Reakciókinetika és katalízis

Hasonló dokumentumok
Kémiai reakciók sebessége

Reakció kinetika és katalízis

17_reakciosebessegi_elmelet.pptx

Reakciókinetika. Általános Kémia, kinetika Dia: 1 /53

Kémiai átalakulások. A kémiai reakciók körülményei. A rendszer energiaviszonyai

Reakciókinetika. aktiválási energia. felszabaduló energia. kiindulási állapot. energia nyereség. végállapot

Biofizika szeminárium. Diffúzió, ozmózis

Kinetika. Általános Kémia, kinetika Dia: 1 /53

Diffúzió 2003 március 28

Diffúzió. Diffúzió sebessége: gáz > folyadék > szilárd (kötőerő)

Reakciókinetika és katalízis

Fizika-Biofizika I. DIFFÚZIÓ OZMÓZIS Október 22. Vig Andrea PTE ÁOK Biofizikai Intézet

DIFFÚZIÓ. BIOFIZIKA I Október 20. Bugyi Beáta

Reakciókinetika és katalízis

Transzportfolyamatok

Kémiai átalakulások. A kémiai reakciók körülményei. A rendszer energiaviszonyai

A diffúzió leírása az anyagmennyiség időbeli változásával A diffúzió leírása a koncentráció térbeli változásával

HOMOGÉN EGYENSÚLYI ELEKTROKÉMIA: ELEKTROLITOK TERMODINAMIKÁJA

Anyagismeret 2016/17. Diffúzió. Dr. Mészáros István Diffúzió

Biofizika I. DIFFÚZIÓ OZMÓZIS

Diffúzió. Diffúzió. Diffúzió. Különféle anyagi részecskék anyagon belüli helyváltoztatása Az anyag lehet gáznemű, folyékony vagy szilárd

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (korlátok) Fókusz: a légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Biológiai membránok fizikája, diffúzió, ozmózis Dr. Nagy László

Általános kémia képletgyűjtemény. Atomszerkezet Tömegszám (A) A = Z + N Rendszám (Z) Neutronok száma (N) Mólok száma (n)

v=k [A] a [B] b = 1 d [A] 3. 0 = [ ν J J, v = k J

Elektrokémia B01. Mi a ph? Láng Győző. Kémiai Intézet, Fizikai Kémiai Tanszék Eötvös Loránd Tudományegyetem Budapest

Orvosi Fizika 10. Biológiai membránok fizikája, diffúzió, ozmózis Dr. Nagy László

Biológiai membránok fizikája, diffúzió, ozmózis Dr. Nagy László

Transzportjelenségek

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27

Molekulák mozgásban a kémiai kinetika a környezetben

FOTOKÉMIAI REAKCIÓK, REAKCIÓKINETIKAI ALAPOK

Energia. Energia: munkavégző, vagy hőközlő képesség. Kinetikus energia: a mozgási energia

SEMMELWEIS EGYETEM. Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport. Zrínyi Miklós

Meghatározás: Olyan egyenlet, amely a független változók mellett tartalmaz egy vagy több függvényt és azok deriváltjait.

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27

Modern Fizika Labor. 2. Elemi töltés meghatározása

Biofizika 1 - Diffúzió, ozmózis 10/31/2018

Fizikai kémia 2 Reakciókinetika házi feladatok 2016 ősz

Speciális fluoreszcencia spektroszkópiai módszerek

Szedimentáció, elektroforézis. Biofizika előadás Talián Csaba Gábor

Szívelektrofiziológiai alapjelenségek. Dr. Tóth András 2018

Reakciókinetika és katalízis

A kálium-permanganát és az oxálsav közötti reakció vizsgálata

Rezervoár kőzetek gázáteresztőképességének. fotoakusztikus detektálási módszer segítségével

Atomfizika. A hidrogén lámpa színképei. Elektronok H atom. Fényképlemez. emisszió H 2. gáz

Reológia Mérési technikák

4. A metil-acetát lúgos hidrolízise. Előkészítő előadás

Reakciókinetika és katalízis

Alkalmazás a makrókanónikus sokaságra: A fotongáz

Elektrodinamika. Maxwell egyenletek: Kontinuitási egyenlet: div n v =0. div E =4 div B =0. rot E = rot B=

Elektrofiziológiai alapjelenségek 1. Dr. Tóth András

Kémiai reakciók mechanizmusa számítógépes szimulációval

A gáz halmazállapot. A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

Modern Fizika Labor. 11. Spektroszkópia. Fizika BSc. A mérés dátuma: dec. 16. A mérés száma és címe: Értékelés: A beadás dátuma: dec. 21.

Visy Csaba Kredit 4 Heti óraszám 3 típus AJÁNLOTT IRODALOM. P. W. Atkins: Fizikai kémia I.

Kiss László Láng Győző ELEKTROKÉMIA

Transzportfolyamatok a mikroszkópikus méretskálán: Diffúzió, Brown-mozgás, ozmózis. A sejt méretskálája. Biomolekuláris rendszerek méretskálája

A kálium-permanganát és az oxálsav közötti reakció vizsgálata 9a. mérés B4.9

Az elektromos kettősréteg. Az elektromos potenciálkülönbség eredete, értéke és az azt befolyásoló tényezők. Kolloidok stabilitása.

8. Belső energia, entalpia és entrópia ideális és nem ideális gázoknál

BIOFIZIKA I OZMÓZIS Bugyi Beáta (PTE ÁOK Biofizikai Intézet) OZMÓZIS

A kálium-permanganát és az oxálsav közötti reakció vizsgálata

c A Kiindulási anyag koncentrációja c A0 idő t 1/2 A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

Titrimetria - Térfogatos kémiai analízis -

Az enzimműködés termodinamikai és szerkezeti alapjai

Általános Kémia GY, 2. tantermi gyakorlat

Idegen atomok hatása a grafén vezet képességére

Azonos és egymással nem kölcsönható részecskékből álló kvantumos rendszer makrókanónikus sokaságban.

Molekuláris dinamika I. 10. előadás

Modern Fizika Labor. 2. Az elemi töltés meghatározása. Fizika BSc. A mérés dátuma: nov. 29. A mérés száma és címe: Értékelés:

Makroszkópos tulajdonságok, jelenségek, közvetlenül mérhető mennyiségek leírásával foglalkozik (például: P, V, T, összetétel).

Közös elektronpár létrehozása

FIZIKA I. Ez egy gázos előadás lesz! (Ideális gázok hőtana) Dr. Seres István

Dr. Kopecskó Katalin

összetevője változatlan marad, a falra merőleges összetevő iránya ellenkezőjére változik, miközben nagysága ugyanakkora marad.

Követelmények: f - részvétel az előadások 67 %-án - 3 db érvényes ZH (min. 50%) - 4 elfogadott laborjegyzőkönyv

OZMÓZIS. BIOFIZIKA I Október 25. Bugyi Beáta PTE ÁOK Biofizikai Intézet

SZBN Fizikai kémia 2017/18/2

Reakciókinetika (Zrínyi Miklós jegyzete alapján)

Kémiai reakciók. Kémiai reakció feltételei: Aktivált komplexum:

Reakciókinetika és katalízis

FIZIKA I. Ez egy gázos előadás lesz! (Ideális gázok hőtana) Dr. Seres István

A reakciósebesség fogalma A sebességmérés kísérleti módszerei

5. Laboratóriumi gyakorlat

Fizikai biológia. Modellépítés kiinduló szempontjai. Mitől élő az élő? Az élő sejt fizikai Biológiája

A sugárkémia alapjai

Hőtan I. főtétele tesztek

A REAKCIÓKINETIKA ALAPJAI

Kémia fogorvostan hallgatóknak Munkafüzet 11. hét

Reakciókinetika. Fizikai kémia előadások biológusoknak 8. Turányi Tamás ELTE Kémiai Intézet. A reakciókinetika tárgya

1 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02 1

SEMMELWEIS EGYETEM. Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport. TRANSZPORTFOLYAMATOK biológiai rendszerekben.

Spontaneitás, entrópia

ESR-spektrumok különbözı kísérleti körülmények között A számítógépes értékelés alapjai anizotróp kölcsönhatási tenzorok esetén

5. gy. VIZES OLDATOK VISZKOZITÁSÁNAK MÉRÉSE OSTWALD-FENSKE-FÉLE VISZKOZIMÉTERREL

5. Az adszorpciós folyamat mennyiségi leírása a Langmuir-izoterma segítségével

Biofizika I. OZMÓZIS. Dr. Szabó-Meleg Edina PTE ÁOK Biofizikai Intézet

Atomok. szilárd. elsődleges kölcsönhatás. kovalens ionos fémes. gázok, folyadékok, szilárd anyagok. ionos fémek vegyületek ötvözetek

Átírás:

Reakciókinetika és katalízis k 4. előadás: 1/14

Különbségek a gázfázisú és az oldatreakciók között: 1 Reaktáns molekulák által betöltött térfogat az oldatreakciónál jóval nagyobb. Nincs akadálytalan mozgás. 2 Aktivált komplex a környező oldószer molekulák közelében marad. (Kalitka-hatás) 3 Szolvátburok kialakulás. (Energiaátadó közeg!) tárgyalása: Ütközési komplex segítségével k Figyelembe vesszük a reaktáns molekulák mozgásának részleteit. (Brown-mozgás, Fick törvények) termodinamikai megfogalmazása 2/14

Ütközési komplex Tekintsünk egy bimolekuláris reakciót, melyben a reaktánsok diffundálnak egymáshoz, s következő séma szerint játszódik le: A + B k d,k d AB kr P Alkalmazzuk a kvázistacionárius közelítést AB-re: k d[ab] dt = k d [A][B] (k d + k r )[AB]=0 Mivel [AB]= k d[a][b] k d +k r, kapjuk: v = d[p] dt = k r [AB] = k dk r [A][B] k d + k r 3/14

Vizsgáljunk meg két esetet: 1 k r k d : Akkor lehetséges, ha AB ütközési komplex szétválása nehéz (η oldószer nagy), vagy E a kicsi. Ekkor v = d[p] = k d [A][B] dt A reakciósebességet tehát a reaktánsok diffúziója határozza meg: 2 k r k d : Akkor lehet, ha E a nagy. Ekkor v = d[p] = k dk r [A][B] = K d k r [A][B] dt k d A reakciósebességet az ütközési komplex egyensúlyi állandója és a reakció energiagátján történő átjutás sebessége határozza meg: Aktivációkontrollált reakció k 4/14

k Tegyük fel, hogy k r =, és rögzítsük gömbszimmetrikus cellák középpontjaiban A-t. Vizsgáljuk B-molekulák eloszlását: J = 4πr 2 J ahol J a teljes anyagáram, J a fluxus (egy kiszemelt irányban az anyagáram). Felhasználva Fick I. törvényét, kapjuk: J = D B d[b] dr J = 4πr 2 D B d[b] dr Ha A is diffundál, akkor D B helyett D relatív diffúziós együtthatóval kell számolni, ahol D=D A +D B, így: k J = 4πr 2 D d[b] dr 5/14

A szeparálható változójú differenciálegyenletet megoldva: kapjuk, hogy r J 4πr 2 D dr = [B] r = [B] [B] [B] r d[b] r J 4πrD = [B] J 4πrD hiszen r= esetén [B] r =[B] (adott r távolságon kívül nincs reakció A és B között, tehát [B] r megegyezik [B] oldatbeli koncentrációjával!) Korábbi feltételünket figyelembe véve (k r = ), ha r r AB, akkor [B] r =0, így J meghatározható: k J = 4πr AB D[B] 6/14

aktivációkontroll [B] r diffúziókontroll k r AB r/nm A reakciósebességre kapjuk: v = J[A] = 4πr AB D[A][B] Diffuziókontrollált reakciók esetén tehát: k = k d = 4πr AB D Ez azt jelenti, hogy vizes oldatban a diffúziókontrollált reakciók sebességi együtthatója kb. 10 10 M 1 s 1! 7/14

k D Stokes-Einstein egyenlet: D B = k BT πβηr B, ahol k B, η, r B rendre a Boltzmann állandó, viszkozitás, B részecske hidrodinamikai sugara. Ha r s oldószermolekulák sugara, akkor β=6. Feltételezve, hogy r A =r B = 1 2 r AB kapjuk, hogy k Azaz D = D A + D B = k BT + k BT = πβηr A πβηr B 4k BT πβηr AB 4k B T k d = 4πr AB D = 4πr AB = 16k BT πβηr AB βη Vagyis k d független r AB -tól, lineárisan változik a hőmérséklettel és fordítottan arányos az oldószer viszkozitásával. 8/14

Csak az anyagáram egyenlet módosul egy ún. migrációs taggal: J = 4πr 2 D d[b] dr + 4πr2 D[B] k B T dv(r) dr Ennek a lineáris differenciálegyenletnek a megoldása: ( [B] r = [B] J e V(r) dr ) k B T 4πD r 2 e V(r) k B T r k Felhasználva, hogy [B] r =0, ha r r AB J kiszámítható, így: k d = 4πr eff D, ahol r eff =1/ e V(r) dr k B T r r 2. Lényeg: A Coulomb-tér módosítja a reagáló ionok találkozásának valószínűségét. 9/14

Sebességi együttható ionerősség függése: Ismert, hogy ahol Így: K AB = e G AB k = k r K AB RT és k r = κk BT h e G RT k k = κk G AB BT + G h e RT Ha k r -re alkalmazható az átmenetiállapot-elmélet, akkor k = κk BT h G e RT = κk BT h K 10/14

Nemideális oldatokban: K AB = [AB] γ AB [A][B] γ A γ B Így a korábbi összefüggést módosítani kell az közepes aktivitási koefficiensekkel. Mivel: Ezért v = k r [AB] = k r K AB γ A γ B γ AB [A][B] = k[a][b] k = κk BT h K γ Aγ B γ AB Kicsiny ionerősségek esetén a Debye-Hückel határtörvény szerint: k lgγ A = Az 2 A I 11/14

Logaritmálva és behelyettesítve kapjuk: ( ) κkb T lgk = lg h K + lgγ A + lgγ B lgγ AB = = lgk 0 (Az 2 A + Az2 B A(z A + z B ) 2 ) I = lgk 0 + 2Az A z B I k z A =z B =+1 vagy -1 z A =+2 és z B =+1 vagy z A =-2 és z B =-1 z A =+1 és z B =-1 vagy fordítva z A =+2 és z B =-1 vagy z A =+1 és z B =-2 z A =0 vagy z B =0 lg k I 1/2 12/14

Sebességi együttható nyomás függése Általában k kevéssé érzékeny a nyomásváltozásra. Ismerete fontos lehet pl.: robbanások esetén. Ismert: Logaritmálva: k= κk G BT h e AB RT ( κkb T lnk= ln h ) G AB RT Deriváljuk az egyenletet a nyomás szerint: ( ) lnk = V p RT ahol V az aktiválási térfogat (átmeneti állapot és a reaktánsok parciális moláris térfogatának a különbsége) Következmény: k nő a nyomás növelésével, ha az átmeneti komplex képződése térfogatcsökkenéssel jár. 13/14 T k

14/14 Oldószerüregben lejátszódó folyamatok: Ikerrekombináció és Véletlen rekombináció jelensége Molekulafürtökben lejátszódó reakciók (cluster): Különbözö méretben és geometriával létrejövő molekulacsoportok (oldószer molekulákkal körbevett). Hidrogén- és a hidroxilionok reakció: Vizes oldatban rendkívül gyorsak lehetnek (Nagy diffúziós állandónak köszönhetően.) 3 10 10 2 10 11 M 1 s 1 Szolvatált elektron: Korábban e + H 2 O OH + H A további reakciók a H (OH ) reakcióinak következményei. Kísérleti bizonyíték: létezik szolvatált elektron (széles abszorpciós spektrum 700 nm-nél) Elektronátadási reakciók (Marcus, 1993 Nobel-díj): Belső szférás: Koordinációs szféra megváltozik (hídligandumokon keresztül lejátszódó reakciók). Pl.: Vaq 2+ + Cu + aq Vaq 3+ + Cu + aq k = 26, 6 M 1 s 1 Külső szférás: Koordinációs szféra nem változik. (Gyors folyamatok) IrCl 3 6 + IrCl2 6 IrCl 2 6 + IrCl3 6 k = 10 3 M 1 s 1 k