Magnesium met zoutzuur (model) Toelichting



Dovnload 38.73 Kb.
Datum26.10.2018
Grootte38.73 Kb.


Magnesium met zoutzuur (model)

Toelichting


SCHEIKUNDE

Reactiekinetiek




Reactiesnelheid


Een chemische reactie is een proces waarbij beginstoffen (reactanten) worden omgezet in andere stoffen (producten). De snelheid waarmee een product wordt gevormd, kan ook worden gezien als de snelheid waarmee een beginstof verdwijnt. Dit noemen we ook wel de reactiesnelheid.

Voor een simpele, één-stapsreactie A → B kan de reactiesnelheid uitgedrukt worden als de verandering van de concentratie in de tijd, oftewel:



Beginstoffen krijgen een min-teken (-) omdat Δ[A] negatief is, maar de reactiesnelheid wel een positieve waarde heeft. Voor een complexere reactie, waarbij stoffen in een bepaalde verhouding met elkaar reageren, zoals:



aA + bB → cC + dD

is de snelheid te schrijven als:



Globaal komt de reactiesnelheid neer op een verband tussen een constante k en (relevante) concentraties:



Een formule van dit type wordt in deze lesactiviteit gebruikt. Hierbij wordt de aanname gedaan dat de concentratie OH- tijdens deze reactie niet of nauwelijks verandert, omdat deze in ruime overmaat wordt toegevoegd. Daardoor is de reactiesnelheid alleen afhankelijk van de concentratieverandering van KV

De reactiesnelheid kan op verschillende manieren bepaald worden, zoals:


  • Vorming van gas: meten van het volume gas dat tijdens de reactie verandert;

  • Vorming van gas: meten van een drukverandering die tijdens de reactie optreedt

  • Verandering van kleur: meten van de kleurintensiteit die tijdens de reactie verandert;

  • Vorming van ionen: meten van de geleidbaarheid die tijdens de reactie verandert.

Uit deze formules volgt automatisch dat de reactiesnelheid tijdens de reactie niet constant is. De concentraties van de reagerende stoffen neemt immers gedurende de reactie af, dus de reactiesnelheid ook. Dit is echter geen lineair verband, waardoor de grafieken van bijvoorbeeld de reactiesnelheid zich volgens een differentiaalvergelijking laten beschrijven.



Factoren die de reactiesnelheid beïnvloeden


Elke chemische reactie verloopt met een bepaalde snelheid. Door de omstandigheden te veranderen kan de reactiesnelheid beïnvloed worden. Binnen het botsende deeltjesmodel zijn er vijf factoren die de reactiesnelheid kunnen beïnvloeden

  • Soort stof: Hoewel er bepaalde trends (zoals in het periodiek systeem) zichtbaar zijn, reageert elke stof op zijn eigen manier.

  • Temperatuur: Het verhogen van de temperatuur zorgt dat deeltjes sneller en met meer energie bewegen. De kwantitatieve invloed van de temperatuur wordt beschreven met de Arrheniusvergelijking (zie onder). Sterk vereenvoudigd kan gezegd worden dat de reactie voor elke toename van 10 graden twee keer zo snel verloopt

  • Concentratie: Als de concentratie van de reagerende deeltjes toeneemt, kunnen er meer botsingen plaatsvinden. Hierdoor neemt de reactiesnelheid toe.

    • Druk: Voor gassen geldt dat het laten toenemen van de druk ook de reactiesnelheid verhoogt. Het verhogen van de druk kan gezien worden als het verkleinen van het volume, waardoor de concentratie van de gasvormige stoffen toeneemt en er meer botsingen zullen plaatsvinden

  • Verdelingsgraad: In reacties waar vaste stoffen bij betrokken zijn, vindt de reactie aan het oppervlak plaats. Als de reagerende stof beter verdeeld is (bijvoorbeeld verpoederd) is het oppervlak veel groter. Er vinden meer botsingen plaats, waardoor de reactiesnelheid toeneemt.

  • Katalysator: De aanwezigheid van een katalysator versnelt de reactie doordat er gebruik wordt gemaakt van een ander reactiemechanisme met lagere activeringsenergie.

Reactie-orde


Algemeen kan gezegd worden dat de reactiesnelheid afhangt van de concentratie van de reagerende stoffen. Voor de reactie:

aA + bB → cC + dD

kan de reactiesnelheid geschreven worden als



Hierin is k de reactiesnelheidsconstante. Deze is echter onder andere afhankelijk van de temperatuur en de verdelingsgraad. De exponenten x en y zijn de reactie-ordes. Deze hangen af van het reactiemechanisme en moeten experimenteel bepaald worden. Vaak wijken deze af van de bijbehorende reactiecoëfficiënten in de reactievergelijking.


De som van x en y is de totale orde van de reactie.
In een nulde-orde reactie is de snelheid van de reactie onafhankelijk van de concentratie van de reactant(en). De reactiesnelheid is gedurende de hele reactie hetzelfde. In de figuur hiernaast geeft de rode lijn een nulde-orde reactie weer.
In een eerste-orde reactie is de reactiesnelheid lineair afhankelijk van de concentratie. Als de concentratie daalt, daalt de reactiesnelheid met eenzelfde factor. In de figuur hiernaast geeft de groene lijn een eerste-orde reactie weer.
In een tweede-orde reactie is de reactiesnelheid kwadratisch afhankelijk van de concentratie. De reactiesnelheid daalt snel als de concentratie daalt. In de figuur hiernaast geeft de blauwe lijn een tweede-orde reactie weer.

Magnesium en zoutzuur


In deze activiteit bekijken leerlingen de reactie tussen magnesium en waterstofionen. De reactievergelijking voor deze reactie is als volgt weer te geven:

Mg (s) + 2 H+ (aq)  Mg2+ (aq) + H2 (g)

De vergelijking voor de reactiesnelheid voor deze reactie is:

s = k·[Mg]x·[H+]y

Hierin zijn x en y de reactie-orde voor respectievelijk Mg en H+. De totale orde van deze reactie is dan x + y. Je zou vooraf kunnen stellen dat [Mg] = 0. De reden hiervoor is dat magnesium geen opgeloste stof is. Net als bij de concentratiebreuk wordt een vaste stof vaak niet meegenomen in de reactiesnelheidsvergelijking, omdat deze (meestal) met concentraties werkt.

Het zou ook een veilige aanname zijn om op basis van de reactievergelijking y op 2 te stellen.

In Birk et al (JCE, 1993) wordt de oppervlakte van het stukje magnesium echter wel meegenomen in de vergelijking:

s = k*(oppervlakte van Mg)*[H+]2



De waarde van k wordt in dat experiment bepaald als zijnde 0,0272 (bij 32 graden Celsius). Het verwerken van deze vergelijking in het model zou kunnen resulteren in een meer nauwkeurige fit.




Magnesium met zoutzuur (model) – Toelichting


Deel met je vrienden:


De database wordt beschermd door het auteursrecht ©tand.info 2017
stuur bericht

    Hoofdpagina