Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Termodynamika a chemická kinetika Petr Tůma. Termodynamika Proč probíhají chemické reakce? Proč probíhají určitým směrem? Termodynamika se zabývá energetickými.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Termodynamika a chemická kinetika Petr Tůma. Termodynamika Proč probíhají chemické reakce? Proč probíhají určitým směrem? Termodynamika se zabývá energetickými."— Transkript prezentace:

1 Termodynamika a chemická kinetika Petr Tůma

2 Termodynamika Proč probíhají chemické reakce? Proč probíhají určitým směrem? Termodynamika se zabývá energetickými změnami v průběhu chemického děje, předpoví výtěžek reakce, ale neřeší faktor času. Stav soustavy stavová funkce – velikost závisí na aktuálním stavu soustavy energetické stavové funkce – U, H, S, G děj samovolný – probíhá spontánně

3 I. věta termodynamiky = zákon zachování energie aplikovaný na termodynamický děj „Nelze sestrojit perpetum mobile I. druhu, tedy stroj, který by konal práci bez dodávání energie z okolí.“ Vnitřní energie soustavy U: celková kinetická a potenciální energie částic tvořících soustavu. ΔU = teplo + práce ΔU = Q + W Práce W objemová neobjemová W neobj : elektrická, osmotická, povrchová

4 Reakční teplo - Ethalpie ΔH Reakční teplo vyměněné soustavou při konstantním tlaku = enthalpie H ΔH = ΔU + p ΔV ΔH < 0 exotermický děj – soustava teplo uvolňuje do okolí C 2 H 2 (g) + 5/2O 2 (g) → 2CO 2 (g) + H 2 O (l) ΔH kJ/mol ΔH > 0 endotermický děj – soustava teplo odebírá z okolí CaCO 3 (s) → CaO (s) + CO 2 (g) ΔH 177,5 kJ/mol Každému chemickému a fyzikálnímu ději přísluší určitá ΔH (tabelována v tabulkách).

5 Uspořádanost systému a entropie entropie S – charakterizuje uspořádanost systému statistická definice S = k lnPk = R/N A = 1, [J.K -1 ] P – termodynamická pravděpodobnost – počet mikrostavů → Entropie je mírou pravděpodobnosti systému U systémů, které nevyměňují s okolím teplo, je samovolnost děje charakterizována vzrůstem entropie. Rozpínání plynu do vakua: rozložení molekul: 4/0 → 1 mikrostav rozložení molekul: 2/2 → 6 mikrostavů

6 Jaké děje probíhají v přírodě samovolně? rozpínání plynu do vakua skupenské změny – tání, vypařování rozkladné chemické děje: 2 KClO 3 (s) → 2KCl (s) + 3 O 2 (g)

7 Gibbsova energie a samovolnost izobarických dějů fyzikálně-chemické pochody v živých soustavách probíhají za konstantního tlaku mírou samovolnosti je změna Gibbsovy energie G: kombinace tepla (ΔH) + uspořádanosti ΔS ΔG = ΔH – TΔS ΔG – volná energie – maximální neobjemová (elektrická, osmotická, povrchová) práce, kterou systém předá okolí ΔG < 0 exergonický děj - samovolný ΔG > 0 endergonický děj

8 ΔG a chemická rovnováha Soustava samovolně dospěje do stavu chemické rovnováhy: je to takový stav soustavy, v němž se nemění její složení i když v ní probíhají chemické děje – dynamická rovnováha Rovnováha je charakterizována rovnovážnou konstantou K rov aA + bB ↔ cC + dD rovnovážné složení reakční směsi přímo souvisí s ΔG ΔG = ΔG 0 + RT lnK – aktuální nerovnovážné složení v rovnováze má systém minimum volné energie → ΔG = 0 ΔG 0 = -RT lnK rov

9 Pozice chemické rovnováhy exergonická reakce → rovnováha posunuta na stranu produktů endergonická reakce → rovnováha posunuta na stranu reaktantů

10 Princip akce a reakce – ovlivňování rovnovážného složení soustavy Porušení chemické rovnováhy vnějším zásahem (akcí) vyvolá děj (reakci) směřující ke zrušení účinku tohoto vnějšího zásahu. (Le Chaterierův princip) vliv změny koncentrace vliv tlaku 3H 2 (g) + N 2 (g) ↔ 2NH 3 (g) vliv teploty H 2 + ½O 2 ↔ H 2 O ΔH = -242 kJ/mol CO 2 + H 2 ↔ CO + H 2 OΔH = +41 kJ/mol vliv přídavku katalyzátoru

11 Chemická kinetika Jak měřit rychlost reakce? změna koncentrace reagujících látek za jednotku času reaktant → produkt 3H 2 + N 2 → 2NH 3

12 Na čem závisí rychlost reakce? A + B → produkty Kinetická rovnice: v = k · [A] · [B] NO + O 3 → NO 2 + O 2 v = k · [NO] · [O 3 ] Rychlost reakce je přímo úměrná součinu aktuálních koncentrací výchozích látek. – platí pouze pro bimolekulární reakce u složitých reakcí je rychlost řízena nejpomalejším krokem – nutno znát reakční mechanismus 4 HBr + O 2 → 2 H 2 O + 2 Br 2 v = k · [HBr] · [O 2 ] 1.HBr + O 2 → HOOBr - pomalá 2.HBr + HOOBr → 2 HOBr 3.HBr + HOBr → H 2 O + Br 2

13 Srážková teorie reakční rychlosti A + B → produkty Rychlost reakce je úměrná počtu srážek mezi molekulami A a B za 1 sekundu. → v = k · [A] · [B] konstanta úměrnosti k = P · Z · exp(-E A /RT) exp(-E A /RT) – Boltzmannův faktor – vliv teploty P – sterický faktor – vliv prostorové orientace částic při srážce Z – srážkový faktor – vliv velikosti a rychlosti částic

14 Aktivační energie – reakční rychlost roste s teplotou pro většinu reakcí přibližně platí: zvýšením teploty o 10 °C se zvýší rychlost reakce 2-3 x Boltzmannův faktor: exp(- E A /RT) = frakce molekul v systému s energií vyšší než je aktivační energie (E A )

15 Princip katalýzy katalyzátor je látka, která zvyšuje rychlost chemické reakce, ale sama se reakcí nemění princip – katalyzátor snižuje aktivační energii katalyzátorE A, kJ mol ,4 I-I- 54,4 Pt48,6 katalasa23,0 2 H 2 O 2 → 2 H 2 O + O 2

16 Heterogenní katalýza

17 Enzymy – katalyzátory biochemických reakcí vysoce účinné katalyzátory, které zvyšují rychlost chemických reakcí o několik řádů –acetylcholinesterasa – molekul s -1 (číslo přeměny) umožňují průběh reakcí při nízkých teplotách, neutrálním pH a atmosférickém tlaku snadno regulovatelné

18 Rychlost enzymem katalyzované reakce S + E ↔ ES → P + E rovnice Michaelis-Mentenové Michaelisova konstanta K M vyjadřuje koncentraci substrátu, při které je rychlost rovna v max /2; charakterizuje afinitu substrátu a enzymu maximální rychlost: v max =k cat [E] T číslo přeměny k cat (turnover number): počet molekul substrátu přeměněných jednou molekulou enzymu za 1sekundu

19 Rovnice Michaelis-Mentenové [S] nízká v = v max /K M. [S] [S] = K M v = v max /2 [S] vysoká v = v max


Stáhnout ppt "Termodynamika a chemická kinetika Petr Tůma. Termodynamika Proč probíhají chemické reakce? Proč probíhají určitým směrem? Termodynamika se zabývá energetickými."

Podobné prezentace


Reklamy Google