„Reakciósebesség” változatai közötti eltérés

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
[nem ellenőrzött változat][ellenőrzött változat]
Tartalom törölve Tartalom hozzáadva
Kisebb javítások. Azonos mondatrészeket összekötő "vagy" elé nem kell vessző.
a typo
4. sor: 4. sor:
A kémiai reakciókban a kiindulási anyagok ([[reagens]]ek) termékek képződése közben reagálnak. A kiindulási anyagok [[anyagmennyiség]]e csökken, a termékek anyagmennyisége pedig növekszik az idő előrehaladtával. A '''reakciósebesség''' egy adott sztöchiometriájú [[kémiai reakció]] időbeli előrehaladásának pontos matematikai egyenletéből kapható meg. Az egyes reakciók nagyon eltérő sebességűek lehetnek, például a [[vas]] rozsdásodása a földi atmoszférában lassú, néhány évet is igénybe vehet, de a [[cellulóz]] égése néhány másodperc alatt lejátszódik.
A kémiai reakciókban a kiindulási anyagok ([[reagens]]ek) termékek képződése közben reagálnak. A kiindulási anyagok [[anyagmennyiség]]e csökken, a termékek anyagmennyisége pedig növekszik az idő előrehaladtával. A '''reakciósebesség''' egy adott sztöchiometriájú [[kémiai reakció]] időbeli előrehaladásának pontos matematikai egyenletéből kapható meg. Az egyes reakciók nagyon eltérő sebességűek lehetnek, például a [[vas]] rozsdásodása a földi atmoszférában lassú, néhány évet is igénybe vehet, de a [[cellulóz]] égése néhány másodperc alatt lejátszódik.


A reakciósebességet a kémiai [[reakciókinetika]], a [[fizikai kémia]] egyik részterülete a tárgyalja. A kémiai reakciókinetika egyenleteit többek között a [[vegyészmérnök]]i, az [[enzimológia]]i és a [[környezetmérnök]]i gyakorlatban alkalmazzák.<ref>Atkins, P. W.: Fizikai kémia III. Nemzeti Tankönyvkiadó Rt. Budapest, 2002.</ref>
A reakciósebességet a kémiai [[reakciókinetika]], a [[fizikai kémia]] egyik részterülete tárgyalja. A kémiai reakciókinetika egyenleteit többek között a [[vegyészmérnök]]i, az [[enzimológia]]i és a [[környezetmérnök]]i gyakorlatban alkalmazzák.<ref>Atkins, P. W.: Fizikai kémia III. Nemzeti Tankönyvkiadó Rt. Budapest, 2002.</ref>


== A reakciósebesség definícióegyenlete ==
== A reakciósebesség definícióegyenlete ==

A lap 2019. július 21., 12:25-kori változata

A vas rozsdásodása viszonylag kis reakciósebességű
A cellulóz égése viszonylag nagy reakciósebességű

A kémiai reakciókban a kiindulási anyagok (reagensek) termékek képződése közben reagálnak. A kiindulási anyagok anyagmennyisége csökken, a termékek anyagmennyisége pedig növekszik az idő előrehaladtával. A reakciósebesség egy adott sztöchiometriájú kémiai reakció időbeli előrehaladásának pontos matematikai egyenletéből kapható meg. Az egyes reakciók nagyon eltérő sebességűek lehetnek, például a vas rozsdásodása a földi atmoszférában lassú, néhány évet is igénybe vehet, de a cellulóz égése néhány másodperc alatt lejátszódik.

A reakciósebességet a kémiai reakciókinetika, a fizikai kémia egyik részterülete tárgyalja. A kémiai reakciókinetika egyenleteit többek között a vegyészmérnöki, az enzimológiai és a környezetmérnöki gyakorlatban alkalmazzák.[1]

A reakciósebesség definícióegyenlete

A reakciósebességet az anyagmennyiség, vagy pedig a koncentráció időegységre jutó változásával jellemzik. Általánosan egy kémiai reakció például az alábbi módon írható fel:

A reakciósebesség az anyagmennyiség-változásokkal:

A kiindulási anyagok koncentrációja csökken, a termékeké nő az idő függvényében. A görbék meredeksége a pillanatnyi reakciósebességgel arányos.

Ha a reakció lejátszódása során a térfogat állandó, akkor az anyagmennyiségek időbeli változása egyenesen arányos az anyagmennyiség / térfogat viszonyok változásával, ami a komponensek koncentrációváltozását jelenti:

Ha V = állandó,

és a reakciósebesség a koncentráció-változásokkal:

A kifejezésekből az látható, hogy a reakcióegyenlet ismeretében elegendő egyetlen komponens anyagmennyiség-változásának vagy a koncentrációváltozásának a sebességét ismerni, a többi anyag átalakulásának a sebessége a sztöchiometriai viszonyok alapján már kiszámítható.

Molekularitás és rendűség

Reakciókinetikai szempontból azok a legegyszerűbb reakciók, amelyek lejátszódásához két molekula ütközése szükséges. Ezek a bimolekuláris reakciók. Ilyen reakció például a HI képződése homogén gáztérben.[2] A HI keletkezéséhez az szükséges, hogy a hőmozgás következtében egy-egy H2 és I2 molekula összeütközzék. Nem minden ütközés vezet új molekula képződéséhez. Az ütközéseknek csak egy kis része hatékony, de a sikeres ütközések száma arányos az összes ütközés számával. Egy adott hőmérsékleten annál gyakoribbak a molekulák ütközései, minél több molekula van a gázelegy egységnyi térfogatában, vagyis minél nagyobb a koncentráció, ill. a nyomás.

A HI képződés sebessége tehát

ahol a szögletes zárójelek a megfelelő komponensek koncentrációját jelentik, k pedig a reakciósebességi állandó.

A gyakorlati tapasztalat azt mutatja, hogy a bimolekuláris reakciók sebessége az egymásra ható, kiindulási anyagok koncentrációjával arányos:

vagy ha a két anyag koncentrációja megegyezik:

Azokat a reakciókat, amelyeknek a sebessége két anyag koncentrációjával, vagy egy koncentráció négyzetével arányos, kinetikusan másodrendű reakciónak nevezzük. Az r. rendű reakció sebességi egyenlete a legegyszerűbb esetet feltételezve a

kifejezéssel adható meg.

Általánosságban a reakciók kinetikus rendjén a sebességi egyenletben szereplő koncentrációk hatványkitevőinek az összegét értjük. Egyszerű reakciók esetén ez egész szám. Ha egy reakció rendűsége nem egész szám, akkor az összetett – sorozatos vagy párhuzamos – reakcióra utal.

A monomolekuláris, kinetikusan elsőrendű reakcióknál a molekulák belső instabilitásuk miatt bomlanak el. Tipikusan elsőrendű folyamat a molekulák termikus disszociációja vagy a radioaktív atomok bomlása.

A sebességi egyenletek megoldása

A különböző rendű reakciók sebességére felírt differenciálegyenleteket az alábbi peremfeltételekkel oldjuk meg. A reakció kezdeti időpontjában (t0) a kiindulási anyag (A) koncentrációja cAo = konstans, a terméké (cB) pedig nulla, vagyis:

t0cA = cAo = konstans
t0cBo = 0
tcA = cA

Nulladrendű reakció

A nulladrendű reakcióban a komponensek koncentrációja lineárisan változik az idő függvényében (piros: kiindulási anyag, kék: termék)

A nulladrendű reakció sebességét a

differenciálegyenlet adja meg. Szétválasztva a változókat és integrálva:

A kiindulási anyag koncentrációja az idő függvényében a

függvény szerint lineárisan csökken, a termék koncentrációja pedig az

egyenlet szerint nő.

A kifejezésben k0 a nulladrendű reakció reakciósebességi állandója, mértékegysége: mol/dm³·s.

Elsőrendű reakció

Az elsőrendű reakcióban a komponensek koncentrációja exponenciálisan változik az idő függvényében (piros: kiindulási anyag, kék: termék)

Az elsőrendű reakció sebességét a

differenciálegyenlet adja meg. Szétválasztva a változókat és integrálva:

A kiindási anyag koncentrációja a

exponenciális függvény szerint csökken az idő függvényében, a terméké pedig hasonló exponenciális függvény szerint nő:

A kifejezésben k1 az elsőrendű reakció reakciósebességi állandója, mértékegysége: 1/s.

Másodrendű reakció

A másodrendű reakcióban a komponensek koncentrációja hiperbola függvény szerint változik az idő függvényében (piros: kiindulási anyag, kék: termék)

A másodrendű reakció sebességét – feltételezve, hogy cA = cB-vel – a

differenciálegyenlet adja meg. Szétválasztva a változókat és integrálva:

A kiindási anyag koncentrációja a

hiperbola függvény szerint csökken az idő függvényében, a terméké pedig szintén hiperbola függvény szerint nő.

A kifejezésben k2 a másodrendű reakció reakciósebességi állandója, mértékegysége: dm³/mol·s.

r-edrendű reakció

Az r-edrendű reakcióban a komponensek koncentrációja (r-1)-edfokú hiperbola függvény szerint változik az idő függvényében (piros: kiindulási anyag, kék: termék)

Ha r-rel jelöljük általánosan a reakció rendjét, akkor az r-edrendű reakció sebességét a

differenciálegyenlet adja meg. Szétválasztva a változókat és integrálva (r ≠ 1) esetén:

A kiindulási anyag koncentrációja (r-1)-edfokú hiperbola függvény szerint csökken az idő függvényében, a terméké pedig hasonló hiperbola függvény szerint nő.

A kifejezésben kr az r-edrendű reakció reakciósebességi állandója, mértékegysége: (dm³/mol)(r-1)/s.

Kapcsolódó szócikkek

Hivatkozások

  1. Atkins, P. W.: Fizikai kémia III. Nemzeti Tankönyvkiadó Rt. Budapest, 2002.
  2. Erdey-Grúz Tibor: Fizikai kémia alapjai. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1963.