Hvilke faktorer påvirke hastigheten på kjemiske reaksjoner?

Kinetikken er studiet av hastigheten til en kjemisk reaksjon. Noen kjemiske reaksjoner er fort; andre er treg. Noen ganger kjemikere ønsker å fremskynde den langsomme seg opp og bremse den raske seg ned.

Det er flere faktorer som påvirker hastigheten av en reaksjon:

• Typen av reaktanter
• Partikkelstørrelse på reaktantene
• Konsentrasjonen av reaktantene
• Trykk av gassreaktanter
• Temperatur
• Katalysatorer

Hvis du ønsker å produsere så mye av et produkt som mulig så fort som mulig i en kjemisk reaksjon, må du vurdere reaksjonskinetikken.

Nature of kjemiske reagenser

For at en reaksjon skal finne sted, må det være en kollisjon mellom reaktantene på det reaktive område av molekylet. Jo større og mer komplekse reaktant-molekyler, desto mindre sjanse er det for en kollisjon ved reaktivt sete.

Noen ganger, i meget komplekse molekyler, det reaktive område er fullstendig blokkert av ved andre deler av molekylet, slik at ingen reaksjon finner sted. Det kan være mange kollisjoner, men bare de som oppstår ved reaktivt sete ha noen sjanse til fører til en kjemisk reaksjon.

Generelt er reaksjonshastigheten langsommere når reaktantene er store og komplekse molekyler.

Partikkelstørrelsen av kjemiske reaktanter

Reaksjonen avhenger av kollisjoner. Desto mer overflateareal som kan forekomme kollisjoner, jo raskere reaksjon. Du kan holde en brennende kamp til en stor del av kull og ingenting vil skje. Men hvis du tar det samme stykke kull, male den opp veldig, veldig fint, kaste den opp i luften, og finne en match, vil du få en eksplosjon på grunn av økt areal av kull.

Konsentrasjonen av kjemiske reagenser

Økende antall kollisjoner raskere reaksjonshastigheten. De mer reaktant molekyler det er å kollidere, jo raskere vil reaksjonen være. For eksempel, brenner en tre splint greit i luft (20 prosent oksygen), men det brenner mye raskere i rent oksygen.

I de fleste enkle tilfeller, øke konsentrasjonen av reaktantene øker hastigheten på reaksjonen. Imidlertid, hvis reaksjonen er komplisert og har en kompleks mekanisme (serie av trinn i reaksjonen), kan dette ikke være tilfelle. Bestemmelse av konsentrasjonen effekt på reaksjonshastigheten kan gi hint om hvilken reaktant er involvert i det hastighetsbestemmende trinn av mekanismen.

Du kan gjøre dette ved å kjøre reaksjonen ved flere forskjellige konsentrasjoner og observere virkningen på reaksjonshastigheten. Hvis, for eksempel, endring av konsentrasjonen av en reaktant har ingen innvirkning på reaksjonshastigheten, så vet man at reaktant ikke er involvert i den langsomste trinn (det hastighetsbestemmende trinn) i mekanismen.

Trykk av gassreaktanter

Trykket av gassformige reaktanter er i utgangspunktet den samme virkning som konsentrasjon. Jo høyere reaksjonstrykket er, desto hurtigere reaksjonshastighet. Dette er på grunn av det økte antall kollisjoner. Men hvis det er en komplisert mekanisme som er involvert, å endre trykket kan ikke ha forventet resultat.

Hvordan temperaturen påvirker kjemisk reaksjonshastighet

Øke temperaturen fører molekyler til å bevege seg raskere, så det er en økt sjanse for dem å kollidere med hverandre og reagerer. Men økning av temperaturen også øker gjennomsnittlig kinetisk energi til molekylene.

Den følgende figur viser et eksempel på hvordan økning av temperaturen påvirker den kinetiske energi av reaktantene og øker reaksjonshastigheten.

Effekten av temperatur på den kinetiske energi av reaktanter.

Ved en gitt temperatur, ikke alle molekylene beveger seg med samme kinetisk energi. Et lite antall molekyler beveger seg svært sakte (lav kinetisk energi), mens noen få går veldig fort (høy kinetisk energi). Et stort flertall av molekylene er et sted i mellom disse to ytterpunktene.

Faktisk er temperatur er et mål på gjennomsnittlig kinetisk energi til molekylene. Som man kan se på figuren, øker temperaturen øker gjennomsnittlig kinetisk energi av reaktantene, i det vesentlige flytter kurven til høyre mot høyere kinetiske energier.

Men også legge merke til den minimale mengde av kinetisk energi som trengs av reaktantene til å gi aktiveringsenergien (den energi som kreves for å få en reaksjon skjer) ved kollisjon. Reaktantene må møtes ved reaktivt sete, men de har også til å overføre nok energi til å bryte bindinger, slik at nye bindinger kan dannes. Dersom reaktantene ikke har nok energi, vil en reaksjon ikke forekommer selv om reaktantene kolliderer ved reaktivt sete.

Legg merke til at ved den lavere temperatur, svært få av reaktant-molekyler har den minste mengde kinetisk energi som er nødvendig for å tilveiebringe aktiveringsenergien. Ved høyere temperatur, mange flere molekyler besitter den minste mengde kinetisk energi som er nødvendig, noe som betyr at mange flere kollisjoner vil være energisk nok til å føre til reaksjon.

Økning av temperaturen øker ikke bare antall kollisjoner, men øker også antall kollisjoner som er effektive - at overførings nok energi til å forårsake en reaksjon skal finne sted.

Hvordan katalysatorer øke kjemisk reaksjonshastighet

Katalysatorer er stoffer som øker reaksjonshastigheten uten selv å bli forandret ved slutten av reaksjonen. De øker reaksjonshastigheten ved å senke aktiveringsenergi for reaksjonen.

I den foregående figur, hvis man skifte til venstre som stiplet linje som representerer den minste mengde av kinetisk energi som er nødvendig for å tilveiebringe aktiveringsenergien, da mange flere molekyler vil ha den minste energi som er nødvendig, og reaksjonen vil være raskere.

Katalysatorer senke aktiveringsenergien for en reaksjon på en av to måter:

• Gir en overflate og orientering
• Tilveiebringe en alternativ mekanisme (serie av trinn for reaksjonen til å gå gjennom) med en nedre aktiveringsenergi