Definitie van chemische kinetiek in chemie

Chemische kinetiek is de studie van chemische processen en reactiesnelheden. Dit omvat de analyse van omstandigheden die de snelheid van een chemische reactie beïnvloeden, het begrijpen van reactiemechanismen en overgangstoestanden, en het vormen van wiskundige modellen om een ​​chemische reactie te voorspellen en te beschrijven. De snelheid van een chemische reactie heeft meestal eenheden van sec^-1, Kinetische experimenten kunnen echter enkele minuten, uren of zelfs dagen duren.

Ook gekend als

Chemische kinetiek kan ook reactiekinetiek worden genoemd of eenvoudigweg "kinetiek".

Geschiedenis van chemische kinetiek

Het veld van chemische kinetiek is ontwikkeld vanuit de wet van massale actie, geformuleerd in 1864 door Peter Waage en Cato Guldberg. De wet van massale actie stelt dat de snelheid van een chemische reactie evenredig is met de hoeveelheid reactanten. Jacobus van't Hoff studeerde chemische dynamiek. Zijn publicatie "Etudes de dynamique chimique" uit 1884 leidde tot de Nobelprijs voor scheikunde van 1901 (het eerste jaar waarin de Nobelprijs werd toegekend). Sommige chemische reacties kunnen gecompliceerde kinetiek met zich meebrengen, maar de basisprincipes van kinetiek worden geleerd in de algemene chemie klassen van de middelbare school en hogeschool.

Belangrijkste afhaalrestaurants: chemische kinetiek

• Chemische kinetiek of reactiekinetiek is de wetenschappelijke studie van de snelheid van chemische reacties. Dit omvat de ontwikkeling van een wiskundig model om de reactiesnelheid te beschrijven en een analyse van de factoren die reactiemechanismen beïnvloeden.
• Peter Waage en Cato Guldberg worden gecrediteerd als pionier op het gebied van chemische kinetiek door de wet van massale actie te beschrijven. De wet van massale actie stelt dat de snelheid van een reactie evenredig is aan de hoeveelheid reactanten.
• Factoren die de reactiesnelheid beïnvloeden, zijn onder meer de concentratie van reactanten en andere soorten, het oppervlak, de aard van de reactanten, temperatuur, katalysatoren, druk, of er licht is, en de fysische toestand van de reactanten.

Tariefwetten en tariefconstanten

Experimentele gegevens worden gebruikt om reactiesnelheden te vinden, waaruit snelheidswetten en chemische kinetische snelheidsconstanten worden afgeleid door toepassing van de wet van massale actie. Tariefwetten staan ​​eenvoudige berekeningen toe voor nul-orde reacties, eerste-orde reacties en tweede-orde reacties.

• De snelheid van een nul-orde reactie is constant en onafhankelijk van de concentratie van reactanten.
  snelheid = k
• De snelheid van een eerste-orde reactie is evenredig met de concentratie van één reactant:
  snelheid = k [A]
• De snelheid van een tweede orde reactie heeft een snelheid evenredig met het kwadraat van de concentratie van een enkele reactant of anders het product van de concentratie van twee reactanten.
  snelheid = k [A]² of k [A] [B]

Tariefwetten voor afzonderlijke stappen moeten worden gecombineerd om wetten af ​​te leiden voor complexere chemische reacties. Voor deze reacties:

• Er is een snelheidsbepalende stap die de kinetiek beperkt.
• De Arrhenius-vergelijking en Eyring-vergelijkingen kunnen worden gebruikt om experimenteel activeringsenergie te bepalen.
• Steady-state benaderingen kunnen worden toegepast om de tariefwetgeving te vereenvoudigen.

Factoren die de chemische reactiesnelheid beïnvloeden

Chemische kinetiek voorspelt dat de snelheid van een chemische reactie zal worden verhoogd door factoren die de kinetische energie van de reagentia verhogen (tot op een bepaald punt), wat leidt tot een verhoogde waarschijnlijkheid dat de reagentia op elkaar reageren. Evenzo kunnen factoren die de kans verminderen dat reactanten met elkaar botsen, de reactiesnelheid verlagen. De belangrijkste factoren die de reactiesnelheid beïnvloeden zijn:

• concentratie van reactanten (toenemende concentratie verhoogt reactiesnelheid)
• temperatuur (stijgende temperatuur verhoogt reactiesnelheid, tot een punt)
• aanwezigheid van katalysatoren (katalysatoren bieden een reactie een mechanisme dat een lagere activeringsenergie vereist, dus de aanwezigheid van een katalysator verhoogt de reactiesnelheid)
• fysieke toestand van reactanten (reactanten in dezelfde fase kunnen via thermische actie in contact komen, maar oppervlakte en agitatie beïnvloeden reacties tussen reactanten in verschillende fasen)
• druk (voor reacties waarbij gassen betrokken zijn, verhoogt verhoogde druk de botsingen tussen reactanten, verhoogt de reactiesnelheid)

Merk op dat hoewel chemische kinetiek de snelheid van een chemische reactie kan voorspellen, het niet de mate bepaalt waarin de reactie optreedt. Thermodynamica wordt gebruikt om het evenwicht te voorspellen.

bronnen

• Espenson, J.H. (2002). Chemische kinetiek en reactiemechanismen (2e editie). McGraw-Hill. ISBN 0-07-288362-6.
•  Guldberg, C. M .; Waage, BLZ. (1864). "Studies betreffende affiniteit" Forhandlinger i Videnskabs-Selskabet i Christiania
• Gorban, A. N .; Yablonsky. G. S. (2015). Drie golven van chemische dynamica. Wiskundige modellering van natuurlijke fenomenen 10 (5).
• Laidler, K. J. (1987). Chemische kinetica (3e editie). Harper en Row. ISBN 0-06-043862-2.
• Steinfeld J. I., Francisco J. S .; Hase W. L. (1999). Chemische Kinetiek en Dynamica (2e editie). Prentice-Hall. ISBN 0-13-737123-3.