Stała szybkości reakcji – lektura do poduchy

„Bajek”, jak to mówi moja Pani Profesor od chemii fizycznej, ciąg dalszy. O samej stałej szybkości reakcji też trzeba powiedzieć kilka słów. Jak powinieneś pamiętać, pojawiła się ona „znikąd”, w równaniu kinetycznym.

Dlaczego w ogóle jest potrzebna? Wspomniałem, że chemicy wymyślili sobie, że szybkość reakcji jest proporcjonalna do stężeń substratów (podniesionych do odpowiednich potęg). Można by to, dla maglowanej przeze mnie reakcji ogólnej, zapisać tak:

$!v=…[\mathrm{A}]^\alpha[\mathrm{B}]^\beta$

Jak widzisz, proporcjonalny nie znaczy równy (nie bez pewnej poprawki – stąd wielokropek, coś tu jeszcze trzeba dostawić)! Jeżeli masz problem z tym słowem, szybko tłumaczę. Prosty przykład – rachunki za prąd płacisz. Jeśli nie Ty, to na pewno któryś z Twoich domowników. Wysokość rachunku jest proporcjonalna do (wybaczcie mi wszyscy fizycy, elektrycy…) poboru tego prądu. Im więcej „prądu zużyjesz”, tym więcej zapłacisz. Można więc powiedzieć, że rachunek za prąd jest proporcjonalny do poboru prądu. Ale to nie znaczy, że ile kilowatogodzin (jednostka energii) prądu pobierzesz, tyle samo złotych zapłacisz, prawda? Trzeba to przemnożyć przez jakiś współczynnik – cenę (w zł) za jedną kilowatogodzinę.

Po co gadanie o prądzie? Ten iloczyn stężeń (z równania kinetycznego) jest jak nasz pobór prądu, a stała szybkości reakcji – jak współczynnik, przez który trzeba go przemnożyć, żeby dostać inną pożyteczną wielkość – w naszym przypadku szybkość reakcji. Stałą szybkości możemy w tym przypadku, bardziej fachowo, nazwać czynnikiem proporcjonalności. Zwróć uwagę, żeby nie kiełbasiły Ci się pojęcia stałej szybkości z szybkością reakcji – pisząc artykuły z kinetyki nawet samemu niejednokrotnie się na tym złapałem.

Czytaj dalejStała szybkości reakcji – lektura do poduchy

Rząd reakcji – nic nowego z nową nazwą

Tytuł zasugerował już pewnie, że chociaż nie poznamy żadnej nowej wielkości, dowiemy się, czym jest rząd reakcji chemicznej. Jest to wielkość ściśle związana z równaniem kinetycznym, które wiemy już, jak zapisać.

Dla naszej reakcji ogólnej:

$! a\ \mathrm{A} + b\ \mathrm{B}\longrightarrow c\ \mathrm{C}+d\ \mathrm{D}$

wyglądało następująco:

$!v=-\frac1{a}\frac{\operatorname{d}[\mathrm{A}]}{\operatorname{d}t}=-\frac1{b}\frac{\operatorname{d}[\mathrm{B}]}{\operatorname{d}t}=\frac1{c}\frac{\operatorname{d}[\mathrm{C}]}{\operatorname{d}t}=\frac1{d}\frac{\operatorname{d}[\mathrm{D}]}{\operatorname{d}t}=k[\mathrm{A}]^\alpha[\mathrm{B}]^\beta$

Za namową Czytelnika, zwracam uwagę na różnicę między współczynnikiem $d$, a operatorem różniczkowania $\operatorname{d}$.

Czytaj dalejRząd reakcji – nic nowego z nową nazwą

Równanie kinetyczne – sama szybkość to za mało

Widzimy się znowu. To znaczy, że nie było tak najgorzej, bardzo mnie to cieszy.

Poznaliśmy już wielkość określaną mianem szybkości reakcji chemicznej. Ogólnie – szybkość zmiany stężenia jakiegoś reagenta w czasie. Okazuje się jednak, że mimo oczywistych korzyści, które przynosi jej zdefiniowanie, to trochę za mało. Mając dane wartości szybkości reakcji w jakiejś chwili $t$ możemy powiedzieć, która reakcja zachodzi szybciej. I niewiele więcej.

Poza tym, zastanów się, jak wyglądałoby wyznaczanie takiej szybkości reakcji? Co pewien czas trzeba by, w jakiś sposób (a jest takich wiele), wyznaczyć stężenie wybranego reagenta. Ale co by to było? Nic innego, jak zastosowanie naszego uproszczenia, z którego wychodziliśmy w poprzednim artykule – stosowanie skończonych przyrostów stężenia $(\Delta)$, zamiast przyrostów różniczkowych $(\operatorname{d})$. Wspomniałem już i powtórzę, że jest to metoda przybliżona i mało precyzyjna, szczególnie, gdy reakcja zachodzi szybko lub ma złożony przebieg.

Czytaj dalejRównanie kinetyczne – sama szybkość to za mało

Szybkość reakcji chemicznej – co to za potwór?

Ze swojego kilkuletniego doświadczenia dydaktycznego wiem, że temat ten sprawia uczniom liceów nie tyle trudność, co… No właśnie, co sprawia, skoro w ogóle nie zastanawiamy się, co to takiego? Postaram się ten temat nieco bardziej przybliżyć.

Pojęcie szybkości (w rozumieniu potocznym) doskonale znane jest każdemu, a na pewno każdemu licealiście, który chciałby zaprzyjaźnić się z kinetyką chemiczną. Kiedy samochód jedzie ze stałą (no właśnie) szybkością, możemy ją zdefiniować jako pewien przyrost drogi, którą pokonał, odniesiony do przyrostu czasu, w którym to nastąpiło. Znanym od gimnazjum wzorem:

$! v=\frac{\Delta s}{\Delta t} $

Prosto? Prosto. Co wspólnego ma to jednak z kinetyką chemiczną? Okazuje się, że szybkość reakcji chemicznej określamy analogicznie – jak tę, którą poznaliśmy na fizyce. Reagujące ze sobą substancje nie przebywają żadnej drogi, zmienia się jednak ich zawartość w mieszaninie reakcyjnej. Można więc próbować wyrażać szybkość reakcji jako zmianę liczby atomów w czasie, zmianę liczby moli, zmianę masy konkretnej substancji. Najwygodniej jednak (choć nie koniecznie!) posłużyć się stężeniem molowym substancji.

Czytaj dalejSzybkość reakcji chemicznej – co to za potwór?

Czas wyruszyć w chemiczną podróż!

Na wstępie – dzień dobry. Od bardzo dawna nosiłem się z takim zamiarem, poczyniłem mnóstwo planów i przygotowań. I nic. Dlatego ruszam w takiej surowej formie, ponieważ najważniejsza jest treść, a nie jej oprawa, którą przecież zawsze będę mógł dopracować. Mam nadzieję, że zamieszczone tutaj treści trochę Ci rozjaśnią, trochę skłonią do dyskusji, a trochę … Czytaj dalej Czas wyruszyć w chemiczną podróż!