Ефект на волуменот врз брзината на реакцијата. Брзината на хемиската реакција и факторите кои влијаат на неа. Мерење на брзината на еден процес

Постојано се соочуваме со различни хемиски интеракции. Согорувањето на природен гас, рѓосувањето на железото, киселоста на млекото - тоа не се сите процеси кои детално се изучуваат на училишниот курс по хемија.

На некои реакции им требаат делови од секунди за да се појават, додека за некои интеракции се потребни денови или недели.

Ајде да се обидеме да ја идентификуваме зависноста на брзината на реакцијата од температурата, концентрацијата и другите фактори. Новиот образовен стандард издвојува минимално време за настава за оваа проблематика. Тестовите на Единствениот државен испит вклучуваат задачи за зависноста на брзината на реакција од температурата, концентрацијата, па дури и нудат проблеми со пресметката. Многу средношколци доживуваат одредени потешкотии при наоѓањето одговори на овие прашања, па затоа детално ќе ја анализираме оваа тема.

Релевантност на прашањето што се разгледува

Информациите за стапката на реакција имаат важно практично и научно значење. На пример, во специфичното производство на супстанции и производи, продуктивноста на опремата и цената на стоката директно зависат од оваа вредност.

Класификација на тековните реакции

Постои директна врска помеѓу состојбата на агрегација на почетните компоненти и производите формирани при хетерогени интеракции.

Во хемијата, систем обично значи супстанција или комбинација од нив.

Систем кој се состои од една фаза (иста состојба на агрегација) се смета за хомоген. Како пример, можеме да споменеме мешавина од гасови и неколку различни течности.

Хетероген систем е систем во кој супстанциите што реагираат се во форма на гасови и течности, цврсти материи и гасови.

Не постои само зависност на брзината на реакцијата од температурата, туку и од фазата во која се користат компонентите што влегуваат во анализираната интеракција.

Хомоген состав се карактеризира со процесот што се случува низ целиот волумен, што значително го подобрува неговиот квалитет.

Ако почетните супстанции се во различни фазни состојби, тогаш максималната интеракција се забележува на фазниот интерфејс. На пример, кога активен метал се раствора во киселина, формирањето на производ (сол) се забележува само на површината на нивниот контакт.

Математичка врска помеѓу брзината на процесот и различни фактори

Како изгледа равенката за зависноста на брзината на хемиската реакција од температурата? За хомоген процес, брзината се определува со количината на супстанција што комуницира или се формира за време на реакцијата во волуменот на системот по единица време.

За хетероген процес, стапката се определува во однос на количината на супстанција што реагира или се произведува во процесот по единица површина во минимален временски период.

Фактори кои влијаат на брзината на хемиската реакција

Природата на супстанциите што реагираат е една од причините за различните стапки на процеси. На пример, алкалните метали формираат алкали со вода на собна температура, а процесот е придружен со интензивно ослободување на водороден гас. Благородните метали (злато, платина, сребро) не се способни за такви процеси ниту на собна температура, ниту кога се загреваат.

Природата на реактантите е фактор што се зема предвид во хемиската индустрија за да се зголеми профитабилноста на производството.

Откриена е врска помеѓу концентрацијата на реагенсите и брзината на хемиската реакција. Колку е повисоко, толку повеќе честички ќе се судрат, па затоа процесот ќе продолжи побрзо.

Законот за масовно дејство во математичка форма опишува директно пропорционална врска помеѓу концентрацијата на почетните супстанции и брзината на процесот.

Беше формулиран во средината на деветнаесеттиот век од рускиот хемичар Н.Н.Бекетов. За секој процес, се одредува реакциона константа, која не е поврзана со температурата, концентрацијата или природата на реактантите.

За да ја забрзате реакцијата во која е вклучена цврста материја, треба да ја сомелете во состојба на прав.

Во овој случај, површината се зголемува, што позитивно влијае на брзината на процесот. За дизел гориво, се користи специјален систем за вбризгување, поради што, кога доаѓа во контакт со воздух, стапката на согорување на јаглеводородната смеса значително се зголемува.

Греење

Зависноста на брзината на хемиската реакција од температурата се објаснува со молекуларната кинетичка теорија. Ви овозможува да го пресметате бројот на судири помеѓу молекулите на реагенсот под одредени услови. Ако сте вооружени со такви информации, тогаш во нормални услови сите процеси треба да продолжат веднаш.

Но, ако земеме специфичен пример за зависноста на брзината на реакција од температурата, излегува дека за интеракција потребно е прво да се скршат хемиските врски помеѓу атомите, така што од нив се формираат нови супстанции. Ова бара значителни трошоци за енергија. Која е зависноста на брзината на реакцијата од температурата? Енергијата на активирање ја одредува можноста за руптура на молекулите; токму таа енергија ја карактеризира реалноста на процесите. Неговите единици се kJ/mol.

Ако енергијата е недоволна, судирот ќе биде неефикасен, па затоа не е придружен со формирање на нова молекула.

Графички приказ

Зависноста на брзината на хемиската реакција од температурата може да се прикаже графички. Кога се загрева, бројот на судири меѓу честичките се зголемува, што ја забрзува интеракцијата.

Како изгледа графикот на брзината на реакција наспроти температурата? Енергијата на молекулите се прикажува хоризонтално, а бројот на честички со висока енергетска резерва е означен вертикално. Графикот е крива според која може да се процени брзината на одредена интеракција.

Колку е поголема разликата во енергијата од просекот, толку точката на кривата се наоѓа подалеку од максимумот, а помал процент на молекули имаат таква енергетска резерва.

Важни аспекти

Дали е можно да се запише равенката за зависноста на константата на брзината на реакцијата од температурата? Неговото зголемување се рефлектира во зголемување на брзината на процесот. Оваа зависност се карактеризира со одредена вредност наречена температурен коефициент на брзината на процесот.

За секоја интеракција, беше откриена зависноста на константата на брзината на реакцијата од температурата. Ако се зголеми за 10 степени, брзината на процесот се зголемува за 2-4 пати.

Зависноста на брзината на хомогени реакции од температурата може да се претстави во математичка форма.

За повеќето интеракции на собна температура, коефициентот е во опсег од 2 до 4. На пример, со температурен коефициент од 2,9, зголемувањето на температурата од 100 степени го забрзува процесот за речиси 50.000 пати.

Зависноста на брзината на реакцијата од температурата лесно може да се објасни со различни енергии на активирање. Има минимална вредност при јонски процеси, кои се одредуваат само со интеракцијата на катјоните и анјоните. Бројни експерименти укажуваат на моментална појава на такви реакции.

При висока енергија на активирање, само мал број судири меѓу честичките ќе доведат до интеракција. При просечна енергија на активирање, реактантите ќе комуницираат со просечна брзина.

Задачите за зависноста на брзината на реакција од концентрацијата и температурата се разгледуваат само на повисоко ниво на образование и често предизвикуваат сериозни тешкотии кај децата.

Мерење на брзината на еден процес

Оние процеси кои бараат значителна енергија за активирање вклучуваат почетен прекин или слабеење на врските помеѓу атомите во почетните супстанции. Во овој случај, тие преминуваат во одредена средна состојба наречена активиран комплекс. Тоа е нестабилна состојба, доста брзо се распаѓа на реакциони производи, процесот е придружен со ослободување на дополнителна енергија.

Во својата наједноставна форма, активиран комплекс е конфигурација на атоми со ослабени стари врски.

Инхибитори и катализатори

Да ја анализираме зависноста на брзината на ензимската реакција од температурата на медиумот. Таквите супстанции функционираат како забрзувачи на процесот.

Тие самите не се учесници во интеракцијата, нивниот број останува непроменет по завршувањето на процесот. Додека катализаторите помагаат да се зголеми брзината на реакција, инхибиторите, напротив, го забавуваат овој процес.

Суштината на ова лежи во формирањето на средни соединенија, како резултат на што се забележува промена во брзината на процесот.

Заклучок

Секоја минута во светот се случуваат различни хемиски интеракции. Како да се утврди зависноста на брзината на реакција од температурата? Равенката Арениус е математичко објаснување за односот помеѓу константата на брзината и температурата. Тоа дава идеја за оние вредности на енергијата за активирање при кои е можно уништување или слабеење на врските помеѓу атомите во молекулите и дистрибуција на честички во нови хемиски супстанции.

Благодарение на молекуларната кинетичка теорија, можно е да се предвиди веројатноста за интеракции помеѓу почетните компоненти и да се пресмета брзината на процесот. Меѓу оние фактори кои влијаат на брзината на реакцијата, од особена важност се промените во температурата, процентуалната концентрација на супстанциите кои содејствуваат, површината на контактната површина, присуството на катализатор (инхибитор), како и природата на компонентите кои содејствуваат.

Во животот се среќаваме со различни хемиски реакции. Некои од нив, како рѓосувањето на железото, можат да траат неколку години. Други, како што е ферментирањето на шеќер во алкохол, трае неколку недели. Огревното дрво во шпорет гори за неколку часа, а бензинот во моторот гори за дел од секундата.

За да се намалат трошоците за опрема, хемиските погони ја зголемуваат брзината на реакциите. И некои процеси, на пример, расипување на храна и корозија на метал, треба да се забават.

Брзина на хемиска реакцијаможе да се изрази како промена на количината на материјата (n, модуло) по единица време (t) - споредете ја брзината на телото во движење во физиката како промена на координатите по единица време: υ = Δx/Δt. За брзината да не зависи од волуменот на садот во кој се одвива реакцијата, изразот го делиме со волуменот на супстанците кои реагираат (v), т.е.промена на количината на супстанција по единица време по единица волумен, или промена на концентрацијата на една од супстанциите во единица време:

каде што c = n / v е концентрацијата на супстанцијата,

Δ (читај „делта“) е општо прифатена ознака за промена на вредноста.

Ако супстанциите имаат различни коефициенти во равенката, брзината на реакција за секоја од нив пресметана со оваа формула ќе биде различна. На пример, 2 молови сулфур диоксид целосно реагирале со 1 мол кислород за 10 секунди во 1 литар:

2SO2 + O2 = 2SO3

Стапката на кислород ќе биде: υ = 1: (10 1) = 0,1 mol/l s

Брзина за сулфур диоксид: υ = 2: (10 1) = 0,2 mol/l s- ова не треба да се запамети и да се каже за време на испитот, примерот е даден за да не се збуни ако се појави ова прашање.

Брзината на хетерогени реакции (вклучувајќи цврсти материи) често се изразува по единица површина на површините што се во контакт:

Реакциите се нарекуваат хетерогени кога реактантите се во различни фази:

• цврста со друга цврста, течна или гасна,
• две течности што не се мешаат
• течност со гас.

Хомогени реакции се случуваат помеѓу супстанциите во една фаза:

• помеѓу добро измешани течности,
• гасови,
• супстанции во раствори.

Услови кои влијаат на брзината на хемиските реакции

1) Брзината на реакција зависи од природата на реактантите. Едноставно кажано, различни супстанции реагираат со различна брзина. На пример, цинкот реагира насилно со хлороводородна киселина, додека железото реагира прилично бавно.

2) Колку е поголема брзината на реакцијата, толку побрзо концентрацијасупстанции. Цинкот ќе реагира многу подолго со високо разредена киселина.

3) Брзината на реакцијата значително се зголемува со зголемувањето температура. На пример, за да изгори горивото, неопходно е да се запали, т.е. да се зголеми температурата. За многу реакции, зголемувањето на температурата за 10°C е придружено со 2-4 пати зголемување на брзината.

4) Брзина хетерогениреакциите се зголемуваат со зголемување површини на супстанции кои реагираат. Цврстите материи обично се мелат за оваа намена. На пример, за да реагираат прашокот од железо и сулфур при загревање, железото мора да биде во форма на фина струготини.

Ве молиме имајте предвид дека во овој случај формулата (1) се подразбира! Формулата (2) ја изразува брзината по единица површина, затоа не може да зависи од површината.

5) Брзината на реакција зависи од присуството на катализатори или инхибитори.

Катализатори- супстанции кои ги забрзуваат хемиските реакции, но не се трошат. Пример е брзото распаѓање на водород пероксид со додавање на катализатор - манган (IV) оксид:

2H 2 O 2 = 2H 2 O + O 2

Манганот (IV) оксид останува на дното и може повторно да се користи.

Инхибитори- супстанции кои ја забавуваат реакцијата. На пример, инхибиторите на корозија се додаваат во системот за загревање на водата за да се продолжи животниот век на цевките и батериите. Во автомобилите, инхибиторите на корозија се додаваат во течноста за сопирачките и течноста за ладење.

Уште неколку примери.

Главните изучувани концепти:

Брзина на хемиски реакции

Моларна концентрација

Кинетика

Хомогени и хетерогени реакции

Фактори кои влијаат на брзината на хемиските реакции

Катализатор, инхибитор

Катализа

Реверзибилни и неповратни реакции

Хемиска рамнотежа

Хемиските реакции се реакции како резултат на кои од една супстанција се добиваат други супстанции (од оригиналните супстанции се формираат нови супстанции). Некои хемиски реакции се случуваат во дел од секундата (експлозија), додека други траат минути, денови, години, децении итн.

На пример: реакцијата на согорување на барутот се јавува веднаш со палење и експлозија, а реакцијата на затемнување на среброто или рѓосување на железо (корозија) се случува толку бавно што нејзиниот резултат може да се следи само по долго време.

За да се карактеризира брзината на хемиската реакција, се користи концептот брзина на хемиска реакција - υ.

Брзина на хемиска реакцијае промената на концентрацијата на еден од реактантите на реакцијата во единица време.

Формула за пресметување на брзината на хемиска реакција:

c 1 – моларна концентрација на супстанцијата во почетното време t 1

c 2 – моларна концентрација на супстанцијата во почетното време t 2

бидејќи брзината на хемиската реакција се карактеризира со промена на моларната концентрација на реактантите (почетни супстанции), потоа t 2 > t 1 и c 2 > c 1 (концентрацијата на почетните супстанции се намалува како што продолжува реакцијата) .

Моларна концентрација (и)– е количината на супстанција по единица волумен. Мерната единица за моларна концентрација е [mol/l].

Гранката на хемијата која ја проучува брзината на хемиските реакции се нарекува хемиска кинетика. Знаејќи ги неговите закони, едно лице може да ги контролира хемиските процеси и да ги постави со одредена брзина.

При пресметување на брзината на хемиска реакција, неопходно е да се запамети дека реакциите се поделени на хомогени и хетерогени.

Хомогени реакции– реакции кои се случуваат во иста средина (т.е., реактантите се во иста состојба на агрегација; на пример: гас + гас, течност + течност).

Хетерогени реакции- ова се реакции што се случуваат помеѓу супстанции во хетерогена средина (постои фазен интерфејс, т.е. супстанциите што реагираат се во различни состојби на агрегација; на пример: гас + течен, течен + цврст).

Горенаведената формула за пресметување на брзината на хемиската реакција важи само за хомогени реакции. Ако реакцијата е хетерогена, тогаш таа може да се случи само на површината на реактантите.

За хетерогена реакција, брзината се пресметува со формулата:

∆ν – промена на количината на супстанцијата

S – област на интерфејс

∆ t – временски период во кој се одвивала реакцијата

Брзината на хемиските реакции зависи од различни фактори: природата на реактантите, концентрацијата на супстанциите, температурата, катализаторите или инхибиторите.

Зависност на стапките на реакција од природата на супстанциите што реагираат.

Ајде да ја анализираме оваа зависност на брзината на реакцијата користејќи пример: ајде да испуштиме метални гранули со еднаква површина во две епрувети кои содржат иста количина раствор на хлороводородна киселина (HCl): гранула од железо (Fe) во првата епрувета и гранула од магнезиум (Mg) во втората. Како резултат на набљудувањата, врз основа на брзината на ослободување на водород (H2), може да се забележи дека магнезиумот реагира со хлороводородна киселина со најголема брзина од железото. Брзината на оваа хемиска реакција е под влијание на природата на металот (т.е. магнезиумот е пореактивен метал од железото и затоа реагира посилно со киселината).

Зависност на брзината на хемиските реакции од концентрацијата на реактантите.

Колку е поголема концентрацијата на супстанцијата која реагира (почетна), толку побрзо се одвива реакцијата. Спротивно на тоа, колку е помала концентрацијата на реактантот, толку е побавна реакцијата.

На пример: истурете концентриран раствор на хлороводородна киселина (HCl) во едната епрувета, а разреден раствор на хлороводородна киселина во другата. Ајде да ставиме цинк гранула (Zn) во двете епрувети. Ќе забележиме, според брзината на еволуцијата на водородот, дека реакцијата ќе продолжи побрзо во првата епрувета, бидејќи концентрацијата на хлороводородна киселина во неа е поголема отколку во втората епрувета.

За да се одреди зависноста на брзината на хемиската реакција, користете закон за дејствување на (дејствувачките) маси : брзината на хемиската реакција е директно пропорционална на производот од концентрациите на супстанциите што реагираат, земени во моќности еднакви на нивните коефициенти.

На пример, за реакција што се одвива според шемата: nA + mB → D, брзината на хемиската реакција се одредува со формулата:

υ ч.р. = k · C (A) n · C (B) m , Каде

υ x.r - брзина на хемиска реакција

C (A) - А

C (B) - моларна концентрација на супстанцијаВО

n и m - нивните коефициенти

k - константа на брзина на хемиска реакција (референтна вредност).

Законот за масовно дејство не важи за супстанции во цврста состојба, бидејќи нивната концентрација е константна (поради фактот што тие реагираат само на површината, која останува непроменета).

На пример: за реакција 2 Cu + O 2 = 2 CuO брзината на реакција се одредува со формулата:

υ ч.р. = k C(O 2)

ПРОБЛЕМ: Константата на брзина за реакцијата 2A + B = D е 0,005. пресметајте ја брзината на реакција при моларна концентрација на супстанцијата A = 0,6 mol/l, супстанција B = 0,8 mol/l.

Зависност на брзината на хемиската реакција од температурата.

Оваа зависност е одредена Ван'т Хоф правило (1884): со секое зголемување на температурата од 10°C, брзината на хемиската реакција се зголемува во просек за 2-4 пати.

Така, интеракцијата на водородот (H 2) и кислородот (O 2) на собна температура скоро и да не се случува, брзината на оваа хемиска реакција е толку мала. Но, на температура од 500 C o оваа реакција се одвива за 50 минути, а на температура од 700 C o се случува речиси моментално.

Формула за пресметување на брзината на хемиска реакција според правилото Ван'т Хоф:

каде што: υ t 1 и υ t 2 - стапки на хемиски реакции на t 2 и t 1

γ е температурен коефициент, кој покажува колку пати се зголемува брзината на реакцијата со зголемување на температурата за 10 C o.

Промена на брзината на реакција:

2. Заменете ги податоците од изјавата за проблемот во формулата:

Зависност на стапките на реакција од специјални супстанции - катализатори и инхибитори.

Катализатор- супстанца која ја зголемува брзината на хемиската реакција, но самата не учествува во неа.

Инхибитор- супстанца која ја забавува хемиската реакција, но самата не учествува во неа.

Пример: во пробна епрувета со раствор од 3% водород пероксид (H 2 O 2), кој е загреан, додадете тлее фрагмент - нема да светне, бидејќи стапката на реакција на распаѓање на водород пероксид во вода (H 2 O) и кислород (O 2) е многу ниска, а добиениот кислород не е доволен за да се изврши висококвалитетна реакција на кислород (одржување на согорување). Сега ајде да додадеме малку црн прав од манган (IV) оксид (MnO 2) во епрувета и да видиме дека брзото ослободување на меурчиња од гас (кислород) започна и дека тлеечкиот дел донесен во епрувета силно се разгорува. MnO 2 е катализатор за оваа реакција; тој ја забрзал брзината на реакцијата, но самиот не учествувал во неа (ова може да се докаже со мерење на катализаторот пред и по реакцијата - неговата маса нема да се промени).

Цел на работата:проучување на брзината на хемиската реакција и нејзината зависност од различни фактори: природата на реактантите, концентрацијата, температурата.

Хемиските реакции се случуваат со различни стапки. Брзина на хемиска реакцијасе нарекува промена на концентрацијата на реактантот во единица време. Тој е еднаков на бројот на настани на интеракција по единица време по единица волумен за реакција што се случува во хомоген систем (за хомогени реакции), или по единица површина за интеракција за реакции што се случуваат во хетероген систем (за хетерогени реакции).

Просечна брзина на реакција v сред. во временскиот интервал од т 1пред т 2се определува со релацијата:

Каде C 1И C 2– моларна концентрација на кој било учесник во реакцијата во временските точки т 1И т 2соодветно.

Знакот „–“ пред фракцијата се однесува на концентрацијата на почетните супстанции, Δ СО < 0, знак “+” – к концентрации продуктов реакции, ΔСО > 0.

Главните фактори кои влијаат на брзината на хемиската реакција: природата на реактантите, нивната концентрација, притисокот (ако гасовите се вклучени во реакцијата), температурата, катализаторот, површината на интерфејсот за хетерогени реакции.

Повеќето хемиски реакции се сложени процеси кои се случуваат во неколку фази, т.е. кој се состои од неколку елементарни процеси. Елементарни или едноставни реакции се реакции кои се јавуваат во еден чекор.

За елементарните реакции, зависноста на брзината на реакцијата од концентрацијата се изразува со законот за дејство на масата.

При константна температура, брзината на хемиската реакција е директно пропорционална со производот од концентрациите на супстанциите што реагираат, земени во моќности еднакви на стехиометриските коефициенти.

За реакцијата во општа форма

a A + b B… → c C,

според законот за масовно дејствување vизразена со односот

v = К∙с(А) а ∙ с(В) б,

Каде c(A)И s(B)– моларни концентрации на реактантите А и Б;

ДО– константа на брзината на оваа реакција, еднаква на v, Ако c(A)a=1 и c(B)b=1, и во зависност од природата на реактантите, температурата, катализаторот и површината на интерфејсот за хетерогени реакции.

Изразувањето на брзината на реакцијата како функција од концентрацијата се нарекува кинетичка равенка.

Во случај на сложени реакции, законот за масовно дејство се применува за секоја поединечна фаза.

За хетерогени реакции, кинетичката равенка ги вклучува само концентрациите на гасовити и растворени супстанции; да, за согорување на јаглен

C (k) + O 2 (g) → CO 2 (g)

равенката за брзина ја има формата

v = K∙s(O 2)

Неколку зборови за молекуларноста и кинетичкиот ред на реакцијата.

Концепт „молекуларност на реакцијата“се однесуваат само на едноставни реакции. Молекуларноста на реакцијата го карактеризира бројот на честички кои учествуваат во елементарната интеракција.

Постојат моно-, би- и тримолекуларни реакции, во кои учествуваат соодветно една, две и три честички. Веројатноста три честички да се судрат истовремено е мала. Елементарниот процес на интеракција на повеќе од три честички е непознат. Примери на елементарни реакции:

N 2 O 5 → NO + NO + O 2 (мономолекуларна)

H 2 + I 2 → 2HI (бимолекуларна)

2NO + Cl 2 → 2NOCl (тримолекуларна)

Молекуларноста на едноставните реакции се совпаѓа со општиот кинетички редослед на реакцијата. Редоследот на реакцијата ја одредува природата на зависноста на брзината од концентрацијата.

Општиот (вкупен) кинетички ред на реакцијата е збирот на експонентите на концентрациите на реактантите во равенката на брзината на реакцијата, определуван експериментално.

Како што се зголемува температурата, брзината на повеќето хемиски реакции се зголемува. Зависноста на брзината на реакцијата од температурата е приближно одредена со правилото Ван'т Хоф.

За секое зголемување на температурата од 10 степени, брзината на повеќето реакции се зголемува за 2-4 пати.

каде и се брзината на реакција, соодветно, на температури т 2И т 1 (t 2 > t 1);

γ е температурен коефициент на брзината на реакцијата, ова е бројка што покажува колку пати се зголемува брзината на хемиската реакција кога температурата се зголемува за 10 0.

Користејќи го правилото на Ван'т Хоф, можно е само приближно да се процени ефектот на температурата врз брзината на реакцијата. Попрецизен опис на зависноста на брзината на температурната реакција е изводлив во рамките на теоријата за активирање на Арениус.

Еден од методите за забрзување на хемиската реакција е катализа, која се изведува со употреба на супстанции (катализатори).

Катализатори- тоа се супстанции кои ја менуваат брзината на хемиската реакција поради повеќекратно учество во посредни хемиски интеракции со реакционите реагенси, но по секој циклус на средна интеракција тие го враќаат нивниот хемиски состав.

Механизмот на дејство на катализаторот се намалува до намалување на енергијата на активирање на реакцијата, т.е. намалување на разликата помеѓу просечната енергија на активните молекули (активен комплекс) и просечната енергија на молекулите на почетните материи. Брзината на хемиската реакција се зголемува.

Познавањето на брзините на хемиските реакции е од големо теоретско и практично значење. На пример, во хемиската индустрија, за време на производството на супстанција, големината и продуктивноста на опремата и количината на добиениот производ зависат од брзината на реакцијата.

Различни хемиски реакции имаат различни брзини. Некои реакции се случуваат во дел од секундата, додека на други им требаат месеци или дури години за да се завршат. Брзината на хемиските реакции проучува хемиска кинетика.

Основните концепти со кои функционира хемиската кинетика се хемиски системИ фаза:

• Хемиски систем- супстанција (збир на супстанции);
• Хемиска фаза- дел од систем одделен од другите делови интерфејс.

Се нарекуваат системи кои се состојат од една фаза хомогенаили хомогена, на пример, гасни мешавини или раствори. Реакциите што се случуваат во хомогени системи се нарекуваат хомогени реакции, ваквите реакции се случуваат низ целиот волумен на смесата.

Се нарекуваат системи кои се состојат од неколку фази хетерогениили хетерогени, на пример, течен + цврст. Реакциите што се случуваат во хетерогени системи се нарекуваат хетерогени реакции, ваквите реакции се случуваат само на интерфејсот.

Хомогена брзина на реакција

Брзината на хомогена реакција е количината на супстанција (ν) формирана како резултат на реакција по единица време (t) по единица волумен на системот (V):

• ν 1 - број на молови супстанција во време t 1;
• ν 2 - број на молови супстанција во времето t 2 ;

Крт-волуменска концентрацијасупстанција (C, mol/l) - односот на бројот на молови на супстанцијата (ν) до целиот волумен на реакционата смеса (V): С=ν/V.

Брзината на хомогена реакција е еднаква на промената на концентрацијата на реактантот по единица време.

Во случај да зборуваме за концентрација на еден од производите на реакцијата, во изразот се става знак „плус“, ако зборуваме за концентрација на една од оригиналните супстанции, се става знак „минус“. изразот.

Хетерогена брзина на реакција

Како што споменавме погоре, главната разлика помеѓу хетерогените реакции и хомогените е тоа што реакцијата се јавува на границата на фазата.

Брзината на хетерогена реакција (v het) е количината на супстанција (ν) формирана по единица време (t) по единица површинска површина (S).

Главните фактори кои влијаат на брзината на реакциите:

• природата на супстанциите што реагираат;
• концентрација;
• температура;
• катализатори;
• големини на честички на реагенсот;
• притисок.

Последните две точки се однесуваат на хетерогени реакции.

Природата на реактантите

Неопходен услов за хемиска интеракција помеѓу молекулите на супстанциите е нивниот меѓусебен судир во „десниот“ дел од молекулата, т.н. област со висока реактивност. Тоа е како во боксот: ако ударот на боксер ги погоди ракавиците на противникот, нема да има реакција; но ако ударот слета на главата на противникот, тогаш веројатноста за нокаут (реакција) значително се зголемува; а ако силата на ударот (силата на судирите на молекулите) е голема, тогаш нокаутот (реакцијата) станува неизбежен.

Врз основа на горенаведеното, можеме да заклучиме дека колку е посложена молекулата, толку е помал нејзиниот високореактивен регион. Оттука, колку се поголеми и посложени молекулите на супстанциите што реагираат, толку е побавна брзината на реакцијата.

Концентрација на реагенс

Брзината на реакција е директно пропорционална со бројот на судири на молекулите. Колку е поголема концентрацијата на реагенсите, толку повеќе судири, толку е поголема брзината на хемиската реакција. На пример, согорувањето во чист кислород се случува многу побрзо отколку во обичниот воздух.

Сепак, треба да се каже дека во сложени реакции кои се случуваат во неколку фази; таквата зависност не се почитува. Ова ви овозможува да одредите кој од реагенсите не е вклучен во најбавната фаза на реакцијата, што ја одредува самата брзина на реакција.

Се изразува зависноста на брзината на реакцијата од концентрацијата на реактантите закон за масовна акција, кој бил откриен во 1867 година од норвешките научници Гулдберг и Ваге.

Брзината (v) на условената реакција опишана со равенката aA+bB=cC+dD, во согласност со законот за масовно дејство, ќе се пресметува со помош на формула наречена равенка за кинетичка реакција:

V=k·[A] a ·[B] b

• [A], [B] - концентрации на почетни материи;
• k е константа на брзината на реакцијата, еднаква на брзината на оваа реакција при концентрации на реактанси еднакви на 1 mol секоја од нив.

кне зависи од концентрацијата на супстанците кои реагираат, туку зависи од нивната природа и температура.

Користејќи ја кинетичката равенка на реакцијата, можете да ја одредите брзината на промена на реакцијата во зависност од промената на концентрацијата на реактантите.

Примери на кинетички равенки:

2SO 2 (g) + O 2 (g) = 2SO 3 (g) v = k 2 CuO (s) + H 2 (g) = Cu (s) + H 2 O (g) v = k

Забележете дека кинетичките равенки не вклучуваат концентрации на цврсти материи, само гасовити и растворени.

Температура на реагенсот

Како што се зголемува температурата, молекулите се движат побрзо, па оттука и бројот на нивните судири меѓу себе се зголемува. Покрај тоа, кинетичката енергија на молекулите се зголемува, што ја зголемува ефикасноста на судирите, кои на крајот ја одредуваат брзината на реакцијата.

Според теорија на активирање, само молекули со енергија што надминува одредена просечна вредност можат да учествуваат во хемиската реакција. Количината на вишокот на просечната енергија на молекулите се нарекува енергии за активирање. Оваа енергија е неопходна за слабеење на хемиските врски во молекулите на почетните материи. Молекулите кои ја имаат потребната вишок енергија за да им овозможат да реагираат се нарекуваат активни молекули. Колку е повисока температурата, колку повеќе активни молекули, толку е поголема брзината на реакцијата.

Се карактеризира зависноста на брзината на реакцијата од температурата правилото на Вант Хоф:

Математички, правилото на Вант Хоф се изразува со следнава формула:

• γ е температурен коефициент кој покажува зголемување на брзината на реакцијата со зголемување на температурата за 10°C;
• v1 - брзина на реакција на температура t1;
• v2 - брзина на реакција на температура t2;

Катализатори

Катализатори- тоа се супстанции кои влијаат на брзината на реакцијата, но самите не се консумираат.

Реакциите кои настануваат со учество на катализатори се нарекуваат каталитички реакции.

Главниот ефект на катализаторот е да ја намали енергијата на активирање на реакцијата, како резултат на што се зголемува бројот на ефективни судири на молекули.

Катализаторите можат да ги забрзаат реакциите милиони пати!

Постојат два вида на катализа:

• хомогена (униформа) катализа- катализаторот и реагенсите формираат една фаза: гас или раствор;
• хетерогена (хетерогена) катализа- катализаторот е во форма на независна фаза.

Механизмот на каталитички реакции е многу сложен и целосно непознат. Според една научна хипотеза, во каталитичките реакции, катализаторот и реагенсот реагираат за да формираат меѓусоединение, кое многу поактивно реагира со друга почетна супстанција за да го формира финалниот производ на реакцијата, додека самиот катализатор се ослободува во слободна состојба.

Обично, катализаторите се подразбираат како супстанции кои ја забрзуваат реакцијата, но постојат супстанции кои го забавуваат текот на реакцијата - тие се нарекуваат инхибитори.

Биолошките катализатори се нарекуваат ензими. Ензимите се протеини.

Големина на честички на реагенсот

Ајде да земеме кибрит и да го доведеме до парче јаглен. Малку е веројатно дека јагленот ќе има време да се запали пред да згасне натпреварот. Ајде да го сомелеме јагленот и да го повториме експериментот - јагленовата прашина нема само да се запали, туку ќе се запали многу брзо - ќе се случи експлозија (главната опасност во рудниците за јаглен). Што се случува?

Со мелење на јагленот драматично ќе ја зголемиме неговата површина. Колку е поголема површината на која се судираат молекулите, толку е поголема брзината на реакцијата.

Притисокот на реагенсот

Притисокот на гасните реагенси е сличен на нивната концентрација - колку е поголем притисокот, толку е поголема концентрацијата - толку е поголема брзината на реакција, бидејќи се зголемува бројот на молекуларни судири. Како и концентрацијата, притисокот на реактантите не „работи“ во сложените реакции.