Kemia kinetiko: Malsamoj inter versioj

'''Kemia kinetiko''', ankaŭ konata kiel '''reakcia kinetiko''', estas la eksperimenta studado de la rapido de [[kemia reakcio|kemiaj reakcioj]]. Kemia kinetiko inkluzivas esplori kiel diversaj eksperimentaj kondiĉoj influas la rapidon de kemia reakcio kaj donas informon pri la [[reakcia mekanismo]] kaj de [[transira stato|transiraj statoj]], kaj la konstruado de matematikaj modeloj kiuj povas priskribi la atributojn de kemia reakcio. En 1864, [[Peter Waage]] kaj [[Cato Guldberg]] pioniris la evoluigadon de kemia kinetiko formulante la [[leĝon de masa agado]], kiu diras ke la rapido de kemia reakcio estas proporcia al la kvanto de reakciantoj.

 

{{Ĉefa|Rapido de reakcio}}

Per eksperimentoj oni povas mezuri la rapidon de reakcioj, el kiu oni derivas ekvacion kaj konstantojn por priskribi la rapidon. Relative simplaj ekvacioj ekzistas por nulaordaj reakcioj (por kiuj la rapido estas sendependa de koncentriteco), unuaordaj reakcioj, kaj duaordaj reakcioj. Ĉe sinsekvaj reakcioj, la rapidolimiga paŝo kutime regas la kinetikon. En sinsekvaj unuaordaj reakcioj, stabilastata proksimumado povas simpligi la rapidan leĝon. Oni povas kalkuli la [[aktiviga energio|aktivigan energion]] por reakcio per la [[ekvacio de Arrhenius]] kaj la [[ekvacio de Eyring]]. La ĉefaj faktoroj kiuj influas la rapidon de reakcio estas: la [[fizika stato]] de la reakciantoj, la [[koncentriteco]] de la reakciantoj, la [[temperaturo]] je kiu la reakcio okazas, kaj ĉu [[katalizilo]] ĉeestas en la reakcio.

 

La rapido dependas de kiuj substancoj reakcias. Acidaj reakcioj, formiĝo de saloj, kaj [[joninterŝanĝo]] estas rapidaj reakcioj. Kiam kovalentaj ligoj formiĝas inter molekuloj kaj kiam grandaj molekuloj formiĝas, la reakcioj emas esti tre malrapidaj.

 

La [[fizika stato]] (ĉu solida, likva aŭ gasa) de reakcianto estas grava faktoro de la rapido de reakcio. Kiam reakciantoj estas [[fazo|samfazaj]], kiel en akva [[solvaĵo]], termomoviĝo kontaktigas la molekulojn. Kiam ili estas malsamfazaj, la reakcio limiĝas al la interfaco inter la reakciantoj. Reakcio okazas nur ĉe la areo de kontakto, en la kazo de likvo kaj gaso, ĉe la surfaco de la likvo. Vigla skuado aŭ kirlado eble estas bezonata por kompletigi la reakcion. Tial ju pli fajna la solida aŭ likva reakcianto, des pli granda estas ĝia [[surfaca areo]] en volumena unuo, kaj des pli ĝi kontaktas aliajn reakciantojn, do des pli rapida la reakcio. Analogie, ekzemple, kiam oni startigas fajron, oni uzas lignajn pecetojn kaj etajn branĉojn - oni ne komencas per grandaj ŝtipoj.

 

[[Koncentriteco]] ofte influas la rapidon de reakcioj. Laŭ la [[kolizia teorio]] de kemiaj reakcioj, la kialo estas ke molekuloj devas kolizii por kune reakcii. Ju pli la koncentriteco de la reakciantoj, des pli ofte la molekuloj kolizias. Imagu gason en fermita ujo. Ĉiuj molekuloj entenataj konstante kolizias kun aliaj. Se pli da molekuloj estas en la ujo, ili iras malpli longan distancon inter kolizioj, do ili kolizias pli ofte kaj la rekacio pli rapidas (bildo 1.1).

 

[[Temperaturo]] ofte havas gravan influon je la rapido de kemia reakcio. Molekuloj je pli alta temperaturo havas plian termoenergion. Kiam oni varmigas reakciantojn en kemia reakcio, la pli energihavaj atomoj aŭ molekuloj havas pli grandan probablecon kolizii kun alia. Tial pliaj kolizioj okazas je pli alta temperaturo, do plia produkto formiĝas. Pli grave, je pli altaj temperaturoj molekuloj havas plian vibran energion; atomoj vibras pli vigle, do plialtigi la temperaturon ne nur pliigas la nombron da kolizioj, sed ankaŭ pliigas la nombron da kolizioj kiuj kapablas rezultigi rearanĝon de atomoj en la reakciantaj molekuloj. Ekzemple, [[fridigilo]] malpliigas la rapidon de putrigaj reakcioj, do la enhavataj manĝaĵoj konserviĝos pli longe. Aliflanke, [[forno]] provizas varmon (energion) al la molekuloj, tiel plirapidigante la reakcion, do pli rapide kuirante la manĝaĵon.

 

Oni povas ankaŭ studi kinetikon per temperatura salto. Oni kaŭzas subitan temperaturan salton, kaj mezuras la rilaksan rapidon de ekvilibra procezo.

 

 

[[Katalizilo]] estas substanco kiu plirapidigas reakcion sed poste restas kemie senŝanĝita. Ĝi plirapidigas la reakcion per malsama mekanismo kun malpli alta [[aktiviga energio]]. En [[katalizilo|memkatalizado]], reakcia produkto mem katalizas la rekacion. Tio provizas pozitivan retrokuplon. Proteinoj kiuj katalizas biokemiajn reakciojn nomiĝas

Katalizilo ne ŝanĝas la pozicion de ekvilibro, ĉar la katalizilo plirapidigas kaj la antaŭenan kaj la inversan reakciojn.

 

Dum kemia kinetiko rilatas al la rapido de kemiaj reakcioj, [[termodinamiko]] regas la progreson kiun reakcio povas atingi. En [[inversigebla reakcio]], kemia ekvilibro atingiĝas kiam la rapidoj de la antaŭena reakcio kaj la inversa reakcio egalas kaj la koncentritecoj de la reakciantoj kaj produktoj ne plu ŝanĝiĝas. Tion ekzempligas la [[procezo Haber-Bosch]] por kombini nitrogenon kaj hidrogenon por fari amoniakon. Kemihorloĝaj reakcioj, ekzemple la [[reakcio Belousov-Zhabotinsky]] montras ke komponantaj koncentritecoj povas oscili dum longa tempo antaŭ ol finfine atingi ekvilibron.

 

 

Ĝenerale la termodinamika libera energio (ΔG) de reakcio regas ĉu kemia ŝanĝo okazos, sed kinetiko priskribas kiel rapide la reakcio okazos. Reakcio povas esti tre [[eksoterma]] kaj havi tre pozitivan ŝanĝon de [[entropio]] sed ne okazos praktike se la reakcio estas tro malrapida. Se reakcio povas produkti du malsamajn produktojn, la pli termodinamike stabila formiĝos, krom en specialaj cirkonstancoj kiam la reakcion regas kineta reakcia. La [[principo Curtin-Hammett]] regas la produktan proporcion de du reakciantoj rapide interkonvertiĝantaj, kiam ĉiu formas malsaman produkton. Eblas antaŭkalkuli reakciajn rapid-konstantojn por reakcio el rilatoj pri [[libera energio]].

Kemia kinetiko informas pri [[restada tempo]] de fluanta reakcianto, kaj [[varmotransigo]] en [[kemia reakciujo]] en [[kemia inĝenierarto]] kaj la [[molara masa distribuo]] en [[polimera kemio]].

 

La matematikaj modeloj kiuj priskribas kemian kinetikon donas al kemiistoj kaj kemiaj inĝenieroj ilojn por pli bone kompreni kaj priskribi kemiajn procezojn, ekzemple manĝaĵa putriĝo, mikroorganisma kreskado, malkombiniĝo de ozono en la stratosfero, kaj la kompleksa kemio de biologiaj sistemoj. Oni povas ankaŭ utiligi tiajn modelojn por plani aŭ modifi kemiajn reakciujojn por optimumigi produktan liveron, pli efike apartigi produktojn, kaj elimini noksajn kromproduktojn en la ĉirkaŭaĵo. Ekzemple, por katalize kraki pezajn hidrokarbidojn en benzinon kaj gasojn, oni povas uzi kinetikajn modelojn por trovi la temperaturon kaj premon je kiuj okazos la pleja livero de pezaj hidrokarbidoj.

 

[[Kategorio:Kemio]]

 

[[bs:Hemijska kinetika]]

[[ca:Cinètica química]]