Wszystkie wykresy w kinetyce do matury

Ten post będzie już swojego rodzaju powtórzeniem, który podsumowuje w jednym miejscu wszystkie te wredne kinetyczne wykresy, z którymi możecie się spotkać na sprawdzianach czy maturze.

1. Wykres stężenia substratu i produktu od czasu

Zacznijmy od prostej, wymyślonej reakcji, w której substrat A zmienia się w produkt B.

A ⟶ B

Chcielibyśmy za pomocą wykresu pokazać, jak będzie się zmieniać stężenie (czyli generalnie : ilość) obu reagentów wraz z upływem czasu.

Logicznym chyba jest, że stężenie substratu będzie się zmniejszać, a stężenie produktu będzię się zwiększać – mamy coraz mniej substratu i coraz więcej produktu. Teraz jeszcze bardzo ważne jest spojrzenie na stechiometrię reakcji!

W naszej reakcji oba reagenty są ze sobą w stosunku stechiometrycznym 1 : 1 , co oznacza, że gdy przereaguje 1 mol substratu A, to powstanie 1 mol substratu B. W takim razie, szybkość zmiany stężenia A (szybkość ubywania/zużywania) oraz B (szybkość powstawania) będzie taka sama.

Wykres zmiany stężeń substratów i produktów w czasie. Jak zmieniają się stężenia reagentów wraz z upływem czasu?

Powyższy wykres można spróbować ująć jeszcze w tabelce :

Stężenie
substratu A
Stężenie
produktu B
Czas (s)
100
0,60,430
0,50,560
0,390,61100
Jak nie wykres, to tabelka! Swoją drogą, niedługo się z nią mocno zaprzyjaźnisz przy okazji równowagi chemicznej.

Jak widzimy, jest to zwykła stechiometria. Jeśli przereagowało 0,4 substratu A, to tyle też powstało produktu B (tutaj po wymyślonych oczywiście 30 sekundach). Zauważmy, że jest taki moment reakcji (tutaj 60 sekund), gdzie stężenia obu reagentów się ze sobą zrównują – widzieliśmy to na wykresie w tym miejscu, gdzie przecinały się ze sobą dwie linie (niebieska i czerwona).


Aby jednak nie było tak łatwo, musimy także rozpatrzeć reakcję, w której stechiometria jest nieco bardziej skomplikowana.

Przeanalizujemy syntezę jodowodoru z pierwiastków :

H2 + I2 ⟶ 2HI

Tutaj sytuacja jest już nieco inna. Bo w momencie gdy przereaguje 1 mol wodoru (lub jodu) to zdążą już powstać aż 2 mole HI. Gdy przereaguje 0,7 mola I2 , to powstanie już 1,4 mola HI. Zatem ewidentnie widać, że szybkość zużywania wodoru jest dwa razy mniejsza niż szybkość tworzenia HI. Z drugiej strony szybkość zużywania wodoru = szybkość zużywania jodu. Musimy to zatem pokazać na wykresie – linia pokazująca szybkość dla HI musi być bardziej stroma, mocniej iść do góry, bo powstaje on znacznie (dwa razy) szybciej niż zużywa się wodór.

Ten sam wykres zmiany stężeń substratów i produktów w czasie, tylko z nieco trudniejszą stechiometrią.

Powyższy wykres można spróbować ująć jeszcze w tabelce :

Stężenie H2Stężenie I2Stężenie HICzas (s)
3300
2,12,10,9 • 2 = 1,820
221 • 2 = 250
1,581,581,42 • 2 = 2,8495
Jak nie wykres, to tabelka! Swoją drogą, niedługo się z nią mocno zaprzyjaźnisz przy okazji równowagi chemicznej.

Tutaj jako, że stężenie wodoru było takie samo jak stężenie jodu, to wystarczyło na wykresie pokazać tylko jeden z nich. Nic oczywiście nie stoi na przeszkodzie, aby początkowe ilości wodoru i jodu nie były sobie równe.

Załóżmy taką sytuację, że na początku jodu było mniej. Bardzo łatwo na takim wykresie byłoby rozpoznać, gdzie jest jod, a gdzie wodór. Wystarczy zerknąć na sam początek reakcji (t = 0) i zobaczyć, które stężenie jest wyższe – to będzie wodór.

Nie ma problemu, aby początkowe ilości nie były na przykład stechiometryczne – możemy przecież do reakcji brać dowolne ilości reagentów.

Inne spojrzenie poprzez tabelkę:

Stężenie H2Stężenie I2Stężenie HICzas (s)
32,400
2,21,61,620
21,4250
0,850,254,3130
Ćwiczymy tabelki, a już za chwilę będziemy je wykorzystywać w następnym dziale!

Tutaj warto zauważyć, że są dwa różne momenty, w których stężenia substratów zrównują się ze stężeniem produktu.

3. Wykres szybkości od stężenia substratu

To jest niezwykle prosty (w dosłownym tego słowa znaczeniu) wykres, który wynika z samego początku nauki kinetyki chemicznej. Im większe stężenie substratu, tym większa szybkość reakcji. Poniższy wykres przedstawia taką zależność dla reakcji pierwszego rzędu, a więc dla ogólnego równania kinetycznego, które moglibyśmy przedstawiać następująco (dla jakiegoś dowolnego substratu A) :

v = k[A]1

Zależność szybkości reakcji od stężenia substratu – dla reakcji pierwszego rzędu.

4. Wykres z okresem półtrwania

To już zostało dokładnie omówione w dwóch postach, które możesz znaleźć tutaj :

Czas półtrwania

Czas półtrwania – zadania z kinetyki

Wykres pokazujący na czym polega okres półtrwania – jest to czas, w którym połowa próbki ulegnie rozpadowi.

5. Wykres z energią aktywacji i entalpią

Energia aktywacji została już opisana tutaj, zatem teraz tylko przypomnimy sobie jak wyglądały te wykresy.

Wykres energetyczny dla reakcji endotermicznej.
Wykres energetyczny dla reakcji egzotermicznej.

Leave a Reply

%d bloggers like this: