Inleiding tot de Scheikunde

Termen

• katalysatorEen stof die de snelheid van een chemische reactie verhoogt zonder dat deze tijdens het proces wordt verbruikt.
• activeringsenergieDe minimale hoeveelheid energie die moleculen moeten hebben om bij een botsing een reactie te laten plaatsvinden.

Reactantconcentraties

Het verhogen van de concentraties van reactanten zorgt ervoor dat de reactie sneller verloopt. Om een chemische reactie te laten verlopen, moet er een bepaald aantal moleculen zijn met een energie gelijk aan of groter dan de activeringsenergie. Als de concentratie toeneemt, zal het aantal moleculen met de minimaal vereiste energie toenemen en zal dus ook de reactiesnelheid toenemen. Bijvoorbeeld, als één op de miljoen deeltjes voldoende activeringsenergie heeft, dan zullen er van de 100 miljoen deeltjes slechts 100 reageren. Maar als je 200 miljoen van die deeltjes in hetzelfde volume hebt, dan reageren er 200. Door de concentratie te verdubbelen, is ook de reactiesnelheid verdubbeld.

Oppervlakte

Bij een reactie tussen een vaste stof en een vloeistof zal de oppervlakte van de vaste stof uiteindelijk van invloed zijn op hoe snel de reactie plaatsvindt. Dit komt doordat de vloeistof en de vaste stof elkaar alleen kunnen raken op het grensvlak tussen vloeistof en vaste stof, dat zich aan de oppervlakte van de vaste stof bevindt. De vaste moleculen die opgesloten zitten in het lichaam van de vaste stof kunnen niet reageren. Daarom zal een vergroting van het oppervlak van de vaste stof meer vaste moleculen blootstellen aan de vloeistof, waardoor een snellere reactie mogelijk is.

Bedenk bijvoorbeeld een baksteen van 6 x 6 x 2 inch. De oppervlakte van de blootgestelde oppervlakken van de baksteen is 4(6×2)+2(6×6)=120 cm^2. Wanneer de baksteen echter in negen kleinere kubussen wordt verdeeld, heeft elke kubus een oppervlakte van 6(2 keer 2) = 24 cm^2, zodat de totale oppervlakte van de negen kubussen 9 keer 24 = 216 cm^2 is.

Dit laat zien dat de totale blootgestelde oppervlakte toeneemt wanneer een groter lichaam in kleinere stukken wordt verdeeld. Aangezien een reactie aan de oppervlakte van een stof plaatsvindt, zal door vergroting van de oppervlakte de hoeveelheid van de stof die beschikbaar is om te reageren toenemen, en dus ook de reactiesnelheid.

Druk

Verhoog je de druk voor een reactie waarbij gassen betrokken zijn, dan neemt de reactiesnelheid toe. Als je de druk van een gas verhoogt, verminder je het volume (PV=nRT; P en V zijn omgekeerd evenredig), terwijl het aantal deeltjes (n) onveranderd blijft. Daarom verhoogt een toenemende druk de concentratie van het gas (n/V), en zorgt ervoor dat de gasmoleculen vaker met elkaar in botsing komen. Houd er rekening mee dat deze logica alleen werkt voor gassen, die zeer samendrukbaar zijn; het veranderen van de druk voor een reactie waarbij alleen vaste stoffen of vloeistoffen betrokken zijn, heeft geen effect op de reactiesnelheid.

Temperatuur

Experimenteel is waargenomen dat een temperatuurstijging van 10 °C de snelheid van een reactie tussen moleculen meestal verdubbelt of verdrievoudigt. De minimumenergie die nodig is om een reactie te laten verlopen, de activeringsenergie, blijft gelijk bij toenemende temperatuur. De gemiddelde toename van de kinetische energie van de deeltjes als gevolg van de geabsorbeerde warmte betekent echter dat een groter deel van de reagerende moleculen nu de minimale energie heeft die nodig is om te botsen en te reageren. Een stijging van de temperatuur veroorzaakt een stijging van de energieniveaus van de moleculen die bij de reactie betrokken zijn, zodat de reactiesnelheid toeneemt. Evenzo zal de reactiesnelheid afnemen bij een daling van de temperatuur.

Aanwezigheid of afwezigheid van een katalysator

Katalysatoren zijn stoffen die de reactiesnelheid verhogen door de activeringsenergie te verlagen die nodig is om de reactie te laten plaatsvinden. Een katalysator wordt niet vernietigd of veranderd tijdens een reactie, zodat hij opnieuw kan worden gebruikt. Bijvoorbeeld, onder normale omstandigheden combineren H2 en O2 niet. Maar in aanwezigheid van een kleine hoeveelheid platina, die als katalysator werkt, verbinden zij zich wel en de reactie verloopt dan snel.

Natuur van de reactanten

Stoffen verschillen sterk in de snelheid waarmee zij een chemische verandering ondergaan. De verschillen in reactiviteit tussen reacties kunnen worden toegeschreven aan de verschillende structuren van de betrokken materialen; het maakt bijvoorbeeld uit of de stoffen in oplossing zijn of in vaste toestand verkeren. Een andere factor heeft te maken met de relatieve bindingssterkte binnen de moleculen van de reactanten. Zo zal een reactie tussen moleculen met atomen die door sterke covalente bindingen gebonden zijn, langzamer verlopen dan een reactie tussen moleculen met atomen die door zwakke covalente bindingen gebonden zijn. Dit komt doordat het meer energie kost om de bindingen van de sterk gebonden moleculen te verbreken.

http://oer.avu.org/bitstream/handle/123456789/43/Chemistry%202%20-%20Introductory%20General.pdf?sequence=6
CC BY.