Upload
nikos-galanis
View
3.479
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙΧΗΜΙΚΩΝ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΩΝ
Τι είναι ο μηχανισμός μιας χημικής αντίδρασης;
Στη χημεία, μηχανισμός αντίδρασης είναι η βήμα προς βήμα αλληλουχία των στοιχειωδών αντιδράσεων, από την οποία προκύπτει η συνολική χημική μεταβολή.
Σε ποιες κατηγορίες χωρίζονται οι χημικές αντιδράσεις ανάλογα με τον μηχανισμό τους;
➢ Απλές ή στοιχειώδεις: Πραγματοποιούνται σε ένα στάδιο. Ο μηχανισμός της αντίδρασης δηλαδή περιλαμβάνει μόνο μία στοιχειώδη (απλή) αντίδραση. Για αυτό το λόγο αναφέρουμε ότι ο μηχανισμός των απλών αντιδράσεων περιγράφεται πλήρως από τη χημική εξίσωση.
ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ: Σε όλες τις απλές αντιδράσεις οι εκθέτες x και y του νόμου της ταχύτητας είναι ίσοι με τους στοιχειομετρικούς συντελεστές.
➢ Πολύπλοκες: Πραγματοποιούνται σε περισσότερα του ενός σταδίου. Κάθε πολύπλοκη αντίδραση θεωρούμε ότι αποτελείται από:• Μία αργή στοιχειώδη (απλή) χημική αντίδραση.• Μία γρήγορη στοιχειώδη (απλή) χημική αντίδραση.
ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ: Εάν αθροίσουμε τις δύο στοιχειώδεις αντιδράσεις, την αργή και τη γρήγορη, προκύπτει η πολύπλοκη αντίδραση.
Παράδειγμα:Να βρεθεί ο πιθανός μηχανισμός της αντίδρασης CO + NO2 → CO2 + NO, στην περίπτωση
όπου πειραματικά έχει διαπιστωθεί ότι ο νόμος της ταχύτητάς της είναι υ = k [NO2]2 .
ΥΠΟΔΕΙΓΜΑΤΙΚΗ ΛΥΣΗ
Για να ήταν η χημική αντίδραση CO + NO2 → CO2 + NO απλή, θα έπρεπε οι εκθέτες x και y του νόμου της ταχύτητας για τις συγκεντρώσεις των αντιδρώντων σωμάτων, να είναι ίσοι με τους στοιχειομετρικούς συντελεστές. Θα έπρεπε δηλαδή, η στιγμιαία ταχύτητα να εξαρτάται γραμμικά από τις συγκεντρώσεις του CO και του ΝΟ2: υ = k [CO]1[NO2]
1 υ = k [CO ][NO2] .Ο νόμος όμως που ακολουθεί η εν λόγο αντίδραση, είναι διαφορετικός. Συγκεκριμένα, ο εκ
θέτης του CO είναι 0 (θυμηθείτε την μαθηματική ιδιότητα α0 = 1) και ο εκθέτης του ΝΟ2 είναι 2. Οπότε καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι η αντίδραση πραγματοποιείται σε στάδια, ένα αργό και ένα γρήγορο. Μένει να προτείνουμε ποια είναι τα στάδια αυτά.
Θυμίζετε εδώ, ότι κάθε στάδιο είναι και μία στοιχειώδη (απλή) αντίδραση, για την οποία οι εκθέτες των συγκεντρώσεων των αντιδρώντων της, είναι ίσοι με τους αντίστοιχους στοιχειομετρικούς συντελεστές. Επίσης, γνωρίζουμε ότι το αργό στάδιο είναι εκείνο που καθορίζει την ταχύτητα της αντίδρασης.
Έτσι, θα πρέπει να σκεφτούμε ένα αργό στάδιο, στο οποίο ο στοιχειομετρικός συντελεστής του NO2 να είναι ίσος με τον εκθέτη του ΝΟ2 στο νόμο της ταχύτητας, δηλαδή 2. Επίσης δεν θα υπάρ
http://schoolchemistry.blogspot.com (1) e-mail & MSN ID: [email protected]
Νίκος ΓαλάνηςΚαθηγητής Χημείας2ο Λύκειο Ηρακλείου
χει καθόλου το CO, μιας και ο εκθέτης του είναι το 0. Μπορούμε να προτείνουμε:(1) 2 ΝΟ2 → NO3 + NO (αργή αντίδραση) υ = k [NO2]
2
(2) ΝΟ3 + CO → NO2 + CO2 (γρήγορη αντίδραση) υ = k [ΝΟ3]1 [CO]1
---------------------------------------------------Συνολικά: CO + NO2 → CO2 + NO με ίδιο νόμο όπως η αργή υ = k [NO2]
2
Σημειώνεται ότι, εάν αθροιστούν οι δύο στοιχειώδεις αντιδράσεις, θα πρέπει να προκύψει η συνολική πολύπλοκη αντίδραση και ότι, ο νόμος της αργής στοιχειώδης αντίδρασης, ταυτίζεται με το νόμο της συνολικής (πολύπλοκης) αντίδρασης CO + NO2 → CO2 + NO.
Παράδειγμα :(Άσκηση 49 σελίδα 102 από το σχολικό βιβλίο)
Από πειράματα διαπιστώθηκε ότι η ταχύτητα της αντίδρασης: Α + 3Β → Γ, ακολουθεί το νόμο υ = k [Α][Β]2 . Να εξηγήσετε αυτή την πειραματική διαπίστωση και δώστε ένα πιθανό μηχανισμό για την αντίδραση.
Λύση:Σε αυτό το παράδειγμα χρησιμοποιούνται θεωρητικά μόρια, τα οποία αντιπροσωπεύονται με
κεφαλαία γράμματα.Εάν η αντίδραση ήταν απλή, θα έπρεπε οι εκθέτες x και y του νόμου της ταχύτητας για τις συ
γκεντρώσεις των αντιδρώντων, να είναι ίσοι με τους αντίστοιχους στοιχειομετρικούς συντελεστές. Ο νόμος της ταχύτητας θα έπρεπε να ήταν: υ = k [Α ]1[Β ]3 . Λόγο του ότι ο πειραματικά προσδιορισμένος νόμος της ταχύτητας για την εν λόγο αντίδραση είναι υ= k [Α ]1[Β ]2 , διαπιστώνεται ότι η αντίδραση είναι πολύπλοκη και πρέπει να προτείνουμε ένα πιθανό μηχανισμό.
Μιας και το αργό στάδιο είναι εκείνο που καθορίζει τη ταχύτητα της αντίδρασης, θα πρέπει σε αυτό οι στοιχειομετρικοί συντελεστές να είναι ίσοι με τους εκθέτες του πειραματικά προσδιορισμένου νόμου της ταχύτητας. Έτσι, συμπεραίνουμε ότι ο στοιχειομετρικός συντελεστής του Α, στο αργό στάδιο, θα είναι το 1, ενώ του Β το 2.
Έτσι, μπορούμε να προτείνουμε:(1) Α + 2 Β → Δ (αργή αντίδραση) υ = k [Α ][Β]2
(2) Δ + Β → Γ (γρήγορη αντίδραση) υ = k [Δ ][Β ] ---------------------------------------------------Συνολικά: Α + 3 Β → Γ
Για το σπίτι:
(1) Για την αντίδραση 2 Α + 2 Β → 3 Γ, προσδιορίστηκε πειραματικά ότι ο νόμος της ταχύτητας της αντίδρασης είναι υ = k [Α ][Β ]2 . Η αντίδραση είναι απλή ή πολύπλοκη; Εάν είναι πολύπλοκη προτείνεται έναν πιθανό μηχανισμό.
(2) Για την αντίδραση 2 Α → Ε + Δ, προσδιορίστηκε πειραματικά ότι ο νόμος της ταχύτητας της αντίδρασης είναι υ = k [Α ] . Προτείνεται έναν πιθανό μηχανισμό για την παραπάνω αντίδραση.
(3) Έχει βρεθεί πειραματικά ότι η αντίδραση2 ΝΟ + Ο2 → 2 ΝΟ2
έχει νόμο ταχύτητας υ = k [ΝΟ]2[Ο2] .Να προτείνεται έναν πιθανό μηχανισμό για την παραπάνω αντίδραση εάν γνωρίζεται ότι έχει παρατηρηθεί στο χώρο που πραγματοποιείται η αντίδραση η ένωση N2O2.
http://schoolchemistry.blogspot.com (2) e-mail & MSN ID: [email protected]