Cheminės kinetikos pagrindai - konspektas

Homogeninių reakcijų kinetika. Reakcijos greitis. Reakcijų molekulingumas ir laipsnis. Pirmojo laipsnio reakcijos. Antrojo laipsnio reakcijos. Trečiojo laipsnio reakcijos. Nulinio laipsnio reakcijos. Reakcijos laipsnio nustatymas. Sudėtingosios reakcijos. Grįžtamos reakcijos. Lygiagrečiosios reakcijos. Susijusios reakcijos. Nuosekliosios (konsekutyvinės) reakcijos. Reakcijos greičio priklausomybė nuo temperatūros. Temperatūrinis Vant Hofo koeficientas. Arenijaus lygtis. Aktyvacijos energija ir jos nustatymas. Reakcijų greičio teorijos. Aktyvių susidūrimų teorija. Monomolekulinės reakcijos ir aktyviojo susidūrimo teorija. Aktyviojo komplekso teorija. Grandininės reakcijos. Fotocheminės reakcijos. Heterogeninės reakcijos. Katalizė. Bendrieji katalizės bruožai. Homogeninė katalizė. Rūgštinė-bazinė katalizė. Fermentinė katalizė. Heterogeninė katalizė. Heterogeninės katalizės teorijos. Inhibitoriai ir jų veikimo mechanizmas. Literatūra.

Cheminė kinetika nagrinėja cheminių reakcijų greitį ir mechanizmą. Homogeninių reakcijų kinetika nagrinėja homogeninių reakcijų greitį. Homogeninėse reakcijose reaguojančios medžiagos ir reakcijos produktai yra vienoje fazėje. Tai reakcijos, vykstančios dujose arba tirpale.

Cheminės reakcijos greitis išreiškiamas koncentracijos pokyčiu per laiko vienetą. Jei laiko momentu t0 reaguojančios medžiagos koncentracija yra c0, o laiko momentu t - koncentracija c, tai vidutinis reakcijos greitis bus:

Vykstant reakcijai, reaguojančių medžiagų koncentracija mažėja (c < c0), todėl prieš lygtį rašomas minuso ženklas.

Norint gauti tikrąjį reakcijos greitį, reikia nustatyti koncentracijos pokytį per labai trumpą laiko tarpą dt. Jis bus labai mažas (dc). Tikrąjį reakcijos greitį tam tikru momentu parodo išvestinė lygtis:

Reakcijos greitį galima išreikšti ir reakcijos produkto koncentracijos dx didėjimu per laiką dt:

Nustatant reakcijos greitį tų reakcijų, kai dalyvauja kelios medžiagos ir susidaro keli reakcijos produktai, pakanka nustatyti vienos medžiagos koncentracijos pokytį. Kitų medžiagų koncentracijų pokyčius galima apskaičiuoti, remiantis reakcijos stechiometrine lygtimi. Paprastai tiriamas pokytis tos medžiagos koncentracijos, kurią patogiau analitiškai nustatyti. Galima stebėti tam tikrų reakcijų bet kurios fizikinės savybės, priklausančios nuo koncentracijos, kitimą, pvz., slėgio, šviesos poliarizacijos plokštumos sukimo kampo, elektrinio laidumo, optinių savybių ir kt. pokyčius.

Cheminių reakcijų greitis priklauso nuo reaguojančių medžiagų koncentracijų. Šią priklausomybę nusako veikiančiųjų masių dėsnis: reakcijos greitis yra proporcingas reaguojančių medžiagų koncentracijų sandaugai.

Vykstant reakcijai, reaguojančių medžiagų koncentracijos mažėja, todėl mažėja ir reakcijos greitis. Visada kalbama apie reakcijos greitį laiko momentu t, t. y. apie laiką nuo reakcijos pradžios.

Reakcijos greičio konstanta priklauso nuo reaguojančių medžiagų savybių, tirpiklio savybių ir temperatūros. Nuo šių veiksnių priklauso ir reakcijos greitis. Greičio konstanta nepriklauso nuo koncentracijos ir laiko. Reakcijos greičiui turi įtakos katalizatoriai. Jie pakeičia reakcijos mechanizmą, todėl pakinta reakcijos greičio konstanta.

Skirstymo, atsižvelgiant į mechanizmą, esmę sudaro tai, kiek dalelių (molekulių, atomų, jonų arba radikalų) susiduria ir reaguoja reakcijos metu. Tai parodo reakcijos molekulingumas.

Jei susiduria ir sureaguoja dvi molekulės (arba kitos dalelės), bus bimolekulinė reakcija. Šio tipo reakcijos:

Jeigu iškart susiduria ir sureaguoja trys dalelės, bus trimolekulinė reakcija. Šio tipo reakcijos:

Polimolekulinių reakcijų, kai susiduria ir reaguoja keturios ir daugiau dalelių, nebūna. Jau trijų dalelių susidūrimo tikimybė yra labai maža, todėl ir trimolekulinės reakcijos pasitaiko retai. Dar mažesnė tikimybė, kad susidurtų keturios arba dar daugiau dalelių. Stechiometrinėse lygtyse būna daug reaguojančių molekulių, bet tai nereiškia, kad reakcijos polimolekulinės. Šios lygtys neparodo reakcijos mechanizmo. Jos vyksta stadijomis, kurių dauguma yra bimolekulinės reakcijos. Stechiometrinė lygtis yra suminė visų šių reakcijos lygtis.

Reakcijos laipsnis parodo reakcijų greičio priklausomybę nuo reaguojančių medžiagų koncentracijos.

jis priklauso nuo vienos medžiagos, koncentracijos, pakeltos antruoju laipsniu, arba:

greitis priklauso nuo dviejų medžiagų koncentracijų sandaugos. Šiose lygtyse k2 - antrojo laipsnio reakcijų greičio konstanta.