Introduktion
Reaktionskinetik
Hvad er reaktionskinetik?
Når vi får præsenteret reaktioner og reaktionsskemaer i skolesystemet, er reaktionerne i reglen bare noget der sker. Den klassiske fældningsreaktion, med sølv- og chloridioner:
Ag+(aq) + Cl−(aq)
AgCl(s)
Man blander de to opløsninger, og udfældningen/reaktionen sker bare. Helt af sig selv.
Dette er en misforståelse. Reaktioner er drevet af en række forhold, både omkring reaktanterne egne egenskaber og omgivelserne hvori reaktionen sker. Det er noget så banalt som at fældningsreaktionen med sølv- og chloridioner kræver vand, for at kunne foregå. Hvis koncentrationen af en eller begge ioner er for lav til at overstige opløseligheden af AgCl, ser man heller ikke en udfældning. Fældningen af AgCl, som den normalt demonstreres i undervisningen, sker momentant og i ét trin, og der er kun ét reaktionsprodukt. Dette er langt fra altid tilfældet. Man taler derfor om reaktionshastigheder, reaktionstrin og udbytter.
Dette er reaktionskinetik. Undersøgelsen af reaktionshastigheder og processerne under hvilke reaktionerne sker.
I det daglige, kender vi effekterne fra bl.a.
Den bagvedliggende fysik/kemi, som er det styrende i reaktionskinetikken, det vi skal se på i de næste kapitler, er bl.a.
Ag+(aq) + Cl−(aq)
AgCl(s)Man blander de to opløsninger, og udfældningen/reaktionen sker bare. Helt af sig selv.
Dette er en misforståelse. Reaktioner er drevet af en række forhold, både omkring reaktanterne egne egenskaber og omgivelserne hvori reaktionen sker. Det er noget så banalt som at fældningsreaktionen med sølv- og chloridioner kræver vand, for at kunne foregå. Hvis koncentrationen af en eller begge ioner er for lav til at overstige opløseligheden af AgCl, ser man heller ikke en udfældning. Fældningen af AgCl, som den normalt demonstreres i undervisningen, sker momentant og i ét trin, og der er kun ét reaktionsprodukt. Dette er langt fra altid tilfældet. Man taler derfor om reaktionshastigheder, reaktionstrin og udbytter.
Dette er reaktionskinetik. Undersøgelsen af reaktionshastigheder og processerne under hvilke reaktionerne sker.
I det daglige, kender vi effekterne fra bl.a.
- Fødevarer i køleskab/fryser, så de ikke fordærver så hurtigt (og de fordærver ikke lige hurtigt under samme temperaturforhold)
- Batteriet på mobilen der bliver hurtigere fladt, når det er koldt
- Håndsæben der ikke fjerner fedt og snavs så godt i koldt vand som i varmt vand.
Den bagvedliggende fysik/kemi, som er det styrende i reaktionskinetikken, det vi skal se på i de næste kapitler, er bl.a.
- Hvis to reaktanter skal reagere, kræver det at de rammer sammen, dvs. noget sandsynlighed for sammenstød i spil, som sædvanligvis er koncentrationsafhængig (der findes reaktioner hvor reaktionshastigheden er uafhængig af koncentrationer).
- Kraften for sammenstødet mellem de to reaktanter skal være over et vidst niveau, for at reaktionen sker. Hvor stor kraften skal være, afhænger af bl.a. reaktanterne.
- Sammenstødet skal ofte ske i en bestemt vinkel. For kugleformede reaktanter som f.eks. Cl− er vinklen ikke relevant mens f.eks. additionsreaktioner ved dobbeltbindingen C=C kræver, at det er selve dobbeltbindingen der rammes.
- Der kan være steriske hindringer, som enten er uoverstigelige (f.eks. sidekæder der skærmer som en paraply), eller kræver en specifik konformation af den ene reaktant, for at den anden kan komme ind og ramme angrebspunktet rigtigt.
Hvad bruger man det til?
Reaktionskinetikken spiller en stor rolle i både produkfremstilling og kvalitetssikring af produkter. Dette kan være både højteknologiske produkter som medicin og katalysatorer og lavteknologiske produkter som brød og plasticposer.
I produktfremstillingen vil man i sagens natur helst have det går så hurtigt som muligt, men hastighed kan være på bekostning af kvalitet, f.eks. renhed og ensartet kvalitet. Derfor vil produktion ofte være et kompromis mellem hastighed og kvalitet.
Mange produkttyper er underlagt krav til holdbarhed og afgivelse af additiver over tid. Medicin må f.eks. kun miste en vis procentdel af de aktive ingredienser inden for den påtrykte levetid. Materialer i kontakt med fødevarer må kun afgive en vis mængde til fødevarerne over tid. Her spiller reaktionskinetikken en central rolle, både i opsætning af de forskellige test, og hvilke kemiske forbindelser der skal analyseres for ifm. testene.
I produktfremstillingen vil man i sagens natur helst have det går så hurtigt som muligt, men hastighed kan være på bekostning af kvalitet, f.eks. renhed og ensartet kvalitet. Derfor vil produktion ofte være et kompromis mellem hastighed og kvalitet.
Mange produkttyper er underlagt krav til holdbarhed og afgivelse af additiver over tid. Medicin må f.eks. kun miste en vis procentdel af de aktive ingredienser inden for den påtrykte levetid. Materialer i kontakt med fødevarer må kun afgive en vis mængde til fødevarerne over tid. Her spiller reaktionskinetikken en central rolle, både i opsætning af de forskellige test, og hvilke kemiske forbindelser der skal analyseres for ifm. testene.