Reakční kinetika

reakční kinetika studuje rychlost a faktory ji ovlivňující reakce a reakční mechanismy
podmínkám, za kterých reakce probíhá, se říká reakční
reakční mechanismy jsou pořadí dílčích reakcí
Izolované reakce
- v soustavě probíhá jedna samostatná reakce
Simultální reakce
- v soustavě probíhá několik reakcí
- reverzibilní reakce
  - z reaktantů vznikají produkty a z produktů zase reaktanty
  - obecně: $A + B ⇌ C + D$
  - např.: $H_{2} + I_{2} ⇋ 2 H I$
- paralelní reakce
  - reaktanty reagují různým způsobem a vznikají různé produkty
  - typické pro organické reakce
  - obecně: $A + B ⟶ C \lor A + B ⟶ C$
  - např.: $C H_{3} C H_{2} O H ⟶ C H_{2} = C H_{2} + H_{2} O \lor C H_{3} C H_{2} O H ⟶ C H_{3} C H O + H_{2}$
- konsekutivní reakce
  - produkty jedné reakce jsou výchozí látkou další reakce
  - obecně: $A + B \to C + D \to E + F$

Reakční rychlost

rychlost, kterou se spotřebovávají výchozí látky a tvoří se produkty
je to změna koncentrace reagujících látek za jednotku času
- $v = \frac{| Δ c |}{Δ t}$
pro rychlost reakce $x A + y B \to C$ platí kinetická rovnice
- $v = k [A]^{x} [B]^{y}$
  - $v$ - reakční rychlost
  - $k$ - rychlostní konstanta
  - $c (A), c_{A}, [A]$ - koncentrace výchozí látky
  - $x, y$ - stechimetrické koeficienty reakce

Aktivační energie

reakce probíhá srážením částic v prostoru
- aby byli srážky efektivní, musí mít částice správnou orientaci v prostoru a dostatečnou kinetickou energii
minimální energie nutná k průběhu reakce se bazývá aktivační energie ( $E_{A}$ )
umožňuje vznik aktivovaného komplexu
- aktivovaný komplex je nestabilní celek jehož rozpadem vznikají prodkty
- zanikají v něm staré vazby a tvoří se vazby nové
- obecně: $A_{2} + B_{2} ⇋ [A_{2} B_{2}] \to 2 A B$
Graf změn energie částic v průběhu reakce
- $E_{v}$ - potenciální energie reaktantů
- $E_{p}$ - potenciální energie produktů
- $E_{A}$ - aktivační energie
- $E_{A K}$ - potenciální energie aktivovaného komplexu
- $Δ Q$ - reakční teplo
aktivační energie je rovna rozdílu potenciálních energií aktivovaného komplexu a reaktantů: $E_{A} = E_{A K} - E_{v}$

Katalýza

ovlivňování rychlosti chemické reakce přidáním katalyzátoru
reakce, které při katalýze probíhají označujeme jako katalytický cyklus
Homogenní katalýza
- katalyzátor je ve stejné fázi jako ostatný složky
- katalýza probíhá většinou v kapalné fázi
  - reakční složky a katalyzátor jsou rozpuštěny v inertním rozpouštědle
- nevýhodou jsou komplikace při oddělování produktů a kytalyzátoru
- výhodou je účinnost a selektivita
Heterogenní katalýza
- katalyzátor je v jiné fázi než ostatní složky
- katalyzátorem je obvykle pevná látka, na kterou se složky v plynném nebo kapalném skupenství adsorbují a po vzniku produktů se desorbují
- katalyzátor je obvykle navíc rozptýlen na nějakém nosiči pro co největší povrch
Katalyzátor
- látka, která zvyšuje rychlost chemicé reakce
- enzymy jsou biokatalyzátory s vysokou specificitou
  - reagují obvykle jen s jednou látkou
na konci reakce se katalyzátor regeneruje
- proto se ho přidává jen málo na velké množství reaktantů
katalyzovaná reakce probíhá ve dvou stupních:
1. vzniká nestabilní meziprodukt jedné z výchozích látek a katalyzátoru
2. meziprodukt se při reakci s druhou reagující látkou rozkládá na produkt a regenerovaný katalyzátor
katalyzátor snižuje aktivační energii změnou reakčního mechanismu
- proto reakce probíhá rychleji
přítomnost katalyzátoru označujeme jeho vzorcem nad nebo pod šipkou
- např.: $N_{2} (g) + 3 H_{2} (g) \overset{F e (s)}{⟶} 2 N H_{3} (g)$
Inhibitor
- zpomalují reakce
- stabilizátory
  - reagují s meziprodukty řetězových reakcí
- katalytické jedy
  - deaktivují katalyzátory