H11.4 les 7 Reactiesnelheid

• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

H11.4 Reactiesnelheid

Leerdoelen

• je kunt de werking van een katalysator uitleggen met behulp van een energiediagram
• je kunt uit de aanwezigheid van tussenproducten afleiden wat de snelheidsbepalende stap is
• je kunt uit een energiediagram afleiden wat de snelheidsbepalende stap is

Het belang van katalyse

Waarom wordt er onderzoek gedaan aan katalysatoren?

Wat heeft de maatschappij hieraan?

Waarom is katalyse belangrijk voor onze welvaart? Door gebruik van katalysatoren....

1. kunnen er veel meer verschillende producten gemaakt worden
2. kosten processen minder energie
3. wordt vorming en uitstoot van stikstofoxiden verminderd
4. kan biomassa gebruikt worden als brandstof

Een katalysator

• wordt niet verbruikt
• verhoogt de reactiesnelheid
• verlaagt Eact
• maakt soms een andere "route" mogelijk (voorbeeld op volgende dia)

NOTEER & LEER

Een reactie met katalysator verloopt soms via een andere "route" 

                                                                                                            (= ander mechanisme):

zonder katalysator:

radicaal reactiemechanisme

(hoge activeringsenergie)

met katalysator:

polair reactiemechanisme

(lagere activeringsenergie)

Onderzoek aan reactiemechanismen

Om erachter te komen via welk mechanisme (en via welke deelstappen) een reactie verloopt, moet je meten hoe de concentraties van de stoffen tijdens de reactie veranderen als je één factor verandert.

Dit is niet eenvoudig, omdat vaak meerdere reacties tegelijkertijd verlopen (zie les 5). Soms is het mogelijk om het ontstaan en verdwijnen van tussenproducten te meten.

voorbeeld

Je meet de verandering van de concentraties van de stoffen bij de volgende reactie:

2 NO + O₂ -> 2 NO₂ 

Je ziet [NO] en [O2] dalen en er ontstaat een tussenproduct: N₂O₂

Op zoek naar een mechanisme

Blijkbaar is de reactievergelijking een totaalreactie en verloopt deze reactie in deelstappen. Bij één van deze deelstappen ontstaat N₂O₂. Een mechanisme zou dan kunnen zijn:

stap 1: 2 NO -> N₂O₂

stap 2: N₂O₂ + O₂ -> 2 NO₂ 

totaal: 2 NO + O₂ -> 2 NO₂

langzaamste stap?

Uit de meting van de concentraties kun je ook nog iets anders afleiden: de vorming van N₂O₂ in stap 1 gaat sneller dan de omzetting van N₂O₂ in stap 2. Dat zie je omdat de concentratie N₂O₂ in het begin steeds toeneemt: 

N₂O₂ hoopt zich op.

snelheidsbepalende stap

Bij het onderzoek aan reactiemechanismen kunnen onderzoekers uit de concentratie van tussenproducten afleiden wat de snelheidsbepalende stap is: de stof die ophoopt is de beginstof van de snelheidsbepalende stap.

NOTEER & LEER

De stap met de hoogste activeringsenergie verloopt het langzaamst. 

De snelheidsbepalende stap heeft dus altijd de hoogste Eact.

snelheidsbepalende stap

NOTEER & LEER

Eigen werk

Bestudeer H11.4, kijk goed naar figuur 2b en 6!

"zuur gekatalyseerde reacties" doorlezen, niet uit je hoofd leren. Dit is een voorbeeld.

Oefenen opgave 29, 31, 33, 34, 36

Kijk je werk na

Volgende les: afronden van deze opgaven H11.4