Les 5.4 Reactiesnelheid beïnvloeden

• Scheikunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 4

Les 5.4 Reactiesnelheid beïnvloeden

Planning

• Nakijken 5 en 6 (blz 92)
• 5.3 Reactiesnelheid
• Maken opgaven
• Nakijken opgaven 

Nakijken: 5 en 6 (blz 92)

5

• a) C₂H₆(g) + Br₂(l) → C₂H₅Br(l) + HBr(g)
• b)

5

• a) C₂H₆(g) + Br₂(l) → C₂H₅Br(l) + HBr(g)
• b)

5c

5

• d) Gedurende de reactie nemen de ethaan- en broomconcentratie steeds verder af. Daardoor is er steeds minder beginstof om te reageren. De reactiesnelheid neemt dan gedurende de tijd af. Op het laatst lijkt de reactiesnelheid constant te worden.

6

• a) C₆H₁₂O₆(aq) → 2 CO₂(g) + 2 C₂H5OH(aq)
• b) De gisten gaan dan dood, waardoor de reactie niet meer kan plaatsvinden.
• c) De reactie is exotherm. Er staat immers een minteken (−) voor het getal. Dat betekent dat er warmte vrijkomt. De reactor zal moeten worden gekoeld om de gisten niet dood te laten gaan.

6d

6e

• e) De gisten groeien op de glucose. Er komen steeds meer gistcellen in de reactor, waardoor de reactiesnelheid steeds groter kan worden.

Leerdoel

• Je kunt verschillen in reactiesnelheid verklaren met het botsende-deeltjesmodel.
• Je kunt verschillen in reactiesnelheid verklaren met behulp van katalyse en activeringsenergie.

Reactiesnelheidfactoren

Er zijn vier factoren die de snelheid van een reactie kunnen beïnvloeden. Een reactie verloopt sneller als:

• de temperatuur wordt verhoogd;
  
• de concentratie van de beginstoffen wordt verhoogd;
  
• de beginstoffen fijner worden verdeeld;
  
• er een geschikte katalysator wordt toegevoegd

Botsende-deeltjesmodel

• Botsende-deeltjesmodel: Deeltjes bewegen constant bij kamertemperatuur en botsen voortdurend.
• Effectieve botsing: Een botsing die leidt tot een chemische reactie.
• Moleculen moeten met voldoende snelheid en op de juiste plek botsen.
• Reactiesnelheid: Hoe meer effectieve botsingen per seconde, hoe sneller de reactie verloopt. 
• Geactiveerde toestand: Kortstondige fase waarin A, B en C tijdelijk verbonden zijn.

Reactiesnelheidfactoren

1. Concentratie

• Concentratie: Hoeveelheid moleculen of ionen in een bepaald volume. 
• Hogere concentratie → Meer botsingen: Grotere kans op effectieve botsingen per seconde en dus hogere reactiesnelheid

Reactiesnelheidfactoren

2. Temperatuur

• Beweging van moleculen: Moleculen bewegen voortdurend in een gas of vloeistof. Toevoer van energie verhoogt de bewegingssnelheid en temperatuur.
• Botsingen bij hogere temperatuur: Meer en krachtigere botsingen per seconde.
• Hogere temperatuur → Meer effectieve botsingen → Snellere reactie.

Reactiesnelheidfactoren

2. Temperatuur

• Beweging van moleculen: Moleculen bewegen voortdurend in een gas of vloeistof. Toevoer van energie verhoogt de bewegingssnelheid en temperatuur.
• Botsingen bij hogere temperatuur: Meer en krachtigere botsingen per seconde.
• Hogere temperatuur → Meer effectieve botsingen → Snellere reactie.

• Homogene mengsels: Gasmengsels en oplossingen waarin stoffen op deeltjesniveau zijn gemengd → Geen grensvlak aanwezig.
• Heterogene mengsels: Stoffen zitten in groepen van vele moleculen of ionen → Wel een grensvlak aanwezig (bijv. emulsies, suspensies).

Reactiesnelheidfactoren

3. Verdelingsgraad

• Heterogeen reactiemengsel: Vaak bevat het een vaste stof als beginstof.
• Verdelingsgraad: Hoe fijner een vaste stof is verdeeld, hoe sneller de reactie verloopt.
• Contactoppervlak: Hoe hoger de verdelingsgraad, hoe groter het contactoppervlak tussen stoffen.
• Groter contactoppervlak → Meer botsingen per seconde → Meer effectieve botsingen → Snellere reactie.

Reactiesnelheidfactoren

4. Katalysator

• Katalysator: Versnelt een reactie zonder zelf verbruikt te worden. 
• Effect op activeringsenergie: Katalysator verlaagt de benodigde energie voor een effectieve botsing.
• Energiediagram: verschil in activeringsenergie met/zonder katalysator.
• Botsingen: Zachtere botsingen kunnen al effectief zijn, wat de reactiesnelheid verhoogt.
• Constante energieniveaus: Beginstoffen en reactieproducten behouden hun energieniveau → Reactiewarmte (ΔE) blijft gelijk.

Reactiesnelheidfactoren

4. Katalysator

• Toepassing in auto’s: Katalysatoren verminderen de uitstoot van stikstofoxiden.
• Voordelen voor industrie: Lagere reactietemperaturen → Goedkopere, milieuvriendelijkere en veiligere processen.

Voorbeeldopdracht 1

Maken: 1 t/m 5 (blz 99)

Klaar? Maken 6 en 7 (blz 102)

1

• A, C, F en G

2

• a) Temperatuur: kamertemperatuur is circa 20 °C, koelkasttemperatuur is circa 4 °C.
  
• b) Katalysator: met behulp van platina verloopt de reactie bij een lagere temperatuur al voldoende snel.
• c) Verdelingsgraad: keukenzout is veel fijner verdeeld dan de kristallen in grof zeezout. De verdelingsgraad is dus groter bij een schepje keukenzout.
• d) Verdelingsgraad: hoe platter de mouten, hoe groter het contactoppervlak.

3a

3a

In het begin is er nog geen bedorven voedsel. Bij een hogere temperatuur zal al snel meer

bedorven voedsel aanwezig zijn: de lijn loopt steiler. Het eindniveau bij hoge en lage

temperatuur is hetzelfde: uiteindelijk zal al het voedsel bedorven zijn en in beide gevallen zal

dat dezelfde hoeveelheid zijn.

3b

3b

In beide situaties is er in het begin geen suiker opgelost en daarom is de beginconcentratie

0 mol L−1. Bij poedersuiker is er een groter contactoppervlak dan bij een suikerklontje. De

watermoleculen zullen daarom vaker botsen op het oppervlak van de vaste suikerkristallen

en vinden er dus ook meer effectieve botsingen plaats. Daardoor zullen de watermoleculen sneller de suikermoleculen kunnen oplossen en gaat de reactiesnelheid omhoog. In het begin loopt de concentratie opgeloste suikermoleculen snel op bij de poedersuiker. Bij een

suikerklontje is het contactoppervlak kleiner en zullen er dus minder effectieve botsingen

plaatsvinden. De reactiesnelheid is lager. De hoeveelheid suiker is hetzelfde, dus de

eindconcentratie ook.

3c

3c

In het begin is er nog geen suiker; vandaar dat de grafiek bij 0 begint. Bij een hogere zetmeelconcentratie zal er meer suiker in de oplossing komen. Daarom zal de lijn met een

hogere concentratie hoger eindigen dan die met een lagere concentratie. Omdat de concentratie hoger is, zullen er meer omzettingen per seconde plaatsvinden. Bij een lagere concentratie zal de grafiek dus minder steil lopen dan bij een hogere concentratie.

4

• a) Oppervlak: A = l · b. Een zijvlak heeft een oppervlak van 1,0 cm². Een kubus heeft zes zijvlakken. Het totale oppervlak is dan 6,0 cm²

4b

4b

4c

4c

4

• d) Het oppervlak van het grote blok is 6 cm2 (opdracht a). Het oppervlak van het kleine blok is 12 cm2      12:6 = 2. Het oppervlak is nu vergroot met een factor 2.
• e) Het zaagsel heeft een groter contactoppervlak. Daardoor vinden er meer botsingen tussen de moleculen plaats. Er zullen dan ook meer effectieve botsingen per tijdseenheid plaatsvinden, met als gevolg dat de snelheid van de verbranding toeneemt.  

5

• a) Door de hogere verdelingsgraad van de schelpen is het contactoppervlak groter waardoor de kans op effectieve botsingen groter wordt. Het aantal effectieve botsingen per seconde neemt toe waardoor de reactiesnelheid toeneemt. De reactie is sneller afgelopen, maar er wordt wel evenveel CO₂ gevormd, omdat de totale hoeveelheid schelpen even groot is

5

• b) Door de lagere zoutzuurconcentratie wordt de kans op een effectieve botsing tussen de H⁺ (aq)-ionen (zoutzuur) en de CaCO₃-deeltjes steeds kleiner. Het aantal effectieve botsingen per seconde neemt af waardoor de reactiesnelheid afneemt. Het duurt dus langer voordat de reactie is afgelopen, maar er wordt wel evenveel CO₂ gevormd, omdat de totale hoeveelheid schelpen even groot is.

5

• c) Annemijn: Bij de reactie ontwijkt koolstofdioxide waardoor de massa van de stof in de erlenmeyer afneemt tijdens de reactie. De snelheid van de massa-afname is een maat voor de snelheid van de reactie.
• Mitch: Bij de reactie ontwijkt koolstofdioxide waardoor je de gastoename kunt opmeten. De snelheid van de volumetoename is een maat voor de snelheid van de reactie.
• Dus beide manieren zijn geschikt.

Maken 6 en 7 (blz 102)

6

• a) 2 H₂O₂(aq) → 2 H₂O(l) + O₂(g) 
• b) ΔE = Ev(reactieproducten) − Ev(beginstoffen)
  
• Ev(H₂O2) = −1,88∙10⁵ J mol⁻¹         (Binas tabel 57A)
• Ev(H₂O(l)) = −2,86∙10⁵ J mol⁻¹        (Binas tabel 57A)
• Ev(O₂) = 0 J mol⁻¹                                 (O₂ is een element)
• ΔE = (2 ∙ Ev(H₂O(l)) + 1 ∙ Ev(O₂)) − (2 ∙ Ev(H₂O₂))
  
• ΔE = (2 × −2,86∙10⁵ + 1 × 0) − (2 × −1,88∙10⁵) = −1,96∙10⁵ J per 2 mol H₂O₂, dus:
• ΔE =−1,96∙10⁵ : 2 = −0,98∙10⁵ J mol−1

6

• e) 

• f) Door een grotere concentratie katalysator zullen meer deeltjes kunnen botsen met de katalysator. Hierdoor vinden er meer effectieve botsingen plaats per tijdseenheid. De reactiesnelheid zal daardoor stijgen.

7

• a) Een zetmeelmolecuul is een keten van glucosemoleculen. Maltose bestaat uit twee gekoppelde glucosemoleculen. Het enzym amylase knipt de keten van glucosemoleculen waaruit zetmeel bestaat in setjes van twee los. Zo ontstaan maltosemoleculen.
• b) C12H22O11(s) + H2O(l) → 2 C6H12O6(s)
• c) Het enzym versnelt de reactie, maar wordt zelf niet verbruikt. Na de hydrolyse is het vrije enzym weer terug gevormd.
• d Normaal gesproken geldt voor reacties: hoe hoger de temperatuur, des te hoger de
  
• reactiesnelheid. De werking van enzymen is temperatuurafhankelijk. In het menselijk lichaam
  
• is voor veel enzymen de optimale temperatuur 37 °C. Als de temperatuur te hoog wordt, gaat
  
• de werking van het enzym blijvend verloren.
  
• Geef een mogelijke verklaring op microniveau waarom enzymen niet meer functioneren als
  
• ze tot een te hoge temperatuur worden verhit.
  
• Een enzym is een eiwit. De structuur van een enzym verandert bij een hoge temperatuur. Dat
  
• betekent dat het actieve centrum wellicht anders gevormd is. Hierdoor past het
  
• substraatmolecuul niet meer in de actieve holte.