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