Chemische reacties: algemeen kenmerk Bij scheikunde bestuderen we stoffen en de eigenschappen van stoffen. Hierbij worden experimenten gedaan waarbij (begin)stoffen verdwijnen en (eind)stoffen hiervoor in de plaats komen Een belangrijk kenmerk van chemische reacties: 1 of meer stoffen verdwijnen en 1 of meer stoffen komen hiervoor in de plaats mlavd@BCEC

Chemische reacties en energie Als er thuis gekookt wordt op gas weet je dat bij de verbranding van aardgas energie (in dit geval warmte) vrij komt. In de scheikunde noemen we zo’n reactie dan EXOTHERM - Een exotherme reactie is een reactie waarbij energie (warmte, licht, stroom, etc) vrij komt. - Een exotherme reactie kan zichzelf op gang houden. mlavd@BCEC

Chemische reacties en energie De verbranding van gas gebeurt niet spontaan. Je moet er eerst een vlammetje of vonkje bijhouden om de reactie op gang te brengen. In de scheikunde noemen we dit dat de stoffen eerst op reactietemperatuur moeten komen voor ze reageren. - Elke reactie heeft zijn eigen reactietemperatuur. - De energie die nodig is om de reactie op gang te brengen (activeren) noemen we activeringenergie mlavd@BCEC

Chemische reacties en energie Het tegengestelde van een reactie waarbij energie vrij komt is een reactie die continu energie nodig heeft om te kunnen verlopen. In de scheikunde noemen we zo’n reactie dan ENDOTHERM - Een endotherme reacties is een reactie waarbij energie verbruikt wordt. - Een endotherme reactie heeft continu energie nodig om te kunnen verlopen. mlavd@BCEC

Chemische reacties en energie We kunnen een grafiek maken van de energie die bij een reactie vrij komt of verbruikt wordt. Zo’n grafiek noemen we een ENERGIEDIAGRAM - In een energiediagram wordt aangegeven hoeveel energie er vrijkomt of verbruikt wordt bij een reactie = reactie- energie. - In een energiediagram wordt aangegeven hoeveel energie het kost om de reactie op gang te brengen = activeringsenergie mlavd@BCEC

Exotherme reacties en energie E ACT, de activeringsenergie beginstoffen Ener-gie Eeind-Ebegin = Ereactie eindstoffen mlavd@BCEC

Endotherme reacties en energie E ACT, de activeringsenergie Ener-gie eindstoffen Eeind-Ebegin = Ereactie beginstoffen mlavd@BCEC

Q = m * Cw * ΔT reacties en energie Opdracht A: Bereken hoeveel energie vrij komt bij de verbranding als door de verbranding van CH4 100 g water opwarmt van 20 naar 25 ºC. Benodigde energie Soortelijke warmte van de stof die opgewarmd wordt Q = m * Cw * ΔT Temperatuurs-verandering van de stof die opgewarmd wordt Massa van de stof die opgewarmd wordt mlavd@BCEC

Q = m * Cw * ΔT reacties en energie Q = 100 g * 4,18 J/(g*°C) * 5 °C = Exotherme reactie want ΔT > 0  Q < 0  - 2090 J Opdracht B: bereken hoeveel gram CH4 verbrand is (gebruik Binas T 56) mlavd@BCEC

reacties en energie Q = 2090 J Opdracht B: bereken hoeveel gram CH4 verbrand is (gebruik Binas T 56) Q = 2090 J Binas T 56: verbrandingswarmte CH4 = - 8,9*105 J/mol Q = 2090 J  2090J/(8,9*105J/mol) = 2,34*10-3 mol 2,34*10-3 mol * 16 g/mol = 0,0376 g = 3,76*10-2 g mlavd@BCEC

Verbrandingsreactie = Oxydatie-reactie Wat heb je nodig om een verbrandingsreactie te laten verlopen ? O2 brand Temperatuur Brandstof mlavd@BCEC

Oxydatie-reacties Bij een verbrandings- of oxydatiereactie worden oxiden gevormd, dit zijn verbindingen van het element met zuurstof. Volledige verbranding Onvolledige verbranding C + O2  CO2 2 C +O2  CO S + O2  SO2 2 S + 3 O2  2 SO3 2 H2 + O2  2 H2O mlavd@BCEC

Oxydatie-reacties: snelheid Niet alle reacties gaan even snel. De verbranding van eten in ons lichaam gaat minder snel dan de verbranding van bv papier. Welke factoren bepalen nu hoe snel een reactie verloopt ? mlavd@BCEC

(Oxydatie) reacties: snelheid1 Kijk naar het volgende filmpje en bepaal welke factor zorgt voor het verschil in snelheid van de reactie van magnesium- en ijzerpoeder met 0,5 M zoutzuur mlavd@BCEC

(Oxydatie) reacties: snelheid2 Kijk naar het volgende filmpje en bepaal welke factor zorgt voor het verschil in snelheid van de verbranding van melkpoeder. mlavd@BCEC

(Oxydatie) reacties: snelheid3 Kijk naar het volgende filmpje en bepaal welke factor zorgt voor het verschil in snelheid van de reactie van Mg-poeder met 0,1 M en 1,0 MM zoutzuur-oplossing mlavd@BCEC

(Oxydatie) reacties: snelheid4 Kijk naar het volgende filmpje en bepaal welke factor zorgt voor het verschil in snelheid van Mg-poeder met 0,1M zoutzuur bij 293 en 363 K mlavd@BCEC

(Oxydatie) reacties: snelheid5 Kijk naar het volgende filmpje en bepaal welke factor zorgt voor het verschil in snelheid van de ontledingsreactie van waterstofperoxide (H2O2) met/zonder bruinsteenpoeder. mlavd@BCEC

Factoren die snelheid bepalen Soort stof Verdelingsgraad van de stof Concentratie van de reagerende stoffen Temperatuur Katalysator mlavd@BCEC

Formule van snelheid Bij Na wordt snelheid uitgedrukt in m/s Bij Sk wordt snelheid uitgedrukt in mol/(L*s) Om te voorkomen dat bij het meten van de snelheid verschillende resultaten verkregen worden is een handige formule noodzakelijk. mlavd@BCEC

Formule van snelheid A + 2B  3C + 4 D 0 sec 0,1mol 0,1 mol Δ + 0,15mol + 0,2mol 120 sec 0,0 mol 0,2 mol 0,05mol 0,15 mol s = + 0,15/120 mol/L*s s = - 0,05/120 mol/L*s s = - 0,1/120 mol/L*s s = + 0,2/120 mol/L*s mlavd@BCEC

Formule van snelheid A + 2B  3C + 4 D s = - 0,05/120 mol/L*s Bij 1 reactie 4* verschillende snelheid kan niet  formule aanpassen voor reactant (A,B) of product (C,D) en reactieverhouding s = -1/1*(-0,05/120 mol/L*s) = 0,05/120 mol/L*s s = 1/3*(0,15/120 mol/L*s) = 0,05/120 mol/L*s s = -1/2*(-0,1/120 mol/L*s) = 0,05/120 mol/L*s s = 1/4*(0,2/120 mol/L*s) = 0,05/120 mol/L*s mlavd@BCEC

Formule van gemiddelde snelheid sgem is nu voor elke stof: 0,05/120 mol/L*s Algemene formule voor sgem  reactant: sgem = -1/coefficient*Δ[ ]/Δt (mol/L*s) product: sgem = 1/coefficient*Δ[ ]/Δt (mol/L*s) mlavd@BCEC

Snelheid op een bepaald tijdstip Wat als de tijd waarover je meet steeds kleiner genomen wordt ? mlavd@BCEC

Snelheid op een bepaald tijdstip Opdracht: bepaal s bij 10 s s wordt dan bepaald a.h.v. een raaklijn aan de grafiek op het gewenste tijdstip ! mlavd@BCEC

Snelheid op een bepaald tijdstip Opdracht: bepaal s bij 10 s - bepaal snijpunt met y s = Δ y/ Δ x = 0,52/15 = 3,47*10-2 mol/(L*s) - bepaal snijpunt met x mlavd@BCEC

Snelheid op een bepaald tijdstip Opdracht: bepaal s bij 5 s - bepaal snijpunt met y s = Δ y/ Δ x = 0,75/11 = 6,8*10-2 mol/(L*s) - bepaal snijpunt met x mlavd@BCEC

Snelheid: orde van een reactie In de grafiek zie je dat de [A] elke 4 sec halveert  Halfwaardetijd = T ½ = constant  Deze reactie noemen we 1e orde in A mlavd@BCEC

Snelheid: orde van een reactie Halfwaardetijd = T ½ = constant  1e orde in A Formule snelheid 1e orde in A  s = cst*[A] mlavd@BCEC

Snelheid: orde van een reactie In de grafiek zie je dat de [B] steeds langzamer halveert  Halfwaardetijd = T ½ = niet constant  Deze reactie noemen we 2e orde in B mlavd@BCEC

Snelheid: orde van een reactie Halfwaardetijd = T ½ = niet constant  2e orde in B Formule snelheid 2e orde in B  s = cst*[B]2 mlavd@BCEC

Snelheid: orde van een reactie Als deze A en B in 1 reactie met elkaar reageren dan krijgen we de volgende formule voor de reactiesnelheid: Formule snelheid 1e orde in [A]  s = cst [A] 2e orde in B  s = cst [B]2  s = cst *[A]*[B]2 totale orde van de reactie: 1 + 2 = 3 mlavd@BCEC

Snelheid: orde van een reactie s = cst *[A]*[B]2 cst noemen we de reactiesnelheidsconstante = k s = k *[A]*[B]2 mol/(L*s) k (s-1) is constant voor 1 reactie bij gelijke temperatuur mlavd@BCEC

Snelheid: orde van een reactie Exp [X] mol/L [Y] mol/L S mol/(L*s) k s-1 1 0,1 10-7 2 3 4 0,2 0,1 2*10-7 0,2 0,2 8*10-7 0,112 0,222 ? Als X*2  s*2 Als Y*2  s*4  2e orde in Y  1e orde in X mlavd@BCEC

Snelheid: orde van een reactie 1e orde in X en 2e orde in Y S = k * [X]*[Y]2 exp [X] [Y] s k 4 0,112 0,222 10-4 Uit exp 1: k = s/x*y2  k = 10-7/(0,1*0,12) = 10-4 s-1 exp 4: s = 10-4*x*y2  s = 10-4*(0,112*0,2222) = 5,51*10-7 mol/(L*s) mlavd@BCEC

Snelheid: mechanismes en orde Reacties verlopen meestal niet in 1 stap maar via  een reactiemechanisme reactievergelijking mlavd@BCEC

Snelheid: mechanismes en orde reactiemechanisme 1 2 3 mlavd@BCEC

Snelheid: mechanismes en orde Wat bepaalt de snelheid in een reactiemechanisme ? De langzaamste stap in het reactiemechanisme !! Wat bepaalt de orde van een reactiemechanisme ? De langzaamste stap in het reactiemechanisme !! mlavd@BCEC

Snelheid: mechanismes en orde Wat bepaalt de orde van de langzaamste stap ? Bij deze reactie is de 1e stap de langzaamste aceton  1 deeltje reageert  1e orde  s = k [aceton] mol/(L*s) mlavd@BCEC