Brzina hemijske reakcije
UVOD
U našem okruženju se neprestano odvija veliki broj hemijskih reakcija. One
predstavljaju trajne promene u strukturi polaznih supstanci i process nastajanja
novih supstanci. Sve njih karakteriše određena brzina odvijanja, odnosno sve se
odvijaju različitim brzinama. Tako postoje reakcije koje se dešavaju u trenutku,
one koje se dešavaju satima, ali i one koje se odvijaju godinama.
Postavlja se pitanje koje je vreme potrebno za odigravanje određene reakcije i šta
to može uticati na njenu brzinu.
Predmet ovog rada jeste izučavanje brzine hemijske reakcije i faktora koji utiču
na samu brzinu njenog odvijanja.
1
Brzina hemijske reakcije
1. Pojam brzine hemijske reakcije
Brzina hemijske reakcije je jedan od osnovnih pojmova hemijske kinetike. Taj
pojam se koristi za izražavanje količine reaktanata koja se utroši u jedinici
vremena ili za količinu produkata koji nastaju u jedinici vremena.
Promena koncentracije reagujućih čestica (reaktanata i produkata) u jedinici
vremena definiše brzinu hemijske reakcije.
Mera promene je količina supstance koja je reagovala ili je nastala u određenom
vremenskom intervalu.
Brzinu reakcije određuje broj uspešnih sudara u jedinici vremena.
SI jedinica za brzinu hemijske reakcije je
[
mol dm
3
s
−
1
]
.
Stehiometrijska jednačina hemijske reakcije je:
a A + b B
—
> c C + d D (1)
odakle se brzina računa po sledećem obrascu:
V
=
[
C
]
c
∙
[
D
]
d
[
A
]
a
∙
[
B
]
b
(2)
gde su a, b, c, d – apsolutne vrednosti stehiometrijskih koeficijenata, a A, B, C, D -
simboli za hemijske vrste (elemente, jedinjenja).
Izraz za brzinu reakcije daje informacije koliko je reaktanata preostalo, a koliko
se produkata nagradilo nakon određenog vremena od početka hemijske rekcije.
U skladu sa preporukama IUPAC-a, izraz za brzinu reakcije koja pokazuje da se
beskonačno mala promena količine supstance (dn) dešava u beskonačno malom
intervalu vremena (dt) mora da sadrži i stehiometrijski koeficijent.
2
Brzina hemijske reakcije
Ukoliko je reč o složenoj reakciji, svaka hemijska promena se odvija preko
nekoliko elementarnih stupnjeva. Svaki stupanj ima svoju brzinu koju karakteriše
odgovarajuća konstanta brzine. Zahvaljujući razlici između konstanti
pojedinačnih stupnjeva, moguće je da jedan stupanj određuje ukupnu brzinu
procesa. Ako je jedan stupanj sporiji od drugih, brzina je određena brzinom tog
najsporijeg stupnja, koji se naziva odlučujućim stupnjem.
Hemijska kinetika proučava brzinu i mehanizam odvijanja hemijskih reakcija,
kao i zavisnost brzine hemijske reakcije od različitih faktora.
Ako reaktanti daju više različitih produkata, hemijska kinetika pruža podatke o
uslovima u kojima će se reakcija odvijati u željenom smeru.
2. Zakon brzine hemijske reakcije
Zakon brzine hemijske reakcije predstavlja opšti matematički model pomoću
koga se opisuje ishod odigravanja neke hemijske reakcije na osnovu promena
koncentracije reaktanata i proizvoda reakcije u određenim intervalima vremena.
Određuje se eksperimentalno i ne pruža informacije o promenama koje se
dešavaju između pojedinačnih reaktanata, već o ukupnom ishodu svih
pojedinačnih interakcija koji se manifestuje odigravanjem posmatrane hemijske
reakcije
Zakon brzine glasi:
Brzina hemijske reakcije srazmerna je proizvodu molarnih koncentracija
supstanci, pri čemu je svaka koncentracija stepenovana odgovarajućim redom
reakcije.
Konstanta (k) brzine reakcije predstavlja brzinu reakcije pri jediničnim
koncentracijama reagujućih supstanci. Ona zavisi od prirode supstanci koje
reaguju i od temperature, a ne zavisi od koncentracije. Njen fizički smisao je da je
to specifična brzina, što znači brzina hemijske reakcije kada su koncentracije
reagujućih vrsta jednake jedinici.
v
=
k
∙
[
A
]
a
[
B
]
b
4
Brzina hemijske reakcije
Brzina hemijske reakcije, kao i konstanta brzine hemijske reakcije se mere
primenom sledećih tehnika:
spektrofotometrijske metode,
kondukometrijske metode,
manometarske metode,
direktne metode.
Izbor tehnike zavisi od same brzine hemijske reakcije.
3. Faktori brzine reakcije
Da bi došlo do hemijske reakcije, neophodno je da se molekuli reagujućih
supstanci sudare. Ali, brzina hemijske reakcijene ne zavisi samo od broja sudara
bilo kojih čestica, već od uspešnosti sudara reagujućih čestica. Do reakcije dovode
samo sudari čestica koje imaju dovoljnu energiju da raskinu postojeće veze i da
formiraju nove. Energija čestica koje su sposobne za reakciju prelazi određeni
iznos koji se naziva energija aktivacije (
E
a
). Samo one čestice koje poseduju
energiju jednaku ili veću od energije aktivacije mogu reagovati.
Svaka promena koja povećava broj sudara i uspešnost tih sudara povećava brzinu
reakcije.
Faktori koji utiču na brzinu reakcije, kod homogenih sistema, jesu:
koncentracija reaktanata,
temperatura,
priroda reaktanata,
uticaj pritiska (kod gasova),
prisustvo katalizatora,
uticaj svetlosti / zračenja (samo kod pojedinih reakcija),
a kod heterogenih sistema i veličina dodirne površine između faza može imati
uticaj.
5
