„Reakciósebesség” változatai közötti eltérés
[ellenőrzött változat] | [nem ellenőrzött változat] |
a felső index 2/3 csere AWB |
Kisebb javítások. Azonos mondatrészeket összekötő "vagy" elé nem kell vessző. |
||
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]] 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 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 reakciósebesség definícióegyenlete == |
== A reakciósebesség definícióegyenlete == |
||
18. sor: | 18. sor: | ||
[[Kép:Koncido1.jpg|bélyegkép|jobbra|350px|A kiindulási anyagok [[koncentráció]]ja csökken, a termékeké nő az idő függvényében. A görbék [[Derivált|meredeksége]] a pillanatnyi reakciósebességgel arányos.]] |
[[Kép:Koncido1.jpg|bélyegkép|jobbra|350px|A kiindulási anyagok [[koncentráció]]ja csökken, a termékeké nő az idő függvényében. A görbék [[Derivált|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 [[Komponens (kémia)|komponensek]] [[koncentráció]]változását jelenti: |
Ha a reakció lejátszódása során a [[térfogat]] állandó, akkor az anyagmennyiségek időbeli változása egyenesen arányos az anyagmennyiség / térfogat viszonyok változásával, ami a [[Komponens (kémia)|komponensek]] [[koncentráció]]változását jelenti: |
||
Ha ''V'' = állandó, |
Ha ''V'' = állandó, |
||
27. sor: | 27. sor: | ||
:<math>v= -\frac{\mathrm dc_\mathrm A}{\mathrm dt} = -\frac{\mathrm dc_\mathrm B}{2\mathrm dt} = \frac{\mathrm dc_\mathrm C}{3\mathrm dt} = \frac{\mathrm dc_\mathrm D}{\mathrm dt}\ .</math> |
:<math>v= -\frac{\mathrm dc_\mathrm A}{\mathrm dt} = -\frac{\mathrm dc_\mathrm B}{2\mathrm dt} = \frac{\mathrm dc_\mathrm C}{3\mathrm dt} = \frac{\mathrm dc_\mathrm D}{\mathrm dt}\ .</math> |
||
A kifejezésekből az látható, hogy a [[reakcióegyenlet]] ismeretében elegendő egyetlen [[Komponens (kémia)|komponens]] anyagmennyiség-változásának |
A kifejezésekből az látható, hogy a [[reakcióegyenlet]] ismeretében elegendő egyetlen [[Komponens (kémia)|komponens]] anyagmennyiség-változásának vagy a koncentrációváltozásának a sebességét ismerni, a többi anyag átalakulásának a sebessége a sztöchiometriai viszonyok alapján már kiszámítható. |
||
== Molekularitás és rendűség == |
== Molekularitás és rendűség == |
||
[[Reakciókinetika]]i szempontból azok a legegyszerűbb reakciók, amelyek lejátszódásához két molekula ütközése szükséges. Ezek a bimolekuláris reakciók. Ilyen reakció például a HI képződése [[homogén]] gáztérben.<ref>Erdey-Grúz Tibor: Fizikai kémia alapjai. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1963.</ref> |
[[Reakciókinetika]]i szempontból azok a legegyszerűbb reakciók, amelyek lejátszódásához két molekula ütközése szükséges. Ezek a bimolekuláris reakciók. Ilyen reakció például a HI képződése [[homogén]] gáztérben.<ref>Erdey-Grúz Tibor: Fizikai kémia alapjai. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1963.</ref> |
||
A HI keletkezéséhez az szükséges, hogy a hőmozgás következtében egy-egy H<sub>2</sub> és I<sub>2</sub> molekula összeütközzék. Nem minden ütközés vezet új molekula képződéséhez. Az ütközéseknek csak egy kis része hatékony, de a sikeres ütközések száma arányos az összes |
A HI keletkezéséhez az szükséges, hogy a hőmozgás következtében egy-egy H<sub>2</sub> és I<sub>2</sub> 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 |
A HI képződés sebessége tehát |
||
55. sor: | 55. sor: | ||
kifejezéssel adható meg. |
kifejezéssel adható meg. |
||
Általánosságban a reakciók kinetikus rendjén a sebességi egyenletben szereplő [[koncentráció]]k [[hatványkitevő]]inek az összegét értjük. Egyszerű reakciók esetén ez egész szám. Ha egy reakció rendűsége nem egész szám, akkor az összetett – sorozatos |
Általánosságban a reakciók kinetikus rendjén a sebességi egyenletben szereplő [[koncentráció]]k [[hatványkitevő]]inek 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 disszociáció]]ja |
A monomolekuláris, kinetikusan elsőrendű reakcióknál a molekulák belső instabilitásuk miatt bomlanak el. Tipikusan elsőrendű folyamat a molekulák [[termikus disszociáció]]ja vagy a [[radioaktív]] atomok bomlása. |
||
== A sebességi egyenletek megoldása == |
== A sebességi egyenletek megoldása == |
A lap 2019. július 21., 13:24-kori változata
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 a 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:
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:
- t0 → cA = cAo = konstans
- t0 → cBo = 0
- t → cA = cA
Nulladrendű reakció
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 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 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
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.