Chemische reacties: algemeen kenmerk

1
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
2
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
zon 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.
3
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
4
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 zon reactie dan ENDOTHERM
- Een endotherme reacties is een reactie waarbij
energie verbruikt wordt. - Een endotherme
reactie heeft continu energie nodig om te kunnen
verlopen.
5
Chemische reacties en energie
We kunnen een grafiek maken van de energie die
bij een reactie vrij komt of verbruikt wordt.
Zon 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
6
Exotherme reacties en energie
E ACT, de activeringsenergie
beginstoffen
Ener-gie
Eeind-Ebegin Ereactie
eindstoffen
7
Endotherme reacties en energie
E ACT, de activeringsenergie
Ener-gie
eindstoffen
Eeind-Ebegin Ereactie
beginstoffen
8
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.
Soortelijke warmte van de stof die opgewarmd wordt
Benodigde energie
Q m Cw ?T
Temperatuurs-verandering van de stof die
opgewarmd wordt
Massa van de stof die opgewarmd wordt
9
reacties en energie
Q m Cw ?T
Q 100 g
4,18 J/(gC)
5 C
2090 J
Exotherme reactie want ?T gt 0 ? Q lt 0
? - 2090 J
Opdracht B bereken hoeveel gram CH4 verbrand is
(gebruik Binas T 56)
10
reacties en energie
Opdracht B bereken hoeveel gram CH4 verbrand
is (gebruik Binas T 56)
Q 2090 J
Binas T 56 verbrandingswarmte CH4 - 8,9105
J/mol
Q 2090 J ? 2090J/(8,9105J/mol) 2,3410-3 mol
2,3410-3 mol 16 g/mol 0,0376 g 3,7610-2 g
11
Verbrandingsreactie Oxydatie-reactie
Wat heb je nodig om een verbrandingsreactie te
laten verlopen ?
O2
brand
Temperatuur
Brandstof
12
Oxydatie-reacties
Bij een verbrandings- of oxydatiereactie worden
oxiden gevormd, dit zijn verbindingen van het
element met zuurstof.
Volledige verbranding Onvolledige verbrandingC
O2 ? CO2 2 C O2 ? CO S O2 ? SO2
2 S 3 O2 ? 2 SO32 H2 O2 ? 2 H2O
13
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 ?
14
(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
15
(Oxydatie) reacties snelheid2
Kijk naar het volgende filmpje en bepaal welke
factor zorgt voor het verschil in snelheid van de
verbranding van melkpoeder.
16
(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
17
(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
18
(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.
19
Factoren die snelheid bepalen
Factoren

• Soort stof
• Verdelingsgraad van de stof
• Concentratie van de reagerende stoffen
• Temperatuur
• Katalysator

20
Formule van snelheid
Bij Na wordt snelheid uitgedrukt in m/s
Bij Sk wordt snelheid uitgedrukt in mol/(Ls)
Om te voorkomen dat bij het meten van de snelheid
verschillende resultaten verkregen worden is een
handige formule noodzakelijk.
21
Formule van snelheid
A 2B ? 3C 4 D
0 sec 0,1mol 0,1 mol
0,0 mol 0,0 mol
- 0,05mol
- 0,1mol
?
0,15mol
0,2mol
0,0 mol
0,2 mol
120 sec
0,05mol
0,15 mol
s 0,15/120 mol/Ls
s - 0,05/120 mol/Ls
s - 0,1/120 mol/Ls
s 0,2/120 mol/Ls
22
Formule van snelheid
A 2B ? 3C 4 D
s - 0,05/120 mol/Ls
s 0,15/120 mol/Ls
s - 0,1/120 mol/Ls
s 0,2/120 mol/Ls
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/Ls) 0,05/120
mol/Ls
s 1/3(0,15/120 mol/Ls) 0,05/120
mol/Ls
s -1/2(-0,1/120 mol/Ls) 0,05/120
mol/Ls
s 1/4(0,2/120 mol/Ls) 0,05/120 mol/Ls
23
Formule van gemiddelde snelheid
sgem is nu voor elke stof 0,05/120 mol/Ls
Algemene formule voor sgem ? reactant sgem
-1/coefficient? /?t (mol/Ls)
product sgem 1/coefficient? /?t (mol/Ls)
24
Snelheid op een bepaald tijdstip
Wat als de tijd waarover je meet steeds kleiner
genomen wordt ?
25
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 !
26
Snelheid op een bepaald tijdstip
Opdracht bepaal s bij 10 s
- bepaal snijpunt met y
s ? y/ ? x 0,52/15 3,4710-2
mol/(Ls)
- bepaal snijpunt met x
27
Snelheid op een bepaald tijdstip
Opdracht bepaal s bij 5 s
- bepaal snijpunt met y
s ? y/ ? x 0,75/11 6,810-2
mol/(Ls)
- bepaal snijpunt met x
28
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
29
Snelheid orde van een reactie
Halfwaardetijd T ½ constant ? 1e orde in A
Formule snelheid
1e orde in A ? s cstA
30
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
31
Snelheid orde van een reactie
Halfwaardetijd T ½ niet constant ? 2e orde in
B
Formule snelheid
2e orde in B ? s cstB2
32
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 A2e orde in B ? s
cst B2
? s cst AB2
totale orde van de reactie 1 2 3
33
Snelheid orde van een reactie
s cst AB2
cst noemen we de reactiesnelheidsconstante k
s k AB2 mol/(Ls)
k (s-1) is constant voor 1 reactie bij gelijke
temperatuur
34
Snelheid orde van een reactie
Exp Xmol/L Y mol/L S mol/(Ls) ks-1
1 0,1 0,1 10-7
2
3
4
0,2 0,1 210-7
0,2 0,2 810-7
0,112 0,222 ?
Als X2 ? s2
Als Y2 ? s4
? 2e orde in Y
? 1e orde in X
35
Snelheid orde van een reactie
1e orde in X en 2e orde in Y
S k XY2
exp X Y s k
4 0,112 0,222
10-4
Uit exp 1 k s/xy2 ? k 10-7/(0,10,12)
10-4 s-1
exp 4 s 10-4xy2 ? s 10-4(0,1120,2222)
5,5110-7 mol/(Ls)
36
Snelheid mechanismes en orde
Reacties verlopen meestal niet in 1 stap maar
via ? een reactiemechanisme
reactievergelijking
37
Snelheid mechanismes en orde
reactiemechanisme
1
2
3
38
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 !!
39
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/(Ls)