12Vite.com Përgatitje për Shkollën e Lartë
Kinetika kimike
Kinetika kimike është ajo pjesë e kimisë që studion shpejtësinë e reaksionit kimik dhe mënyrën e bashkëveprimit të substancave. Reaksion kimik quajmë shndërrimin e një ose disa substancave në një ose disa substanca të tjera të ndryshme nga të parat. Gjatë reaksionit kimik prishen lidhjet ekzistuese midis atomeve dhe formohen lidhje të tjera.
A + B → D + E
Shpejtësi të një reaksioni kimik quajmë ndryshimin e përqendrimit të njërës nga substancat në reaksionin në një interval kohor të dhënë. Nëse i referohemi reaktantëve, raportit që shpreh shpejtësinë i vendosim shenjën ( – ) para.
\(V = \frac{\Delta C}{\Delta t}\)
Foto ilustruese: Grafiku që tregon si ndryshon përqendrimi i reaktantëve
Foto ilustruese: Grafiku që tregon si ndryshon përqendrimi i produkteve
Shpejtësia e llogaritur në këtë mënyrë quhet shpejtësi mesatare e reaksionit. Duke qenë se ndryshimi i përqendrimeve të substancave në reaksion është në varësi të koeficientëve në barazimin kimik, edhe shprehja e shpejtësisë është në varësi të këtyre koeficientëve dhe llogaritet:
\(aA + Bb \rightarrow dD + eE\)
\(v = \frac{-{1}}{a}} \cdot \frac{\Delta C_{A}}{\Delta t}} = \frac{-{1}}{b}} \cdot \frac{\Delta C_{B}}{\Delta t}} = \frac{-{1}}{d}} \cdot \frac{\Delta C_{D}}{\Delta t}} = \frac{-{1}}{e}} \cdot \frac{\Delta C_{E}}{\Delta t}}\)
Duke u mbështetur te ligji i veprimit të masave, shpejtësia e reaksionit është produkt i përqendrimit të reaktantëve të ngritura në fuqi me koeficientët përkatës .
aA + Bb → dD + eE
v ∼ [A]a
v ∼ [B]b
v ∼ [A]a · [B]b ⇒ v = k · [A]a · [B]b
Ky quhet ligji i veprimit të masave për shpejtësinë e një reaksioni kimik. Quhet ndryshe barazim kinetik i reaksionit dhe përcaktohet nëpërmjet ekuacionit për reaksionet elementare ose të thjeshta.
Dmth, jo gjithmonë barazimi i reaksionit kimik mund të na japë shprehjen e shpejtësisë.
!Kujdes: Tek shprehja e shpejtësisë nuk llogariten substancat në gjendje të lëngët ose të ngurtë, për të cilat nuk ka kuptim shprehja e përqendrimit.
Që të ndodh një reaksion kimik, duhet që grimcat e reaktantëve të përplasen midis tyre për të dhënë produkte. Jo cdo goditje shkon në produkt. Për të realizuar reaksionin, grimcat që përplasen duhet të gjejnë orientimin e duhur dhe të kenë energjinë e mjaftueshme që të këpusin lidhjet e vjetra dhe të formojnë lidhjet e reja. Përplasje të tilla quhen goditje të frutshme.
\(A_{2} + B_{2} \rightarrow 2AB\)
Gjatë përplasjes së grimcave, energjia që ato duhet të mbartin duhet të jetë e tillë sa të mundin barrierën energjitike. Sasia energjitike që duhet të kenë substancat në mënyrë që të mundin barrierën energjitike duke këputur lidhjet e vjetra dhe duke formuar lidhjet e reja quhet energji aktivizimi (Ea). Ea është e ndryshme nga efekti energjitik i një reaksioni. Kjo i jepet substancave në fiillim të reaksionit dhe rifitohet përsëri në fund.
Foto ilustruese: Grafiku i një reaksioni ekzotermik
Foto ilustruese: Grafiku i një reaksioni endotermik
Faktorët që ndikojnë në shpejtësinë e reaksionit kimik janë:
1. Temperatura. Shpejtësia e reaksionit përgjithësisht është në përpjesëtim të drejtë me temperaturën, sepse rritja e temperatures sjell rritjen e energjisë së grimcave dhe si rezultat rrit numrin e goditjeve efektive.
2. Përqendrimi. Shpejtësia është në përpjesëtim të drejtë me përqendrimin. Rritja e përqendrimit rrit numrin e grimcave në njësinë e vëllimit. Si rezultat rritet numri i goditjeve në një interval kohor .
3. Natyra e lidhjeve kimike. Sa më të forta të jenë lidhjet që prishen, aq më e ulët është shpejtësia e reaksionit kimik.
4. Shkalla e grimcimit. Rritja e shkallës së grimcimit rrit sipërfaqen e kontaktit.
5. Trysnia. Ndikon vetëm te reaksionet ku kemi të bëjmë me substance të gazta. Ndryshimi i trysninë sjell ndryshimin e vëllimit dhe njëkohësisht të përqendrimit.
6. Katalizatorët. Janë substanca që me praninë e tyre ndryshojnë shpejtësinë e një reaksioni kimik pa qenë pjesë përbërëse tek reaktantët apo tek produktet e reaksionit. Katalizatorët mund të jenë përshpejtues ose ngadalësues. Ata marrin pjesë në mekanizmin e një reaksioni kimik dhe ndryshojnë energjinë e aktivizimit për këtë reaksion.
Në rastet kur katalizatori rrit Ea, shpejtësia e reaksionit ulet.
Në rastet kur katalizatori ul Ea, shpejtësia e reaksionit rritet.
Foto ilustruese: Katalizë përshpejtuese
Foto ilustruese: Katalizë ngadalësuese
Mekanizmi, rendi dhe molekulariteti i reaksionit
Mekanizëm të një reaksioni quajmë mënyrën e bashkëveprimit direkt ose me stade të grimcave të reaktantëve për të dhënë produktet e reaksionit. Reaksioni, i cili nuk mund të zbërthehet në reaksione më të thjeshta quhet stad ose reaksion elementar.
Mekanizmi i reaksionit shpreh të gjitha stadet e mundshme të zhvillimit të një reaksioni.
Barazimi kimik, përgjithesisht nuk shpreh mekanizmin e reaksionit, sepse është shuma matematike e stadeve të zhvillimit të tij. Përjashtim bëjnë rastet kur reaksioni zhvillohet me një stad të vetëm. Shpejtësia e një reaksioni kimik që zhvillohet me stade përcaktohet nga stadi më i ngadaltë. Shprehja matematikore e kësaj shpejtësie quhet ndryshe barazim kinetik i reaksionit kimik dhe me të llogaritet shpejtësia për të gjithë reaksionet.
Rend të një reaksioni quajmë madhësinë eksperimentale që llogaritet me shumën e eksponentëve me të cilin është ngritur në fuqi përqendrimi në shprehjen e shpejtësisë së reaksionit. Rendi është madhësi që i takon bashkesisë së numrave realë.
Molekulariteti është madhësi eksperimentale që shpreh numrin e grimcave që përplasen njëkohësisht në mënyrë të pavarur për cdo stad, pavarësisht është i shpehtë apo i ngadaltë.
Një reaksion elementar mund të jetë monomolekular, bimolekular dhe trimolekular.
MONOMOLEKULAR
A → PRODUKTE
v = k [A] RA = Rp = 1 M = 1
BIMOLEKULAR
1) 2A → PRODUKTE
v = k [A]2 RA = Rp = 2 M = 2
2) A + B → PRODUKTE
v = k [A] [B] RA = RB = 1 M = 2
TRIMOLEKULAR
1) 3A → PRODUKTE
v = k [A]3 RA = Rp = 3 M = 3
2) 2A + B → PRODUKTE
v = k [A]2 [B] RA =2 ; RB = 1; Rp = 3 M = 3
3) A + B + C → PRODUKTE
v = k [A] [B] [C] RA = RB = RC = 1; Rp = 3 M = 3
Shënim: Molekularitete më të mëdha se tre nuk njihen.
USHTRIME TË ZGJIDHURA
Ushtrimi 1: Shkruani shprehjen matematike të ligjit të shpejtësisë për barazimet e mëposhtme:
a) 3A + B → 2C b) A + B → C + D c) A + 2B → C d) 2A + B → 3C
v = k [A]3 [B]
v = k [A] [B]
v = k [A] [B]2
v = k [A]2 [B]
Ushtrimi 2: Të gjendet shpejtësia e reaksionit që jepet me barazimin 2A → B + C, kur përqendrimi fillestar i substancës A është 1,5 mol/l dhe pas 15 sekondash bëhet 0,9 mol/l.
TË DHËNA: \([A]_{1} = 1,5 mol/l \) ZGJIDHJA: \(v = – \frac{\Delta C_{A}}{\Delta t}\) \( v = -\frac{(0, 9 – 1,5) mol/l}{15 s} = – 0,04 mol/l \cdot sek \)
\([A]_{2} = 0,9 mol/l \)
\(\Delta t = 15s\)
\(v = ?\)
Ushtrimi 3: Në një temperaturë të dhënë k = 0, 05. Të gjendet shpejtësia kur përqendrimi i substancës A është 1,3 mol/l dhe substancës B është 2,2 mol/l.
TË DHËNA: \(k = 0, 05\) ZGJIDHJA: \(A + B \rightarrow C\) \(v = k [A] [B]\) \(v = 0,5 \cdot 1,3 \cdot 2,2 = 1, 43 mol/l \cdot sek\)
\([A] = 1,3 M\)
\([B] = 2,2 M \)
\(v = ?\)
Ushtrimi 4: Në reaksionin CaO (ng) + CO2 (g) → CaCO3 (ng) , shpejtësia e reaksionit gjendet me barazimin e shpejtësisë:
1. v = k [CaO] 2. v = k [CO2] 3. v = k [CaCO3] 4. v = k [CaO] [CO2] Përgjigje: Alternativa e saktë është B, sepse dimë se në shprehjen e barazimit të shpejtësisë nuk llogariten substancat në gjendje të lëngët ose të ngurtë.
Ushtrimi 5: Për reaksionin PCl3 + Cl2 → PCl5. Të llogaritet shpejtësia e reaksionit kur përqendrimi i PCl3 është 2 mol/l dhe i Cl2 është 1,5 mol/l, si dhe kur përqendrimi i Cl2 bëhet 0,5 mol/l. Konstantja e shpejtësisë është 3,5.
TË DHËNA: \([PCl_{3}] = 2 mol/l\) ZGJIDHJA: Gjejmë shpejtesinë e reaksionit në fillim. \(v = k [PCl_{3}] [Cl_{2}] = 3,5 \cdot 2 \cdot 1,5\) \(v = 10, 5 mol/l \cdot sek\) Gjejmë shpejtesinë e reaksionit, kur përqendrimi i Cl2 bëhet 0,5 mol/l. Ky është përqendrimi në ekuilibër. \(v = k [PCl_{3}] [Cl_{2}] = 3,5 \cdot 1 \cdot 0,5 \)
\([Cl_{2}]_{1} = 1,5 mol/l \)
\([Cl_{2}]_{2}= 0,5 mol/l\)
\(v = ?\)
\(v = 1,75 mol/l \cdot sek\)
Ushtrimi 6: Në një enë me vëllim 1200 ml ndodhen 0,15 mol CO dhe 0,25 mol O2. Të gjendet shpejtësia e reaksionit duke ditur që k = 1,2.
TË DHËNA: \(V = 1200 ml = 1,2 l\) ZGJIDHJA: Kthejmë numrin e moleve në përqendrim. \( C_{M} = \frac{n}{V} = \frac{0,15}{1,2} = 0, 125 M = [CO] \) \( C_{M} = \frac{n}{V} = \frac{0,25}{1,2} = 0, 208 M = [O_{2}] \) \(CO + O_{2} \rightarrow 2CO_{2}\) \(v = k [CO]^{2} [O_{2}]\) \(v = 1,2 \cdot (0,125)^{2} \cdot 0,208\) \(v = 3, 9 \cdot 10^{-3} mol/l \cdot sek\)
\(n_{CO} = 0, 15 mole\)
\(n_{O}_{2} = 0,25 mole\)
\(k = 1,2\)
Ushtrimi 7: Si ndryshon shpejtësia e reaksionit 2A + B → C, kur vëllimi i enës ku ndodh reaksioni zvogëlohet 1,5 herë?
ZGJIDHJA: \(v_{1} = \frac{v_{0}}{1,5} \) \(\Rightarrow C_{1} = 1,5 \cdot C_{0}\) \(v_{0} = k [A]^{2} [B] \) \(v_{1} = k [A]_{1}^{2} [B]_{1} = k [1,5A]^{2} \cdot [1,5B]\) \(\frac{v_{1}}{v_{0}} = \frac{(1,5)^{2} \cdot 1,5 \cdot k [A]^{2} \cdot [B]}{ k [A]^{2} [B] }\) \(v_{1} = (1,5)^{2} \cdot 1,5 \cdot v_{0}\) \(v_{1} = (1,5)^{3} \cdot v_{0}\) \(v_{1} = 3, 375v_{0}\)
Ushtrimi 8: Duke iu referuar të dhënave eksperimentale të paraqitura në tabelë:
a) shkruani barazimin e shpejtësisë së reaksionit.
b) përcaktoni rendin e reaksionit.
c) llogaritni konstanten e shpejtësisë.
\(2A + B + C \rightarrow 2D\)
Fillimisht, shkruajme barazimin e shpejtesise \(v = k [A]^{x} [B]^{y} [C]^{z}\) \(v_{1} = 8 \cdot 10^{-4} = k \cdot (0,1)^{x} \cdot (0,1)^{y} \cdot (0,1)^{z}\) \(v_{2} = 1,6 \cdot 10^{-3} = k \cdot (0,2)^{x} \cdot (0,1)^{y} \cdot (0,1)^{z}\) \(v_{3} = 6,4 \cdot 10^{-3} = k \cdot (0,2)^{x} \cdot (0,2)^{y} \cdot (0,1)^{z}\) \(v_{4} = 8 \cdot 10^{-4} = k \cdot (0,1)^{x} \cdot (0,1)^{y} \cdot (0,2)^{z}\) \(\frac{v_{1}}{v_{2}} = \frac{8 \cdot 10^{-4}}{1,6 \cdot 10^{-4}} = \frac{k \cdot (0,1)^{x} \cdot (0,1)^{y} \cdot (0,1)^{z}}{k \cdot (0,2)^{x} \cdot (0,1)^{y} \cdot (0,1)^{z}}\) \(\frac{1}{2} = ( \frac{1}{2})^{x}\) \(\Rightarrow x = 1\) \(\frac{v_{2}}{v_{3}} = \frac{1,6 \cdot 10^{-3}}{6,4 \cdot 10^{-3}} = \frac{k \cdot (0,2)^{x} \cdot (0,1)^{y} \cdot (0,1)^{z}}{k \cdot (0,2)^{x} \cdot (0,1)^{y} \cdot (0,1)^{z}}\) \(\frac{1}{4} = ( \frac{1}{2})^{y}\) \(\Rightarrow y = 2\) \(\frac{v_{1}}{v_{4}} = \frac{8 \cdot 10^{-4}}{8 \cdot 10^{-4}} = \frac{k \cdot (0,1)^{x} \cdot (0,1)^{y} \cdot (0,1)^{z}}{k \cdot (0,1)^{x} \cdot (0,1)^{y} \cdot (0,2)^{z}}\) \(\frac{1}{1} = ( \frac{1}{2})^{z}\) \(\Rightarrow z = 1\) Mqs, eksponentët e barazimit të shpejtësisë i gjetëm, shkruajmë barazimin e shpejtësisë: \(v = k [A]^{1} [B]^{2} [C]^{0}\) \(v = k [A] [B]^{2}\) Rendi i reaksionit është: \(R_{A} = 1\) \(R_{B} = 2\) \(R_{C} = 0\) \(R_{p} = R_{A} + R_{B} + R_{C} \) \(R_{p} = 1 + 2+ 0 = 3\) Konstantja e shpejtësisë është: \(k = \frac{v}{[A] [B]_{2}} = \frac{8 \cdot 10^{-4} mol/l \cdot sek}{(0,1 mol/l) \cdot (0,1 mol/l)^{2}}\) \(k = 0,8 \frac{l^{2}}{mol^{2} \cdot sek} \)
One comment
Pingback: Përgatitje për provimin e Kimisë - Matura Shtetërore - 12Vite.com