KINETIKAa

CHEMICKÁ ROVNOVÁHA

Rýchlosť chemickej reakcie

Chemické reakcie majú rôznu rýchlosť.

V priebehu chemickej reakcie dochádza k zmenšovaniu koncentrácie reaktantov a zväčšovaniu koncentrácie produktov.

Rýchlosť chemických reakcií možno vypočítať zo zmeny koncentrácie reaktantov alebo produktov za určitý časový interval:

𝒗 =∆𝒄

∆𝒕

Priebeh chemických reakciíZrážková teória

◦častice sa musia zraziť

◦častice musia byť vhodne orientované

◦častice musia mať dostatočnú minimálnu energiu = aktivačnú energiu

Priebeh chemických reakciíTeória aktivovaného komplexu (prechodného stavu)

Priebeh chemických reakciíTeória aktivovaného komplexu

Aktivovaný komplex

Aktivačná energia

∆H

Priebeh chemických reakcií

Teória aktivovaného komplexu1. zrážka častíc s aktivačnou energiou a

vyššou energiou

2. vznik aktivovaného komplexu

3. rozpad aktivovaného komplexu na produkty alebo reaktanty

Guldbergov – Waagov zákon o účinku hmotnosti:

Pre chemickú reakciu:

a A + b B → c C + d D

platí: v = k . cα (A) . c (B)

Rýchlosť chemickej reakcie je pri danej teplote priamo úmerná súčinu koncentrácií dosiaľ nezreagovaných reaktantov.

Cato Maximilan Guldberg, Peter Waage

Priebeh chemickej reakcie v uzavretej sústave:

Po určitej dobe nastáva rovnovážny stav -Dynamická rovnováha

V ktorom okamihu priebehu reakcie H2 + I2 ↔ 2 HI sa ustáli rovnovážny stav?

Rovnováha sa ustálila v okamihu e), lebo od tohto okamihu už v sústave nedochádza k žiadnej zmene.

Aký vzťah platí pre rýchlosť priamej a spätnej reakcie?

H2 + I2 ↔ 2 HI

v1 = k1 [H2 ][I2]

v2 = k2 [HI][HI] = k2 [HI]2

v1 = v2 (rovnováha)

k1 [H2 ][I2] = k2 [HI]2

𝐊𝐜 =𝐤𝟏𝐤𝟐

=𝐇𝐈 𝟐

𝐇𝟐 𝐈𝟐Kc – rovnovážna konštanta

Ozn.: [A] – rovnovážna koncentrácia látky A

Guldbergov-Waagov zákon chemickej rovnováhy

Podiel súčinu číselných hodnôt rovnovážnych koncentrácií produktov umocnených príslušnými stechiometrickýmikoeficientami a súčinu číselných hodnôt rovnovážnych koncentrácií reaktantov umocnených príslušnými stechiometrickými koeficientami v homogénnej sústave je konštantný.

(Hodnota rovnovážnej konštanty chemickej reakcie závisí od teploty, pri ktorej reakcia prebieha.)

Guldbergov-Waagov zákon chemickej rovnováhy - vzorec

a A + b B → c C + d D

𝐊𝐜 =𝐂 𝐜 ∙ 𝐃 𝐝

𝐀 𝐚 ∙ 𝐁 𝐛

Úloha : Napíšte vzťah pre výpočet rovnovážnej konštanty reakcie:

2 N2O5(g) ↔ 4 NO2(g) + O2(g) Riešenie:

s

Úloha 1: Vypočítajte hodnotu rovnovážnej konštanty reakcie: 2 SO2(g) + O2(g) ↔ 2 SO3(g)

a poznáme [SO2] = 5mmol/l, [O2] = 7mmol/l, [SO3] = 10mmol/l.

Riešenie:

𝑲𝒄 =𝑺𝑶𝟑

𝟐

𝑺𝑶𝟐𝟐 𝑶𝟐

=𝟎, 𝟎𝟏𝟐

𝟎, 𝟎𝟎𝟓𝟐 ∙ 𝟎, 𝟎𝟎𝟕≐ 𝟐, 𝟖𝟓𝟕

Ako ovplyvnia veľkosti rovnovážnych koncentrácií látok hodnotu Kc ?

V sústave prevládajú produkty.

Veľké číslo

Ako ovplyvnia veľkosti rovnovážnych koncentrácií látok hodnotu Kc ?

V sústave prevládajú reaktanty.

Malé číslo

Ako ovplyvnia veľkosti rovnovážnych koncentrácií látok hodnotu Kc ?

K >> 103 (prakticky) jednosmerná reakcia (→)

K >> 1 rovnováha posunutá na stranu produktov

K ≈ 1 „ukážková“ vratná reakcia

K

Zákon akcie a reakcie -(Le Chatelierov princíp pohyblivej rovnováhy)

Porušenie rovnováhy vonkajším vplyvom = akcia vyvoláva dej = reakciu, ktorý smeruje k zrušeniu účinku tohto vplyvu; stav rovnováhy sa opätovne obnoví.

Faktory ovplyvňujúce chemickú rovnováhu

koncentrácia reaktantov a produktov

teplota sústavy

tlak v sústave

Vplyv koncentrácie na chemickú rovnováhu

◦ zvýšením koncentrácie (pridanie) reaktantov sa

rovnováha posúva smerom k produktom

R → P

◦ zvýšením koncentrácie (pridanie) produktov sa

rovnováha posúva smerom k reaktantom

R ← P

Vplyv teploty na chemickú rovnováhu

◦ zvýšenie teploty reakčnej zmesi pri endotermických

reakciách vyvoláva posun chemickej rovnováhy smerom k

produktom, zníženie teploty posun smerom k reaktantom

◦ zvýšenie teploty reakčnej zmesi pri exotermických

reakciách vyvoláva posun chemickej rovnováhy smerom k

reaktantom, zníženie teploty posun smerom k produktom

Vplyv tlaku na chemickú rovnováhu

- zníženie tlaku v reakčnom systéme posúva chemickú rovnováhu

smerom k narastajúcemu počtu mólov plynných látok

- zvýšenie tlaku v reakčnom systéme posúva chemickú rovnováhu

smerom ku klesajúcemu počtu mólov plynných látok

Príklad: Zvýšime tlak v N2 (g) + 3H2 (g) ↔ 2NH3 (g).

4 móly 2 móly

Rovnováha sa posunie k produktom.

Vplyv katalyzátora na chemickú rovnováhu

Katalyzátor nemá vplyv na hodnotu

rovnovážnej konštanty a teda ani na smer

posunu rovnováhy reakcie.

Prehľad faktorov ovplyvňujúcich rovnováhu

Akcia Reakcia

Pridanie reaktantu↑c(R)

Posun rovnováhy k produktom↑c(P)

Pridanie produktu↑c(P)

Posun rovnováhy k reaktantom↑c(R)

Zvýšenie tlaku↑p

Posun rovnováhy na stranu v smere menšieho počtu mólov (g)

Zníženie tlaku↓p

Posun rovnováhy na stranu v smere väčšieho počtu mólov (g)

Zvýšenie teploty v endotermických reakciách ↑tend

Posun rovnováhy k produktom

Zvýšenie teploty v exotermických reakciách ↑tex

Posun rovnováhy k reaktantom

Príklady:

1. Vodík a kyslík reagujú spolu za vzniku vody. Ako ovplyvnia nasledujúce faktory rýchlosť chemickej reakcie? a) teplota sa zvýši z 25°C na 30°C

b) koncentrácia reagujúceho vodíka sa zníži

c) tlak sa zníži

2. Ako možno zmeniť rovnovážnu koncentráciu oxidu osmičeléhopôsobením nasledovných faktorov na systém?

Os(s) + 2O2(g) ⇌ OsO4(g) ∆H = -334,6 kJ/mola) zväčšením koncentrácie osmia

b) ochladením reakčného systému

c) zväčšením objemu reakčného systému

d) pridaním katalyzátora

e) zväčšením objemu reakčného systému pri konštantnej teplote