Reaktioners
riktning och hastighet
2015-09-01
Kemi 2 / Reaktionshastighet
1
Reaktioners
riktning och hastighet
• Vad krävs för att en kemisk reaktion skall
ske?
• Riktningen av en kemisk reaktion
• Vad är kemisk reaktionshastighet?
• Faktorer som påverkar reaktionshastighet.
2015-09-01
Kemi 2 / Reaktionshastighet
2
Vad krävs för att rektion
skall ske?
För att en kemisk reaktion ska ske krävs
det att ämnenas partiklar
• kolliderar på ett geometriskt gynnsamt
sätt
• har tillräckligt hög rörelseenergi.
2015-09-01
Kemi 2 / Reaktionshastighet
3
Ett aktiverat komplex bildas
vid en gynnsam kollision…
Träffar exempelvis två vätejodidmolekyler
på varandra med tillräcklig rörelseenergi
och på rätt sätt bildas ett aktiverat komplex.
2HI H2I2 H2 + I2
2015-09-01
Kemi 2 / Reaktionshastighet
4
Gynnsamma kollisioner
• Gynnsamma kollisioner av partiklar
2015-09-01
Kemi 2 / Reaktionshastighet
5
Inte alla kollisioner är
gynnsamma kollisioner
Geometriskt
ogynnsam
kollision
Denna kollision leder inte till en kemisk reaktion.
Molekylernas elektronmoln repellerar varandra.
2015-09-01
Kemi 2 / Reaktionshastighet
6
Geometriskt gynnsam
kollision
Molekylerna som ska reagera måste träffa på varandra på rätt sätt,
se nedanstående bild. Endast ett fåtal kollisioner sker så att rätt ändar
träffar varandra. Vid gynnsam kollision bildas ett aktiverat komplex
Geometriskt gynnsam kollision
2015-09-01
Kemi 2 / Reaktionshastighet
7
Aktiverat komplex
aktiverat
komplex
reaktant
•
•
•
Ett aktiverat komplex
är ett kortlivat mellanprodukt (intermediär) mellan
reaktanter och produkter;
har hög energi och är därmed instabilt (strävan mot
energiminimum);
sönderfaller mycket snabbt (bråkdelar av en sekund).
produkter
2015-09-01
Kemi 2 / Reaktionshastighet
8
Partiklars rörelseenergi 1
Oordnad rörelse leder till reaktioner
• Molekyler i en gas rör sig oordnat åt alla håll och
har olika hastigheter och rörelseenergier.
• Vid hög temperatur har molekylerna i genomsnitt
högre hastighet än vid låg temperatur.
• Sannolikheten för att molekyler kolliderar ökar med
temperaturen.
• Vid högre temperatur bildas fler aktiverade
komplex än vid lägre temperatur.
2015-09-01
Kemi 2 / Reaktionshastighet
9
Partiklarnas rörelseenergi 2
• De molekylerna som skall reagera med varandra
måste kollidera med tillräcklig rörelseenergi.
• Endast molekyler med tillräcklig energi kan
övervinna molekylernas elektronmolnens
repellerande krafter.
2015-09-01
Kemi 2 / Reaktionshastighet
10
Reaktioners riktning 1
• Många reaktioner är omvändbara.
Reversibla reaktioner
• En reversibel reaktion är en reaktion
som kan ske i båda riktningar.
2015-09-01
Kemi 2 / Reaktionshastighet
11
Reaktioners riktning 2
En reversibel reaktion
• Vid rumstemperatur är vätejodid, HI(g),
en färglös gas.
• Ovanför 180 C sönderdelas vätejodid.
Reaktionsprodukterna är väte, H2(g), en
färglös gas, och jod, I2(g), en lila gas.
2 HI(g) → H2(g) + I2(g)
2015-09-01
Kemi 2 / Reaktionshastighet
12
Reaktioners riktning 3
2HI H2I2 H2 + I2
Reaktionen år endoterm.
Produkterna har större
energiinnehåll än
reaktanterna.
ΔH = + 53 kJ
Energiförhållanden vid reaktionen
Den energi som måste
tillföras för att bilda det
aktiverade komplexet
kallas
aktiveringsenergi, Ea
2015-09-01
Kemi 2 / Reaktionshastighet
13
Reaktioners riktning 4
• Kyler man reaktionsblandningen
försvagas den lila färgen. Det tyder på
att reaktionen delvis går åt vänster:
2 HI(g) ← H2(g) + I2(g)
eller
H2(g) + I2(g) → 2 HI(g)
2015-09-01
ΔH = - 53 kJ
Kemi 2 / Reaktionshastighet
14
Reaktioners riktning 5
H2 + I2 → H2I2 → 2HI ΔH = - 53 kJ
Energiförhållanden vid reaktionen
Reaktionen år exoterm.
Produkterna har mindre
energiinnehåll än
reaktanterna.
Den energi som måste
tillföras för att bilda det
aktiverade komplexet
kallas
aktiveringsenergi, Ea
2015-09-01
Kemi 2 / Reaktionshastighet
15
Reaktioners riktning 6
2 HI(g)
endoterm reaktion
H2(g) + I2(g)
exoterm reaktion
• Sönderdelningen av vätejodid är en
reversibel reaktion.
• Dubbelpilen talar om att reaktionen kan
ske åt båda hållen.
2015-09-01
Kemi 2 / Reaktionshastighet
16
Reaktioners riktning 7
• En endoterm reaktion gynnas när man
höjer temperaturen, dvs. när man tillför
värme.
• En exoterm reaktion gynnas när man
sänker temperaturen, dvs. när man
genom kylning för bort värme.
2015-09-01
Kemi 2 / Reaktionshastighet
17
Kemisk
reaktionshastighet 1
• Reaktionshastigheten är ett mått på
hur fort en reaktion sker.
• Ofta anges en reaktions hastighet som
den substansmängd av ett ämne som
förbrukas eller bildas per tidsenhet.
2015-09-01
Kemi 2 / Reaktionshastighet
18
Kemisk reaktionshastighet 2
substansmä ngdändring av ett ämne
r
tid
enhet: mol · s-1
Exempel:
Efter 2 sekunder har det bildats 10 mol av ett ämne.
Då är r = 5 mol ∙ s-1.
koncentrat ionsändrin g
r
tid
2015-09-01
enhet: mol · dm-3 · s-1
Kemi 2 / Reaktionshastighet
19
Faktorer som påverkar
reaktionshastighet.
• Aggregationstillstånd.
• Koncentration.
• Temperatur.
• Tryck
• Katalysator.
2015-09-01
Kemi 2 / Reaktionshastighet
20
Aggregationstillstånd 1
Ämnen i fast tillstånd
reagerar långsamt med varandra. Molekylerna rör
sig väldigt långsamt. Få kollisioner och liten
rörelseenergi.
Ämnen i lösning
reagerar snabbare. Fria molekyler eller joner och
kolliderar oftare. Rörelseenergin är också högre.
Ämnen i gasfas
har högst reaktionshastighet.
2015-09-01
Kemi 2 / Reaktionshastighet
21
Aggregationstillstånd 2
När ett ämne i fast fas reagerar med ett
ämne i lösning
är reaktionshastigheten större om det fasta ämnet
är mera finfördelat.
När ett ämne i fast fas reagerar med ett
ämne i gasfas
är reaktionshastigheten större om det fasta ämnet
är mera finfördelat.
2015-09-01
Kemi 2 / Reaktionshastighet
22
Koncentration
Ökas koncentrationerna av reaktanterna
blir det ” mer trångt” i lösningen;
sker fler kollisioner;
dvs. fler gynnsamma kollisioner per tidsenhet.
2015-09-01
Kemi 2 / Reaktionshastighet
23
Temperatur
Reaktionshastigheten ökar med
ökande temperatur.
• När temperaturen ökar så rör sig molekylerna
snabbare.
• Fler molekyler har tillräcklig rörelseenergi för att
övervinna aktiveringsenergitröskeln.
• Antalet kollisioner ökar.
• Fler kollisioner medför fler gynnsamma kollisioner per
tidsenhet.
2015-09-01
Kemi 2 / Reaktionshastighet
24
Tryck
Tryckökning innebär ökad reaktionshastighet.
Man ökar trycket genom att
• minska volymen som en bestämd mängd molekyler
befinner sig i
• öka antalet molekyler i en bestämd volym.
I båda fallen ökar man koncentrationen.
2015-09-01
Kemi 2 / Reaktionshastighet
25
Katalysator
Katalysator = ämne som i liten mängd
påskyndar en kemisk reaktion utan att
själv förbrukas.
En katalysator ökar
reaktionshastigheten genom att sänka
aktiveringsenergin.
2015-09-01
Kemi 2 / Reaktionshastighet
26
Katalysatorns funktion 1
En katalysator påskyndar en kemisk reaktion
genom att erbjuda en annorlunda reaktionsväg med lägre
aktiveringsenergi.
2015-09-01
Kemi 2 / Reaktionshastighet
27
Katalysatorns funktion 2
Om aktiveringsenergitröskeln blir lägre kommer fler molekyler
att ha tillräcklig rörelseenergi för att bilda aktiverat komplex.
Det finns oorganiska katalysatorer som ädelmetaller (t.ex. Pt)
och metalloxider.
En annan typ av katalysatorer är enzymer. De är biologiska
katalysatorer.
2015-09-01
Kemi 2 / Reaktionshastighet
28
