Viteza de reactie Termodinamica chimica studiaza variatia energiei sistemelor chimice in cursul transformarilor lor si arata in ce conditii unele reactii sunt “termodinamic posibile”. Cinetica chimica studiaza o alta caracteristica importanta importanta a reactiilor chimice, viteza de reactie. Unele reactii termodinamic posibile decurg cu viteze atat de mici incat nu sunt utile in practica, iar altele decurg cu o viteza atat de mari incat devin periculoase. Prin urmare, este important sa se cunoasca care sunt factorii care influenteaza viteza de reactie si cum poate fi ea controlata. Cinetica chimica este domeniul chimiei care se ocupa cu studiul desfasurarii in timp a reactiilor chimice. Ca si alte procese care se desfasoara in timp, reactiile chimice sunt caracterizate prin viteza, numita viteza de reactie. In mecanica, viteza medie de deplasare a unui mobil pe o distanta delta din intervalul de timp Δt se defineste prin raportul: v= Δd/ Δt Unde: d=distanta mobilului fata de punctul de referinta si este o marime care variaza odata cu deplasarea mobilului t=timpul In cinetica, viteza de reactie se exprima in raport cu o marime care variaza odata cu desfasurarea reactiei si anume concentratia reactantilor sau a produsilor de reactie. Pe masura ce reactia se desfasoara, reactantii se consuma si concentratia lor scade. In acelasi timp, se formeaza produsii de reactie a caror concentratie creste.
Viteza medie de reactie pe un interval de timp este definita de relatia v=( Δc/ Δt) si reprezinta variatia concentratiei unui reactant sau a unui produs de reactie in unitatea de timp In definirea vitezei de reactie se utilizeaza concentratia molara, iar unitatea de masura pentru viteza de reactie este: [v]=(mol/L)/s=mol/(L*s) Viteza medie de reactie poate fi exprimata in functie de concentratia reactantului(vr) sau in functie de concentratia produsului de reactie(v p) vr= Δc / r Δt < 0 vr < 0 pentru ca c r1>cr2(concentratia reactantului scade in timp) Δt > 0 vp= Δcp /
vp>0 pentru ca c p1
Reactii rapide(timp de reactie foarte scurt, cateva secunde) Reactii cu viteza moderata(timp de reactie relativ scurt, cateva minute) Reactii lente(timp de reactie mai lung, cateva ore sau zile)
Info plus… Unele reactii chimice au viteze foarte mari si sunt instantanee. Viteza lor este determinata practic de viteza cu care reactantii difuzeaza spre a veni
in contact, dupa care reactioneaza imediat. Reactiile rapide sunt reactiile dintre ioni, reactiile dintre acizi si baze. Alte reactii decurg cu viteza mica. Acestea sunt de obicei reactii in care se desfac sau se formeaza legaturi covalente. Legaturile covalente se desfac mai greu si moleculele respective prezinta o anumita inertie chimica. Combustibilii, alimentele si multe alte substante organice pot fi pastrate in contact cu oxigenul din aer numai datorita inertiei moleculelor lor.
Influenta concentratiei reactantilor asupra vitezei de reactie Un factor important care influenteaza viteza de reactie este concentratia reactantilor. Cresterea concentratiei unui reactant inseamna cresterea numarului de moli de reactant din unitatea de volum, adica marirea numarului de particule reactante. In consecinta, numarul de ciocniri dintre particulele reactante in unitatea de timp va fi mai mare si proportional va creste si numarul de ciocniri eficace. Un numar de ciocniri eficace in unitatea de timp inseamna o viteza de reactie mai mare. Cresterea concentratiei reactantilor determina crestere vitezei de reactie. Pentru o reactie de forma: aA+Bb→produsi de reactie dependenta vitezei de reactie de concentratia reactantilor se exprima matematic prin relatia v=k [A] nA * [B] nB numita legea vitezei de reactie,unde: v=viteza de reactie k=factor de proportionalitate, numit constanta de viteza [A],[B]=concentratiile molare ale reactantilor A si B nA,nB=ordine partiale de reactie in raport cu A si respectiv cu B
Ordinul de reactie in raport cu un reactant arata in ce maniera variaza viteza de reactie cu variatia concentratiei acelui reactant. De exemplu, daca nA=1, viteza de reactie variaza direct proportional cu concentratia reactantului A(v=k[A]), adica de cate ori creste concentratia reactantului A, de atatea ori creste si viteza de reactie. Ordinul total de reactie, notat cu n, se obtine prin insumarea ordinelor partiale de reactie n A+nB=n. Ordinul de reactie nu este intodeauna un numar intreg. Multe reactii in faza gazoasa au ordin de reactie fractionar. Daca fiecare ordin partial de reactie este egal cu coeficientul stoechiometric corespunzator (n A=a,nB=b) reactia este simpla si decurge conform ecuatiei reactiei. Pentru realizarea transformarii trebuie sa se intalneasca in momentul ciocnirii a molecule din reactantul A si b molecule din reactantul B. Daca ordinele partiale de reactie nu sunt egale cu coeficientii stoechiometrici, reactia este complexa si decurge printr-un alt mecanism, cu mai multe etape, decat cel indicat de ecuatia reactiei. Timpul de injumatatire, notat t 1/2, reprezinta timpul in care a reactionat jumatate din cantitatea initiala de reactant. Pentru o reactie de ordinul I, de forma A → produsi de reactie, timpul de injumatatire se calculeaza: Formula mare(cu integrale,nu cred ca e necesar) Stiati ca….
In 1967, s-a decernat premiul Nobel lui Manfred Eigen pentru gasirea mijloacelor de cercetare a reactiilor rapide in solutii si lui R.G.V Norrish si G.Porter pentru metode de studiu a reactiilor rapide in gaze. Numarul ciocnirilor moleculelor unui gaz in unitatea de timp, este extrem de mare. O molecula dintr-un gaz la 0 C si 1 atm, realizeaza cu alte molecule circa 10(la a 9) ciocniri pe secunda. Moleculele dintr-un mol de gaz, in aceleasi conditii, se ciocnesc intr-o secunda de 10(la 31) ori cu alte molecule. Daca fiecare ciocnire dimoleculara ar fi eficienta, reactia ar trebui sa se petreaca intr-un timp inimaginabil de scurt, de ordinul 10(la -9)
secunde. Din faptul ca multe reactii au viteze masurabile rezulta ca marea majoritate a ciocnirilor sunt ineficace si nu conduc la reactii chimice.
