Definition der chemischen Kinetik in der Chemie

Chemische Kinetik und Reaktionsgeschwindigkeit verstehen

Die chemische Kinetik hilft zu erklären, warum zunehmende Kollisionen zwischen Molekülen die chemische Reaktionsgeschwindigkeit erhöhen. Don Farrall/Getty Images

Chemische Kinetik ist die Lehre von chemischen Prozessen und Reaktionsgeschwindigkeiten . Dies beinhaltet die Analyse von Bedingungen, die die Geschwindigkeit von a beeinflussen chemische Reaktion , Verständnis von Reaktionsmechanismen und Übergangszuständen und Bildung mathematischer Modelle zur Vorhersage und Beschreibung einer chemischen Reaktion. Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion hat normalerweise Einheiten von sek^-1Kinetikexperimente können jedoch mehrere Minuten, Stunden oder sogar Tage dauern.

Auch bekannt als

Chemische Kinetik kann auch Reaktionskinetik oder einfach „Kinetik“ genannt werden.

Geschichte der chemischen Kinetik

Das Gebiet der chemischen Kinetik entwickelte sich aus dem 1864 von Peter Waage und Cato Guldberg formulierten Massenwirkungsgesetz. Das Massenwirkungsgesetz besagt, dass die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion proportional zur Menge der Reaktanten ist. Jacobus van't Hoff studierte chemische Dynamik. Seine Veröffentlichung „Etudes de dynamique chimique“ von 1884 führte 1901 zum Nobelpreis für Chemie (das war das erste Jahr, in dem der Nobelpreis verliehen wurde). Einige chemische Reaktionen können eine komplizierte Kinetik beinhalten, aber die Grundprinzipien der Kinetik werden im allgemeinen Chemieunterricht an Gymnasien und Colleges erlernt.

SCHLUSSELERKENNTNISSE: Chemische Kinetik

• Chemische Kinetik oder Reaktionskinetik ist die wissenschaftliche Untersuchung der Geschwindigkeiten chemischer Reaktionen. Dazu gehört die Entwicklung mathematischer Modelle zur Beschreibung der Reaktionsgeschwindigkeit und eine Analyse der Faktoren, die Reaktionsmechanismen beeinflussen.
• Peter Waage und Cato Guldberg gelten als Pioniere auf dem Gebiet der chemischen Kinetik, indem sie das Massenwirkungsgesetz beschrieben haben. Das Massenwirkungsgesetz besagt, dass die Geschwindigkeit einer Reaktion proportional zur Menge der Reaktanten ist.
• Zu den Faktoren, die die Geschwindigkeit einer Reaktion beeinflussen, gehören die Konzentration der Reaktanten und anderer Spezies, die Oberfläche, die Art der Reaktanten, die Temperatur, die Katalysatoren, der Druck, ob Licht vorhanden ist und der physikalische Zustand der Reaktanten.

Geschwindigkeitsgesetze und Geschwindigkeitskonstanten

Experimentelle Daten werden verwendet, um Reaktionsgeschwindigkeiten zu finden, aus denen Geschwindigkeitsgesetze und Geschwindigkeitskonstanten der chemischen Kinetik durch Anwendung des Massenwirkungsgesetzes abgeleitet werden. Geschwindigkeitsgesetze ermöglichen einfache Berechnungen für Reaktionen nullter Ordnung, Reaktionen erster Ordnung und Reaktionen zweiter Ordnung .

• Die Geschwindigkeit einer Reaktion nullter Ordnung ist konstant und unabhängig von der Konzentration der Reaktanten.
  Rate = k
• Die Geschwindigkeit einer Reaktion erster Ordnung ist proportional zur Konzentration eines Reaktanten:
  Rate = k[A]
• Die Geschwindigkeit einer Reaktion zweiter Ordnung ist proportional zum Quadrat der Konzentration eines einzelnen Reaktanten oder ansonsten zum Produkt der Konzentration zweier Reaktanten.
  Rate = k[A]^zweioder k[A][B]

Geschwindigkeitsgesetze für einzelne Schritte müssen kombiniert werden, um Gesetze für komplexere chemische Reaktionen abzuleiten. Für diese Reaktionen:

• Es gibt einen geschwindigkeitsbestimmenden Schritt, der die Kinetik begrenzt.
• Die Arrhenius-Gleichung und die Eyring-Gleichungen können verwendet werden, um die Aktivierungsenergie experimentell zu bestimmen.
• Stationäre Annäherungen können angewendet werden, um das Ratengesetz zu vereinfachen.

Faktoren, die die chemische Reaktionsgeschwindigkeit beeinflussen

Die chemische Kinetik sagt voraus, dass die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion durch Faktoren erhöht wird, die die kinetische Energie der Reaktanten (bis zu einem gewissen Punkt), was zu einer erhöhten Wahrscheinlichkeit führt, dass die Reaktanten miteinander interagieren. In ähnlicher Weise kann erwartet werden, dass Faktoren, die die Wahrscheinlichkeit verringern, dass Reaktanten miteinander kollidieren, die Reaktionsgeschwindigkeit verringern. Die Hauptfaktoren, die die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflussen, sind:

Konzentration der Reaktanten(zunehmend Konzentration erhöht die Reaktionsgeschwindigkeit) Temperatur(Erhöhung der Temperatur erhöht die Reaktionsgeschwindigkeit bis zu einem gewissen Punkt) Vorhandensein von Katalysatoren( Katalysatoren Bieten Sie einer Reaktion einen Mechanismus an, der eine niedrigere erfordert Aktivierungsenergie , also erhöht die Anwesenheit eines Katalysators die Reaktionsgeschwindigkeit) physikalischer Zustand der Reaktanten(Reaktanten in der gleichen Phase können durch thermische Einwirkung in Kontakt kommen, aber Oberfläche und Bewegung beeinflussen Reaktionen zwischen Reaktanten in verschiedenen Phasen) Druck(bei Reaktionen mit Gasen erhöht Druckerhöhung die Kollisionen zwischen Reaktanten, Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit)

Beachten Sie, dass die chemische Kinetik zwar die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion vorhersagen kann, aber nicht das Ausmaß bestimmt, in dem die Reaktion stattfindet. Die Thermodynamik wird verwendet, um das Gleichgewicht vorherzusagen.

Quellen

• Espenson, JH (2002). Chemische Kinetik und Reaktionsmechanismen (2. Aufl.). McGraw-Hill. ISBN 0-07-288362-6.
• Guldberg, C.M.; Waage, P. (1864). 'Studien zur Affinität' Verhandlungen in der Wissenschaftsgesellschaft in Christiania
• Gorban, A.N.; Jablonsky. GS (2015). Drei Wellen der chemischen Dynamik. Mathematische Modellierung natürlicher Phänomene 10(5).
• Laidler, KJ (1987). Chemische Kinetik (3. Aufl.). Harper und Row. ISBN 0-06-043862-2.
• Steinfeld J. I., Francisco J. S.; Hase WL (1999). Chemische Kinetik und Dynamik (2. Aufl.). Lehrlingshalle. ISBN 0-13-737123-3.