Hitrost kemijske reakcije

Pojasnjuje vam: Inštruktor Blaž

Kemijske reakcije lahko potekajo različno hitro, nekatere počasneje, nekatere pa hitreje. Kemijska kinetika je panoga, ki proučuje hitrosti in mehanizme kemijske reakcije ter vplive na hitrost kemijske reakcije.
Pri kemijski reakciji se reaktanti porabljajo in pri tem nastajajo produkti. Koncentracije reaktantov se zmanjšujejo in koncentracije produktov se povečujejo. Hitrost kemijske reakcije izrazimo s spremembo množinske koncentracije snovi reaktanta ali produkta v določeni časovni enoti.

Enačbi hitrosti reakcije za pretvorbo reaktanta A v produkt B (A → B):

v(A) – hitrost spremembe koncentracije reaktanta A [mol/Ls]
v(B) – hitrost spremembe koncentracije produkta B [mol/Ls]
∆c – sprememba množinske koncentracije [mol/L]
ck – množinska koncentracija snovi na koncu časovnega intervala (končna množinska koncentracija) [mol/L]
cz – množinska koncentracija snovi na začetku časovnega intervala (začetna množinska koncentracija) [mol/L]
∆ t – časovni interval [s]

Enostavna formula za zapis hitrosti kemijske reakcije reaktanta in produkta se glasi:

Hitrost kemijske reakcije izražamo s spremembo množinske koncentracije snovi v časovni enoti. Enačba hitrosti glede na reaktant ima negativni predznak, ker se koncentracija reaktanta tekom reakcije zmanjšuje. Tako ima izračunana hitrost vedno pozitivno vrednost.

Izračun povprečne hitrosti kemijske reakcije

Hitrost kemijske reakcije se tekom reakcije spreminja. Na začetku je hitrost reakcije običajno največja, nato pa se postopoma zmanjšuje do porabe reaktantov oz. do vzpostavitve ravnotežja med reaktanti in produkti. Zato običajno ugotavljamo povprečno hitrost reakcije v določenem časovnem intervalu. Hitrost reakcije ugotovimo tako, da merimo koncentracijo določene snovi v posameznem časovnem intervalu in nato razliko med izmerjenima koncentracijama snovi delimo s časom, v katerem je prišlo do spremembe.

Primer 1: Izračunaj povprečno hitrost razpada vodikovega peroksida na kisik in vodo med v intervalu med 200. in 400. minuto. V tabeli so podane koncentracije vodikovega peroksida ori temperaturi 20°C.

Vplivi na hitrost kemijske reakcije

Na hitrost reakcije lahko vplivamo na naslednje načine:

Koncentracija reaktantov. Za večino kemijskih reakcij velja, da hitreje potekajo, če so koncentracije reaktantov večje. Večja koncentracija reaktantov pomeni tudi večjo količino reaktantov v reakcijski zmesi, s tem pa pride do večjega števila trkov med molekulami reaktantov.
Temperatura. Reakcije potekajo hitreje pri višjih temperaturah. Delci imajo pri višji temperaturi več energije in se posledično gibljejo hitreje, to pa pomeni večje število uspešnih trkov.
Površina trdne snovi. Površina trdne snovi vpliva na tiste reakcije, kjer je eden izmed reagentov v trdnem stanju. Čim večja je površina reaktanta, tem hitrejša je reakcija. V praksi bo dobro uprašen reaktant hitreje reagiral kot reaktant v večjih kosih.
Katalizator. To je snov, ki pospeši kemijsko reakcijo, sam pa pri tem ostane kemijsko nespremenjen.

Delovanje katalizatorja

Slika prikazuje graf katalizirane in nekatalizirane reakcije. Rdeča krivulja predstavlja nekatalizirano, zelena pa katalizirano reakcijo. Vodoravna os predstavlja potek reakcije, navpična os pa energijo snovi. Katalizator spremeni hitrost reakcije na ta način, da zniža energijsko pregrado, kar je razvidno na grafu, kjer je zelena krivulja katalizirane reakcije nižja kot rdeča krivulja nekatalizirane. Stanje z največjo energijo, ki ga predstavlja vrh krivulje, imenujemo aktivacijsko ali prehodno stanje, molekularna struktura v tem stanju pa se imenuje aktivacijski kompleks. Iz tega lahko sklepamo, da je aktivacijska energija nekatalizirane reakcije večja od aktivacijske energije katalizirane reakcije. Aktivacijska energija je minimalna energija, ki je potrebna, da reaktanti dosežejo prehodno stanje in se nato pretvorijo v produkte.