キネティクスと熱力学

反応速度論は、学位(アレニウスと衝突論)の化学平衡において、反応の活性化エネルギーによって非常に支配されて決定される。しかし、熱力学によれば、平衡は自由エネルギー変化の関数である。ある意味では、熱力学と動力学はお互いに矛盾しているようです。どのような洞察力が欠けているかエネルギーのエネルギー対反応座標は、エンタルピーの代わりにギブス自由エネルギーであると考えられていますか?これは反応が進むにつれて活性化エネルギーが変化することを意味するでしょうか?キネティクスが間違った方法で教えられていますか?

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私は実際に高学年の教科書を使って高校生です。その典型的な動力学のレッスンです。 (1次、2次など)に依存する反応物の濃度に比例し、周波数係数(温度ベース)、立体因子、活性化エネルギーexp(-Ea/RT)を有する分子の割合が存在する。私はエネルギーやエンタルピーを解放するために活性化エネルギーを計算するはずです。自由エネルギーであれば自由エネルギーの変化が変わり続けるため、単純な大学のアプローチはうまくいかない
追加された 著者 Jamezrp,
私はあなたの質問に少し背景を追加することをお勧めします - ほとんどの人はあなたの大学でどのようにキネティクスが教えられているか分かりません。
追加された 著者 dcapocelli,

3 答え

"...化学平衡は反応の活性化エネルギーによって非常に支配されます。"

この文は正しくありません。化学平衡における種の相対量は、動力学の影響を全く受けない。何かがあれば、キネティクスは化学平衡(例えば、電子伝達反応のマーカス理論)の影響を受ける。 平衡定数の式の厳密な導出は、反応を直接参照することなく行うことができますキネティクス。

化学平衡は、無限の時間のために妨害されずに放置された後のシステムの状況です。どのシステムも有限時間に定常状態に達しなければならず、そうでなければ本質的に永久運動装置となる。換言すれば、化学平衡が達成されるためには、有限の活性化エネルギー障壁が克服されるのに十分な時間以上が与えられる。

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大量の化学は、反応速度論と熱力学の相互作用によって決定される。私たちが両方を持っていなければ、世界は鈍い場所になるでしょう。

熱力学は反応の進行方向を決定しますが、反応が起こるかどうかは反応速度によって決まることがよくあります。簡単な例を挙げる:ダイヤモンドは、室温で元素炭素から安定していません。グラファイトです。もし世界が熱力学によって純粋に決定されれば、すべての炭素はグラファイトとなり、男性は高価な光沢のあるジュエリーを女性に与えることができなくなります。しかし、この反応は起こりません。

ダイヤモンドをグラファイトに変換するために、炭素原子ごとに少なくとも1つの結合を破壊する四面体ネットワークからのダイヤモンドの化学結合を根本的に再構築する必要があるからです。これらの債券をすべて破るには、プロセスを開始するために膨大なエネルギーを必要とします(熱力学によれば、そうすることができればエネルギーが足りなくなります)。ダイアモンドからグラファイトへの経路上の中間構造として、炭素 - 炭素結合が壊れていると考えることができます。しかし、その中間構造は創造するには大きなエネルギーを必要とし、そこに到達するには室温でエネルギーが不足しているだけです。反応は非常に高温で進行する(圧力が十分に高い場合、ダイヤモンドは熱力学的に好ましい形態になる)。これは、地球(または産業)がダイヤモンドを作り出す方法です。高温では、炭素 - 炭素結合を破壊するのに十分なエネルギーがあり、平衡を確立することができます(高圧ではダイヤモンドと低圧グラファイトが好ましい)。

このすべての要点は、化学において、何が起こるかは熱力学と動力学の相互作用を伴うということです。中間体に到達するのに多くのエネルギーが必要な場合、熱力学的生成物に到達することはできません。したがって、平衡を達成することができるのは、反応の開始および終了生成物だけでなく、それらを相互変換するために渡す必要のある中間構造または化合物にも依存します。あなたが十分なエネルギーを持っていないためにそれらの構造が到達しにくければ、熱力学は起こることとは無関係です。反応の背後にある機構を考え、反応経路に沿って中間状態を作り出すために必要なエネルギーを理解する必要があります。

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エネルギーダイアグラムで参照されるエネルギーはエンタルピーです。 2つのガスを含む発熱反応である反応A = Bを考えてみましょう。順方向反応は、より低い活性化エネルギーを有するので、より速い。反応が平衡になるためには、AよりもBが多くなければならないので、順方向および逆方向の速度が等しくてもよい。

関係するすべての種が気体である発熱反応A = B + C反応を見てください。この反応は、2つの理由からより多くの生成物を生成するであろう。 1つは、順方向反応は逆反応よりも活性化エネルギーの面で容易である。 2つ目は逆反応では1よりも2つの種が一緒に来る必要がある。どちらも正しい角度などでなければならない。これはエントロピーが平衡位置に影響する方法と考えることができる。

私はA = Bのような反応でエントロピーの変化にどのように対処するのか分からない。私は、BがAより大きいエントロピーを有すると仮定すると、Bがより困難であるので、適切な構成で反応します。

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