keemiline side (ii) keemilised reaktsioonid
DESCRIPTION
KEEMILINE SIDE (II) KEEMILISED REAKTSIOONID. Loeng 7 Keskkonnakeemia alused 30. märts 2007. Molekulidevahelised jõud. Molekulidevahelised jõud on tingitud molekulide polaarsus est või polariseeritavus est ja neil on elektriline iseloom. Eristatakse 3 tüüpi molekulide vastasmõju : - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: KEEMILINE SIDE (II) KEEMILISED REAKTSIOONID](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062221/56814928550346895db65f8b/html5/thumbnails/1.jpg)
KEEMILINE SIDE (II)KEEMILISED REAKTSIOONID
Loeng 7
Keskkonnakeemia alused
30. märts 2007
![Page 2: KEEMILINE SIDE (II) KEEMILISED REAKTSIOONID](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062221/56814928550346895db65f8b/html5/thumbnails/2.jpg)
Molekulidevahelised jõud
Molekulidevahelised jõud on tingitud molekulide polaarsusest või polariseeritavusest ja neil on elektriline iseloom.
Eristatakse 3 tüüpi molekulide vastasmõju:
1) Orientatsiooniline (2 polaarset molekuli, ka ioonset)
2) Induktsioonne (polaarne ja mittepolaarne molekul)
3) Dispersioonne (kaks mittepolaarset molekuli)
![Page 3: KEEMILINE SIDE (II) KEEMILISED REAKTSIOONID](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062221/56814928550346895db65f8b/html5/thumbnails/3.jpg)
Orientatsioonijõud
… on jõud püsiva dipoolmomendiga polaarsete molekulide vahel või ioon-dipool vastastoime (näiteks, HCl ja HCl)
Eor = - 2μ2/r3
kus μ - dipoolmoment
r - kaugus ioonide-dipoolide tsentrite vahel
![Page 4: KEEMILINE SIDE (II) KEEMILISED REAKTSIOONID](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062221/56814928550346895db65f8b/html5/thumbnails/4.jpg)
Induktsioonijõud
…jõud polaarsete ja mittepolaarsete molekulide vahel (polaarne molekul tekitab teises samuti dipoolmomendi; näiteks, HCl ja Ar)
Eind = - 2αμ2/r6
kus α - polariseeritavus (näitab kui kergesti on elektronpilv deformeeritav)
Reeglina - mida suurem on elektronide arv, seda kaugemal on nad tuumast, seda suurem polariseeritavus
![Page 5: KEEMILINE SIDE (II) KEEMILISED REAKTSIOONID](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062221/56814928550346895db65f8b/html5/thumbnails/5.jpg)
Dispersioonijõud
… elektronide liikumisel tekkivate hetkdipoolide nõrk vastastikune mõju (näiteks, He ja He vahel)
Edisp = - 3/4 Iα2/r6
kus I - ionisatsioonienergia (suureneb molaarmassi kasvuga)
Van der Waalsi jõud kahanevad kaugusega väga kiiresti, eriti olulised on nad tugevasti kokkusurutud gaasides, vedelikes, aga ka molekulvõrega kristallides
![Page 6: KEEMILINE SIDE (II) KEEMILISED REAKTSIOONID](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062221/56814928550346895db65f8b/html5/thumbnails/6.jpg)
Erinevate vastasmõju energiate võrdlus
Vastasmõju tüüp Energia, kJ/mol
Keemiline side ~200-600
Vesinikside ~20-40
Orientatsioonijõud ~1-5
Induktsioonijõud ~0.05-2
Dispersioonijõud ~0.05-2
![Page 7: KEEMILINE SIDE (II) KEEMILISED REAKTSIOONID](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062221/56814928550346895db65f8b/html5/thumbnails/7.jpg)
Keemilised reaktsioonid (I)Keemiline reaktsioon on aine muutus, millega kaasneb aatomitevaheliste
keemiliste sidemete teke või katkemine
Näiteks: 1) nitraadid nitoosamiinideks metabolismi käigus fermentide abil. Meie
organism toodab nn toksiini.
2 NO3– + X → RR’N-N=O, mis mürgine
2) tsüaniidist, mis vähem mürgine tekib organismis tsüaanhape, mis väga mürgine
RCN → HCN + RH
3) Vihmavee happesuse tekkimine
CO2 + H2O → H2CO3
4) Äikese ajal reaktsioon õhus
N2 + O2 → NO2
![Page 8: KEEMILINE SIDE (II) KEEMILISED REAKTSIOONID](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062221/56814928550346895db65f8b/html5/thumbnails/8.jpg)
Keemilised reaktsioonid (II)
Keemilised reaktsioonid alluvad teatud seadustele - massi, energia, elektrilaengu, aatomite hulga jäävuste seadustele.
Keemiline reaktsiooni toimumiseks peavad molekulid põrkuma, olema kindlal viisil orienteeritud ja omama kindlat reaktsiooniks vajalikku energiat (kile).
Valguskvandi neeldumisel võib muutuda molekuli pöörlemis-, võnkumisenergia, elektronide jaotus energiate kaupa, tuumaenergia. Molekuli energia suureneb ja molekul muutub reaktsiooni-võimelisemaks. Reaktsiooniks vajalik lisaenergia väheneb (kile).
![Page 9: KEEMILINE SIDE (II) KEEMILISED REAKTSIOONID](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062221/56814928550346895db65f8b/html5/thumbnails/9.jpg)
Keemilised reaktsioonid (III)
1) Termilised
- molekulid (aatomid) põhiolekus
- vajalik teatud temperatuur
2) Fotokeemilised
- molekulid (aatomid) ergastatud olekus
teatud kvantseisundis, etteantud energiaga
![Page 10: KEEMILINE SIDE (II) KEEMILISED REAKTSIOONID](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062221/56814928550346895db65f8b/html5/thumbnails/10.jpg)
Keemiline termodünaamika
… käsitleb erinevate energiavormide vastastikust üleminekut keemilises protsessis. Termodünaamika (t-d) üldisemas mõistes uurib soojuse ja töö, kahe energialiigi seost.
Keemiline termodünaamika (t-d) vaatleb protsesse nende võimalikkuse, kulgemise suuna ja lõpptulemuste seisukohalt…
… uurib süsteeme (paljudest molekulidest, aatomitest, ioonidest radikaalidest koosnevaid); uurib üldomadusi, laskumata süsteemi sisemise ehituse üksikasjadesse.
Reaktsiooni keskkond kui süsteem on kas a) avatud, b) suletud või c) isoleeritud vastavalt energia või/ja massi vahetuse olemasolule ümbritseva keskkonnaga. Kõigis neis süsteemides võib muutuda rõhk(p), ruumala(V) ja temperatuur(T).
![Page 11: KEEMILINE SIDE (II) KEEMILISED REAKTSIOONID](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062221/56814928550346895db65f8b/html5/thumbnails/11.jpg)
Olekuparameetrid (OP) ja olekufunktsioonid (OF)
OP on tavaliselt mõõdetavad suurused: temperatuur T, rõhk P, ruumala V, ainehulk n
OF on funktsioon, mis sõltub ainult süsteemi olekust, olekuparameetritest, mitte aga selle oleku saavutamise teedest (Hessi seadus - reaktsiooni soojusefekt ei sõltu reaktsiooni teest)
ΔU = ΣUprod – ΣUreag
U - siseenergia, isokooriline reaktsiooni soojusefekt (V=const)H – entalpia, isobaariline soojusefekt (P=const)
S – entroopia Sgaas > Svedel > Stahke G - Gibbsi energia ΔG = ΔH -TΔS
![Page 12: KEEMILINE SIDE (II) KEEMILISED REAKTSIOONID](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062221/56814928550346895db65f8b/html5/thumbnails/12.jpg)
Gibbsi energia
Süsteemi vabaenergia muutus 1 mooli aine tekkel elementidest standardtingimustel on tekke vabaenergia ΔG0
298. standardväärtus (teatmikest leida)
Keemilise reaktsiooni kulgemisel G väheneb, kuni saavutab minimaalse väärtuse Gmin.
Püsivat tasakaalu konstantse T ja P korral iseloomustab Gibbsi energia
miinimum ΔG = 0
Iseeneslikud protsessid suletud süsteemis viivad paratamatult tasakaaluolekusse, energia miinimumi suunas , st Gibbsi energia süsteemis väheneb ΔG < 0
μ - keemiline potentsiaal - so Gibbsi energia osatuletis üht liiki molekulide järgi μi = (ðG/ðni)P,T,n
![Page 13: KEEMILINE SIDE (II) KEEMILISED REAKTSIOONID](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062221/56814928550346895db65f8b/html5/thumbnails/13.jpg)
Gibbsi vaba energia
ΔG = ΔH –TΔSΔG < 0 on reaktsiooni spontaansuse (iseenesest toimumise)
mõõduks
Neli (4) võimalust ΔH ja –TΔS kombinatsioonil
ΔH ΔS T ΔG1) – + mis iganes – spontaanne
2) – – madal – spontaanne
– – kõrge +mittespontaanne
3) + – mis iganes +mittespontaanne
4) + + madal + mittespontaanne
+ + kõrge – spontaanne
![Page 14: KEEMILINE SIDE (II) KEEMILISED REAKTSIOONID](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062221/56814928550346895db65f8b/html5/thumbnails/14.jpg)
Molekulide tekke-entalpia
ΔH0298. - soojushulk, mis vabaneb või neeldub liitaine
tekkimisel lihtainetest konstantsel rõhul p = 1 atm ja temperatuuril 298K (standardtingimustel) on standardne molekuli tekkeentalpia
Püsivate lihtainete ΔH0298. = 0
C + 2O2 = CO2 -393,5 kJ/mool (eksotermiline r-n)
ΔH298 = ΔHCO2 - 2ΔHO2 -ΔHc = - 393,5 –0 –0 = - 393,5 kJ/mol
C + 2H2 = C2H4 + 52,3 kJ/mool (endotermiline r-n)
![Page 15: KEEMILINE SIDE (II) KEEMILISED REAKTSIOONID](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062221/56814928550346895db65f8b/html5/thumbnails/15.jpg)
Endotermilised ja eksotermilised protsessid
ΔH = ΣHprod - ΣHreag
Kui entalpia muut on negatiivne -ΔH, siis eksotermiline protsess, reaktsiooni käigus eraldub energia
Eksotermiline reaktsioon
Kui entalpia muut on positiivne +ΔH, siis endotermiline protsess, reaktsiooni käigus neelatakse energiat
![Page 16: KEEMILINE SIDE (II) KEEMILISED REAKTSIOONID](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062221/56814928550346895db65f8b/html5/thumbnails/16.jpg)
TERMOKEEMIA - KÜLMAPAKENDID
Esmaabis sportlastele, meditsiinis üldse
Pakend: kuiv kemikaal NH4NO3 + tasku veega H2O.
Löögiga tasku katki ja reaktsioonil veega neeldub soojus.
NH4NO3 (t) + H2O NH4+nH2O + NO3
–mH2O (+ ΔH)
ΔH = +26,2 kJ/molΔH > 0, so endotermiline reaktsioon, soojus neeldub
Tavaliselt pakendis
30 g NH4NO3 + 100 ml H2O temperatuur langeb 20º 0 ºC
![Page 17: KEEMILINE SIDE (II) KEEMILISED REAKTSIOONID](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062221/56814928550346895db65f8b/html5/thumbnails/17.jpg)
KUUMAPAKEND
(CaCl2 või MgSO4 ) + H2O on aluseks
Vee ampulli katkitegemisel toimub reaktsioon
CaCl2 + nH2O = Ca2+aq + 2Cl–aq ΔH = - 82,8 kJ/mol
ΔH < 0, eksotermiline reaktsioon, eraldub soojus
Tavaliselt pakendis
40 g CaCl2 + 100 ml H2O temperatuur tõuseb 20° 90 °C
![Page 18: KEEMILINE SIDE (II) KEEMILISED REAKTSIOONID](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062221/56814928550346895db65f8b/html5/thumbnails/18.jpg)
KEEMILINE KINEETIKA
Gaasilises olekus molekuli kineetiline energia sõltub temperatuurist
Ekin. = 3/2 kT kus k on Boltzmanni konstant
Gaasikonstant arvestab 1 mooli ainega, milles 6,02.1023 molekuli
R = k NA = 8,13 J/mol
Reaktsioon toimumiseks peavad molekulid:
1) omama kindlat reaktsiooni barjääri ületavat energiat,
2) olema orienteeritud sobivalt
Reaktsiooni barjäär on kõrge endotermiliste reaktsioonide puhul, madalam (aga olemas) eksotermiliste reaktsioonide puhul.
![Page 19: KEEMILINE SIDE (II) KEEMILISED REAKTSIOONID](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062221/56814928550346895db65f8b/html5/thumbnails/19.jpg)
Reaktsiooni kiirus
2 NO + O2 V↔V 2 NO2
V1 = k1[NO]2[O2] V2 = k2[NO2]2
Arrheniuse võrrand k = Aexp(-Ea/RT) ln k = A – Ea/RT
Kiiruskonstant k on funktsioon reaktsiooni aktiveerimisenergiast Ea ja temperatuurist T (A on konstant)
Termodünaamiline tingimus reaktsiooni toimumiseks peab olema täidetud
Gibbsi vabaenergia muut ΔG = ΔH – TΔS ΔG <0 (peab olema negatiivne)
![Page 20: KEEMILINE SIDE (II) KEEMILISED REAKTSIOONID](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062221/56814928550346895db65f8b/html5/thumbnails/20.jpg)
Katalüsaatorid ja inhibiitorid
Katalüsaator vähendab aktiveerimisenergiat, reaktsiooni kiirus
kasvab.
Katalüsaator muudab reaktsiooni kulgemise teed ja lõpuks taastub esialgses hulgas ja esialgsete keemiliste omadustega.
Inhibiitor aeglustab reaktsiooni kulgu, tõstab aktiveerimisenergiat EA .
![Page 21: KEEMILINE SIDE (II) KEEMILISED REAKTSIOONID](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062221/56814928550346895db65f8b/html5/thumbnails/21.jpg)
Aktiveerimisenergia ja katalüsaator
Katalüsaator vähendab Ea-d. Eksotermiline protsess.
![Page 22: KEEMILINE SIDE (II) KEEMILISED REAKTSIOONID](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062221/56814928550346895db65f8b/html5/thumbnails/22.jpg)
Homogeenne ja heterogeenne katalüüs
Homogeenne katalüüs – kõik ained, nii reagendid kui ka katalüsaator, on samas faasis (kas gaasilises, vedelas või tahkes)
2SO2 + O2 + (NOx )-> 2SO3
2SO2 + 2NO2 = 2SO3 + 2NO
2NO + O2= 2NO2
Heterogeenne katalüüs – reagendid ja katalüsaator on
erifaasides
C2H4 + H2 + (Ni) = C2H6
eteeni C2H4 ja vesiniku H2 reaktsioon metalse Ni pinnal toimub mitmes
järgus (kile!!! järgmine slaid)
Gibbsi vabaenergia muut ΔG = ΔH -TΔS peab olema negatiivne (ΔG<0), et reaktsioon toimuks
![Page 23: KEEMILINE SIDE (II) KEEMILISED REAKTSIOONID](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062221/56814928550346895db65f8b/html5/thumbnails/23.jpg)
Eteeni reaktsioon nikli pinnal
1) difusioon pinnale, ained orienteeruvad pinnal
2) adsorptsioon (metalli pinnaomadused ja reagentide struktuur-omadused NiC2H4
* ja NiH2*) , mille tulemusena algab
3) reaktsioon, katkeb kaksikside kahe C vahel eteenis ja nõrgeneb keemiline side kahe H aatomi vahel vesiniku molekulis ning tekib reaktsiooni produkt - etaan C2H6
4) desorptsioon, so etaani eraldumine pinnalt. Tekkinud etaani adsorptsiooni-jõud on nõrgemad kui eteenil
5) difusioon
Kokku see oli hüdreerimis-reaktsioon
C2H4 + H2 = C2 H6