Hemijska kinetika

Hemijska termodinamika omogućava predviđanje da li će se neka hemijska reakcija odvijati u određenom smjeru ili ne. Međutim, termodinamika ne govori ništa o brzini hemijskih reakcija. Brzina hemijske reakcije i faktori koji utiču na brzinu su predmet proučavanja ***hemijske kinetike***.

## Brzina hemijske reakcije
Brzina hemijske reakcije je promjena koncentracije reaktanta ili produkta sa vremenom. Npr. za neku opštu reakciju:

:\ a A + b B \rightarrow c C + d D

brzina reakcije je definisana kao:

v = -\frac{1}{a}\frac{d[A]}{dt} =-\frac{1}{b}\frac{d[B]}{dt} = \frac{1}{c}\frac{d[C]}{dt} = \frac{1}{d}\frac{d[D]}{dt}


Prema eksperimentalnim podacima, mnoge hemijske reakcije imaju sljedeći oblik izraza za brzinu:

:\ v = k [A]^m[B]^n

Suma eksponenata iznad koncentracija (m + n) u izrazu za brzinu, predstavlja *red reakcije*. Izraz za brzinu se može izvesti iz stehiometrijskih odnosa samo ako se radi o elementarnoj reakciji. U slučaju da ispitivana reakcija teče u više zasebnih koraka, izraz za brzinu se određuje isključivo eksperimentalno. Veličina k je konstanta brzine reakcije.

## Reakcija prvog reda
Reakcija prvog reda se može prikazati na sljedeći način:

:\ A \rightarrow P

Brzina reakcije je direktno proporcionalna sa koncentracijom reaktanta. Izraz za brzinu reakcije prvog reda je:

:\ v  = -\frac{d[A]}{dt} = k[A]

Integrirani oblik izraza je:

:k = \frac{1}{t} ln \frac{A_{0}}{A_{t}}

gdje je: k – konstanta brzine reakcije

A0 – početna koncentracija reaktanta

At – koncentracija reaktanta u vremenu t

Primjeri reakcija prvog reda:
* \mbox{H}_2 \mbox{O}_2 (l) \rightarrow \; \mbox{H}_2\mbox{O} (l) + \frac{1}{2}\mbox{O}_2 (g)
* \mbox{SO}_2 \mbox{Cl}_2 (l) \rightarrow \; \mbox{SO}_2 (g) + \mbox{Cl}_2 (g)
* 2\mbox{N}_2 \mbox{O}_5 (g) \rightarrow \; 4\mbox{NO}_2 (g) + \mbox{O}_2 (g)

*Poluvrijeme reakcije* je vrijeme za koje izreaguje polovina od početne koncentracije reaktanta.

## Reakcija drugog reda
Za reakciju drugog reda zakon za brzinu je:

:\ v = k[A]^2 ili \ v = k[A][B]

Integriranjem se dobije izraz:

:\frac{1}{[A]} = kt + \frac{1}{[A]_0}  ili

:\frac{[A]}{[B]} = \frac{[A]_0}{[B]_0} e^{([A]_0 - [B]_0)kt}

Primjer reakcije drugog reda:
* 2\mbox{NO}_2(g) \rightarrow \; 2\mbox{NO}(g) + \mbox{O}_2(g)

Reakcija drugog reda se može svesti na reakciju *pseudo-prvog reda*, ako se koncentracija jednog od reaktanata drži konstantnom.

## Reakcija nultog reda
Reakcija nultog reda je reakcija tipa: *A → produkti*, koja ima sljedeći izraz za brzinu:

:v=-\frac{d[A]}{dt}=k

Tokom reakcije brzina ostaje konstantna, nezavisna od koncentracije reaktanta A. Integrirani oblik zakona za brzinu je:

:\ [A]_t = -kt + [A]_0

Reakcije nultog reda nisu česte, ali postoje neki primjeri (npr. razlaganje gasovitog amonijaka NH3 na zagrijanoj površini platine).

:2NH_3 (g) \rightarrow \; 3H_2 (g) + N_2 (g)

## Pregled izraza za brzinu za reakcije nultog, prvog, drugog i n-tog reda

## Uticaj temperature na brzinu hemijske reakcije
Arrheniusova jednačina opisuje uticaj temperature na brzinu hemijske reakcije:

:k = A e^

Logaritmiranjem se dobije:

:\ln(k)= \frac{-E_a}{R}\frac{1}{T} + \ln(A)

gdje je: Ea – energija aktivacije, R – gasna konstanta, A – predeksponencijalni faktor. U uskom temperaturnom intervalu se pretpostavlja da je energija aktivacije konstantna.

## Reference

## Vanjske veze
* Chemical Kinetics Peter Keusch