1. Reactiekinetiek

Samenvatting voor scheikunde - Reactiekinetiek

Reactiviteit van stoffen

Zoals je ondertussen waarschijnlijk wel weet kunnen stoffen met elkaar reageren. De neiging van een stof om chemische reacties te ondergaan wordt dan de reactiviteit van die stof genoemd. De ene stof heeft een hogere reactiviteit dan de andere. Ten eerste hangt het dus van de reactiviteit van de aanwezige stoffen af of, en hoeveel, er gereageerd wordt. 

Activeringsenergie

Reacties vinden niet zomaar plaats. Er moet een bepaalde hoeveelheid activeringsenergie zijn om een reactie in gang te zetten, zoals we kunnen zien in een energiediagram. Als deze activeringsenergie voor een bepaalde reactie hoog is, dan zal de reactie minder snel plaatsvinden, de drempel is immers hoger. Om deze activeringsenergie te verlagen, kan een katalysator worden toegevoegd. Dit is een stof die de snelheid van een reactie vergroot door de activeringsenergie te verlagen. 

Reactiesnelheid

Elke reactie heeft vervolgens zijn eigen reactiesnelheid (s). Dit geeft dus aan hoe snel de reactie plaatsvindt tussen de stoffen. Dit drukken we uit in de verandering in concentratie per tijdseenheid. Door de reactie verandert de concentratie, dus hoeveel van de stof aanwezig is, namelijk. De formule wordt dan . Concentratie geven we aan met mol L$^{-1}$, dus als we dat delen voor seconden krijgen we reactiesnelheid in mol L$^{-1}$ s$^{-1}$. 

Als je dus de beginconcentratie en eindconcentratie weet na een bepaald aantal seconden, dan kan je de reactiesnelheid berekenen met de formule. Deze reactiesnelheid is dus afhankelijk van de reactiviteit van de aanwezige stoffen en de activeringsenergie van de specifieke reactie, wat beïnvloed kan worden door een katalysator. 

Waarvan is de reactiesnelheid afhankelijk?

De reactiesnelheid is ook afhankelijk van het aantal botsingen van de deeltjes dat plaatsvindt per tijdseenheid. De reactie vindt namelijk plaats doordat de deeltjes met elkaar in aanraking komen; botsen dus. Daarbij moet dan wel genoeg activeringsenergie zijn om de reactie te laten plaatsvinden, door bijvoorbeeld de kinetische energie van de deeltjes die ervoor zorgt dat ze met elkaar botsen. 

Niet elke botsing veroorzaakt een reactie. We zeggen dan dat de botsing niet effectief is geweest. De botsingen die wel een reactie veroorzaken noemen we dan effectieve botsingen. Van alle botsingen is dus maar een deel effectief. Aan de hand van het zogenoemde botsende-deeltjes-model wordt dan omschreven dat de deeltjes altijd in beweging zijn en daarom met elkaar in botsing komen. 

Waarvan is het aantal botsingen van deeltjes afhankelijk?

De reactiesnelheid is dus mede afhankelijk van het aantal botsingen van de deeltjes, en dit is weer afhankelijk van een aantal factoren. 

1. Ten eerste de concentratie. Dit is natuurlijk logisch. Hoe hoger de concentratie, hoe meer deeltjes per volume, dus hoe meer deeltjes tegen elkaar aanbotsen. Hoe meer botsingen, hoe meer effectieve botsingen, dus hoe meer reacties per tijdseenheid.

2. In het verlengde hiervan ligt druk. Als een reactie plaatsvindt in de gasfase, dan kan de reactiesnelheid ook beïnvloed worden door druk. Als je een bepaalde hoeveelheid deeltjes hebt in een ruimte, en je die ruimte vervolgens kleiner maakt, dan zal de hoeveelheid deeltjes per volume-eenheid groter worden, waardoor er meer botsingen plaatsvinden, waardoor de reactiesnelheid omhoog gaat. 

3. Ten derde de verdelingsgraad. Hoe fijner de verdeling van de stof, dus in hoe kleinere deeltjes de stof verdeeld is, hoe hoger de reactiesnelheid. Als je iets in kleine deeltjes opdeelt, dan wordt het totale oppervlak namelijk groter. Een makkelijke manier om dit te begrijpen is het volgende. Stel je hebt een blok, waarvan de buitenzijdes natuurlijk de oppervlakte zijn. Als je dat blok door de helft snijdt, dan krijg je twee blokken die samen hetzelfde oppervlakte hebben als het originele blok, alleen dan plus 2x het oppervlakte dat we net gesneden hebben. Kleinere stukken hebben dus samen meer oppervlakte. Als er meerdere kleine deeltjes zijn, dan is de kans groter dat er botsingen plaatsvinden, waardoor de reactiesnelheid omhoog gaat.

4. Dan temperatuur. Als het warmer is, dan gaan deeltjes sneller bewegen. En doordat de deeltjes sneller bewegen gebeuren er twee dingen. Ten eerste zijn de deeltjes per tijdseenheid op meer plekken, dus zullen er meer botsingen plaatsvinden. En ten tweede zullen de botsingen harder zijn, waardoor de kans op effectieve botsingen groter wordt. Hoe warmer, hoe sneller de reactiesnelheid dus.