reaktiokinetiikkaa

Reaktiokinetiikka on kemian ala, joka tutkii kemiallisten reaktioiden nopeuksia ja niiden riippuvuutta olosuhteista. Reaktionopeus määritellään usein muutoksen määrän sijaintiin aikaan nähden: esimerkiksi rate = -d[A]/dt = d[B]/dt. Yleisesti nopeus riippuu reagoivien aineiden konsentraatioista sekä lämpötilasta, paineesta ja mahdollisesta katalyyttisestä toiminnasta.

Rate-law eli nopeuslaki kuvaa nopeuden riippuvuutta konsentraatioista. Yleinen muoto on rate = k[A]^m[B]^n, jossa k on nopeuskertoimen arvo ja m+n on kokonaisreaktion järjestys. Lämpötila vaikuttaa k:een Arrhenius-yhtälön k = A exp(-Ea/RT) kautta. Monimutkaisissa reaktioissa voidaan käyttää monivaiheisia mekanismeja; kokonaisnopeus määräytyy usein hitaimman, rate-determining stepin mukaan. Katalyytit ja entsyymit voivat pienentää aktiivista este Ea:ta ja muuttaa reaktion mekanismia.

Integroituina nopeuslakeina käsitellään erikokoisia tapauksia: nollatason reaktioissa [A] = [A]0 - kt; ensimmäisen kertaluvun reaktiot noudattavat ln[A] = ln[A]0 - kt; toisen kertaluvun reaktioissa 1/[A] = 1/[A]0 + kt. Puoliintumisaika t1/2 riippuu reaktion järjestyksestä; esimerkiksi ensimmäisen kertaluvun tapauksessa t1/2 = 0,693/k, kun taas toisen kertaluvun tapauksessa t1/2 = 1/(k[A]0).

Homogeenisessa kinetiikassa reagoivat aineet ovat sekoittuneessa faasissa, kun taas heterogeenisessa kinetiikissa ratkaisevaa on faasin rajaseinämän ylittäminen. Monimutkaisissa reaktioissa käytetään myös pysyvän tilan (steady-state) tai esiekilibrin (pre-equilibrium) lähestymistapoja.

Tutkimuksessa käytetään initial-rate menetelmää, differentiaalista analyysiä sekä spektroskoppisia ja calorimetrisia mittauksia. Reaktiokinetiikka on keskeistä prosessisuunnittelussa, katalyyttisessä kehityksessä sekä ympäristö-, biokemiallisissa ja teollisissa sovelluksissa.