Chemie na GJN

Jistě si umíte představit, jak je důležité mít chemické reakce pod kontrolou. Pokud se někde někdy chemická reakce vymkne, může to zapříčinit ohromné katastrofy, ať už ekologické, ekonomické nebo dokonce ztráty na životech.
Nejprve se pojďme zamyslet, co to vlastně je rychlost chemické reakce. Jak ji nadefinovat? Vyjdeme z fyziky a její rychlosti. Fyzikální rychlost, třeba auta, je změna dráhy za jednotku času. Proto také na tachometrech máme jednotku km/h. Naše laboratoř se nám ale nehýbe, dráhu proto nemění, ale měnit se nám tam bude množství látek. Reaktanty budou ubývat, produkty přibývat. Pojďme sesumírovat nějaký vztah. Rychlost bude tedy změna množství látek v jednotce objemu za čas.

Mohlo by to vypadat nějak takhle. Ve vzorci v_Aje rychlost reakce vztažená ke složce A, Δn_Aje změna látkového množství složky A, V je objem reakční směsi, t je čas. Budeme však čelit problému. Vezměme si třeba reakci vodíku s kyslíkem za vzniku vody.

Protože jedna molekula kyslíku musí potkat dvě molekuly vodíku, bude vodík z reakční směsi mizet dvakrát rychleji. To je pak ale trochu nešikovné, aby rychlost stejné reakce vyjádřená podle jednotlivých složek, měla různou hodnotu. Kdybychom ji vyjadřovali přes vodíky, tak by nám vyšla hodnota dvojnásobná oproti rychlosti vyjádřené přes kyslík. Pojďme to spravit.

Stechiometrický koeficient ν_Ave vzorci nám rychlosti vztažené k jednotlivým složkám téměř srovná. Téměř proto, že reaktantů bude ubývat, produktů přibývat a rychlosti by nám vycházely s různými znaménky. Proto se dohodneme, že stechiometrický koeficient reaktantů budeme brát záporný. Stechiometrický koeficient produktů kladný. Pokud se nám nebude měnit objem, můžeme vzorec napsat také následovně:

Kde c_Aje molární koncentrace látky A. Jednotku rychlosti chemické reakce si snadno odvodíte. Prosím, vyzkoušejte si to. Mělo by vám vyjít mol . dm^-3. s^-1 . A máme hotovo a jdeme na ty jednotlivé faktory, které rychlost chemické reakce ovlivňují.

Pozor. Písmenko v („vé“) nám označuje rychlost chemické reakce a písmenko ν („ný“) nám označuje stechiometrický koeficient. Jsou si velmi podobná a některé fonty je píší takřka identicky. Dávejte si pozor, abyste je nezaměnili.

První faktor, který vás pravděpodobně napadne, je teplota . K nastartování každé reakce je třeba dodat určitou energii (říká se jí aktivační energie). Tato energie je využitá na oslabení starých vazeb, založení vazeb nových. Pokud zvýšíte teplotu počáteční reakční směsi, dodáte jí energii a reakce bude probíhat rychleji.

Tlak je také významným faktorem, ale z logiky věci pouze pro látky stlačitelné, tedy pro plyny. Pokud zvýšíme tlak, jednotlivé částice plynu se začnou více srážet, a proto reakce proběhne rychleji.

Rozhodně nás také nepřekvapí, že velký vliv bude mít i koncentrace jednotlivých reaktantů. Stejně jako u tlaku, pokud zvýšíme koncentraci reaktantů, budou se částice více srážet a reakce proběhne rychleji.

Předcházející faktory jsou velmi významné z fyzikálního hlediska, a zatímco my jsme si jejich význam popsali v několika řádcích, skrývají se za nimi složité fyzikální vztahy a krásná matematika s fyzikou. Následující faktory jsou spíše z praktičtějšího ranku. Plošný obsah povrchu reaktantů je jedním z nich. Když budou reagující látky dokonale rozptýlené, namleté, smíchané, celá reakce bude probíhat rychleji. Reagující látky se totiž dostanou do velkého kontaktu, vyřídí si rychle, co potřebují, a reakce je rychle hotová.

Obrovským chemickým úkolem je příprava nových katalyzátorů . Tyto látky výrazně urychlují chemické reakce. Dělají to tak, že třebas rozloží velkou aktivační energii na menší kousky, které jsou lépe zvládnutelné, nebo mají nějaký prazvláštní povrch, který usnadní reakční průběh nebo si umí šikovně pohrát s elektrony tak, že to reakci prospěje. Příprava katalyzátorů je pestrá, moderní a nádherná chemie.