Brzina reakcije - hemijska kinetika

Brzina reakcije je promena koncentracije reaktanata u jedinici vremena (v = Δc/t, odatle je Δc = vt). Brzina ove reakcije je prema tome jednaka 0.005mol/dm³min. Za 5 min (t = 5) koncentracije se smanji za 0.025, pa iznosi 0.075 mol/dm³. Nism siguran u ovo, jer koncentracija ne opada linearno.

Liberté, egalité, fraternité!

Ovaj zadatak nije nimalo nelogičan, samo zahteva određeno poznavanje hemijske kinetike i "više" matematike. Uvek pre davanja teških kvalifikacija o gluposti nečega treba krenuti od preispitivanja svog znanja. Koliko ja znam, u gimnazijama se u IV godini detaljno rade izvodi i integrali, mada sam čuo da se u srednjim stručnim školama taj izuzetno važan deo matematike praktično jedva spominje.

 

Da bismo znali sve o nekoj hemijskoj reakciji, nije dovoljno poznavati samo njenu termodinamiku, već je potrebno znati i njenu kinetiku. Hemijska kinetika je deo hemije koji se bavi proučavanjem brzina hemijskih reakcija, faktora koji utiču na brzinu i samih mehanizama. Posmatrajmo hipotetičku reakciju:

 

A + B ---> C + D .

 

Brzina reakcije se definiše kao brzina nestajanja reaktanata, odnosno brzina nastajanja proizvoda, tj.:

 

v = - d[A] / dt = - d[B] / dt = d[C] / dt = d[D] / dt ,

 

pri čemu uglaste zagrade označavaju koncentracije, a d/dt izvod koncentracije po vremenu. Znak minus ukazuje na smanjenje koncentracije, a znak plus na njeno povećavanje. Jedan od osnovnih hemijskih zakona je zakon o dejstvu masa. On kaže da je brzina hemijske reakcije proporcionalna koncentracijama reaktanata, podignutih na stepen stehiometrijskog koeficijenta. Za gore navedenu hemijsku reakciju, može se pisati:

 

v = k * [A] * [B] ,

 

gde je k - konstanta brzine hemijske reakcije. Konstanta brzine se definiše kao brzina reakcije pri jediničnim koncentracijama reaktanata. Pošto se tokom hemijske reakcije smanjuje koncentracija reaktanata, brzina reakcije se tokom vremena takođe smanjuje. Treba voditi računa o tome da se izraz za brzinu može napisati na osnovu stehiometrijskih odnosa samo kada se radi o elementarnoj reakcija, tj. o reakciji koja se dešava u jednom koraku.

 

Suma eksponenata iznad koncentracija u izrazu za brzinu predstavlja red reakcije.

 

Postoje neke (iako veoma retke) reakcije kod kojih brzina ne zavisi od koncentracije. Za njih kažemo da su to reakcije nultog reda. Njihova brzina je konstantna tokom vremena. U tom slučaju imamo:

 

v = -d[A] / dt

v = k .

 

Izjednačavanjem gornjih izraza, a potom integracijom, dobijamo:

 

[A] = [A]₀ - kt .

 

Reakcije prvog reda, su reakcije tipa: A ---> B. Za njih imamo:

 

v = -d[A] / dt

v = k * [A] , odnosno:

[A] = [A]₀ * e^-kt .

 

Imajući u vidu poslednji izraz, lako je rešiti zadatak. Na osnovu početne koncentracije i koncentracije nakon 10 min odredimo konstantu brzine k, a potom lako određujemo koncentraciju kada za t uzmemo vreme od 5 min.

 

Kod reakcija drugog reda, na isti način možemo doći do izraza koji opisuje zavisnost koncentracije od vremena. Ako se radi o reakciji tipa 2A ---> B, onda je taj izraz oblika:

 

1 / [A] = 1 / [A]₀ + kt .

 

I uopšteno, za reakcije n - tog reda (kada n nije 1), može se pokazati da je:

 

1 / [A]^n-1 = 1 / [A]₀^n-1 + (n-1)kt .

 

I ako bismo na kraju pogledali sve dobijene izraze koji opisuju zavisnost koncentracije reaktanta od vremena, mogli bismo s lakoćom da zaključimo da Milanov zaključak o proporcionalnosti koncentracija važi samo za reakcije prvog reda, jer je samo u tom slučaju funkcija koncentracije eksponencijalna.

 

Logično je da svima onima koji ne znaju diferencijalni i integralni račun ova izvođenja neće biti jasna. Ali, nema vam druge: ili učite izvode i integrale, ili ovakve izraze učite napamet.

 

 

 

 

 

Ja i dalje ostajem pri tome da je glupost davati takve zadatke. Lako je tebi da pricas to kada ti je verovatno zanimanje profesor hemije ili nesto slicno.Ovakve zadatke ne znaju da rese profesori hemije!I apsurdno je davati iste na takmicenjima. Nije cilj davati zadatke koje mogu da rese samo prefesori, asistenti i odlicni studenti, ne? Takmicenje ne treba da znaci da trebas da apsolviras hemiju covece!!!