כיצד ניתן לצמצם את כמות הבדיקות מבלי לפגוע (ואף לשפר) בכיסוי המערכת?
קינטיקה כימית ישנן תגובות שמתרחשות תוך שניות, בעוד...
description
Transcript of קינטיקה כימית ישנן תגובות שמתרחשות תוך שניות, בעוד...
קינטיקה כימית
ישנן תגובות שמתרחשות תוך שניות, בעוד שאחרות יכולות לארוך שעות, ימים ואף חודשים.
גם כאשר תגובה היא ספונטאנית, לא תמיד היא מתרחשת מעצמה – קצב התגובה איטי מדי.
לקצב תגובות יש חשיבות כלכלית.
חקר הגורמים המשפיעים על קצב התגובה מאפשר להבין טוב יותר את מנגנון התרחשות התגובה.
הגורמים המשפיעים על קצב תגובה:ריכוז המגיבים •טמפרטורת התרחשות התגובה •שטח פנים )במוצק( •זרז – קטליזטור •
– כמות תוצר הנוצרת ביחידת Rateקצב תגובה זמן.
בתגובה:
2N2O5 )g( 4NO2)g( + O2)g(
Δt
]OΔ[N
4
1
Δt
]Δ[NO
2
1
Δt
]Δ[ORate 5222
M/secיחידות –
על מנת לעקוב אחר הריכוז ניתן להשתמש במספר דרכים:
בגזים – שינוי בלחץ הגז.•שיטות ספקטרוסקופיות – צבע – עוצמת הבליעה.•מוליכות חשמלית – בתמיסות.•
קצב התגובה משתנה עם הזמן.
:חישוב קצב תגובה בשני תחומים
הקצב ההתחלתי. הקצב שאליו מתייחסים הוא
משוואת הקצב מבטאת את הקצב ההתחלתי כתלות בריכוזים ההתחלתיים של המגיבים )או הזרז(.
עבור תגובה כללית כלשהי:
aA)g( + bB)g( cC)g( + dD)g(משוואת הקצב תהיה:
Rate = k[A]α[B]β
kקבוע הקצב –α,β )סדר התגובה )לא בהכרח מספרים שלמים –
.לא קשורים למקדמים הסטוכיומטריים סכום החזקותסדר התגובה =
משוואת הקצב נקבעת באופן ניסיוני.
משוואת הקצב היא:Rate = k[NO2][F2]
ביחס לכל מגיב – סדר התגובה 1סדר התגובה הוא .2הכולל הוא
סדר התגובה תלוי במנגנון התגובה – האופן שבו היא מתרחשת.
ישנן תגובות שמשוואת הקצב שלהן תלויה גם בזרז:
CH3COCH3)aq( + I2)aq( → CH3COCH2I)aq( + HI)aq(H3O+
עבור התגובה:2NO2)g( + F2)g( → 2NO2F)g(
משוואת הקצב:Rate = k[CH3COCH3][H3O+]
.2סדר התגובה הכולל הוא
סדר של תגובה נקבע באופן ניסיוני מתוך הקצב ההתחלתי של התגובה.
:N2O5עבור תגובת פירוק
[N2O5] קצב התחלתי(Rate)
M4.8×10-6 M/s 10-2×11.0ניסוי
M9.6×10-6 M/s 10-2×22.0ניסוי
Rate = k[N2O5]מתוצאות הניסויים נוכל לקבוע:
ולחשב את ערכו של קבוע הקצב:
k = Rate/[N2O5] = 9.6×10-6 /2.0×10-2 = 4.8×10-4 s-1
ממספר נתונים ולא kבאופן יותר מדויק קובעים את רק נתון בודד.
משוואות הקצב נותנות לנו תלות דיפרנציאלית.
לדוגמא, אם ידועה תגובה מסדר ראשון:
]Ok[NΔt
]OΔ[NRate 52
52
את לחשב ניתן לא זו רגע ]N2O5[ממשוואה בכל
ורגע.
לכן, יש צורך לפתור את המשוואה הדיפרנציאלית:
t
0
[A]
[A]
dtk[A]
d[A]t
0
]Ok[Ndt
]Od[N52
52
kdt]O[N
]Od[N
52
52
ולקבל את הצורה האינטגרלית:
kt]O[N
]O[Nln
052
t52
בתגובה מסדר ראשוןkמציאת קבוע הקצב
052t52 ]Oln[N kt ]Oln[N
k=4.83x10-4 1/sec
aA →תוצרים בהכללה, עבור תגובה:
A[ - = kt + ln[0 :מסדר ראשוןאם התגובה היא
t[A]ln
:מסדר שניאם התגובה היא
A[t = - kt + [A][0 : מסדר אפסאם התגובה היא
0t [A]
1 kt
[A]
1
תגובות מסדר אפס מתרחשות רובן ככולן בפאזה הטרוגנית – מהירות התגובה תהיה תלויה אז בשטח המגע יותר מאשר
בריכוז המגיב.
סדר שניסדר ראשוןסדר אפס
משוואת הקצב
Rate = kRate = k[A]Rate = k[A]2
ריכוז בזמן נתון
[A[t = - kt + [A]0
זמן מחצית
חיים
גרף מתאים
]A כנגד [tln[A] כנגד t1]/A[ כנגד t
סיכום משוואות הקצב לתגובות מסדר אפס, אחד ושניים:
aA→ תוצריםעבור תגובות מהסוג:
1/ 20
1
[ ]t
k A
1/ 2
0.693t
k0
1/ 2
[ ]
2
At
k
0]A[ - = kt + ln t[A]ln0t [A]
1 kt
[A]
1
זמן מחצית החיים
למחציתהזמן שלוקח מהכמות ההתחלתית של
המגיב לעבור תגובה.
: A[t = ½ [A]0 [כאשר
קביעת סדר תגובה מתצוגה גרפית
ראינו איך לקבוע סדר של תגובה מתוצאות ניסיוניות של ריכוז כנגד זמן התרחשות התגובה.
התגובה סדר את לקבוע יותר מדויק מעשי, באופן מדידות: של רב מספר תוצר( מתוך )או מגיב ריכוז
בזמן.
גרפית התנהגות תהיה שונים, מסדרים לתגובות xציר yציר גרף מתאיםשונה.
A[t[0סדר
1ln[A]tסדר
A[t/[21סדר
]NO2[
1.00×10-2
0.683×10-2
0.518×10-2
0.418×10-2
0.350×10-2
0.301×10-2
0.264×10-2
]NO2[
1.00×10-2
0.683×10-2
0.518×10-2
0.418×10-2
0.350×10-2
0.301×10-2
0.264×10-2
בדיקת סדר תגובה
הגרף יהיה ליניארי אם התגובה מסדר מתאים.
משיפוע הקו – ניתן .kלחשב את