Chemia ogólna nieorganiczna Wykład 10 14 XII 2016

Kinetyka i statyka chemiczna

Elementy kinetyki i statyki chemicznej bada drogi przemiany substratów w produkty szybkość(v) reakcji chem. i zależność od warunków przebiegu reakcji pomaga w wyjaśnianiu mechanizmu przemian chemicznych pozwala na optymalizację warunków przebiegu reakcji

teoria zderzeń aktywnych (efektywnych)

aby zaszła reakcja chem. atomy/cząsteczki muszą zderzyć się ze sobą, zderzające się drobiny muszą posiadać pewną minimalną energię Ea

(Ea energia aktywacji)40 - 120 kJ/mol <b.szybkie >b. wolne

nie każde zderzenie prowadzi do reakcji decydujące znaczenie ma przestrzenna orientacja cząsteczki

v szybkość reakcji zależy od częstości zderzeń efektywnych

zderzenie nieefektywne

zderzenie efektywne

zderzenia efektywne (aktywne) zderzenia nieefektywne (nieaktywne)

NOCl - chlorek nitrozylu

teoria bezwzględnej szybkości reakcji chem. teoria aktywnego kompleksu [KA]*

zakłada powstawanie [KA]*, który jest produktem pośrednim między substratami i produktami końcowymi,

w [ KA ]* słabną wiązania pierwotne, wzmacniają się wiązania wtórne

A2 + B2 = [ A2B2 ]* = AB + AB v reakcji ~ stężenia KA* w jednostce czasu i obj.

reakcja egzo-

H3C N CC

NH3C H3C C N

układ+E (+H)

-E (-H)

endo

egzo

cząsteczkowość reakcji chemicznych liczba cząsteczek, które muszą się zderzyć, aby zaszła reakcja chem.

rzędowość reakcji chemicznej – liczba składników zmieniających stężenie (c) w czasie reakcji i uwzględnionych w kinetycznym równaniu reakcji

v = dc/dt = ∆c/∆t

reakcje homogenne (w jednej fazie) heterogenne (w dwóch fazach)

izolowane – w układzie biegnie tylko jedna reakcja współbieżne (równoległe) – w układzie w jednej chwili biegnie kilka reakcji chemicznych

k stała szybkość reakcji chemicznej (tabele chemiczne)

lub ubytek stężenia substratów

= ____dc dt

v reakcji zależy od: •  rodzaju reakcji •  reagentów (trwałość wiązań chemicznych…) •  stężenia reagentów im C ! tym ν ! temperatury im T tym v

reguła Van’t Hoffa

wzrost T o 10K powoduje 2-4 krotny wzrost v reakcji

równanie Arrheniusa

•  obniżają Ea •  uczestniczą w przestrzennym ustawianiu reagentów •  nie zużywają się podczas reakcji

Katalizatory

(+) katalizatory (−) inhibitory – zmniejszają

C2H4(g) + H2 (g) = C2H6 (g)

Kataliza hetereogenna

przykładowy mechanizm działania katalizatora - enzymu

1 mol CH3COOH 60g 1 mol C2H5OH 46g

Statyka chemiczna

CH3COOH + C2H5OH = CH3COOC2H5 + H2Oestryfikacja

hydroliza

stan równowagi chemicznej

po pewnym czasie stężenie reagentów = const.

stałe szybkości reakcji

K - stała równowagi chemicznej reakcji

stała równowagi chemicznej

prawo działania mas (Guldberg – Waage)

wartość K wskazuje zakres reakcji czyli stopień przemiany substratów w produkty

K >> 1 po reakcji dominują produkty K << 1 po reakcji dominują substraty

REGUŁA PRZEKORY Le`Chatelier`a – Brauna

Jeśli w układzie będącym w stanie równowagi chemicznej zmienimy któryś z parametrów (stężenie, ciśnienie, temperaturę) to układ zachowa się tak aby zmianie tej przeciwdziałać.

OGÓLNIE

P

Teorie kwasów i zasad:

teoria Arheniusa

Dysocjacja jednostopniowa

Ważne

kation hydroniowy oksoniowy

Dysocjacja dwustopniowa

Dysocjacja trójstopniowa

teoria Brönsteda-Lowry`ego

KWAS = dawca protonów

ZASADA = biorca protonów

donor

akceptor

wg. protonowej teorii kwasów i zasad

Rozpuszczalniki w protonowej teorii KW / ZAS:

lub protonogenowe

lub protonofilowe

wg. protonowej teorii kwasów i zasad

teoria Lewisa (elektronowa)obejmuje również rozpuszczalniki - aprotonowe np. CnHm

tłumaczy mechanizmy reakcji wielu związków organicznych

W reakcji kwas−zasada zawsze powstaje wiązanie koordynacyjne .

Produktem reakcji kwasu i zasady wg. Lewisa jest zawsze

ADDUKT KWASOWO−ZASADOWY

wg. elektronowej teorii kwasów i zasad

wg. elektronowej teorii kwasów i zasad

Według Lewisa nie ma pojęcia mocy kwasów / zasad.

Moc kwasów / zasad zależy od drugiej substancji

Przykładowe twarde i miękkie kwasy i zasady wg. Pearsona

Ilościowe ujście teorii elektrolitów

pH= −lg10[H+] pOH= −lg10[OH−]H+ ≡ H3O+

[H+] ● [OH−] = 10−14 = Kw

pH + pOH = 14

iloczynjonowywody

pH= −lg10 [H3O+]

Stopień dysocjacji elektrolitycznej ∝HA ⇄ H+ + A−

[H+]=[A−]= C cząst. zdysocjowanych na jony

ważne

zależność ∝odcdla kwasu octowego CH3COOH

Stała dysocjacji elektrolitycznej kwasów Ka

HA ⇄ H+ + A−

im większa wartość K tym mocniejszy elektrolit K nie zależy od stężenia

im mniejsza wartość pKa tym mocniejszy elektrolit pKa nie zależy od stężenia

mocne

pKa=-log10Ka

pKa=-log10Ka

pKb=-log10Kb

Stała dysocjacji elektrolitycznej K

the end

dziękuję za uwagę !