Reazioni chimiche stanno accadendo tutto il tempo. Fuori, le reazioni chimiche alimentano le auto mentre viaggiano lungo la strada. All'interno, le reazioni chimiche si rivolgono cibo crudo in cena. Le reazioni chimiche sono ciò che mantenere ogni organismo vivente e funzionante. Due proprietà di queste reazioni, le loro cinetiche e di equilibrio, determinano in modo molto reale ciò che accade nel mondo. Gruppo musicale
Un ensemble è un gruppo di particelle identiche.
Un concetto fondamentale in qualsiasi reazione chimica è quello di "ensemble", o gruppi. Questa idea rappresenta il fatto che i giocatori fondamentali in una reazione - atomi e molecole - sono troppo piccole per essere visto, e qualsiasi reazione evidente saranno costituiti da un numero enorme di loro. Qualsiasi risultato osservabile di una reazione chimica sarà il risultato della media di ciò che accade a quel grande gruppo, o ensemble, di particelle. Non c'è nulla di misterioso il concetto di "ensemble", ed esistono innumerevoli esempi analoghi su scale più familiari. Un sacchetto di popcorn a microonde è un buon esempio di un insieme, o una stanza piena di gente.
Cinetica
L'energia di attivazione di una reazione determina la sua cinetica.
"cinetica" di una reazione chimica si riferisce a quanto velocemente si verifica. Un antiacido cadere in acqua produce una reazione di "fast" che può essere osservato dal effervescenza e bolle, mentre la trasformazione del metallo in ruggine è una reazione "lenta" che richiede solitamente troppo tempo per guardare. Ma, ancora, una reazione chimica non è una singola entità, ma è costituito il comportamento di un insieme di particelle. Una velocità di reazione è determinata da quanto tempo ci vuole, in media, per quelle particelle subiscono il cambiamento che definisce quella particolare reazione. La cinetica di una reazione sono sempre determinate dalla sua "energia di attivazione", l'energia necessaria per un atomo o molecola modifica dello stato iniziale allo stato finale. L'energia di attivazione può essere visualizzato come una collina:. Più alto della collina, più tempo ci vorrà (in media, ovviamente) per i reagenti a scalarla e rotolare giù dall'altra parte
Cinetica: Popcorn Analogia
Non in tutte le particelle in un ensemble reagire subito.
Il popcorn analogia è utile qui. Una volta che il sacchetto è posto in "condizioni di reazione" (cioè, il forno a microonde è acceso), ci vogliono pochi minuti per qualsiasi cosa accada. Poi un paio di kernel pop, poi un paio di più. Dopo circa due minuti, il popping sta accadendo troppo veloce per contare il singolo pop. Poi rallenta, ma ci sono sempre alcuni kernel che non fanno pop fino alla fine. Si potrebbe dire che il tasso medio della reazione popcorn è di circa due minuti, ma ci vuole più tempo per la reazione di "andare a compimento." Questo è esattamente la stessa cosa che sta accadendo con l'antiacido e il metallo arrugginito. Il tempo richiesto per un atomo di metallo a ruggine media è molto più lungo del tempo per una particella media antiacido a rivolgersi a fizz, poiché l'energia di attivazione è maggiore. Allo stesso tempo, alcuni atomi di metallo singoli possono arrugginirsi più rapidamente di qualche individuo antiacido particelle effervescenza.
Equilibrium
Equilibrium è determinato da quale stato ha l'energia più bassa.
Equilibrium riferisce allo stato fine preferita di una reazione chimica. Per ogni reazione, la reazione inversa è anche possibile. Ruggine può tornare indietro in metallo lucido - la reazione esiste, solo che non è molto probabile. Tra i molti milioni di particelle di ruggine sulla superficie di un recinto, forse uno sarà de-ossidare a tornare indietro in metallo. Non è abbastanza per notare, e in ogni caso, la reazione "avanti" sarà relativamente rapidamente trasformarsi di nuovo in ruggine. Se l'energia di attivazione è una collina, l'equilibrio è determinato da quale lato della collina è una valle più profonda, o di energia più bassa. In alcuni casi, come la recinzione arrugginita e il popcorn spuntato, la valle è molto più profonda sul lato opposto, e girando intorno a guardare l'altro lato della collina (che è l'energia di attivazione per la reazione inversa), è molto superiore era dall'altra parte. In questo caso, la reazione essenzialmente "arriva al completamento" e gli atomi tendono ad attraversare la collina attivazione e rimanere nella valle più profonda. In altri casi, le valli sono di uguale profondità e l'equilibrio che si raggiunge coinvolge atomi su entrambi i lati della reazione
Equilibrium:. Analogia Camera
all'inizio e alla fine gli stati di una reazione può essere pensato come "camere".
Il popcorn analogia è meno utile per una dimostrazione di equilibrio, come popcorn non tipicamente non-pop. Invece, immaginate una stanza con una ventina di persone in essa. La temperatura viene gradualmente aumentata fino a quando è abbastanza calda. In tempi diversi, la gente alzarsi e andare nella stanza accanto - ma la prossima stanza è scomodamente freddo. A periodi variabili, alcune persone lasceranno la seconda stanza e tornare al primo. (Per il bene di questo esempio, le persone si limitano solo a questi due camere.) Alla fine, il gruppo di persone che raggiungerà uno stato di equilibrio con forse dieci persone in ogni stanza, in qualsiasi momento. A volte le persone si alzano e cambiare, ma il passaggio dalla cella alla camera calda non è necessariamente più o meno favorevole rispetto alla "reazione inversa" dalla camera calda per il freddo. Un buon esempio di una reazione che viene in equilibrio è evaporazione di acqua da un corpo di acqua in aria. Se l'aria è inizialmente "a secco", la reazione in avanti è molto favorevole e molta acqua evapora. Alla fine, però, supponendo movimento dell'aria in linea, l'aria diventerà più umido e sarà meno favorevole per evaporazione dell'acqua in esso. Infatti, alcuni acqua si riaccende in liquido e tornare al corpo d'acqua. L'equilibrio è raggiunto quando lo stesso numero di molecole di acqua sono di evaporazione e condensazione in un qualsiasi punto nel tempo.
Equilibrium nei processi biologici
vita esiste lontano dall'equilibrio.
Vale la pena notare molte reazioni biologiche sono tenuti da raggiungere l'equilibrio con processi complessi all'interno del corpo. Questo stato fuori equilibrio consente energia chimica di essere sfruttata per l'uso di un cuore battente, funzionamento dei reni e cottura neuroni. Nel caso di un organismo vivente, raggiungendo l'equilibrio è per molti versi equivalenti a morte.
Energia
Cinetica e termodinamica studiare l'energia di diversi stati. Le reazioni chimiche
hanno tassi caratteristici e stati di equilibrio. Le ragioni per cui - per esempio, perché l'energia di attivazione per arrugginimento è superiore a quello della reazione antiacido, o perché la differenza di energia tra l'inizio e stati finali di una reazione è piccola e per un altro è grande - sono complesse e variano dalla reazione alla reazione, ma dipendono sempre sui costi energetici e dei benefici associati a cambiamenti nella struttura e nell'ambiente delle particelle. I campi di cinetica e termodinamica esplorare queste tematiche in modo approfondito.