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:

{\displaystyle \ aA+bB\rightarrow cC+dD}
brzina reakcije je definisana kao:

{\displaystyle 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:

{\displaystyle \ 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:

{\displaystyle \ A\rightarrow P}
Brzina reakcije je direktno proporcionalna sa koncentracijom reaktanta. Izraz za brzinu reakcije prvog reda je:

{\displaystyle \ v=-{\frac {d[A]}{dt}}=k[A]}
Integrirani oblik izraza je:

{\displaystyle 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:

* {\displaystyle {\mbox{H}}\_{2}{\mbox{O}}\_{2}(l)\rightarrow \;{\mbox{H}}\_{2}{\mbox{O}}(l)+{\frac {1}{2}}{\mbox{O}}\_{2}(g)}
* {\displaystyle {\mbox{SO}}\_{2}{\mbox{Cl}}\_{2}(l)\rightarrow \;{\mbox{SO}}\_{2}(g)+{\mbox{Cl}}\_{2}(g)}
* {\displaystyle 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:

{\displaystyle \ v=k[A]^{2}} ili {\displaystyle \ v=k[A][B]}
Integriranjem se dobije izraz:

{\displaystyle {\frac {1}{[A]}}=kt+{\frac {1}{[A]\_{0}}}} ili
{\displaystyle {\frac {[A]}{[B]}}={\frac {[A]\_{0}}{[B]\_{0}}}e^{([A]\_{0}-[B]\_{0})kt}}
Primjer reakcije drugog reda:

* {\displaystyle 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:

{\displaystyle v=-{\frac {d[A]}{dt}}=k}
Tokom reakcije brzina ostaje konstantna, nezavisna od koncentracije reaktanta A. Integrirani oblik zakona za brzinu je:

{\displaystyle \ [A]\_{t}=-kt+[A]\_{0}}
Reakcije nultog reda nisu česte, ali postoje neki primjeri (npr. razlaganje gasovitog amonijaka NH3 na zagrijanoj površini platine).

{\displaystyle 2NH\_{3}(g)\rightarrow \;3H\_{2}(g)+N\_{2}(g)}

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

|  | Reakcija 0 reda | Reakcija I reda | Reakcija II reda | Reakcija n-tog reda |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| Izraz za brzinu | {\displaystyle -{\frac {d[A]}{dt}}=k} | {\displaystyle -{\frac {d[A]}{dt}}=k[A]} | {\displaystyle -{\frac {d[A]}{dt}}=k[A]^{2}} | {\displaystyle -{\frac {d[A]}{dt}}=k[A]^{n}} |
| Integrisani oblik | {\displaystyle \ [A]=[A]\_{0}-kt} | {\displaystyle \ [A]=[A]\_{0}e^{-kt}} | {\displaystyle {\frac {1}{[A]}}={\frac {1}{[A]\_{0}}}+kt} | {\displaystyle {\frac {1}{[A]^{n-1}}}={\frac {1}{{[A]\_{0}}^{n-1}}}+(n-1)kt}
[Osim prvog reda] |
| Jedinica za konstantu (*k*) | {\displaystyle {\frac {M}{s}}} | {\displaystyle {\frac {1}{s}}} | {\displaystyle {\frac {1}{M\cdot s}}} | {\displaystyle {\frac {1}{M^{n-1}\cdot s}}} |
| Linearna funkcija za određivanje *k* | {\displaystyle [A]\ {\mbox{vs.}}\ t} | {\displaystyle \ln([A])\ {\mbox{vs.}}\ t} | {\displaystyle {\frac {1}{[A]}}\ {\mbox{vs.}}\ t} | {\displaystyle {\frac {1}{[A]^{n-1}}}\ {\mbox{vs.}}\ t}
[Osim prvog reda] |
| Poluvrijeme | {\displaystyle t\_{1/2}={\frac {[A]\_{0}}{2k}}} | {\displaystyle t\_{1/2}={\frac {\ln(2)}{k}}} | {\displaystyle t\_{1/2}={\frac {1}{[A]\_{0}k}}} | {\displaystyle t\_{1/2}={\frac {2^{n-1}-1}{(n-1)k[A\_{0}]^{n-1}}}}
[Osim prvog reda] |

Uticaj temperature na brzinu hemijske reakcije
----------------------------------------------

Arrheniusova jednačina opisuje uticaj temperature na brzinu hemijske reakcije:

{\displaystyle k=Ae^{{-E\_{a}}/{RT}}}
Logaritmiranjem se dobije:

{\displaystyle \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.

Vanjske veze
------------

* Chemical Kinetics Peter Keusch Arhivirano 2007-12-24 na Wayback Machine-u