Kemi - kemisk jämvikt och reaktionshastighet

Faktorer som påverkar en reaktions hastighet

- Kontaktytan

- Ämnenas inneboende egenskaper

- Bindningsytan

- Rörlighet

- Temperatur

- Koncentration

- Katalysator i enzym

Aktiveringsenergi

= den minsta mängd energi som krävs för att en kemisk reaktion ska starta

- Sker genom att bryta bindningar i reaktanterna så att nya produkter kan bildas.

Jämvikts reaktioner

Nästan alla kemiska reaktioner är reversibla, alltså går åt båda håll och slutar ”aldrig”.

Dynamisk jämvikt

När reaktionshastigheterna är lika

Jämviktsekvationen (Guldberg-Waages lag)

- Det bestämda sambandet vid jämvikt där [A],[B],[C] och [D] är konstanta

K = jämviktskonstant

aA+bB⇌cC+dD

K=[C]c[D]d​ / [A]a[B]b

Att avgöra om jämvikt uppnåtts

1) Ställ upp jämviktsekvationen

2) Stoppa in koncentrationerna och beräkna kvoten

3) Jämför svaret med K

Q=K => jämvikt råder Q≠K => jämvikt råder ej

Q>K => nettoreaktionen går åt vänster    Q<K => nettoreaktionen går åt höger

Om Q≠K kommer nettoreaktionen gå åt det håll som gör att Q närmar sig K

Le Chateliers Princip

”Om man gör en förändring i ett system i jämvikt, går nettoreaktionen så att ändringen motverkas.”

Koncentrationsförändringar

- Produkt tillförs eller reaktant avlägsnas => reaktionen åt vänster tills Q=K

- Reaktant tillförs eller produkt avlägsnas => reaktionen åt höger tills Q=K

- K ändras bara av temperatur, när detta sker ändras bara Q

Tryckförändring

- Systemet jämnar ut (vid gasjämvikt) m.h.a att öka/minska antalet partiklar

- Ökning/Minskning => reaktionen åt hållet med minst antal partiklar

- Jämvikten förskjuts inte om antalet partiklar är samma på båda sidor

Temperaturförändring

- Värme som produkt/reaktant

- Värme => reaktionen åt vänster

- Kyla => reaktionen åt höger

- K ändras => nytt jämviktsläge

Katalysatorers inverkan på jämviktssystem

- Påskyndar både framåt- och bakåtreaktionen lika mycket.

- Jämviktsläget ändras inte (alltså förändras inte jämviktskonstanten 𝐾)

- Systemet når jämvikt snabbare, men var jämvikten ligger är oförändrat

Starka och svaga syrors och basers protolys

Protolys = överföring av protoner (H+) mellan ämnen.

När en syra löses i vatten, avger den protoner till vattenmolekyler:

HA + H2​O ⇌ H3​O+ + A−

När en bas löses i vatten, tar den upp protoner från vatten:

B + H2​O ⇌ HB+ + OH−

K_a

= syrakonstant, ett mått på hur stark en syra är

- Stort värde => hög koncentration H₃O⁺ i förhållande till [HA] (=generell syra)

K_b

= baskonstant, ett mått på hur stark en bas är

 K_w

= vattnets protolyskonstant

H2​O + H2​O ⇌ H3​O+ + OH−

Då vatten är i extremt överskott och bakas samman med K

 pK_a

- Visar hur lätt en syra avger en proton - lägre värde betyder starkare syra

- Kopplat till syrans jämviktskonstant (K_a) för protolysreaktionen.

 = −log K_a​

pK_b

- Ett mått på hur lätt en bas accepterar en proton - lägre värde betyder starkare bas

- Kopplat till basens jämviktskonstant (K_b​) för protolysreaktionen, där basen tar upp en proton från vatten.

= −log ​K_b​

pK_w

- Ett mått på vattnets protolyskonstant vid en viss temperatur.

- Den relaterar K_w  (vattnets protolyskonstant) till pH och pOH

= −log K_w

Förhållande syrabas par

pK_a + pK_b = pK_w eller  K_a+ K_b = K_w

Förhållande lösning

pH + pOH = pK_w

Amfolyter

- Ett ämne som kan fungera både som syra och bas, beroende på omgivande förhållanden

- Kan både avge protoner (fungera som en syra) och ta upp protoner (fungera som en bas).

ex: vatten eller ammoniak

Halvtitrerpunkt

- Markerar när hälften av den reagerande substansen har neutraliserats

- Användbar för att beräkna pKa eller pKb

Titrering - Neutralisation

- Metod för att bestämma koncentrationen av en okänd lösning

- Okänd lösning reagerar med lösning av känd koncentration

Ekvivalenspunkt

- Markerar när två ämnen har reagerat och ingen av dem finns kvar i överskott

Nukleofil

= kärnälskande, en partikel som attraheras av positiv laddning

ex: negativa joner, δ- delar av molekyler

Nukleofil attack

= en nukleofil dras mot/kolliderar med ett positivt (elektronfattigt) område i en annan partikel.

Intermediär

= partikel som bildas som ett övergångssteg mellan reaktanter i vissa reaktioner 

- Ofta mycket kortlivad 

ex: karbokatjonen vid addition av vatten till eten

Karbokatjon

= en positiv koljon, viktig intermediär

Karbonylkol

= kol med dubbelbundet syre, viktig plats för nukleofil attack