Kémiai reakciók sebessége reakciósebesség (v) = koncentrációváltozás változáshoz szükséges idő A változás nem egyenletes!!!!!!!!!!!!!!!!!! v= ± dc dt a A + b B cc + dd. Melyik reagens koncentrációváltozását figyeljük????????? a v = k [A] [B] b.
Kémiai reakciók Reakciókoordináta (ξ): a kémiai reakció előrehaladásának a mértékére szolgáló fizikai mennyiség ξ = a komponens anyagmennyiségének megváltozása a komponens sztöchiometriai együtthatója n A + 3B 2C ξ 3 3 2 2 1 1 t t
Kémiai reakciók sebessége reakciósebesség (v) = koncentrációváltozás változáshoz szükséges idő A változás nem egyenletes!!!!!!!!!!!!!!!!!! v= ± dc dt Melyik reagens koncentrációváltozását figyeljük????????? Ha a térfogat állandó: Reakciósebesség (v ξ ) = reakciókoordináta időegységre eső megváltozása a A + b B cc + dd. 1 a b v d[a] v ξ = = k = [A] 1 d[c] d[ξ/v] [B] = a dt c dt dt.
Reakciósebesség függ: 1. reagáló anyagok kémiai tulajdonsága 2. reagáló anyagok koncentrációja 3. hőmérséklet 4. a reagáló felület nagysága 5. katalizátor Sok reakció sebessége arányos a reagáló anyagok koncentrációinak valamely hatványával.
+ Na + H 2 CO 3 H 2 O + CO 2
Kémiai reakciók sebessége CH 4 (g) + 2 O 2 (g) CO 2 (g) + 2 H 2 O (g) H r0 = H k0 (CO 2 ) + 2 H k0 (H 2 O) H k0 (CH 4 ) 2 H k0 (O 2 ) H r0 = 1(-393,5) + 2(-241,8) 1(-74,81) 2(0,0) = -802,29 kj 1 mol metán égésekor felszabaduló hő: 802,29 kj 4 Fe (sz) + 3 O 2 (g) 2 Fe 2 O 3 (sz) H r0 = 2 H k0 (Fe 2 O 3 ) 4 H k0 (Fe) 3 H k0 (O 2 ) H r0 = 2(-831,1) 4(0,0) 3(0,0) = -1662,2 kj 1 mol Fe rozsdásodása során felszabaduló hő: 1662,2 / 4 = 415,55 kj
Kémiai reakciók sebessége pillanatnyi sebesség a A + b B cc + dd. a v = k [A] [B] b. reakciósebességi állandó Adott hőmérsékleten!!!!!!!!!!
[A] az A anyag aktivitása a A Ideális gázok esetén: a = p/p 0 (p 0 = 101,325 kpa) Oldatok esetén: a = γ c c/c 0 (c 0 = 1 mol/dm 3 ) γ c 1, ha c 0
Reakciósebességi állandó Svante Arrhenius 1889 ln k = ln A E a RT A = preexponenciális faktor (állandó) E a = aktiválási energia (állandó)
Molekulák hányada Ütközési elmélet Elemi gázfázisú bimolekuláris reakció esetén: ütközési sebesség = konst. [A][B] reakciósebesség = ƒ ütközési sebesség ƒ molekulák hányada, ahol E >E min alacsony hőmérséklet magas hőmérséklet Ludwig Boltzmann molekulák melyek kinetikus energiája nagyobb, mint E a lnƒ = E min RT reakciósebesség = ƒ konst. [A][B] k = ƒ konst. ln k = ln konst. + ln ƒ Kinetikus energia ln k = ln A E a RT
Potenciális energia Aktivált-komplex elmélet Aktivált-komplex energiája (átmeneti állapot) Aktiválási energia(gát) reaktánsok termékek Reakció koordináta
Potenciális energia Potenciális energia Többlépéses reakciók lassú lassú gyors gyors reaktánsok köztitermékek reaktánsok termékek termékek Reakció koordináta Reakció koordináta
Potenciális energia Katalizátor hatása eredeti reakcióút reaktánsok aktivált-komplex az új reakcióút esetén termékek Reakció koordináta
Kémiai reakciók lejátszódásának feltétele Relatív energia Potenciális energia A + B DE # DE nagy DE DE # negatív: termodinamikailag kedvezményezett C + D : kinetikailag gátolt
Elemi reakció: egy ütközés következtében végbemenő átalakulás kellő sebességgel, megfelelő irányból!! Potenciális energia aktivált-komplex endoterm Reakció koordináta exoterm
Kémiai reakciók sebessége reakciósebesség (v) = Potenciális energia koncentrációváltozás Reakciósebesség (v ξ ) = reakciókoordináta időegységre eső megváltozása változáshoz szükséges idő Relatív energia v 1 = k[a][b] DE v 2 = k [C][D] # k és k = reakciósebességi állandók A + B DE C + D
Kémiai egyensúly a A + b B cc + dd. a v = k [A] [B] 1 b c v = k [C] [D] 2 d Egyensúly: v 1 = v 2
koncentráció Kémiai egyensúly N 2 (g) + 3 H 2 (g) 500 ºC 2 NH 3 (g) idő
Kémiai egyensúly K függ a hőmérséklettől. egyensúlyi koncentrációk
A tömeghatás törvénye: Egy adott hőmérsékleten, egyensúlyban a termékek megfelelő hatványon vett egyensúlyi koncentrációinak szorzata osztva a kiindulási anyagok megfelelő hatványon vett egyensúlyi koncentrációinak szorzatával, állandó.
egyforma sebesség reaktánsok termékek a A + b B cc + dd. a v = k [A] [B] 1 b c v = k [C] [D] 2 d Egyensúly: v 1 = v 2 reaktánsok termékek
A körülmények hatása az egyensúlyra Henri Le Chatelier 1884 Le Chatelier elv: egy dinamikus egyensúly külső hatásra úgy viselkedik, hogy a külső hatást tompítani igyekszik. 1. Hőmérséklet 2. Nyomás 3. Hozzáadott reagens
Energia Energia A körülmények hatása az egyensúlyra 1. hőmérséklet érzékeny a hőmérsékletre érzékeny a hőmérsékletre reagensek termékek reagensek termékek endoterm exoterm ln k = ln A E a RT
A körülmények hatása az egyensúlyra 2. nyomás N 2 O 4 (g) 2 NO 2 (g) K c = [NO 2 ]2 [N 2 O 4 ]
A körülmények hatása az egyensúlyra 3. hozzáadott reagens megnöveljük
A körülmények hatása az egyensúlyra N 2 (g) + 3 H 2 (g) 500 ºC katalizátor Fe 2 NH 3 (g) exoterm NH 3 keletkezésének kedvez: 1. nyomás növelése 2. hőmérséklet csökkentése??????? reakciósebesség!!!! katalizátor alkalmazása
Egyensúlyi állandó K c = koncentrációkkal kifejezett e.á. (mol/l) K x = móltörtekkel kifejezett e.á. K n = mólszámokkal kifejezett e.á. K a = parciális nyomások és a normál légköri nyomás hányadosával kifejezett e.á. K p = parciális nyomásokkal kifejezett e.á.
Feladat: Egy kísérlet során 3 mol H 2 -t és 6 mol F 2 -t elegyítünk egy 3 dm 3 térfogatú tartályban. Mennyi a komponensek egyensúlyi koncentrációja a reakció lejátszódása után? H 2 (g) + F 2 (g) 2 HF (g) K c = 115
Feladat: 2 mol etanol és 3 mol ecetsav reakciója során etil-acetát és víz keletkezett. Számítsa ki a komponensek egyensúlyi móltörtjeit, ha K x =4,0.