Wykład 5.

Prezentacja na temat: "Wykład 5."— Zapis prezentacji:

1 Wykład 5

2 ENERGIA AKTYWACJI

3 Energię aktywacji dla reakcji definiuje się na podstawie równania Arrheniusa, opisującego zależność szybkości reakcji (V) od temperatury (T).

4 Energię aktywacji dla reakcji definiuje się na podstawie równania Arrheniusa, opisującego zależność szybkości reakcji (V) od temperatury (T). k - stała szybkości reakcji A - stała dla danej reakcji (czynnik przedwykładniczy) R - stała gazowa T - temperatura

5 Energię aktywacji dla reakcji definiuje się na podstawie równania Arrheniusa, opisującego zależność szybkości reakcji (V) od temperatury (T). k - stała szybkości reakcji A - stała dla danej reakcji (czynnik przedwykładniczy) R - stała gazowa T - temperatura Związek między energią aktywacji i szybkością reakcji: Ea to parametr wskazujący na czułość stałej szybkości na zmiany temperatury im Ea mniejsze, tym szybkość ta jest większa

6 Zwiększenie szybkości reakcji można osiągnąć przez:
-  zwiększenie stałej szybkości k

7 Zwiększenie szybkości reakcji można osiągnąć przez:
-  zwiększenie stałej szybkości k (poprzez zwiększenie temperatury)

8 Zwiększenie szybkości reakcji można osiągnąć przez:
-  zwiększenie stałej szybkości k (poprzez zwiększenie temperatury) -  zwiększenie stężeń reagentów

9 Zwiększenie szybkości reakcji można osiągnąć przez:
-  zwiększenie stałej szybkości k (poprzez zwiększenie temperatury) -  zwiększenie stężeń reagentów Możliwość zwiększenia stężeń i ciśnienia - jest w praktyce ograniczona np. rozpuszczalnością reagentów, parametrami aparatury (wytrzymałością mechaniczną). Dodatkowo, podwyższenie temperatury zwiększa szybkość reakcji, ale też należy pamiętać, że nie w każym przypadku: w reakcjach egzotermicznych wyższa temp. oznacza obniżenie wydajności (patrz reguła przekory)

10 Do zapamiętania: Energia aktywacji jest podawana dla całkowitej reakcji chemicznej bez uwzględnienia etapów elementanych (a tych może być nawet kilka). W tym sensie Ea jako wartość średnia ma niewielki sens fizyczny.

11 Do zapamiętania: Energia aktywacji jest podawana dla całkowitej reakcji chemicznej bez uwzględnienia etapów elementanych (a tych może być nawet kilka). W tym sensie Ea jako wartość średnia ma niewielki sens fizyczny. Energia aktywacji jest wielkością makroskopową; w świetle mikroskopowej budowy materii jest zatem również wartością uśrednioną adekwatną do dużych mas/objętości aniżeli do pojedynczych molekuł.

12 Do zapamiętania: Energia aktywacji jest podawana dla całkowitej reakcji chemicznej bez uwzględnienia etapów elementanych (a tych może być nawet kilka). W tym sensie Ea jako wartość średnia ma niewielki sens fizyczny. Energia aktywacji jest wielkością makroskopową; w świetle mikroskopowej budowy materii jest zatem również wartością uśrednioną adekwatną do dużych mas/objętości aniżeli do pojedynczych molekuł. Przypadek negatywnych wartości Ea (przypadke gdy teoretycznie nie ma bariery, dotyczy to reakcji złożonych, pojedyncza reakcja nie może mieć Ea ujemnej)

13 Przykład Mieszanina tlenu i wodoru. Dlaczego mieszanina nie reaguje w sposoób “piorunujący” mimo faktu iż bilans energetyczny jest zdecydowanie korzystny? Zderzenia efektywne (skład, temperatura) Rozkład Boltzmanna Rozpraszanie energii

14

15

16

17

18

19 Przykład (zmiana T): Załóżmy, że Ea wynosi 50 kJ/mol. Przyjmijmy T0=20oC. Teraz zwiększmy temperaturę o 10oC. Zatem, zmiana T o 10 K w praktyce zwiększyła stałą reakcji 2x. (Co dzieje się w 1000 K? A co z A? A jeśli Ea będzie większa ?)

20 REAKCJE KATALITYCZNE

21 Reakcje katalityczne Stosunkowo prędko zaobserwowano, że pewne substancje obecne w układzie reakcyjnym mogą wpływać na przebieg reakcji chemicznej choć same w wyniku jej nie ulegają permanentnym przemianom. Reakcje zachodzące pod wpływem takich substancji nazwa- no reakcjami katalitycznymi.

22 Katalizator danej reakcji to substancja, która wprowadzona do układu reagującego zwiększa szybkość tej reakcji a sama nie ulega przemianom chemicznym w ostatecznym wyniku reakcji. Przyśpieszenie reakcji przez katalizator polega na zmniejsze-niu energii aktywacji w porównaniu z reakcją nie katalityczną. Dla reakcji zachodzącej bez katalizatora.

23 Katalizator danej reakcji to substancja, która wprowadzona do układu reagującego zwiększa szybkość tej reakcji a sama nie ulega przemianom chemicznym w ostatecznym wyniku reakcji. Przyśpieszenie reakcji przez katalizator polega na zmniejsze-niu energii aktywacji w porównaniu z reakcją nie katalityczną. Dla reakcji zachodzącej bez katalizatora.

24 Pole oznaczające ilość cząsteczek, która nie ma wystarczającej energii by ulec reakcji
Stusunkowo niewielka część cząsteczek (populacji) posiada energię pozwalającą na reakcję. Ilość cząsteczek Energia Energia aktywacji

25 Pierwotna, stusunkowo niewielka część cząsteczek (populacji) posiadająca energię pozwalającą na reakcję. Dodatkowa populacja cząsteczek, która może ulec reakcji. Ilość cząsteczek Energia Nowa energia aktywacji Oryginalna energia aktywacji

26

27 Przykład (zmiana T): Załóżmy, że Ea wynosi 50 kJ/mol. Przyjmijmy T0=20oC. Teraz zwiększmy temperaturę o 10oC. Zatem, zmiana T o 10 K w praktyce zwiększyła stałą reakcji 2x. (Co dzieje się w 1000 K? A co z A? A jeśli Ea będzie większa ?)

28 Przykład (zmiana T): Załóżmy, że Ea wynosi 25 kJ/mol. Przyjmijmy T0=20oC. Jaki jest wpływ katalizatora? (Co dzieje się ze stałą szybkości reakcji w obecności katalizatora?)

29 Przykład (zmiana T): Załóżmy, że Ea wynosi 25 kJ/mol. Przyjmijmy T0=20oC. Jaki jest wpływ katalizatora? (Co dzieje się ze stałą szybkości reakcji w obecności katalizatora?)

30 Uwaga: Do zapamiętania: Katalizator nie obniża energii aktywacji. Katalizator umożliwia zajście reakcji poprzez inny mecha-nizm (inna ścieżka na PEP/PES). Inna ścieżka reakcji. Należy też pamiętać, że część substratów nadal będzie reagować w taki sam sposób jakby katalizatora nie było w systemie (zgodnie z pierwotną ścieżką reakcji). (porównanie z tunelem)

31

32 Proces Habera-Boscha

33 Wnioski: Katalizator nie wpływa na położenie stanu równowagi. Katalizator w jednakowym stopniu zmienia szybkości re- akcji w lewo i w prawo. W praktyce działanie katalizatora polega na “skróceniu czasu” potrzebnego do osiągnięcia stanu równowagi.

34 Kataliza homogeniczna:
Gdy katalizator stanowi jeden ze składników jednorodnej fazy (zarówno gazowej lub ciekłej) mówimy wówczas o katalizie homogenicznej, jednorodnej, jednofazowej.

35 Kataliza homogeniczna:
Gdy katalizator stanowi jeden ze składników jednorodnej fazy (zarówno gazowej lub ciekłej) mówimy wówczas o katalizie homogenicznej, jednorodnej, jednofazowej.

36 Kataliza heterogeniczna:
Gdy katalizator stanowi odrębną fazę mówimy wówczas o katalizie heterogenicznej, wielofazowej, niejednorodnej. (OK, ale jeśli to oddzielna faza to gdzie zachodzi reakcja?)

37 Kataliza heterogeniczna:
Gdy katalizator stanowi odrębną fazę mówimy wówczas o katalizie heterogenicznej, wielofazowej, niejednorodnej. (OK, ale jeśli to oddzielna faza to gdzie zachodzi reakcja?)

38

39

40

41

42 Katalizator heterogeniczny - skład:
składnik aktywny; element, który wpływa na przyspieszenie reakcji

43 Katalizator heterogeniczny - skład:
składnik aktywny; element, który wpływa na przyspieszenie reakcji nośnika katalizatora, substancja, służąca do rozwinięcia powierzchni katalizatora. Nośnik w żaden sposób nie bierze udziału w procesie przyspieszania reakcji. Nośnik nie zawsze jest niezbędny.

44 Selektywność W szczególnych przypadkach, katalizator może zwiększać selektywność reakcji Katalizator nazywamy selektywnym jeżeli zwiększa szybkość tworzenia się interesującego nas produktu, a w tym samym czasie nie przyspiesza lub słabiej przyspiesza reakcje uboczne.

45 Katalizator heterogeniczny - skład:
składnik aktywny; element, który wpływa na przyspieszenie reakcji nośnika katalizatora, substancja, służąca do rozwinięcia powierzchni katalizatora. Nośnik w żaden sposób nie bierze udziału w procesie przyspieszania reakcji. Nośnik nie zawsze jest niezbędny. promotory, składniki dodawane w niewielkich ilościach polepsza- jących strukturę reakcyjną skład- nika aktywnego

46

47

48

49

50 Enzymy

51 Enzymy to katalizatory organiczne wytwarzane przez komórki.
Są to zarówno białka proste jak i złożone produkowa-ne w organizmach żywych, które katalizują przebieg reakcji metabolicznych. Uczestniczą we wszystkich reakcjach chemicznych ustroju. Zwane także bioka-talizatorami (wiki)

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69

70

71

72

73

74

75 Metoda Lineweavera-Burka (wykres, linearyzacja)

76 Metoda Eadie-Hofstee (wykres)

77 Metoda Eadie-Hofstee (wykres)

78