jest mechanizm reakcji? • równanie stechiometryczne 2NO2(g) + F2(g) → 2NO2F(g) • równanie kinetyczne Równanie sumaryczne sekwencja aktów elementarnych r = k [NO2][F2] • mechanizm Etaplimitujący limitującyszybkość szybkość Etap reakcji––najwolniejszy najwolniejszyww reakcji sekwencji sekwencji NO2 + F2 → NO2F + F F + NO2 → NO2F 2NO2 + F2 → 2NO2F W jaki sposób przebiegają reakcje? Jaki jest mechanizm reakcji? • równanie stechiometryczne 2NO2(g) + F2(g) → 2NO2F(g) • równanie kinetyczne r = k [NO2][F2] Niezgodność Niezgodność • mechanizm alternatywny mechanizmu z mechanizmu z równaniemkinetycznym kinetycznym NO2 + NO2 → N2O4równaniem wykluczamechanizm mechanizm wyklucza F → 2F 2 N2O4 + F → N2O4F N2O4F → NO2F + NO2 NO2 + F → NO2F W jaki sposób przebiegają reakcje? Jaki jest mechanizm reakcji? • równanie stechiometryczne 2NO2(g) + F2(g) → 2NO2F(g) • równanie kinetyczne sekwencja aktów elementarnych r = k [NO2][F2] • mechanizm Zgodnośćmechanizmu mechanizmuzz Zgodność równaniemkinetycznym kinetycznym równaniem niedowodzi dowodzimechanizmu mechanizmu nie NO2 + F2 → NO2F + F F + NO2 → NO2F Równanie sumaryczne • mechanizm należy potwierdzać doświadczalnie 2NO2 + F2 → 2NO2F W jaki sposób przebiegają reakcje? Reakcje katalityczne • katalizator biorąc udział w reakcji chemicznej przyspiesza ją i kieruje w inną stronę lecz nie występuje w równaniu stechiometrycznym • działanie katalizatora polega na rozbiciu reakcji na akty elementarne z udziałem katalizatora Jak działa katalizator? energia Ea Ea kat stan 1 stan 2 postęp reakcji ∆H = ∆Hkat Jak działa katalizator? Jak działa katalizator? bez katalizatora z katalizatorem Jak działa katalizator? Kat .Co C 2 H 4 + H2 → C 2 H 6 Jak działa katalizator? 1. Dyfuzja H2 2. Adsorpcja substratu H2 + 2☺ → 2H☺ 3. Dyfuzja C2H4 4. Adsorpcja substratu C2H4 + 2☺ → C2H4 ☺2 5. Reakcja powierzchniowa C2H4 ☺2 + 2H☺ → C2H6 ☺2 + 2 ☺ Film_ladowanie C2H4.mov 5. Desorpcja C2H6 C2H6 ☺2 → C2H6 + 2 ☺ Jak działa katalizator? Number of collisions with a given energy Effective collisions (uncatalyzed) Number of collisions with a given energy 12_304 Ea (catalyzed ) E a (uncatalyzed ) (a) Effective collisions (catalyzed) Energy Energy (b)
