|
 |
|
Zanima me o cemu sve ovisi ishod kemijske reakcije tj. kako znati sta reagira sta ne,sta se spaja sta ne,koji su to faktori i koji najjace utjecu?
|
|
Ime i prezime:
Dalibor Kovačević
dalibor.kovacevic@ri.tel.hr
|
 |
 |
Kemijski elementi i spojevi stupaju međusobno u reakcije preko svojih vanjskih (valentnih) elektrona, pa se reaktivnost pojedinog elementa može lako povezati s brojem i raspodjelom vanjskih elektrona, te veličinom samog atoma. Primjerice, atom natrija ima elektronsku konfiguraciju plemenitog plina neona (1s2 2s2 2p6) + još jedan elektron (3s1). Natrijev atom će vrlo lako otpustiti taj elektron i prijeći u ion Na+ s elektronskom strukturom plemenitog plina neona. S druge strane, atom klora koji spada u halogene elemente ima elektronsku konfiguraciju plemenitog plina neona (u potpunosti popunjene K i L-ljuska), te još 7 elektrona u M-ljusci (3s2 3p5). Njemu nedostaje samo jedan elektron do popunjavanja M-ljuske i postizanja elektronske konfiguracije plemenitog plina argona (1s2 2s2 2p6 3s2 3p6). Rezultat toga je da klor vrlo lako prima elektron i prelazi u ion Cl-. Osim predavanjem i primanjem elektrona atomi mogu postići stabilne elektronske konfiguracije zajedničkim djeljenjem jednog ili više elektronskih parova (Lewisova oktetna teorija), npr. u molekuli O2 (2 zajednička elektronska para), Cl2 (1 zajednički el. par), N2 (3 zajednička el. para), CH4 (ugljik ima 4 , a vodici po 1 zajednički el. par), itd. O kovalentnom i ionskom karakteru kemijskih veza je bilo dosta riječi u ranijim odgovorima, pa ovdje neću o tome govoriti. Slično kao i u slučaju atoma i reakcije molekula se mogu sagledati preko interakcije vanjskih elektrona. Gledano sa stanovišta termodinamike kemijska reakcija će se odvijati pretežno u smjeru nastajanja produkata ukoliko se energija sustava smanjuje, a entropija povećava. U kemiji se reakcije najčešće provode pri konstantnom tlaku (atmosferskom), a u tom slučaju funkcija koja nam kaže koji je smjer odvijanja reakcije povoljan (prema produktima ili prema reaktantima) naziva se Gibbsova ili slobodna energija (G) i ovisi o promjeni energije sustava koja kod konstantnog tlaka odgovara entalpiji (H), te o entropiji (S). Prema relaciji:
DG = DH - TDS
(D ovdje označuje veliko delta, tj. razliku konačnog i početnog stanja) Reakcija će se odvijati spontano ukoliko je DG < 0. Ovi termodinamički pojmovi su također spominjani u ranijim pitanjima, pa ih sad neću podrobnije objašnjavati. Promjene entalpije i entropije mogu utjecati na smjer odvijanja reakcije. Ovdje su dana tri primjera utjecaja DH i DS na smjer odvijanja reakcije. Obratite pažnju da su promjene entalpije i slobodne energije izražene u kilokalorijama, a entropija u kalorijama po kelvinima.
1. DH i DS djeluju u istom smjeru:
Reakcija: H2 (g) + Cl2 (g) -> 2 HCl (g) Ukupno DH (kcal): 0 0 2 (-22,1) DH = -44,2 kcal, S (cal / K): 31,2 53,3 2 (+44,6) DS = +4,7 cal / K, DG = DH - TDS = (-44,2) - 298 K × (+4,7 cal K-1/1000 cal kcal-1) = -45,6 kcal
2. DH djeluje u prilog reakcije, a TDS protiv:
Reakcija: C2H5OH (l) + 3 O2 (g) -> 2 CO2 (g) + 3 H2O (l)
Ukupno DH (kcal): -66,4 0 2 (-94,1) 3 (-68,3) -326,7 DS (cal / K): 38,4 3 (49,0) 2 (51,1) 3 (16,7) -33,1 DG = -326,7 - 298 × (-33,1 / 1000) = -316,8
3. DH djeluje protiv reakcije, a TDS u prilog:
a) Raspad N2O5:
Reakcija: N2O5 (s) -> 2 NO2 (g) + 1/2 O2 (g) Ukupno: DH (kcal): -10,0 2 (+8,1) 0 +26,2 DS (cal / K): 27,1 2 (+57,5) 1/2 (49,0) +112,4 DG = +26,2 - 298 (112,4 / 1000) = -7,3 kcal
b) Otapanje NH4Cl u vodi: DH (kcal mol-1): +3,62 S (cal K-1 mol-1): +17,6 DG = 3,62 - 298 (17,6 / 1000) = -1,63 kcal
U svim ovim primjerima je DG < 0 pa se reakcija može spontano odvijati. Postojanje mogućnosti za odvijanje neke reakcije još ne znači da će do reakcije i doći. Na putu od reaktanata do produkata stoji određena energetska barijera koju sustav treba prijeći da bi došlo do reakcije. Na pr. puštanjem plina na plameniku u praktikumu ili u kuhinji još nije dovoljno da se zapali vatra, premda su svi potrebni reaktanti prisutni (CH4 i O2). Da bi do reakcije došlo moramo joj dovesti početnu energiju u obliku zapaljene šibice, iskre ili nečeg sličnog. Energija koju treba dovesti sustavu da bi reakcija započela zove se energija aktivacije, a odgovara entalpiji nastajanja visokoenergetskog međuprodukta iz polaznih reaktanata. |
|
|
Odgovorio:
Goran Stefanic
stefanic@rudjer.irb.hr
<-- Povratak
|
|
|
Postavite
pitanje iz bilo kojeg područja kemije i
e-škola će osigurati da dobijete odgovor od kompetentnog znanstvenika. |
  |
|
