DIGITÁLNÍ UČEBNÍ MATERIÁL Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0969 Název školy Gymnázium Česká a Olympijských nadějí, České Budějovice, Česká 64 Název materiálu VY_32_INOVACE_CH_1_BAR_15_OBECNACHEMIE _ Autor Ivan Bartoš Tematický okruh Kinetika Ročník 1. Datum tvorby 8. 5. 2012 Anotace Tento materiál objasňuje srozumitelnou formou základy chemické kinetiky a obecné zákonitosti reakčních rychlostí. Grafická názornost se podílí na inovativnost i podání látky spolu s jednoduchostí grafických prvků. Metodický pokyn Prezentace je určena jako výklad do hodiny i jako materiál k samostudiu Možnosti využití: promítání, práce jednotlivců nebo dvojic u PC Pokud není uvedeno jinak, použitý materiál je z vlastních zdrojů autora

5. Chemická kinetika   Studuje rychlosti těch chemických reakcí, které jsou z energetického hlediska uskutečnitelné, a zabývá se faktory, které tuto rychlost ovlivňují. Cílem je objasnění reakčních mechanismů. Reakce izolované a současné (simultánní) Izolované reakce probíhají v soustavě samy, v simultánních probíhá najednou více reakcí. Simultánní reakce : a) reakce zvratné se vyznačují tím, že z reaktantů vznikají produkty a současně z produktů zpět reaktanty. S danou reakcí probíhá reakce zpětná, obecně AB. b) reakce bočné se vyznačují tím, že výchozí látky reagují za vzniku různých produktů. A+B C Uplatňují se zejména v organické chemii. c) reakce následné (konsekventivní) jsou takové, kdy produkt reakce je výchozí látkou reakce následují. A  B  C  ...  P Mezi následné reakce patří i reakce řetězové.

Reakční rychlost je dána časovým úbytkem látkového množství kterékoliv výchozí látky nebo přírůstkem látkového množství kteréhokoliv produktu reakce děleným stechiometrickým koeficientem této látky. Pro obecnou reakci: aA+bB  cC+dD je reakční rychlost dána vztahy: v = -(1/a) * (dnA/dt) = -(1/b) * (dnB/dt) = -(1/c) * (dnC/dt) = -(1/d) * (dnD/dt)

Rychlostní rovnice chemické reakce Rychlost reakce je přímo úměrná součinu okamžitých koncentrací výchozích látek. Tuto závislost vystihuje kinetická rovnice: v=k [A][B] k je rychlostní konstanta a závisí na teplotě Jde-li o obecnou složenou reakci aA + bB + cC  produkty, musí zreagovat (a+b+c) částice, aby vznikly produkty reakce Kinetická rovnice složené reakce je: v=k [A][B][C] Součet exponentů ++ se nazývá reakční řád U jednoduchých izolovaných reakcí je řád reakce roven součtu jednotlivých stechiometrických koeficientů dané rovnice.) k = A e-E/RT A –předexponenciální faktor, E –aktivační energie, R –univerzální plynová konstanta (R=8,314 J/K*mol), T- absolutní teplota, e –Eulerovo číslo

Katalýza Je ovlivňování rychlosti reakce přidáváním katalyzátoru do soustavy. Katalyzátor je látka, která zvyšuje rychlost chemické reakce, ale sama se přitom nemění. Nelze jej tedy považovat ani za výchozí látku a ani za produkt. Princip je, že jedna z reagujících látek vytvoří s katalyzátorem nestálý meziprodukt. Ten se při reakci s druhou výchozí látkou rozkládá za vzniku reakčních produktů a současné regenerace katalyzátoru. Obr. 1

Katalýza může být homogenní nebo heterogenní. Katalzátor “vede” reakci jiným reakčním mechanismem, u kterého je aktivační energie každé dílčí reakce nižší než je aktivační energie reakce původní. Katalyzovaná reakce proto probíhá rychleji než reakce nekatalyzovaná. Katalýza může být homogenní nebo heterogenní. Mezi časté homogenní katalyzátory patří kyseliny a zásady (acidobazická ketalýza). Mnohé redoxní reakce jsou katalyzovány přítomností iontů. Je-li reakce katalyzovaná některým z produktů reakce, jde o reakci autokatalytickou. Zprvu probíhá pomalu, později se ale její rychlost značně zvýší. Některé katalyzátory jsou selektivní, protože vedou reakci ke vzniku zcela určitých produktů. Mezi vysoce selektivní látky patří enzymy.

Chemické rovnováhy Pokud v soustavě za daných vnějších podmínek neprobíhá žádný samovolný děj, je soustava v rovnovážném stavu. Chemická rovnováha je takový stav soustavy, v němž se nemění její složení, i když v ní neustále probíhají chemické děje. Účinky těchto dějů se totiž navzájem ruší. Ustavená rovnováha je dynamická rovnováha. Rovnováhu charakterizuje nulová změna Gibbsovy energie (G=0). V některých soustavách se může ustavit ustálený stav.

Ovlivňování rovnovážného složení soustavy Le Chatelierův princip (Princip akce a reakce): Porušení rovnováhy vnějším zásahem vyvolá děj směřující ke zrušení účinku tohoto vnějšího zásahu a) ovlivnění změnou koncentrace Odebírání produktu vyvolává změnu, směřující k nahrazení jeho úbytku. b) ovlivnění změnou tlaku Změnou tlaku lze ovlivňovat rovnovážné složení u reakcí, při nichž se mění látková množství plynných reakčních složek. Zvýšení tlaku vede k reakci ve směru zmenšení látkového množství složek v soustavě (směrem k výchozí látce). Vyvolá děj vedoucí ke snížení tlaku v reakční směsi. c) ovlivnění změnou teploty Změnou teploty se mění hodnoty rovnovážných konstant, a to tak, že u endotermických reakcí (H0) se s rostoucí teplotou hodnota rovnovážné konstanty K zvětšuje a u exotermických reakcí (H0) naopak klesá d) ovlivnění katalyzátorem Katalyzátor sice urychlí ustavení rovnováhy, neovlivňuje však hodnotu Kc, a tedy ani rovnovážné složení soustavy.

Použité zdroje Obr. 1 na snímku č. 5 [online]. [cit. 23. 5. 2012]. Dostupný na WWW: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/15/CatalysisScheme.png Klikorka, J., Hájek, B., Votínsk,ý J.: Obecná a anorganická chemie. Praha: SNTL/Alfa, 1985. Brown, G.I.: Úvod do studia anorganické chemie. Praha: SNTL, 1982. Šrámek, V.: Kosina L.: Obecná a anorganická chemie. Olomouc: FIN, 1996. Vacík, J.: Obecná chemie. Praha: SPN, 1986. Fischer, O.: Fyzikální chemie. Praha: SPN, 1983. Kask, U., Rawn, J. D.: General Chemistry. Dubuque, Iowa: Wm. C. Brown Publishers, USA 1993. Novák, J. a kol.: Fyzikální chemie: bakalářský kurz. VŠCHT Praha, 2005. Atkins, P.W.: Physical Chemistry. London: Oxford University Press, 2002. Malijevský, A. a kol.: Breviář z fyzikální chemie. Praha: VŠCHT, 2000.