Maturitní okruhy z chemie

Kinetika chemických reakcí (reakční kinetika)

Předmět reakční kinetiky

• 
  studuje rychlosti těch chemických reakcí, které jsou z energetického hlediska uskutečnitelné, a zabývá se faktory, které tuto rychlost ovlivňují, konečným cílem je objasnění reakčních mechanismů
  

Reakce izolované a současné (simultánní)

• 
  dělení reakcí: izolované (probíhají v soustavě samy)
  

simultánní (současně probíhá v soustavě několik různých reakcí):

1. 
   reakce zvratné - z reaktantů vznikají produkty a současně z produktů zpět reaktanty, s danou reakcí probíhá reakce zpětná, např.: H₂ + I₂ 2 HI
   
2. 
   reakce bočné - výchozí látky reagují za vzniku různých produktů, A + B C
   

D

1. 
   reakce následné (konsekutivní) - produkt reakce je výchozí látkou reakce následující, A B C … P, mezi následné reakce patří i reakce řetězové - celý řetězec reakcí zahajují reakce iniciační (vytvářejí se první radikály), následuje sled reakcí propagačních (vytvářejí se produkty a další radikály) a sled reakcí uzavírají reakce terminační (dochází k vymizení radikálů nebo spotřebování reaktantů) reakce
   

Reakční rychlost

• 
  N₂ + 3 H₂ 2 NH₃ - rychlost chemické reakce se dá vyjádřit rychlostí, jakou ubývá dusík nebo vodík, nebo jakou se tvoří amoniak - probíhá-li reakce za konstantního objemu, je každá z těchto rychlostí úměrná okamžité hodnotě molární koncentrace výchozích látek, koncentrace se v průběhu reakce mění a mění se tedy i rychlost reakce
  
• 
  okamžitá rychlost reakce se definuje vztahy:
  

Kinetická (rychlostní) rovnice chemické reakce, molekularita a řád reakce

• 
  má-li dojít k reakci, musí se částice výchozích látek srazit
  
• 
  počet srážejících se částic udává molekularita reakce
  
• 
  nejběžnější je srážka dvou částic - bimolekulární reakce: A + B produkty
  
• 
  rychlost reakce je přímo úměrná součinu okamžitých koncentrací výchozích látek
  
• 
  konstanta úměrnosti k, je závislá na teplotě, nazývá se rychlostní konstanta, tuto závislost vystihuje kinetická rovnice: v = k [A] [B]
  
• 
  jde-li o obecnou složenou reakci: Aa + Bb + Cc produkty , potom její kinetická rovnice je: v = k[A]^α[B]^β[C]γ, součet exponentů α + β + γ se nazývá řád reakce (reakční řád)
  
• 
  teplotou je možno výrazně ovlivnit rychlost reakce
  

Teorie aktivovaného komplexu

• 
  aktivační energie E_a - rovna energii potřebné k rozštěpení zanikajících vazeb vznikajících látek
  
• 
  teorie aktivovaného komplexu - předpokládá, že současně s oslabováním původních vazeb v molekulách výchozích látek se začínají vytvářet i nové vazby mezi atomy různých molekul, vzniká nestálý celek - aktivovaný komplex
  
• 
  v dalším průběhu reakce se buď původní zeslabené vazby zcela přeruší a vytvoří se vazby nové (vzniknou produkty reakce), nebo se aktivovaný komplex rozpadne zpět na výchozí látky
  

Katalýza

= ovlivňování rychlosti chemické reakce přidáváním katalyzátoru do reakční soustavy

• 
  katalyzátor - látka, která zvyšuje rychlost chemické reakce, ale sama se chemickou reakcí nemění, vede reakci jiným reakčním mechanismem, u kterého je aktivační energie každé dílčí reakce menší než je aktivační energie původní reakce, která probíhala bez katalyzátoru, katalyzovaná reakce proto probíhá rychleji
  

Katalyzátory a inhibitory

• 
  katalýza může být homogenní nebo heterogenní, mezi časté homogenní katalyzátory patří kyseliny a zásady (acidobazická katalýza)
  
• 
  mnohé redoxní reakce jsou katalizovány přítomností iontů
  
• 
  je-li reakce katalizována některým z produktů reakce, nazývá se autokatalitická
  
• 
  některé katalyzátory jsou selektivní - vedou reakci ke vzniku zcela určitých produktů
  
• 
  mezi vysoce selektivní katalyzátory patří enzymy - jejich selektivita je dána tím, že k vazbě enzymu na danou látku (substrát), může dojít jen při vhodné prostorové struktuře enzymu i substrátu
  
• 
  heterogenní katalýza - katalyzátor je zpravidla pevná fáze s velkým povrchem, zatímco reaktanty jsou plyny nebo kapaliny (syntéza amoniaku z prvků, katalyzovaná práškovým železem)
  

• 
  inhibitory - látky, které reakce zpomalují, lze je rozdělit na stabilizátory a katalytické jedy
  

• 
  stabilizátory - látky, které reagují s radikály (meziprodukty řetězových reakcí), a tím řetězovou reakci zastaví
  
• 
  katalytické jedy - zabraňují působení katalyzátorů (např. četné organické sloučeniny obsahující síru)