Reactiekinetiek Hfst 12.4 t/m 5 College 5, ACH21 Eddy van der Linden/Karin Langereis

1Ste orde vergelijkingen Met de snelheidsvergelijking V = k[A]m x [B]n wordt de invloed van de concentratie van de reactanten zichtbaar op de reactiesnelheid. Hoe kom ik te weten hoeveel reactant er nog is na 20 uur? Hoe weet ik wanneer er nog maar 10% van de reactanten over zijn? Hoe … Voor 1ste orde reacties gaan we dat bekijken en berekenen.

Hoe kan je zien dat een reactie een 1ste orde reactie is? Je bekijkt de invloed van de beginconcentratie op de reactiesnelheid. De verandering van de O2 concentratie heeft een vergelijkbare verandering van de reactiesnelheid tot gevolg. Het betreft dus en 1ste orde reactie voor O2. Vergelijk reactie 1 en 3 en je ziet het effect van een verandering van de concentratie van reactant A op de V (snelheid) van de reactie.

De 1ste orde snelheids vergelijking Chapter 12: Chemical Kinetics 4/25/2017 De 1ste orde snelheids vergelijking Wanneer bij een 1ste orde reactie [A] wordt uitgezet tegen de tijd ontstaat er een kromme dalende lijn. Waarom loopt de lijn krom? Een rechte lijn maakt nauwkeurig meten makkelijker! Dus maak van de kromme een rechte lijn .....hoe doe je dat? The plot on the left is a plot of concentration versus time which does not yield a straight-line fit for a first-order reaction (it would for a zeroth-order reaction). The one on the right does and the slope is equal to -k. Copyright © 2008 Pearson Prentice Hall, Inc. Copyright © 2008 Pearson Prentice Hall, Inc.

Chapter 12: Chemical Kinetics 4/25/2017 De 1ste orde snelheidsvergelijking en de geintegreerde 1ste orde snelheidsvergelijking Wanneer bij een 1ste orde reactie ln[A] wordt uitgezet tegen de tijd ontstaat er een rechte lijn. ln[A]t = -kt + ln[A]0 The plot on the left is a plot of concentration versus time which does not yield a straight-line fit for a first-order reaction (it would for a zeroth-order reaction). The one on the right does and the slope is equal to -k. Copyright © 2008 Pearson Prentice Hall, Inc. Copyright © 2008 Pearson Prentice Hall, Inc.

De geintegreerde 1ste orde snelheids vergelijking Chapter 12: Chemical Kinetics 4/25/2017 De geintegreerde 1ste orde snelheids vergelijking Een reactie ziet er als volgt uit: A product(s) D[A] Dt - = k[A] V = k[A] Door een wiskundige handeling toe te passen (te integreren) krijgen we de volgende vergelijking: [A]t De concentratie van A op tijdstip t [A]0 De begin concentratie van A [A]t [A]0 ln = -kt x y ln = ln(x) - ln(y) Daarbij geldt dat: ln[A]t = -kt + ln[A]0 y = mx + b = een rechte lijn!!! Copyright © 2008 Pearson Prentice Hall, Inc. Copyright © 2008 Pearson Prentice Hall, Inc.

Dit is een 1ste orde reactie; k = 1,8 x 10-5 s-1 . [H2O2]0 = 0,3 M 2 H2O2 2 H2O + O2 Dit is een 1ste orde reactie; k = 1,8 x 10-5 s-1 . [H2O2]0 = 0,3 M Wat is de [H2O2] na 4 uur? Hoe lang duurt het totdat de [H2O2] nog maar 0,12 M is? Hoe lang duurt het totdat 90% van [H2O2] heeft gereageerd?

Chapter 12: Chemical Kinetics 4/25/2017 Een tweede methode om te laten zien dat een reactie een 1ste orde reactie is, maakt gebruik van de geintegreerde reactiesnelheids -vergelijking 2N2O5(g) 4NO2(g) + O2(g) rate = k[N2O5]. Er ontstaat een rechte lijn!!!! Slope = -k Bereken k (Vergelijk de berekende waarde met de waarde die Op blz. 449 of in het roze boek p ........ staat) Copyright © 2008 Pearson Prentice Hall, Inc.

Voorbeeld berekening k (uit de grafiek) Chapter 12: Chemical Kinetics 4/25/2017 Voorbeeld berekening k (uit de grafiek) 2N2O5(g) 4NO2(g) + O2(g) rate = k[N2O5] ln[A]t = -kt + ln[A]0 y = mx + b = Bereken de helling van de lijn: De helling = -k (700 - 0) s -5,099 - (-3.912) s 1 = -0,0017 s 1 k = 0,00170 Anders geschreven: k = 1,7 x 10-3 s-1 Copyright © 2008 Pearson Prentice Hall, Inc.

De halfwaarde tijd van een 1ste orde reactie Chapter 12: Chemical Kinetics 4/25/2017 De halfwaarde tijd van een 1ste orde reactie De halfwaarde tijd = De reactietijd die nodig is om de concentratie van de reactant tot de helft van de beginwaarde te laten dalen. Dit wordt t½ genoemd. A product(s) V = k[A] t = t1/2 [A]t [A]0 ln = -kt Vul deze gegevens in in de vergelijking = t1/2 [A] 2 [A]0 = -kt1/2 1 2 ln t1/2 = k 0.693 t½ is dus bij een 1ste orde reactie met k te berekenen. or Copyright © 2008 Pearson Prentice Hall, Inc. Copyright © 2008 Pearson Prentice Hall, Inc.

De halfwaarde tijd van een 1ste orde reactie Chapter 12: Chemical Kinetics 4/25/2017 De halfwaarde tijd van een 1ste orde reactie t1/2 = k 0.693 De halfwaarde tijd van een 1ste orde reactie is alleen afhankelijk van k en niet van de concentratie!!!!! t1/2 is een constante!!! Copyright © 2008 Pearson Prentice Hall, Inc. Copyright © 2008 Pearson Prentice Hall, Inc.

De halfwaarde tijd van een 1ste orde reactie 1: Bereken uit de figuur hiernaast de t½ voor N2O5 2: Bereken de t½ met behulp van 3: [N2O5]0 is 0,02 M. Wat is de [N2O5] na 5 x t½ ? 4: Hoe lang duurt het totdat [N2O5] nog maar 12,5% is van de beginwaarde? k = 1,7 x 10-3 s-1

Zelfstudie Leerstof: McMurray-Fay, Hfst 12: Reactiekinetiek: § 12.4 en 12.5 Opgaven 12.7 t/m 12.10 Of in het roze boek § 11.4 en 11.5 Lees de samenvatting op N@tschool ACH21 Maak een paar extra opgaven horend bij : § 12.4 en 12.5