Kimyasal Kinetik
Kimyasal kinetik, reaksiyonların ne kadar hızlı ilerlediğini ve nedenini incelemektedir; ölçülen hızlar, moleküler adımların dizisi ve bunları kontrol eden enerji bariyerleri ile ilişkilendirilmektedir.
Tanım
Kimyasal kinetik, kimyasal reaksiyonların hızları, bunları etkileyen faktörler ve reaktanların ürünlere dönüştüğü moleküler mekanizmalar ile ilgilenen fiziksel kimyanın bir dalıdır.
Kapsam
Bu alan, reaksiyon hızlarının ölçümünü ve yorumlanmasını kapsamaktadır: ampirik hız yasaları ve reaksiyon dereceleri; entegre hız denklemleri ve yarı ömürler; kararlı hal ve ön denge yaklaşımları kullanılarak temel adımlardan reaksiyon mekanizmalarının aydınlatılması; Arrhenius denklemi aracılığıyla hızların sıcaklık bağımlılığı; ve çarpışma teorisi ile geçiş hali teorisinin teorik çerçeveleri. Kataliz ve hızlar üzerindeki etkisi bu alana dahil edilmekle birlikte, tekli çarpışmaların detaylı kuantum dinamikleri ve termodinamik denge konumu komşu alanlarda ele alınmaktadır.
Alt konular
Temel sorular
- Hız yasaları ve reaksiyon dereceleri deneysel olarak nasıl belirlenmektedir?
- Gözlemlenen bir hız yasasından temel adımların bir dizisi nasıl yeniden yapılandırılabilir?
- Reaksiyon hızı neden sıcaklığa bu kadar güçlü bir şekilde bağlıdır?
- Çarpışma teorisi ve geçiş hali teorisi mutlak hız sabitlerini nasıl açıklamaktadır?
Anahtar kavramlar
- Hız yasaları ve reaksiyon derecesi
- Entegre hız denklemleri ve yarı ömür
- Reaksiyon mekanizması ve hız belirleyici adım
- Arrhenius denklemi ve aktivasyon enerjisi
- Kataliz
Temel kuramlar
- Geçiş hali teorisi
- Reaksiyon hızı, enerji bariyerinin tepesindeki reaktanlarla yarı dengede bulunan bir aktifleşmiş kompleksin popülasyonundan, bu kompleksin ürünlere doğru ayrışma hızıyla çarpılarak hesaplanmaktadır.
- Arrhenius sıcaklık bağımlılığı
- Hız sabitleri, aktivasyon enerjisine üstel bir bağımlılığa göre sıcaklıkla artmaktadır; bu durum, reaksiyon bariyerini aşmaya yetecek kadar enerjik çarpışmaların oranını yansıtmaktadır.
Klinik önem
Kimyasal kinetik, endüstriyel reaktörlerin tasarımı ve kontrolü, katalizörlerin formülasyonu, ilaçların ve gıdaların stabilitesi ve raf ömrü, atmosferik ve yanma kimyasının modellenmesi ve biyokimyada enzim etkisinin kantitatif analizi için temel oluşturmaktadır.
Tarihçe
Kinetik, on dokuzuncu yüzyılda Wilhelmy, Guldberg ve Waage'nin hız çalışmalarıyla ortaya çıkmıştır; Arrhenius, aktivasyon enerjisi denklemini 1889'da önermiş, 1930'lar ise Eyring ile Evans ve Polanyi'nin mutlak hız teorisini getirerek kinetiği istatistiksel mekanik ve potansiyel enerji yüzeyleri açısından yeniden şekillendirmiştir.
Öne çıkan isimler
- Svante Arrhenius
- Henry Eyring
- Cyril Norman Hinshelwood
İlgili konular
Temel eserler
- eyring1935
- atkins2018
- laidler1987
Sıkça sorulan sorular
- Dengeli bir kimyasal denklem neden hız yasasını vermez?
- Stokiyometri, genel dönüşümü tanımlar ancak moleküler yolu tanımlamaz; hız yasası, en yavaş temel adımı ve o adıma kadar dahil olan türleri yansıtır, bu nedenle genel denklemden okunmak yerine deneysel olarak belirlenmesi gerekmektedir.
- Bir reaksiyon termodinamik olarak elverişli ise, neden hala gerçekleşmeyebilir?
- Termodinamik sadece bir reaksiyonun gerçekleşip gerçekleşemeyeceğini belirler, ne kadar hızlı gerçekleşeceğini değil; büyük bir aktivasyon bariyeri, elverişli bir reaksiyonu ölçülemeyecek kadar yavaş hale getirebilir, bu da grafitin karbonun daha kararlı formu olmasına rağmen elmasın varlığını sürdürmesinin nedenidir.