Chemiese kinetika

Chemiese kinetika is 'n tak van die fisiese chemie wat bestudeer met watter snelheid 'n chemiese reaksie plaasvind.

Reaksietempo

'n Belangrike begrip in die chemiese kinetika is die reaksietempo wat met verskeie simbole aangedui word. Hierdie snelheid hang van talle faktore af, soos:

1. die hoeveelhede van die reaktante,
2. soms ook die produkte,
3. die temperatuur
4. die druk
5. die ioonsterkte
6. teenwoordigheid van 'n katalisator
7. soms die teenwoordigheid van lig
8. soms die elektriese potensiaal aan 'n elektrode
9. ensomeer

Die reaksietempo kan ook op party maniere gemeet word.

1. deur die hoeveelheid reaktante te volg
2. deur die hoeveelheid produkte te volg
3. deur die hoeveelheid warmte wat vrygestel/opgeneem word te volg
4. deur die elektriese geleidbaarheid te volg
5. ensomeer.

Tempokonstantes

Indien die reaksie spesies in verdunde sisteme betref, soos gasmolekule of ione in oplossing kan die reaksietempo in veranderings van hulle konsentrasie uitgedruk word. Daarby moet met die reaksie se stoigiometrie rekening gehou word. Byvoorbeeld vir 'n reaksie:

$rR+sS\to pP+qQ$

waar r,s,p en q die stoigiometriese konstantes van die spesies R en S (reaktante) en P en Q (produkte) verteenwoordig, kan die reaksietempo gedefinieer word as:

$R_{t}={-1 \over r}{{d[R]} \over {dt}}={-1 \over s}{{d[S]} \over {dt}}={1 \over p}{{d[P]} \over {dt}}={1 \over q}{{d[Q]} \over {dt}}$

In die algemene geval moet die afhanklikheid van R_t van die konsentrasies, druk ensomeer empiries bepaal word. Dit word deur die reaksiemeganisme bepaal en gewoonlik nie deur die stoigiometriese vehoudings nie, behalwe naby 'n chemiese ewewig. Dié afhanklikheid kan baie ingewikkeld wees, maar soms volg dit taamlik eenvoudige wette.

Een van die eenvoudigste wette is die kinetika van eerste orde. In so 'n eerste-orde proses is die reaksietempo direk eweredig aan net een van die konsentrasies, byvoorbeeld:

$R_{t}=k[S]$

Die eweredigheidskonstante k word die tempokonstante genoem.

Reaksies van die eerste orde

Die konsentrasie en sy logaritme tydens 'n eerste-orde reaksie

Die eerste-orde wet is 'n differensiaalvergelyking van die eerste orde

$R_{t}=k[S]$

${-1 \over s}{{d[S]} \over {dt}}=k[S]$

Dit kan deur skeiding van die veranderlikes opgelos word:

${{d[S]} \over {[S]}}=-skdt$

Integrasie van t=0 na t=t' gee:

$ln{{[S]} \over {[S_{o}]}}=-skt'$

$[S]=[S_{o}]e^{-skt'}$

Die logaritme van die konsentrasie neem lineêr af in die tyd. Die konsentrasie self volg 'n eksponensiële verval-kurwe. Hierdie wiskundige probleem is dieselfde as wat by radioaktiewe vervalprosesse aangetref word en kan ook met 'n halfleeftyd beskryf word .