perjantai 21. marraskuuta 2014

Kemia 3 luku 5 Kemiallisen reaktion nopeus



Kemia 3 luku 5 Kemiallisen reaktion nopeus


Kemiallisen reaktion nopeus tarkoittaa aineen pitoisuuden muutosta aikayksikössä. Reaktionopeus määritellään siis joko lähtöaineen määrän vähenemisenä tai lopputuotteen määrän lisääntymisenä tietyllä aikavälillä. Reaktionopeutta kuvataan yleisesti suureyhtälöllä

v  = ∆c / ∆t

missä ∆c on konsentraation muutos ja ∆t aikaväli (esim s, min, h tai d). Reaktion alkunopeus voidaan määrittää mittaustuloksista piirretyltä kuvaajalta piirtämällä siihen tangentti ajanhetkellä 0 ja määrittämälllä tämän tangentin kulmakerroin. Samalta kuvaajalta voidaan määrittää myös tutkittavan reaktion nopeus millä tahansa ajan hetkellä eli ns. hetkellinen nopeus. Tämä saadaan, kun piirretään tangentti kuvaajaan kysytyllä ajan hetkellä ja määritetään tangentin kulmakerroin.


Lämpötilan vaikutus reaktionopeuteen


Hiukkasten törmätessä toisiinsa niistä muodostuu ensin pysymätön, lyhytikäinen, runsasenerginen välituote, jota sanotaan siirtymäkompleksiksi. Tämä kompleksi voi joko hajota takaisin lähtöaineiksi tai siitä voi muodostua reaktiotuotteita. Siirtymäkompleksin muodostumiseen tarvitaan lähtöaineiden keskimääräisen energian lisäksi ns. aktivoitumisenergia Ea. Aktivoitumisenergia on reaktion lähtöaineiden energian ja siirtymäkompleksin energian erotus. Reaktion aktivoitumisenergialla tarkoitetaan sitä energiamäärää, joka tarvitaan siirtymäkompleksin muodostumiseen.


Katalyytit alentavat aktivoitumisenergiaa


Katalyyttien vaikutuksesta reaktion aktivoitumisenergia alenee, eli siirtymäkompleksin muodostumiseen tarvitaan vähemmän energiaa. Kemiallisten reaktioiden nopeuttaminen katalyyttien avulla teollisuudessa on usein edullisempaa kuin korkeiden lämpötilojen käyttö, koska tällöin säästyy runsaasti energiaa. Lisäksi katalyyttien etu on, että niitä voidaan hyödyntää prosessissa uudelleen, koska ne eivät itse kulu reaktiossa. Aika ajoin katalyytit on kuitenkin vaihdettava, koska niiden teho heikkenee.

Jos katalyytti on samassa olomuodossa kuin reaktion lähtöaineet, puhutaan homogeenisesta katalyytistä. Tällaisia ovat esim soluissa toimivat entsyymit. Teollisuus hyödyntää runsaasti heterogeenisia katalyyttejä. Tällöin katalyytti on eri olomuodossa kuin lähtöaineet.
                                                                                                                                  
Inhibiittorit puolestaan ovat aineita, jotka hidastavat tai kokonaan estävät reaktioita. Monet lääkeaineet toimivat elimistössä eri entsyymien inhibiittoreina. Penisilliinien bakteereja tuhoava vaikutus perustuu niiden kykyyn inhiboida bakteerien soluseinän muodostumiselle tärkeää entsyymiä.


Konsentraation vaikutus reaktionopeuteen


Kun konsentraatio kasvaa, reaktioseoksessa on enemmän toisiinsa törmääviä hiukkasia. Tällöin myös sellaisia törmäyksiä, jotka johtavat reaktioon, tapahtuu enemmän. Reaktionopeus vastaavasti pienenee, kun lähtöaineiden konsentraatio pienenee, koska tällöin reaktioon johtavia suotuisia törmäyksiä tapahtuu vähemmän.


Tiivistettynä                                                      


-         kemiallisen reaktion nopeuteen vaikuttavat
o       lämpötila
o       katalyytti
o       inhibiittori
o       lähtöaineiden konsentraatiot
o       lähtöaineiden pinta-alat

-         reaktionopeuden lisääntyminen selitetään suotuisten törmäysten määrän lisääntymisellä
-         suotuisten törmäysten määrä lisääntyy, kun
o       reagoivien hiukkasten määrä lisääntyy
o       reagoivien hiukkasten kineettinen energia lisääntyy
o       aktivoitumisenergia alenee



Ei kommentteja:

Lähetä kommentti