VITEZA DE REACTIE

VITEZA DE REACTIE

In timpul unei reactii chimice, concentratia reactantilor scade, iar concentratia produsilor de reactie creste dependent de concentratia initiala a substantelor care reactioneaza.

Aceste constatari sunt de acord cu presupunerea ca reactia se produce in urma contactului sau ciocnirilor intre molecule incat este normal ca numarul de ciocniri, respectiv numarul de molecule care reactioneaza in unitatea de timp, sa fie in functie de numarul de molecule aflate in unitatea de volum, adica de concentratie.

Cum orice variatie in functie de timp poarta numele de viteza, a aparut notiunea de viteza de reactie v care reprezinta scaderea concentratiei reactantilor sau cresterea concentratiei produsilor de reactie in unitatea de timp.

Viteza de reactie este proportionala cu produsul concentratiei substantelor care reactioneaza. Deoarece concentratia reactantilor scade treptat, rezulta ca si viteza de reactie scade treptat in decursul desfasurarii reactiei. Deci, viteza de reactie nu are o valoare constanta. Ea depinde atat de concentratie cat si de natura reactantilor, alaturi de o serie de factori ca temperatura, catalizatori etc.

Considerand o reactie chimica de forma:

A + B L + M (7.1)

in care o molecula din substanta A reactioneaza cu o molecula din substanta B etc. pentru a forma produsii L, M,viteza de reactie v este data de urmatoarea relatie:

v = k[A][B] (7.2)

k fiind constanta de viteza sau viteza specifica. Aceasta constanta de proportionalitate reprezinta viteza de reactie cand reactantii se afla in concentratii unitare. Deoarece este independenta de concentratie si presiune, dar depinde de temperatura, constanta de viteza k constituie o caracteristica importanta a reactiilor si totodata un element de comparare a vitezei cu care se combina substantele in aceleasi conditii de temperatura si mediu.

Deoarece in cursul unei reactii compozitia sistemului variaza in mod continuu, viteza de reactie poate fi dedusa din masurarea concentratiei unuia din reactanti sau produsi la doua momente apropiate, dupa care se calculeaza integrala intre momentele respective t = 0 si t:

(7.3)

(c₀ este concentratia la momentul t = 0, iar c este concentratia la momentul t). Curba concentratie-timp are in fiecare punct o tangenta care reprezinta viteza v la momentul respectiv.

Din relatia (7.3) rezulta ca:

(7.4)

in care semnul + arata o variatie crescatoare a concentratiei produsilor (daca dc indica un produs) si semnul - arata o variatie descrescatoare a reactantilor (daca dc indica un reactant).

Aplicand relatia (7.4) ecuatiei (7.1), se poate scrie relatia vitezei de reactie numita si ecuatie cinetica derivata:

(7.5)

De la caz la caz se poate lua ca variabila de reactie nu concentratia, ci o proprietate a componentilor de reactie a carei variatie este direct proportionala cu concentratia, de exemplu rotatia optica pentru reactiile compusilor optic activi, presiunea pentru reactii intre gaze sau care produc gaze, numarul de moli etc.

Este importanta exprimarea vitezei de reactie prin variatia numarului de moli ai reactantilor si produsilor pentru reactiile in care componentii sistemului de reactie participa cu anumiti coeficienti stoechiometrici:

aA + bB + lL + mM + (7.6)

Deoarece c = N/V (concentratia c fiind egala cu numarul de moli N din fiecare component transformat in unitatea de timp raportat la unitatea de volum V) prin inlocuire, relatia (7.4) devine:

(7.7)

unde n reprezinta numarul de moli din fiecare reactant sau produs existent in sistem la timpul t (n include si numarul de moli existenti la timpul t = 0).

Exprimarea vitezei de reactie prin relatia (7.7) depinde de coeficientul stoechiometric al fiecarui component din sistem deoarece, raportul valorilor a doua viteze de reactie este egal cu raportul dintre coeficientii stoechiometrici ai ecuatiei chimice respective. De aceea, pentru eliminarea acestui inconvenient, se foloseste in locul concentratiei sau numarului de moli, alta variabila X independenta de coeficientii stoechiometrici si care se numeste gradul de avansare al reactiei. Noua variabila este egala cu numarul de moli transformati raportat la coeficientul stoechiometric n al componentului respectiv din ecuatia:

(7.8)

De exemplu, pentru substanta A din reactia (7.6), X = N/a. Utilizarea lui X este avantajoasa deoarece X are aceeasi valoare pentru toti reactantii astfel incat viteza de reactie capata o forma unica in exprimarea cu ajutorul gradului de avansare.

v = 1/VdX/dt (7.9)

Se poate exprima viteza de reactie si prin gradul de conversie x:

x = X / V (7.10)

deci

v = dx / dt (7.11)

Aceasta variabila este numai pozitiva (ca si X) si exprima gradul de avansare al reactiei prin concentratia transformata asupra coeficientului stoechiometric al fiecarui component din reactie.