Laju reaksi kimia

Laju reaksi kimia- perubahan jumlah salah satu zat yang bereaksi per satuan waktu dalam satuan ruang reaksi. Ini adalah konsep kunci dari kinetika kimia. Laju reaksi kimia selalu positif, oleh karena itu, jika ditentukan oleh zat awal (konsentrasinya berkurang selama reaksi), maka nilai yang dihasilkan dikalikan dengan 1.

Misalnya untuk reaksi:

ekspresi untuk kecepatan akan terlihat seperti ini:

Untuk reaksi elementer, eksponen pada nilai konsentrasi masing-masing zat sering kali sama dengan koefisien stoikiometrinya; untuk reaksi kompleks, aturan ini tidak diperhatikan. Selain konsentrasi, faktor-faktor berikut mempengaruhi laju reaksi kimia:

• sifat reaktan,
• adanya katalis
• suhu (aturan van't Hoff),
• tekanan,
• luas permukaan reaktan.

Jika kita perhatikan reaksi kimia paling sederhana A + B → C, maka kita perhatikan bahwa instan laju reaksi kimia tidak konstan.

literatur

• Kubasov A. A. Kinetika dan katalisis kimia.
• Prigogine I., Defey R. Termodinamika kimia. Novosibirsk: Nauka, 1966. 510 hal.
• Yablonsky G. S., Bykov V. I., Gorban A. N., Model kinetika reaksi katalitik, Novosibirsk: Nauka (Cabang Siberia), 1983.- 255 hal.

Yayasan Wikimedia. 2010 .

Lihat apa "Laju reaksi kimia" di kamus lain:

Konsep dasar kinetika kimia. Untuk reaksi homogen sederhana, laju reaksi kimia diukur dengan perubahan jumlah mol zat yang bereaksi (pada volume konstan sistem) atau dengan perubahan konsentrasi salah satu zat awal ... Kamus Ensiklopedis Besar

LAJU REAKSI KIMIA- konsep dasar kimia. kinetika, menyatakan rasio jumlah zat yang bereaksi (dalam mol) dengan lamanya waktu selama interaksi terjadi. Karena konsentrasi reaktan berubah selama interaksi, laju biasanya ... Ensiklopedia Politeknik Hebat

laju reaksi kimia- nilai yang mencirikan intensitas reaksi kimia. Laju pembentukan produk reaksi adalah jumlah produk ini sebagai hasil reaksi per satuan waktu per satuan volume (jika reaksi homogen) atau per ... ...

Konsep dasar kinetika kimia. Untuk reaksi homogen sederhana, laju reaksi kimia diukur dengan perubahan jumlah mol zat yang bereaksi (pada volume konstan sistem) atau dengan perubahan konsentrasi salah satu zat awal ... kamus ensiklopedis

Nilai yang mencirikan intensitas reaksi kimia (Lihat Reaksi Kimia). Laju pembentukan produk reaksi adalah jumlah produk ini yang dihasilkan dari reaksi per satuan waktu dalam satuan volume (jika ... ...

Utama konsep kimia. kinetika. Untuk reaksi homogen sederhana S. x. R. diukur dengan perubahan jumlah mol zat yang direaksikan dalam va (pada volume sistem yang konstan) atau dengan perubahan konsentrasi salah satu produk awal masuk atau reaksi (jika volume sistem ...

Untuk reaksi kompleks yang terdiri dari beberapa. tahapan (reaksi sederhana, atau dasar), mekanismenya adalah serangkaian tahapan, sebagai akibatnya tahap awal dalam va diubah menjadi produk. Perantara di dalam Anda dalam reaksi ini dapat bertindak sebagai molekul, ... ... Ilmu pengetahuan Alam. kamus ensiklopedis

- (Reaksi substitusi nukleofilik bahasa Inggris) reaksi substitusi di mana serangan dilakukan oleh reagen nukleofil yang membawa pasangan elektron yang tidak digunakan bersama. Gugus pergi dalam reaksi substitusi nukleofilik disebut nukleofug. Semua ... Wikipedia

Transformasi satu zat menjadi zat lain yang berbeda dari aslinya dalam komposisi atau struktur kimia. Jumlah total atom dari setiap unsur yang diberikan, serta unsur-unsur kimia itu sendiri yang membentuk zat, tetap dalam R. x. tidak berubah; ini R.x ... Ensiklopedia Besar Soviet

kecepatan menggambar- kecepatan linier gerakan logam di pintu keluar dari cetakan, m/s. Pada mesin gambar modern, kecepatan menggambar mencapai 50-80 m/s. Namun, bahkan selama penarikan kawat, kecepatan biasanya tidak melebihi 30–40 m/s. Pada… … Kamus Ensiklopedis Metalurgi

Sistem. Tetapi nilai ini tidak mencerminkan kemungkinan reaksi yang sebenarnya, yaitu kecepatan dan mekanisme.

Untuk representasi lengkap dari reaksi kimia, seseorang harus memiliki pengetahuan tentang pola temporal apa yang ada selama implementasinya, yaitu. laju reaksi kimia dan mekanisme detailnya. Laju dan mekanisme studi reaksi kinetika kimia ilmu proses kimia.

Dalam kinetika kimia, reaksi dapat diklasifikasikan: menjadi sederhana dan kompleks.

reaksi sederhana- proses yang terjadi tanpa pembentukan senyawa antara. Menurut jumlah partikel yang berpartisipasi di dalamnya, mereka dibagi menjadi: monomolekul, bimolekul, trimolekul. Tabrakan lebih dari 3 partikel tidak mungkin terjadi, jadi reaksi trimolekul sangat jarang terjadi, dan reaksi empat molekul tidak diketahui. Reaksi kompleks- proses yang terdiri dari beberapa reaksi dasar.

Setiap proses berlangsung dengan kecepatan yang melekat, yang dapat ditentukan oleh perubahan yang terjadi selama periode waktu tertentu. tengah laju reaksi kimia dinyatakan sebagai perubahan jumlah suatu zat n zat yang dikonsumsi atau diterima per satuan volume V per satuan waktu t.

υ = ± dn/ dt· V

Jika zat tersebut dikonsumsi, maka kita beri tanda "-", jika terakumulasi - "+"

Pada volume konstan:

υ = ± DC/ dt,

Laju reaksi satuan mol/l s

Secara umum, adalah nilai konstan dan tidak bergantung pada zat yang kita ikuti dalam reaksi.

Ketergantungan konsentrasi reagen atau produk pada waktu reaksi disajikan sebagai: kurva kinetik, yang terlihat seperti:

Lebih mudah untuk menghitung dari data eksperimen jika ekspresi di atas diubah menjadi ekspresi berikut:

Hukum massa aktif. Konstanta orde dan laju reaksi

Salah satu susunan kata hukum aksi massa terdengar seperti ini: Laju reaksi kimia homogen elementer berbanding lurus dengan produk dari konsentrasi reaktan.

Jika proses yang diteliti direpresentasikan sebagai:

a A + b B = produk

maka laju reaksi kimia dapat dinyatakan persamaan kinetik:

= k [A] a [B] b atau

= k C a A C b B

Di Sini [ A] dan [B] (C A danC B) - konsentrasi reagen,

sebuah danb adalah koefisien stoikiometri reaksi sederhana,

k adalah konstanta laju reaksi.

Arti kimia dari kuantitas k- Ini reaksi kecepatan pada konsentrasi tunggal. Artinya, jika konsentrasi zat A dan B sama dengan 1, maka υ = k.

Harus diperhitungkan bahwa dalam proses kimia yang kompleks koefisien sebuah danb tidak cocok dengan yang stoikiometri.

Hukum aksi massa dipenuhi dalam beberapa kondisi:

• Reaksi diaktifkan secara termal, yaitu energi gerak termal.
• Konsentrasi reagen didistribusikan secara merata.
• Sifat dan kondisi lingkungan tidak berubah selama proses berlangsung.
• Properti lingkungan seharusnya tidak mempengaruhi k.

Untuk proses yang kompleks hukum aksi massa tidak dapat diterapkan. Hal ini dapat dijelaskan dengan fakta bahwa proses yang kompleks terdiri dari beberapa tahap dasar, dan kecepatannya tidak akan ditentukan oleh kecepatan total semua tahap, tetapi hanya oleh salah satu tahap paling lambat, yang disebut membatasi.

Setiap reaksi memilikinya sendiri memesan. Menentukan pesanan pribadi (sebagian) dengan reagen dan pesanan umum (penuh). Misalnya, dalam ekspresi untuk laju reaksi kimia untuk suatu proses

a A + b B = produk

υ = k·[ A] sebuah·[ B] b

sebuah– pesan berdasarkan reagen TETAPI

b — dipesan berdasarkan reagen PADA

Perintah umum sebuah + b = n

Untuk proses sederhana orde reaksi menunjukkan jumlah partikel yang bereaksi (bertepatan dengan koefisien stoikiometrik) dan mengambil nilai bilangan bulat. Untuk proses yang kompleks orde reaksi tidak sesuai dengan koefisien stoikiometrik dan dapat berupa apa saja.

Mari kita tentukan faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi kimia .

1. Ketergantungan laju reaksi pada konsentrasi reaktan

   ditentukan oleh hukum aksi massa: υ = k[ A] sebuah·[ B] b

Jelas, dengan meningkatnya konsentrasi reaktan, meningkat, karena jumlah tumbukan antara zat yang berpartisipasi dalam proses kimia meningkat. Selain itu, penting untuk mempertimbangkan orde reaksi: jika n=1 untuk beberapa reagen, maka lajunya berbanding lurus dengan konsentrasi zat ini. Jika untuk setiap reagen n=2, kemudian menggandakan konsentrasinya akan menyebabkan peningkatan laju reaksi sebesar 2 2 \u003d 4 kali, dan meningkatkan konsentrasi sebesar 3 kali akan mempercepat reaksi sebesar 3 2 \u003d 9 kali.

Reaksi kecepatan ditentukan oleh perubahan konsentrasi molar salah satu reaktan:

V \u003d ± ((C 2 - C 1) / (t 2 - t 1)) \u003d ± (DC / Dt)

Dimana C 1 dan C 2 adalah konsentrasi molar zat pada waktu t 1 dan t 2 berturut-turut (tanda (+) - jika laju ditentukan oleh produk reaksi, tanda (-) - oleh zat asal).

Reaksi terjadi ketika molekul reaktan bertabrakan. Kecepatannya ditentukan oleh jumlah tumbukan dan kemungkinan terjadinya transformasi. Jumlah tumbukan ditentukan oleh konsentrasi zat yang bereaksi, dan kemungkinan reaksi ditentukan oleh energi molekul yang bertumbukan.
Faktor yang mempengaruhi laju reaksi kimia.
1. Sifat reaktan. Peran penting dimainkan oleh sifat ikatan kimia dan struktur molekul reagen. Reaksi berlangsung ke arah penghancuran ikatan yang kurang kuat dan pembentukan zat dengan ikatan yang lebih kuat. Dengan demikian, energi tinggi diperlukan untuk memutuskan ikatan pada molekul H 2 dan N 2; molekul seperti itu tidak terlalu reaktif. Untuk memutuskan ikatan dalam molekul yang sangat polar (HCl, H 2 O), dibutuhkan lebih sedikit energi, dan laju reaksi jauh lebih tinggi. Reaksi antara ion-ion dalam larutan elektrolit berlangsung hampir seketika.
Contoh
Fluor bereaksi secara eksplosif dengan hidrogen pada suhu kamar; brom bereaksi dengan hidrogen secara perlahan bahkan ketika dipanaskan.
Kalsium oksida bereaksi keras dengan air, melepaskan panas; oksida tembaga - tidak bereaksi.

2. Konsentrasi. Dengan peningkatan konsentrasi (jumlah partikel per satuan volume), tumbukan molekul reaktan lebih sering terjadi - laju reaksi meningkat.
Hukum massa aktif (K. Guldberg, P. Waage, 1867)
Laju reaksi kimia berbanding lurus dengan produk dari konsentrasi reaktan.

AA + bB + . . . ® . . .

• [A] a [B] b . . .

Konstanta laju reaksi k bergantung pada sifat reaktan, suhu, dan katalis, tetapi tidak bergantung pada konsentrasi reaktan.
Arti fisika dari konstanta laju adalah bahwa itu sama dengan laju reaksi pada konsentrasi satuan reaktan.
Untuk reaksi heterogen, konsentrasi fase padat tidak termasuk dalam ekspresi laju reaksi.

3. Suhu. Untuk setiap kenaikan suhu 10°C, laju reaksi meningkat dengan faktor 2-4 (Aturan Van't Hoff). Dengan kenaikan suhu dari t 1 ke t 2, perubahan laju reaksi dapat dihitung dengan rumus:

(di mana Vt 2 dan Vt 1 adalah laju reaksi pada suhu t 2 dan t 1, masing-masing; g adalah koefisien suhu reaksi ini).
Aturan Van't Hoff hanya berlaku dalam rentang suhu yang sempit. Lebih akurat adalah persamaan Arrhenius:

• e-Ea/RT

di mana
A adalah konstanta tergantung pada sifat reaktan;
R adalah konstanta gas universal;

Ea adalah energi aktivasi, mis. energi yang harus dimiliki molekul yang bertabrakan agar tumbukan menghasilkan transformasi kimia.
Diagram energi reaksi kimia.

A - reagen, B - kompleks teraktivasi (keadaan transisi), C - produk.
Semakin tinggi energi aktivasi Ea, semakin meningkat laju reaksi dengan meningkatnya suhu.

4. Permukaan kontak reaktan. Untuk sistem heterogen (ketika zat berada dalam keadaan agregasi yang berbeda), semakin besar permukaan kontak, semakin cepat reaksi berlangsung. Permukaan padatan dapat ditingkatkan dengan menggilingnya, dan untuk zat terlarut dengan melarutkannya.

5. Katalisis. Zat yang berpartisipasi dalam reaksi dan meningkatkan lajunya, tetap tidak berubah pada akhir reaksi, disebut katalis. Mekanisme kerja katalis dikaitkan dengan penurunan energi aktivasi reaksi karena pembentukan senyawa antara. Pada katalisis homogen reagen dan katalis merupakan satu fase (mereka berada dalam keadaan agregasi yang sama), dengan katalisis heterogen- fase yang berbeda (mereka berada dalam kondisi agregasi yang berbeda). Dalam beberapa kasus, jalannya proses kimia yang tidak diinginkan dapat diperlambat secara drastis dengan menambahkan inhibitor ke media reaksi (fenomena katalisis negatif").

7.1. Reaksi homogen dan reaksi heterogen

Zat kimia dapat berada dalam keadaan agregasi yang berbeda, sedangkan sifat kimianya dalam keadaan yang berbeda adalah sama, tetapi aktivitasnya berbeda (yang ditunjukkan dalam kuliah terakhir menggunakan contoh efek termal dari reaksi kimia).

Pertimbangkan berbagai kombinasi keadaan agregat di mana dua zat A dan B dapat berada.

Fasa adalah daerah sistem kimia di mana semua sifat sistemnya konstan (sama) atau terus berubah dari titik ke titik. Fase terpisah adalah masing-masing padatan, di samping itu, ada fase larutan dan gas.

homogen disebut sistem kimia, di mana semua zat berada dalam fase yang sama (dalam larutan atau dalam gas). Jika terdapat beberapa fase, maka sistem tersebut disebut

heterogen.

masing-masing reaksi kimia disebut homogen jika reaktan berada dalam fase yang sama. Jika reaktan berada dalam fase yang berbeda, maka reaksi kimia disebut heterogen.

Sangat mudah untuk memahami bahwa karena reaksi kimia memerlukan kontak reagen, reaksi homogen terjadi secara bersamaan di seluruh volume larutan atau bejana reaksi, sedangkan reaksi heterogen terjadi pada batas sempit antara fase - pada antarmuka. Jadi, murni secara teoritis, reaksi homogen terjadi lebih cepat daripada reaksi heterogen.

Jadi, kami beralih ke konsep laju reaksi kimia.

Kecepatan suatu reaksi kimia. Hukum massa aktif. keseimbangan kimia.

7.2. Laju reaksi kimia

Cabang ilmu kimia yang mempelajari laju dan mekanisme reaksi kimia adalah cabang ilmu kimia fisika dan disebut kinetika kimia.

Laju reaksi kimia adalah perubahan jumlah zat per satuan waktu per satuan volume sistem pereaksi (untuk reaksi homogen) atau per satuan luas permukaan (untuk reaksi heterogen).

Rasio perubahan jumlah zat terhadap volume sistem dapat diartikan sebagai perubahan konsentrasi zat tertentu.

Perhatikan bahwa untuk reagen dalam ekspresi laju reaksi kimia, diberi tanda minus, karena konsentrasi reagen berkurang, dan laju reaksi kimia sebenarnya bernilai positif.

Kesimpulan lebih lanjut didasarkan pada pertimbangan fisik sederhana yang mempertimbangkan reaksi kimia sebagai konsekuensi dari interaksi beberapa partikel.

Dasar (atau sederhana) adalah reaksi kimia yang terjadi dalam satu tahap. Jika ada beberapa tahap, maka reaksi semacam itu disebut reaksi kompleks, atau senyawa, atau kasar.

Pada tahun 1867, untuk menggambarkan laju reaksi kimia, diusulkan hukum aksi massa: laju reaksi kimia dasar sebanding dengan konsentrasi reaktan dalam pangkat koefisien stoikiometri.n A +m B P,

A, B - reagen, P - produk, n ,m - koefisien.

W = k n m

Koefisien k disebut konstanta laju reaksi kimia,

mencirikan sifat partikel yang berinteraksi dan tidak bergantung pada konsentrasi partikel.

Kecepatan suatu reaksi kimia. Hukum massa aktif. keseimbangan kimia. Besaran n dan m disebut orde reaksi berdasarkan zat A dan B berturut-turut, dan

jumlah mereka (n + m) - orde reaksi.

Untuk reaksi elementer, orde reaksinya bisa 1, 2, dan 3.

Reaksi dasar dengan orde 1 disebut monomolekul, dengan orde 2 - bimolekuler, dengan orde 3 - trimolekul sesuai dengan jumlah molekul yang terlibat. Reaksi dasar yang lebih tinggi dari orde ketiga tidak diketahui - perhitungan menunjukkan bahwa pertemuan simultan empat molekul pada satu titik adalah peristiwa yang terlalu luar biasa.

Karena reaksi kompleks terdiri dari urutan reaksi elementer tertentu, lajunya dapat dinyatakan dalam laju masing-masing tahap reaksi. Oleh karena itu, untuk reaksi kompleks, orde dapat berupa apa saja, termasuk pecahan atau nol (orde nol dari reaksi menunjukkan bahwa reaksi terjadi pada laju yang konstan dan tidak bergantung pada konsentrasi partikel yang bereaksi W = k).

Tahapan yang paling lambat dari suatu proses yang kompleks biasanya disebut tahap pembatas (rate-limiting stage).

Bayangkan sejumlah besar molekul pergi ke bioskop gratis, tetapi ada seorang inspektur di pintu masuk yang memeriksa usia setiap molekul. Oleh karena itu, aliran materi memasuki pintu bioskop, dan molekul memasuki bioskop satu per satu, yaitu. Sangat lambat.

Contoh reaksi elementer orde pertama adalah proses peluruhan termal atau radioaktif, masing-masing, konstanta laju k mencirikan kemungkinan pemutusan ikatan kimia, atau kemungkinan peluruhan per satuan waktu.

Ada banyak contoh reaksi elementer orde kedua - ini adalah cara yang paling umum bagi kita untuk melanjutkan reaksi - partikel A terbang ke partikel B, beberapa jenis transformasi terjadi dan sesuatu terjadi di sana (perhatikan bahwa produk dalam teori melakukannya tidak mempengaruhi apa pun - semua perhatian hanya diberikan pada partikel yang bereaksi).

Sebaliknya, ada beberapa reaksi elementer dari orde ketiga, karena sangat jarang tiga partikel bertemu pada waktu yang sama.

Sebagai ilustrasi, pertimbangkan kekuatan prediksi kinetika kimia.

Kecepatan suatu reaksi kimia. Hukum massa aktif. keseimbangan kimia.

persamaan kinetik orde pertama

(bahan tambahan ilustrasi)

Mari kita pertimbangkan reaksi homogen orde pertama, yang konstanta lajunya sama dengan k , konsentrasi awal zat A sama dengan [A]0 .

Untuk tujuan kursus kami, kesimpulan ini hanya untuk tujuan informasi, untuk menunjukkan kepada Anda penggunaan peralatan matematika untuk menghitung jalannya reaksi kimia. Oleh karena itu, seorang ahli kimia yang kompeten tidak dapat gagal untuk mengetahui matematika. Belajar matematika!

Kecepatan suatu reaksi kimia. Hukum massa aktif. keseimbangan kimia. Grafik konsentrasi reaktan dan produk terhadap waktu dapat digambarkan secara kualitatif sebagai berikut (menggunakan contoh reaksi orde pertama ireversibel)

Faktor yang mempengaruhi laju reaksi

1. Sifat reaktan

Misalnya, laju reaksi zat berikut: H2 SO4, CH3 COOH, H2 S, CH3 OH - dengan ion hidroksida akan bervariasi tergantung pada kekuatan ikatan H-O. Untuk menilai kekuatan ikatan ini, Anda dapat menggunakan nilai muatan positif relatif pada atom hidrogen: semakin besar muatannya, semakin mudah reaksi berlangsung.

2. Suhu

Pengalaman hidup memberitahu kita bahwa laju reaksi tergantung pada suhu dan meningkat dengan meningkatnya suhu. Misalnya, proses pengasaman susu terjadi lebih cepat pada suhu kamar, dan bukan di lemari es.

Mari kita beralih ke ekspresi matematis dari hukum aksi massa.

W = k n m

Karena sisi kiri ekspresi ini (laju reaksi) bergantung pada suhu, oleh karena itu, sisi kanan ekspresi juga bergantung pada suhu. Pada saat yang sama, konsentrasi, tentu saja, tidak tergantung pada suhu: misalnya, susu mempertahankan kandungan lemaknya sebesar 2,5% baik di lemari es maupun pada suhu kamar. Kemudian, seperti yang biasa dikatakan Sherlock Holmes, solusi yang tersisa adalah solusi yang benar, tidak peduli betapa anehnya kelihatannya: konstanta laju bergantung pada suhu!

Kecepatan suatu reaksi kimia. Hukum massa aktif. keseimbangan kimia. Ketergantungan konstanta laju reaksi pada suhu dinyatakan dengan menggunakan persamaan Arrhenius:

Ea

k = k0 eRT ,

di mana

R = 8,314 J mol-1 K-1 - konstanta gas universal,

E a adalah energi aktivasi reaksi (lihat di bawah), secara kondisional dianggap tidak tergantung pada suhu;

k 0 adalah faktor pra-eksponensial (yaitu, faktor yang berdiri sebelum eksponen e ), yang nilainya juga hampir tidak bergantung pada suhu dan ditentukan, pertama-tama, oleh orde reaksi.

Jadi, nilai k0 kira-kira 1013 s-1 untuk reaksi orde pertama, dan 10 -10 l mol-1 s-1 untuk reaksi orde kedua,

untuk reaksi orde ketiga - 10 -33 l2 mol-2 s-1. Nilai-nilai ini tidak harus dihafal.

Nilai pasti k0 untuk setiap reaksi ditentukan secara eksperimental.

Konsep energi aktivasi menjadi jelas dari gambar berikut. Sebenarnya, energi aktivasi adalah energi yang harus dimiliki partikel yang bereaksi agar reaksi dapat terjadi.

Selain itu, jika kita memanaskan sistem, maka energi partikel meningkat (grafik putus-putus), sedangkan keadaan transisi (≠) tetap pada tingkat yang sama. Perbedaan energi antara keadaan transisi dan reaktan (energi aktivasi) berkurang, dan laju reaksi menurut persamaan Arrhenius meningkat.

Kecepatan suatu reaksi kimia. Hukum massa aktif. keseimbangan kimia. Selain persamaan Arrhenius, ada persamaan van't Hoff, yang

mencirikan ketergantungan laju reaksi pada suhu dengan menggunakan koefisien suhu :

Koefisien suhu menunjukkan berapa kali laju reaksi kimia akan meningkat ketika suhu berubah 10o.

Persamaan Van't Hoff:

T2 T1

W (T 2 )= W (T 1 )× 10

Biasanya, koefisien berada dalam kisaran dari 2 hingga 4. Untuk alasan ini, ahli kimia sering menggunakan perkiraan bahwa peningkatan suhu 20o menyebabkan peningkatan laju reaksi dengan urutan besarnya (yaitu, 10 kali).