Štúdiom rýchlosti chemických reakcií sa zaoberá chemická kinetika.

Všetky chemické reakcie potrebujú k svojmu priebehu určitý čas. Niektoré prebehnú za sekundu, iné za stovky či tisícky rokov.


Napríklad:

  • kúsok povrazu po vložení do plameňa zhorí rýchlejšie, ako ten istý povrázok zvinutý do klbka

  • z minerálu pyritu sa po údere oceľovou tyčou šíri ostrý zápach oxidu siričitého, ale keď pyrit necháme voľne na vzduchu, tak nič necítime

  • ak by sme dali do izby čisté plyny – vodík a kyslík, tak veľmi pomalou reakciou vzniknú molekuly vody, no, ak by sme však v tej miestnosti zasvietili lampu (alebo, stačila by jedna iskra, napr. taká ktorá by vznikla pri obliekaní svetra obsahujúceho syntetické vlákna pri prevliekaní cez hlavu („elektrizované vlasy“), plyny by zreagovali v priebehu jednej sekundy za silnej explózie.


Prečo je to tak, čo ovplyvňuje to, ako rýchlo chemická reakcia prebehne?


Znalosti o možnostiach, ako ovplyvniť rýchlosť chemickej reakcie, sú veľmi dôležité napr. v priemyselnej výrobe látok. Reakčná rýchlosť závisí od rôznych faktorov. Vieme, že látky sa skladajú z častíc (atómov, molekúl, iónov). K začatiu chemickej reakcie sa musia stretnúť aspoň dve reagujúce častice – o  tom hovorí zrážková teória – čím je väčší počet zrážok v sústave, tým viac bude zlúčení častíc, alebo výmen elektrónov. Avšak nie každá zrážka častíc končí vznikom novej zlúčeniny. Na to, aby po zrážke dvoch častíc vznikla nová zlúčenina, je potrebné, aby sa „staré“ väzby rozbili. Na to je zas potrebná energia – hovoríme, že zrážka dvoch častíc je účinná, ak majú častice dostatočnú kinetickú energiu. Minimálna energia, ktorú častice musia mať, aby po ich zrážke došlo k chemickej reakcii, voláme aktivačná energia.


Ďalšou podmienkou, aby zrážka bola účinná je, aby častice boli voči sebe správne „natočené“, t.j. vhodne orientované (obr. 1).


Zdroj:http://www.askiitians.com/iit-jee-physical-chemistry/chemical-kinetics/collision-theory-of-reaction-rate.aspx

Obr. 1: K reakcii je potrebná aj vhodná orientácia častíc pri zrážke



Ak sú splnené pri zrážke dvoch častíc tieto základné podmienky, vzniká nestály, energeticky bohatý medziprodukt – aktivovaný komplex. Ten sa rýchlo rozpadá (na produkty, alebo späť na reaktanty), pričom sa uvoľňuje energia.

Rozdiel energie aktivovaného komplexu a energie reaktantov je vlastne aktivačná energia reakcie. Rozdielu energie produktov a reaktantov hovoríme reakčné teplo reakcie – Q.Platí teda:

 

Q = ΔH = Hp – HR


V prípade exotermických reakcií (ΔH < 0)teplo, ktoré sa pri rozpade aktivovaného komplexu na produkty uvoľní, umožní ďalším časticiam získať aktivačnú energiu – lebo produkty majú menšiu energiu ako reaktanty. Niekedy treba na začiatku exotermických reakcií dodať energiu, no ďalej reakcia prebieha samovoľne – za neustáleho uvoľňovania tepla.

V prípade endotermických reakcií (ΔH ˃ 0) majú väčšiu energiu produkty, preto treba energiu stále dodávať – spotrebované teplo umožňuje reaktantom získať potrebnú aktivačnú energiu.


Zdroj: http://www.askiitians.com/iit-jee-physical-chemistry/chemical-kinetics/collision-theory-of-reaction-rate.aspx

Obr. 2:Aktivačná energia exotermických a endotermických reakcií

 



Zopakujte si:
1. Vedie každá zrážka dvoch častíc k reakcii? Vysvetli.
2. Čo nám hovorí zrážková teória?
3. Vysvetli pojem aktivovaný komplex.
4. V čom spočíva rozdiel v priebehu endotermických a exotermických reakcií?

Použitá literatúra:
Silný, P. – Prokša, M.: Základy chemického deja a jeho zákonitosti, SPN, Bratislava, 1992
Martinkovičová, M.: Inovácia obsahu vybraných fyzikálnochemických tém v učive prírodovedných predmetov na stredných školách s využitím konštruktivistického prístupu, Dizertačná práca, Trnava, 2008