Allgemeine Chemie 3.6 KINETIK

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1 Allgemeine Chemie. CEMISCE REAKTINEN.6 KINETIK 1

2 Kinetik hemisher Reaktionen Die Kinetik befasst sih mit den Geshwindigkeiten und Mehanismen hemisher Reaktionen. Sie beshreibt zeitabhängige Konzentrationsänderungen der beteiligten Stoffe. v A, B A + B C d dt k A, B A, B v C dc dt k k Geshwindigkeitskonstante C Temperaturabhängigkeit von k k k 0 e E A RT ARRENIUS- Gleihung k 0 reaktionsspezifishe Konstante E A Aktivierungsenergie R allgemeine Gaskonstante Eine Erhöhung der Temperatur um 10 Kelvin erhöht die Reaktionsgeshwindigkeit um einen Faktor 2 bis 4

3 Stoßtheorie Zusammenstoß mit Reaktion der beteiligten Partner Zusammenstoß ohne Reaktion der beteiligten Partner Mit Zunahme der Temperatur besitzen mehr Teilhen die notwendige Energie, die bei einem Zusammenstoß zu einer hemishen Reaktion führen.

4 Reaktionsordnungen Reaktion 1. rdnung Reaktion 2. rdnung N 2 N 2 + ½ 2 2 I I N 2 N 2 N 2 Gold Gold Gold I 1/2 2 I 2 I 2 Konzentration N 2 v k N 2 1 N 2 v k 2 2 I Zeit

5 Einflüsse auf die Geshwindigkeit Eine hemishe Reaktion kann beshleunigt werden durh: Temperaturerhöhung Katalysatoren relative Anzahl von Teilhen mit einer bestimmten Energie niedrigere Temperatur höhere Temperatur Die Aktivierungsenergie E A ist die Mindestenergie der Teilhen, die nah einem Zusammenstoß zu einem aktiven Zwishenzustand führt. Eine Reaktion läuft nur ab, wenn die Geshwindigkeit genügend groß ist, d.h. die Reaktionspartner eine ausreihend hohe (Mindest-) Aktivierungsenergie besitzen. Energie Mindestenergie

6 Aktivierungsenergie E A Auslösen der hemishen Reaktion ist möglih durh Energiezufuhr Wärme Liht 2 + Cl 2 Katalysatoren z.b. Platin T h Pt 2 2 2Cl 2 2 E A2 E A1 Reaktionsverlauf E A1 ist klein Reaktion läuft von allein ab reagiert zu stabilerem System E A2 ist groß Reaktion ist kinetish gehemmt bleibt metastabiles System

7 Katalyse Katalysatoren sind Stoffe, die in den Reaktionsmehanismus eingreifen selbst niht verbrauht werden die Aktivierungsenergie herabsetzen die Reaktionsgeshwindigkeit erhöhen Inhibitoren sind negative Katalysatoren verhindern eine hemishe Reaktion, z.b. die unerwünshte Zersetzung von 2 2. Die Lage des hemishen Gleihgewihtes wird durh Katalysatoren niht verändert! E A2 ohne Katalysator E A1 mit Katalysator Δ = konstant Reaktionsverlauf 7

8 Döbereiner Feuerzeug 1. Wasserstofferzeugung Zn + 2 S 4 ZnS feinverteiltes Platin (Platin-Shwamm) Flamme Vershluss 2. Katalytishe Wasserstoffverbrennung an Platin Wasserstoff verd. Shwefelsäure Zink Römpp online 8

9 Wirkung der Katalyse Beispiel: Wasserstoffperoxid-Zersetzung Katalysator: Mn 2 (Braunstein) Lösung 25 C stabil über Monate durh Zusatz von Inhibitoren >20 C Unkontrollierter thermisher Zerfall in Sekunden 25 C katalytishe Zersetzung in Sekunden

10 Video KMn 4 10

11 Anwendungen der Katalyse Darstellung von Shwefeltrioxid bei der Shwefelsäureproduktion 2 S S Teilshritte V 2 5 Darstellung von Stikstoffmonoxid bei der Salpetersäureproduktion Pt/Rh 4 N N S 2 + V 2 5 S + V 2 4 V ½ 2 V 2 5 -Wege Katalysatoren zur Abgasreinigung xidation: C + 1/2 2 C 2 C m n + (m + n/4) 2 m C 2 + n/2 2 Reduktion: N x 1/2 N 2 + x/2 2

12 Allgemeine Chemie. CEMISCE REAKTINEN.7 SÄURE -BASE-TERIEN 1

13 Säure- Base- Theorien Definition nah ARRENIUS (188) Säuren: Wasserstoffverbindungen, die bei Dissoziation + -Ionen bilden. Basen: ydroxide, die bei Dissoziation -Ionen bilden. Cl + + Cl 2 S S 4 2- Na Na + + Säuren reagieren mit Basen zu Salzen und Wasser (Neutralisation). + + Cl + Na + + Na + + Cl + 2 Definition nah BRÖNSTEDT (192) Säuren: Stoffe, die + - Ionen (Protonen) abgeben, Protonendonatoren Basen: Stoffe, die + - Ionen aufnehmen, Protonenakzeptoren Cl + + Cl Säure Proton konjugierte Base N + + N 4 + konjugierte Proton Säure Base

14 Protolyse Protolyse: Protonenübertragungsreaktion, in der ein Gleihgewiht zwishen zwei konjugierten Säure-Base-Paaren existiert Säure-Base-Paar 1 konjugierte Base Proton Säure Cl + + Cl Säure-Base-Paar 2 Säure Proton konjugierte Base Gesamtreaktion (Protolyse): Cl Cl Säure 2 konjugierte Base 1 Säure 1 konjugierte Base 2 Zwei korrespondierende Säure-Base- Paare treten in Wehsel-wirkung, so dass ein Proton des einen Paares vom anderen Säure-Base-Paar aufgenommen wird. Korrespondierende Säure-Base-Paare: Säure Base + Proton Cl Cl S 4 S S 4 S N 4 + N + +

15 Protolysereaktionen Säure 1 Base 2 Säure 2 Base 1 Cl Cl Säurestärke 2 S S 4 S S 4 2 N N C C Ampholyte können als Säure oder Base reagieren. Basestärke

16 Autoprotolyse des Wassers Stoffe, die als Säure oder als Base regieren können, sind Ampholyte Säure 1 Base Base 2 Säure Säure 1 Base 2 Base 1 Säure 2 Starke Protolyte protolysieren vollständig. Shwahe Protolyte protolysieren in shwäherem Ausmaß. K K C C 2 K 2 ; konst. 2 2 W 2 K W : Ionenprodukt des Wassers 7 bei 25 C gilt: 10 mol / l K K W ist temperaturabhängig: T = 0 C K W = 0, mol 2 /l 2 T = 50 C K W = 5, mol 2 /l 2 T = 100 C K W = mol 2 /l 2 W mol / l mol 2 / l 2

17 p- und pk-werte Der p-wert ist der negative dekadishe Logarithmus der + - Konzentration p und gibt in Form einer Zahl an, wie stark sauer oder basish eine wässrige Lösung ist. p = 7 p < 7 p > 7 lg neutral sauer basish destilliertes Wasser p = 7 Leitungswasser Chemnitz p = 6,5 Blutserum p = 7, Darmsaft p = 8, Magensaft p = 0,9-1, mol / l mol / l mol / l A A A A K S,B = Säure- bzw. Basenkonstante pk S - bzw. pk B -Werte pk S, B lg K S, B Werden K S und K B multipliziert, ergibt sih das Ionenprodukt des Wassers K W K K S S K K B B K W A A pk S A K S B K KW pk B A 14 A A A A

18 pk S -Werte bei 25 C pk S = - lg K S Säurestärke Säure Base pk S Cl 4 Cl 2 S 4 + P 4 2 P 4 - C C 2 C C - CN N Cl 4 - Cl - S P 4 - P 4 2- C C - C - C 2- CN - N ,1 - -1,74 2,12 7,21 4,75 6,7 10,25 9,21 9,25 11,65 15,74 29 Basenstärke

19 Video Cl und Na 8