BRZINA HEMIJSKE REAKCIJE

Veličina koja pokazuje kako se koncentracija nekogreaktanata (ili proizvoda) menja sa vremenom.

ROZE → BEZBOJAN

Promena boje fenolftaleina sa vremenom trajanja reakcije(proteklo je oko 3 min)

Od čega zavisi ovo vreme (brzina)?

Kako da reakcija bude brža ili sporija?

Šta se dešava na molekulskom nivou?Kakav je mehanizam ove reakcije?

t/c

tc

tc

Δ21)(OΔ

Δ2)(NOΔ

Δ1)O(NΔ 2252

+=+=−=υ

BRZINA HEMIJSKE REAKCIJE

Veličina koja pokazuje kako se koncentracija nekogreaktanata (ili proizvoda) menja sa vremenom.

Brzina hemijske reakcije = Promena koncentracije

Proteklo vreme tc

ΔΔ

=υ

Konc

entr

acija

, mol

dm

–3

Vreme, min

N2O5(g) 2 NO2(g) + 1/2 O2(g)

reaktant – proizvodi +

stehiometrijski koeficijent

BRZINA HEMIJSKE REAKCIJE

νAA + νB B → νC C + νDD

tc

tc

tc

tc

∆∆

+=∆

∆+=

∆∆

−=∆

∆−=

DCBA

(D)(C)(B)(A)νννν

υ

PrimerN2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g)

U nekom vremenskom intervalu promena koncentracije učesnika u reakciji u jedinici vremena:

∆c(N2)/∆t = – 0,10 mol dm–3 min–1

∆c(H2)/∆t = – 0,30 mol dm–3 min–1

∆c(NH3)/∆t = 0,20 mol dm–3 min–1

v = –tΔ

Δ ][N 2 = –tΔ

Δ3

][H 2 = tΔ

Δ2

][NH 3 = 0,10mindm

mol3 ×

Promene koncentracija

Brzina reakcije

BRZINA HEMIJSKE REAKCIJE

N2O5(g) 2 NO2(g) + 1/2 O2(g)

Promena brzine reakcije sa vremenom

15 min konc N2O5opala od 1,22 do 1,10

Srednja brzina za 15 min0,12 mol dm–3

15 min dm–3

Srednja brzina za period od 6,5 do 9 h

Trenutna brzina pri konc. N2O5 0,34 mol dm–3

0,0080

dm–30,00080

dm–3 dm–3

0,0014dm–3

v = Trenutna brzina

vsr

vsr

dm–3

Vreme, h

Srednja brzina(Δc/ Δt)

Trenutna brzina(dc/ dt)

BRZINA HEMIJSKE REAKCIJE

FAKTORI KOJI UTIČU NA BRZINU HEMIJSKE REAKCIJE

KONCENTRACIJA REAKTANATA

PRIRODA REAKTANATA

TEMPERATURA

PRISUSTVO KATALIZATORA

DODIRNA POVRŠINA ZA REAKCIJE U ČVRSTOJ FAZI

BRZINA HEMIJSKE REAKCIJE

ZAKON BRZINE HEMIJSKE REAKCIJE

aA + bB proizvodi

m i n – parcijalni redovi reakcije

m + n – ukupni red reakcije

nmk [B][A]=υ

k – konstanta brzine hemijske reakcije

Parcijalni redovi reakcije- određuju se eksperimentalno- najčešće su pozitivni celi brojevi - mogu biti i razlomljeni brojevi, negativni, kao i nula

Pokazuju kako koncentracijautiče na brzinu hemijske reakcije

Pokazuju kako temperaturautiče na brzinu hemijske reakcije

BRZINA HEMIJSKE REAKCIJE

Određivanje reda reakcije merenjem početnih brzina

početne koncentracije početne brzine reakcije

k[A]2m

k[A]1m

v2 = k[A]2m×[B]n

v1 = k[A]1m×[B]n ×[B]

×[B]

1

2

vv =

nm

nm

k

k

B][A][

B][A][

1

2

×

× = m

m

1

2

A][

A][ = m

1

2

[A]A][

aA + bB proizvodi

m = log(v2/v1)log([A]2/[A]1)

BRZINA HEMIJSKE REAKCIJE

Određivanje reda reakcije merenjem početnih brzina

početne koncentracije početne brzine reakcije

aA + bB proizvodi

(CH3)3CBr(aq) + OH–(aq) → (CH3)COH– (aq) + Br(aq)

Eksp. 1 Eksp. 2 Eksp. 3 Eksp. 4 Eksp. 5

[(CH3)3CBr] 0,50 1,0 1,5 1,0 1,0

[OH–] 0,050 0,050 0,050 0,10 0,20

v, mol dm–3 s–1 0,0050 0,010 0,015 0,010 0,010

1

3

vv

= m

133333

CBr])[(CHCBr])CH[(

0050,0015,0 =

m

50,05,1 3 = 3m m = 1

v = k[(CH3)3CBr]m[OH–]n

BRZINA HEMIJSKE REAKCIJE

Određivanje reda reakcije merenjem početnih brzina

početne koncentracije početne brzine reakcije

aA + bB proizvodi

(CH3)3CBr(aq) + OH–(aq) → (CH3)COH–(aq) + Br(aq)

Eksp. 1 Eksp. 2 Eksp. 3 Eksp. 4 Eksp. 5

[(CH3)3CBr] 0,50 1,0 1,5 1,0 1,0

[OH–] 0,050 0,050 0,050 0,10 0,20

v, mol dm–3 s–1 0,0050 0,010 0,015 0,010 0,010

n = 02

5

vv

= n

2-

5-

]OH[]OH[

010,0010,0 =

n

050,020,0 1 = 4n

BRZINA HEMIJSKE REAKCIJE

Određivanje reda reakcije merenjem početnih brzina

početne koncentracije početne brzine reakcije

aA + bB proizvodi

v = k[(CH3)3CBr]

v = k[(CH3)3CBr]m[OH–]n

n = 0m = 1

BRZINA HEMIJSKE REAKCIJE

MOLEKULARNOST HEMIJSKE REAKCIJE

Da bi došlo do reakcije:- mora doći do sudara čestica.- čestice moraju imati dovoljnu energiju. - čestice se moraju sudariti pod odgovarajućim uglom.

Broj čestica koji učestvuje u elementarnoj reakciji

ELEMENTARNA (PROSTA) REAKCIJA (STUPANJ)Pojedinačni stupanju u nekoj složenoj reakciji.

Opisuje pojedinačni događaj na molekulskom nivou.

Ne može se predstaviti jednostavnijim stupnjevima.

BRZINA HEMIJSKE REAKCIJE

MOLEKULARNOST HEMIJSKE REAKCIJEElementarne reakcije mogu biti

monomolekulske – učestvuje samo jedna čestica

bimolekulske – učestvuju dve čestice

trimolekulske – učestvuju tri čestice

A → proiz.

A + B → proiz.

ili 2A + B → proiz.3A → proiz. ili A + B + C → proiz.

Zakon brzine za elementarne reakcijeA → proiz.

2A → proiz.A + B → proiz.

2A + B → proiz.

v = k[A]monomolekulska

bimolekulska

trimolekulska

reakcija prvog reda

v = k[A][B]v = k[A]2

v = k[A]2[B]

reakcija drugog reda

reakcija trećeg reda

Molekularnost = Red reakcije Za elementarne reakcije

BRZINA HEMIJSKE REAKCIJE

Da bi došlo do reakcije:- mora doći do sudara čestica.- čestice moraju imati dovoljnu energiju - čestice se moraju sudariti pod odgovarajućim uglom.

NO NO3

Neefikasan

Neefikasan

Neefikasan

Neefikasan

Efikasan – odgovarajući ugao

Čestice imajudovoljno energije

Nemareakcije

BRZINA HEMIJSKE REAKCIJE

UTICAJ TEMPERATURE NA BRZINU HEMIJSKE REAKCJE

Ener

gija

Tok reakcije(Reakciona koordinata)

Ea

∆rH > 0

Ea – minimalna energija koju mol čestica treba da poseduje da bi došlo do reakcije.

Ea – energija aktivacije

Ener

gija

Ea

∆rH < 0

Prelazno stanje

Tok reakcije(Reakciona koordinata)

REAKTANTI

PROIZVODI

BRZINA HEMIJSKE REAKCIJE

UTICAJ TEMPERATURE NA BRZINU HEMIJSKE REAKCJEU

deo

čest

ica

Energija

T1

T1< T2

T2

Ea

Povećanjem temperature povećava se udeo čestica sa dovoljnom energijom za reakciju.

Konstanta brzine hemijske reakcije, k

k = Ae–Ea/RT

Predeksponencijalni faktor(povezan sa učestalošću sudara i

učestaloću geometrijski povoljnih sudara)

Udeo čestica saminimalnom energijon

BRZINA HEMIJSKE REAKCIJE

Određivanje predeksponencijalnog faktora (A) i energije aktivacije (Ee)

k = Ae–Ea/RT

lnk = lnA –Ea/RT

odsečak

nagib = –Ea/R

lnk1 = lnA –Ea/RT1

lnk2 = lnA –Ea/RT2

ln k2

k1= Ea

R1T1

1T2

BRZINA HEMIJSKE REAKCIJE

MEHANIZAM HEMIJSKE REAKCIJENiz stupnjeva (elementarnih reakcija) raskidanja i stvaranja veza koji koji se dešavaju tokom pretvaranje reaktanata u proizvode

Hemijska jednačina koja pokazuje početno i krajnje stanje retko pretstavlja i mehanizam odigravanja reakcije.

NO2(g) + CO(g) → NO(g) + CO2

Ako bi jednačina odgovarala mehanizmu zakon brzine bi bio: v = k[NO2][CO]

Utvrđeni zakon brzine za neke uslove je: v = k[NO2]2

Reakcija nije elementarna

BRZINA HEMIJSKE REAKCIJE

MEHANIZAM HEMIJSKE REAKCIJE

Primer 2NO2(g) + F2(g) → 2NO2F(g)

v = k[NO2][F2]Mehanizam

1. NO2(g) + F2(g) → NO2F(g) + F(g) v1= k1[NO2][F2]2. NO2 (g) + F(g) → NO2F(g) v2= k1[NO2][F]

Spori stupanj

Brzi stupanj

Spori stupanj određuje brzinu hemijske reakcije

v = v1

REAKTANTI

PROIZVODI

PELAZNA STANJA

Ea(drugi stupanj)

∆rH < 0

Ener

gija

Tok reakcije(Reakciona koordinata)

BRZINA HEMIJSKE REAKCIJE

UTICAJ DODIRNE POVRŠINE ČVRSTIH REAKTANATA KOD REAKCIJA U HETEROGENOM SISTEMU

Brzina zavisi od dodirne površine

Povećava se usitnjavanjem

Manje čestice → brža reakcija

BRZINA HEMIJSKE REAKCIJE

KATALIZATORIKatalizatori ubrzavaju hemijsku reakciju menjajući mehanizam odigravanja reakcije.

REAKTANTI → PROIZVODI Nekatalizovana spora

REAKTANTI + katalizator → međuproizvodMeđuproizvod → PROIZVODI + katalizator

Katalizovana Svaki stupanj je brži

Izlazi nepromenjen iz reakcije

REAKTANTI

PELAZNA STANJA

∆rH < 0

Tok reakcije(Reakciona koordinata)

EaSa katalizatorom

SA KATALIZATOROMEner

gija

PROIZVODI

BRZINA HEMIJSKE REAKCIJE

HOMOGENA KATALIZAKatalizator i reaktanti su u istoj fazi.

H2O2 + I- → H2O + OI-

H2O2 + OI- → H2O + O2 + I-

2H2O2(aq) → 2H2O(l) + O2(g)I– kao katalizator

2H2O2(aq) → 2H2O(l) + O2(g)

HETEROGENA KATALIZAKatalizator i reaktanti nisu u istoj fazi.

H2C=CH2(g) + H2(g) → H3C–CH3(g) Reakcija hidrogenovanja katalisanafino sprašenim metalima Ni, Pd ili Pt

Povećanje dodirne površine.

Površinametala

RazdvojeniH atomi

Eten

Etan