3.1. Reaktsiooni kiirus ja tasakaal
Keemiline kineetika on teadus keemiliste reaktsioonide kiirusest.
Mis on keemilise , millised tegurid mõjutavad reaktisooni kiirust – nendele küsimustele saad vastuse järgnevast videost.
Allikas: https://youtu.be/E0MlY2Y7MQ0
Mis on reaktsiooni kiirus?
Keemilise reaktsiooni kiirus väljendab aine kontsentratsiooni muutust ajaühikus.
Keemilise reaktsiooni kiirus väljendab aine kontsentratsiooni muutust ajaühikus. Kiirust tähistakse tähega v ning selle põhiühik on mol dm-3 s-1. Kuigi koolis kiiruse valemit ei õpetata, siis selguse mõttes toome selle siin siiski välja:
$v=\frac{c_{lõpp}-c_{alg}}{t_{lõpp}-t_{alg}}=\frac{\Delta c}{\Delta t}$
clõpp ja calg on aine lõpp- ja algkontsentratsioonid (ühik mol/dm3 ehk M), talg ja tlõpp tähistavad ajavahemikku, mille vältel protsessi vaadeldakse (aja ühik võib olla sekund, aga kasutatakse ka minutit, tundi ja mõnikord koguni aastat).
Kui kiiresti reaktsioon toimub?
Kindlasti tead juba, et reaktsioonid võivad toimuda väga erineva kiirusega. Näiteks happe ja leelise kokkusegamisel toimub reaktsioon kiiresti (keeduklaas läheb kiiresti kuumaks). Mõned protsessid toimuvad aga väga aeglaselt, nii aeglaselt, et me ei jõuagi seda ära oodata. Üheks selliseks näiteks on teemandi lagunemine grafiidiks: vanaema teemantsõrmusest võib saada lõpuks tükike grafiiti, aga me ei jõua kunagi seda hetke ära oodata.
Joonis 1. ja . Allikas: https://www.petragems.com/blog/difference-between-diamond-and-graphite/
Millest reaktsiooni kiirus sõltub ehk teeme “elevandile hambapastat”
Vaata “elevandi hambapasta” katset.
Oled vast näinud katset “elevandi hambapasta”. Selle reaktsiooni võrrand on tegelikult lihtne:
2H2O2 → 2H2O + O2
Kui valada vesinikperoksiidi mensuuri, siis on raske seal näha mingeid muutusi. Vesinikperoksiid küll laguneb valguse toimel (sellepärast säilitatakse seda tumedas pudelis), kuid see reaktsioon on väga aeglane.
Kui aga lisada vesinikperoksiidi lahusele kaaliumjodiidi lahust, siis võib saada päris tormilise reaktsiooni, mis toimub kahes etapis:
H2O2 + I– → OI– + H2O
H2O2 + OI– → I– + H2O + O2
Märkus: Need etapid on toodud illustratsiooniks, sedasorti väga kiiresti edasi reageerivate vaheühenditega ioonreaktsioonid ei ole gümnaasiumi keemia õppekavas.
Neid kahte võrrandit kokku nimetatakse reaktsiooni mehhanismiks. peab alati andma kokku summaarse reaktsiooni. Proovi, kas saad mehhanismi kahest etapist kokku vesinikperoksiidi lagunemise reaktsiooni.
Selgub, et I– ja OI– on justkui ülearused, sest taanduvad võrrandist välja. Tegelikult aga mängivad nad mõlemad reaktsioonis olulist rolli: jodiidioon on katalüsaatoriks, mis tekitab vesinikperoksiidiga reageerides väga ebapüsiva reaktsioonivõimelise vaheühendi OI–, mis reageerib kiiresti edasi. Saime teada ühe võimaluse, kuidas reaktsiooni kiirust mõjutada – lasta sellel toimuda katalüsaatori toimel teist teed mööda.
on aine, mis kiirendab reaktsiooni, sest võimaldab sellel toimuda teise, vähem energiat nõudva mehhanismi järgi.
Selle energia juurde tuleme hiljem tagasi. Praegu aga vaatame, kas elevandi hambapasta valmistamine õnnestub. Tegelikult mitte, sest me lihtsalt ei näe reaktsiooni toimumist. Siin aitab hädast välja nõudepesuvahend. Tekkiv hapnik koos nõudepesuvahendiga tekitab hulgaliselt vahtu, mis voolab kiirelt üle mensuuri ääre … Või ei voola.
Kui veidi katsetada, siis selgub, et mida kangemat vesinikperoksiidi lahust kasutame, seda kiiremini ja rohkem vahtu tekib ehk seda kiiremini reaktsioon toimub.
Reaktsiooni kiirus kasvab lähteainete kontsentratsiooni ja rõhu suurendamisel, kuumutamisel, segamisel, peenestamisel ja katalüsaatori osalemisel.
Gaaside puhul tähendab suurem kontsentratsioon kõrgemat rõhku, seega rõhu suurenedes toimub reaktsioon kiiremini.
Kui reaktsioonisegu soojendada, saaksime samuti kiirema reaktsiooni. Reaktsioon toimub seda kiiremini, mida kõrgem on temperatuur.
Reaktsiooni kiirust mõjutavad veel ainete segamine ja lähteainete peenestamine. Ainete segamisel jagunevad osakesed reaktsioonisegus ühtlasemalt, osakeste põrkumine toimub seetõttu sagedamini ja reaktsiooni kiirus kasvab. Ainete peenestamine on eriti oluline tahkete ainete korral. Peenestamisel ainete kokkupuutepind suureneb, reaktsioon saab toimuda ühtlasemalt ja kiiremini.
Kokkuvõte teguritest, mis mõjutavad reaktsiooni kiirust:
- Reaktsiooni kiirus kasvab lähteainete kontsentratsiooni suurendamisel.
- Gaasiliste ainete korral rõhu suurendamisel reaktsiooni kiirus suureneb.
- Reaktsioon toimub seda kiiremini, mida kõrgem on temperatuur.
- Reaktsiooni kiirust mõjutavad veel ainete segamine ja lähteainete peenestamine.
- Katalüsaatori juuresolekul reaktsiooni kiirus suureneb.
