Kinetyka reakcji następczych - wyprowadzenia

Umiemy już opisać proste reakcje nieodwracalne I i II rzędu. Z innymi rzędami też sobie radzimy, a przynajmniej możemy założyć, że poradzilibyśmy sobie. Wiemy co robić, gdy któraś z reakcji będzie odwracalna. Dajemy radę nawet wtedy, gdy kilka reakcji nieodwracalnych zachodzi równolegle. Został nam więc ostatni (piękne słowo, prawda?) podstawowy przypadek omawiany na chyba wszystkich wykładach z chemii fizycznej. Baaardzo nielubiany. Reakcje następcze.

Najprościej mówiąc, z reakcjami następczymi mamy do czynienia wtedy, gdy jedna substancja jest zarówno produktem pierwszej reakcji, jak i substratem następnej. Reakcje chemiczne następują po sobie. Taką sytuację przedstawia schemat:

\mathrm{A}\xrightarrow{\ \ \ k_1\ \ \ }\mathrm{B}\xrightarrow{\ \ \ k_2\ \ \ }\mathrm{C}

W najprostszym modelu, którym się zajmiemy, obie reakcje traktujemy jako proste, nieodwracalne reakcje I rzędu. Uprzedzam jednak, że w przypadku reakcji następczych aparat matematyczny będzie bardziej skomplikowany, niż dotychczas. Zaraz dowiesz się, dlaczego. :)

Tym razem nie możesz opuścić zadania domowego, nawet jeżeli zazwyczaj to robisz. Znajdziesz w nim bardzo ważne treści merytotyczne, bez których lektura artykułu będzie KOMPLETNIE NIEKOMPLETNA.

Czytaj dalej >>

Stała równowagi reakcji w kinetyce

Dzisiaj krótko, konkretnie i na temat. Stała równowagi reakcji to podstawowa wielkość dla chemika. Pojawia się w wielu działach niejako przy okazji, a jej znaczenie jest z pewnością nie do przecenienia.

Co prawda stała równowagi reakcji pojawia się na termodynamice i przy tej okazji (kiedyś, kiedyś...) omówimy ją dokładnie, wtrąca ona jednak do kinetyki swoje trzy, wyjątkowo cenne grosze.

Aby nie było wątpliwości - stała równowagi reakcji to wielkość pozwalająca (nie wprost) określić położenie równowagi reakcji chemicznej. Z oczywistych względów dotyczy wyłącznie reakcji odwracalnych. A teraz uwaga, bo to bardzo ważne: stałą równowagi reakcji oznacza się symbolem K i definiuje jako funkcję zależną od standardowej entalpii swobodnej reakcji \Delta G^0 oraz temperatury T. Jeżeli się ze mną nie zgadzasz, to niedobrze, ale podyskutujemy o tym później. Odpowiedni wzór wygląda następująco:

K=e^{-\frac{\Delta G^0}{RT}}\equiv \exp\left(-\frac{\Delta G^0}{RT}\right)

gdzie R to stała gazowa, znana Tobie na przykład z równania pV=nRT. Jeżeli nie spotkałeś się jeszcze z takim zapisem, przyjrzyj się. Wyrażenie \exp(...) to nic innego, jak liczba Eulera, podniesiona do potęgi: e^{(...)}. Zapis z użyciem \exp jest bardziej czytelny - złożone wyrażenie zapisywane jest nie w wykładniku potęgi, a w nawiasie - jest pełnowymiarowe. W kolejnych artykułach będę po nie sięgał.

Czytaj dalej >>

Mechanizm reakcji

Obiecałem, więc ciągnę temat dalej. Wiemy już, czym są reakcje proste, czym są reakcje złożone. Chociaż nakreśliłem już pojęcie mechanizmu reakcji, warto pochylić się nad nim nieco bardziej.

Mechanizm reakcji to zbiór reakcji elementarnych składających się na złożony proces (reakcję złożoną). Wiemy już, że większość znanych reakcji zachodzi nie jednoetapowo (ciach i sobie zaszło), tylko w wielu etapach, poprzez różne produkty pośrednie. Należy postawić sobie pytanie, skąd ów mechanizm się bierze.

Wiele osób ma z tym duży problem, ale mechanizm reakcji, jako badacze, ustalamy sobie sami. Wykonując badania kinetyczne (określając zależność szybkości reakcji od poszczególnych stężeń substratów) ustala się taki mechanizm, który prowadzi do otrzymanego eksperymentalnie równania kinetycznego. Jak to się robi? Kiedy mamy przed sobą mechanizm i znamy zależności między szybkościami poszczególnych etapów (przede wszystkim wiedząc, które etapy są szybkie (niemal natychmiastowe), a które wolne (mówi się: limitujące proces)), można, różnymi metodami i założeniami, wyprowadzić z niego równanie kinetyczne. Proponowany mechanizm można uznać za prawdopodobny tylko, gdy prowadzi do równania kinetycznego zgodnego z eksperymentem.

Czytaj dalej >>

Reakcje proste a złożone

Teorii nigdy dosyć! Tak to niestety jest - kinetyka jest dość specyficznym działem i zanim zaczniemy w ogóle podchodzić do jakichś zadań obliczeniowych, trzeba najpierw dokładnie wiedzieć, co się dzieje dookoła. Dowiesz się, czym jest reakcja prosta i złożona, a także kiedy - to, co tygrysy lubią najbardziej - można napisać równanie kinetyczne (pełne, ze znanymi wartościami \alpha,\ \beta...), znając jedynie równanie reakcji.

Na wstępie trzeba wyraźnie powiedzieć, że kiedy widzimy przed sobą jakieś równanie reakcji (a na pewno miałeś styczność z przynajmniej kilkoma), bardzo rzadko dostarcza nam ono informacje o rzeczywistym przebiegu procesu. Co to znaczy? Weźmy sobie prosty przykład:

 \mathrm{H_2 + Br_2\longrightarrow 2\ HBr}

Czytaj dalej >>