A nyomás 3-szoros növekedése a rendszerben megegyezik a rendszer térfogatának háromszoros csökkenésével. Ebben az esetben a reagensek koncentrációja háromszorosára nő. A tömeghatás törvénye szerint a kezdeti reakciósebesség:
A nyomás háromszoros növelése után az NO és az O 2 koncentrációja háromszorosára nő, és a nyomásreakció sebessége egyenlő lesz:
A végső reakciósebességű nyomás és a kezdeti nyomás aránya nyomásreakció sebessége Megmutatja, hogyan változik a reakciósebesség nyomásváltozás után.
Ezért kapunk nyomásreakció sebessége:
Válasz:
a reakciósebesség 27-szeresére nő.
- Először is: 2NO + O2 = 2NO2, nem az, amit írtál.
A nyomás erősen befolyásolja a gázok reakcióinak sebességét, mert közvetlenül meghatározza azok koncentrációját.
A Le Chatelier-elv szerint a nyomásnövekedés (gázoknál) az egyensúlyt egy olyan reakció felé tolja el, ami térfogatcsökkenéshez (azaz kisebb számú molekula kialakulásához) vezet, ami azt jelenti, hogy esetünkben a a KÖZVETLEN reakció fokozódik.A homogén közegben állandó hőmérsékleten lezajló kémiai reakciók sebessége egyenesen arányos a reagensek sztöchiometrikus együtthatójuk erejéig emelt koncentrációjának szorzatával.
A nyomás megváltoztatása előtt a reakciót a kinetikai egyenlet írja le:
V1 = k*2;
Ha a nyomást 4-szeresére növeljük, a reaktánsok koncentrációja 4-szeresére nő. A nyomás négyszeres növelése után a reakciót a kinetikai egyenlet írja le:
V2 = k (4) * 2 4 = 64 k * 2 ;
Megtaláljuk a reakciósebesség változását P2=4P1-nél:
V2 / V1 = 64A sebesség 64-szeresére nő.
- V1=k*C(N2)*C(H2)^3
2/ V2=k*C(N2)*(xC(H2))^3, ahol x egy szám, amely azt mutatja, hogy hányszor kell növelni a hidrogénkoncentrációt
3. V2/V1=100, innen x^3=100, x=4,65
válasz: a hidrogén koncentrációját 4,65-szörösére kell növelni - Az N2+3H2=2NH3 reakciósebességet a következő képlettel számítjuk ki: v = K**^3,
ahol a reagensek koncentrációja az egyenletben szereplő együtthatókkal egyenlő. Tehát emelned kell a 3. hatványra:
2^3 = 8 hányszorosára nő a sebesség - nyomás 3-szoros sebessége egyszerű reakciók 2NO + O2 \u003d 2NO2 1) 3-szorosára 2) 9-szeresére... 4) 18-szorosára 2. Hőmérsékleti együttható reakciók egyenlő 2.20 fokról 50 sebességre melegítve reakciók 1) 2-szeresére 2) 4-szeresére 3) 6-szorosára 4) 8-szorosára 3. A nyomásváltozás befolyásolja a sebességet kémiai reakció 1) ... és kálium-hidroxid között 4. katalitikus folyamatok közé tartozik reakció 1) nátrium és víz között 2) butén-1 és víz ... és víz között 4) réz-oxid (2) és hidrogén között 5. sebesség reakciók cink kénsav oldattal nem függ ... folyik reakció 1) Ag+Cl 2) Fe+O2 3) N2+O2 4) Cl2+Fe
- aA + bB = cC + dD
Ebben az egyenletben a kisbetűk a sztöchiometrikus együtthatókat, a nagybetűk pedig az anyagok képleteit jelölik. Ebben az általános esetben az előrehaladó reakció sebességét a következő egyenlet adja meg:
Vpr = k1()
b) K= /(* )
c) Elméletileg nincs mit írni, mert a rendszerben nincsenek gáznemű anyagok.
d) K=Egyes kémiai reakciók szinte azonnal végbemennek (oxigén-hidrogén keverék felrobbanása, ioncsere reakciók vizes oldatban), a második gyorsan (az anyagok égése, a cink kölcsönhatása savval), mások pedig lassan (a vas rozsdásodása, szerves maradványok bomlása). Olyan lassú reakciók ismertek, hogy az ember egyszerűen nem veszi észre őket. Például a gránit homokká és agyaggá alakulása évezredek alatt megy végbe.
Más szavakkal, a kémiai reakciók különböző módon mehet végbe sebesség.
De mi van gyors reakció? Mi ennek a mennyiségnek a pontos meghatározása, és ami a legfontosabb, matematikai kifejezése?
A reakció sebessége az anyag mennyiségének változása egy egységnyi idő alatt, egy térfogategységben. Matematikailag ezt a kifejezést a következőképpen írják:
Ahol n 1 és n 2- az anyag mennyisége (mol) t 1 és t 2 időpontban egy térfogatú rendszerben V.
Hogy melyik plusz vagy mínusz (±) jel áll a sebesség kifejezése előtt, attól függ, hogy melyik anyag - termék vagy reagens - mennyiségének változását nézzük.
Nyilvánvaló, hogy a reakció során a reagensek elfogynak, azaz számuk csökken, ezért a reagenseknél az (n 2 - n 1) kifejezés mindig nullánál kisebb értéket mutat. Mivel a sebesség nem lehet negatív érték, ebben az esetben mínusz jelet kell tenni a kifejezés elé.
Ha a termék mennyiségének változását nézzük, és nem a reagensét, akkor a mínusz jel nem szükséges a sebesség számítási kifejezése előtt, mivel az (n 2 - n 1) kifejezés ebben az esetben mindig pozitív , mivel a termék mennyisége a reakció eredményeként csak növekedhet.
Az anyag mennyiségének aránya n ahhoz a térfogathoz, amelyben ez az anyagmennyiség van, moláris koncentrációnak nevezzük TÓL TŐL:
Így a moláris koncentráció fogalmát és annak matematikai kifejezését felhasználva egy másik módszert írhatunk a reakciósebesség meghatározására:
A reakciósebesség az anyag moláris koncentrációjának változása egy kémiai reakció eredményeként egy időegység alatt:
A reakciósebességet befolyásoló tényezők
Gyakran rendkívül fontos tudni, hogy mi határozza meg egy adott reakció sebességét, és hogyan lehet azt befolyásolni. Például az olajfinomító ipar szó szerint a termék minden további fél százalékáért harcol időegységenként. Hiszen a hatalmas mennyiségű feldolgozott olaj ismeretében akár fél százalék is nagy éves pénzügyi nyereségbe folyik be. Bizonyos esetekben rendkívül fontos minden reakció lelassítása, különösen a fémek korróziója.
Tehát mitől függ a reakció sebessége? Furcsa módon ez a díszlettől függ különféle paraméterek.
A kérdés megértéséhez először is képzeljük el, mi történik például egy kémiai reakció eredményeként:
A fent leírt egyenlet azt a folyamatot tükrözi, amelyben az A és B anyagok molekulái egymással ütközve C és D anyagok molekuláit alkotják.
Vagyis kétségtelenül a reakció végbemeneteléhez legalább a kiindulási anyagok molekuláinak ütközése szükséges. Nyilvánvalóan, ha növeljük az egységnyi térfogatra jutó molekulák számát, akkor az ütközések száma ugyanúgy megnő, mint ahogy a zsúfolt buszon az utasokkal való ütközések gyakorisága nő a félig üreshez képest.
Más szavakkal, a reakciósebesség a reagensek koncentrációjának növekedésével nő.
Abban az esetben, ha a reaktánsok közül egy vagy több gáz, a reakció sebessége a nyomás növekedésével növekszik, mivel a gáz nyomása mindig egyenesen arányos az alkotó molekulák koncentrációjával.
A részecskék ütközése azonban szükséges, de nem elégséges feltétele a reakció lezajlásának. A tény az, hogy a számítások szerint a reagáló anyagok molekuláinak ésszerű koncentrációban történő ütközésének száma olyan nagy, hogy minden reakciónak egy pillanat alatt le kell mennie. Ez azonban a gyakorlatban nem történik meg. Mi a helyzet?
A tény az, hogy a reaktáns molekulák nem minden ütközése lesz szükségszerűen hatékony. Sok ütközés rugalmas – a molekulák golyóként pattannak vissza egymásról. A reakció végbemeneteléhez a molekuláknak elegendő kinetikai energiával kell rendelkezniük. Azt a minimális energiát, amellyel a reagensek molekuláinak rendelkezniük kell a reakció lezajlásához, aktiválási energiának nevezzük, és E a-val jelöljük. Egy olyan rendszerben, amely a egy nagy szám molekulák, van a molekulák energiaeloszlása, ezek egy része alacsony, néhány magas és közepes. Mindezen molekulák közül csak a molekulák kis része rendelkezik energiával, amely nagyobb az aktiválási energiánál.
Amint a fizika tantárgyaiból ismeretes, a hőmérséklet valójában az anyagot alkotó részecskék mozgási energiájának mértéke. Vagyis minél gyorsabban mozognak az anyagot alkotó részecskék, annál magasabb a hőmérséklete. Így nyilvánvalóan a hőmérséklet emelésével a molekulák mozgási energiáját lényegében növeljük, aminek következtében megnő az E a-t meghaladó energiájú molekulák aránya, ütközésük kémiai reakcióhoz vezet.
A hőmérsékletnek a reakció sebességére gyakorolt pozitív hatását már a 19. században empirikusan megállapította Van't Hoff holland kémikus. Kutatásai alapján megfogalmazott egy szabályt, amely ma is az ő nevét viseli, és ez így hangzik:
Bármely kémiai reakció sebessége 2-4-szeresére nő, ha a hőmérséklet 10 fokkal emelkedik.
Ennek a szabálynak a matematikai ábrázolása a következőképpen írható:
ahol V 2És V 1 a sebesség t 2 és t 1 hőmérsékleten, γ pedig a reakció hőmérsékleti együtthatója, amelynek értéke leggyakrabban 2 és 4 között van.
Gyakran számos reakció sebessége növelhető használatával katalizátorok.
A katalizátorok olyan anyagok, amelyek fogyasztás nélkül felgyorsítják a reakciót.
De hogyan tudják a katalizátorok növelni a reakció sebességét?
Emlékezzünk vissza az E a aktiválási energiára. Az aktiválási energiánál kisebb energiájú molekulák katalizátor hiányában nem léphetnek kölcsönhatásba egymással. A katalizátorok megváltoztatják a reakció útvonalát, hasonlóan ahhoz, ahogy egy tapasztalt vezető nem közvetlenül a hegyen keresztül, hanem elkerülő utak segítségével egyengeti meg az expedíció útvonalát, aminek eredményeként még azok a műholdak is, amelyeknek nem volt elég energiát felmászni a hegyre képes lesz egy másik oldalára költözni.
Annak ellenére, hogy a katalizátor a reakció során nem fogy el, mégis aktívan részt vesz benne, reagensekkel közbenső vegyületeket képezve, de a reakció végére visszaáll eredeti állapotába.
A reakciósebességet befolyásoló fenti tényezők mellett, ha a reagáló anyagok között interfész van (heterogén reakció), a reakciósebesség a reagensek érintkezési felületétől is függ. Például képzeljünk el egy fémes alumínium granulátumot, amelyet vizes sósavoldatot tartalmazó kémcsőbe csepegtetünk. Az alumínium egy aktív fém, amely reakcióba léphet nem oxidáló savakkal. Sósavval a reakcióegyenlet a következő:
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H 2
Az alumínium szilárd anyag, ami azt jelenti, hogy csak a felületén lép reakcióba a sósavval. Nyilvánvalóan, ha a felületet úgy növeljük, hogy először az alumínium granulátumot fóliába hengereljük, akkor nagyobb számú alumíniumatomot biztosítunk a savval való reakcióhoz. Ennek eredményeként a reakció sebessége nő. Hasonló módon a szilárd anyag felületének növelése is elérhető porrá őrléssel.
Szintén a keverés gyakran pozitívan befolyásolja a heterogén reakció sebességét, amelyben a szilárd anyag gáznemű vagy folyadékkal reagál, ami abból adódik, hogy a keverés következtében a reakciótermékek felhalmozódó molekulái eltávolíthatók a reakciózóna és a reagensmolekulák új része „hozódik fel”.
Az utolsó dolog, amit meg kell jegyezni, az a hatalmas hatás a reakció sebességére és a reagensek természetére. Például minél alacsonyabban van az alkálifém a periódusos rendszerben, annál gyorsabban reagál a vízzel, a halogénatomok közül a fluor a hidrogéngázzal reagál a leggyorsabban stb.
Összefoglalva, a reakció sebessége a következő tényezőktől függ:
1) a reagensek koncentrációja: minél nagyobb, annál nagyobb a reakciósebesség.
2) hőmérséklet: a hőmérséklet emelkedésével bármely reakció sebessége nő.
3) a reagensek érintkezési területe: minél nagyobb a reagensek érintkezési felülete, annál nagyobb a reakciósebesség.
4) keverés, ha a reakció szilárd és folyadék vagy gáz között megy végbe, a keverés felgyorsíthatja azt.
A nyomás hatása a reakciósebességre attól függ rendelés reakciók. Ha a hőmérséklet változatlan marad, és a kiindulási gázelegy összetétele adott, akkor az egyes koncentrációkra vonatkozó állapotegyenlet szerint felírhatjuk: p a=aR m T, pb=bR m T. Itt de, b,…, moláris koncentrációk, és p a, pb, ..., - a megfelelő gázok parciális nyomásai. Ha az egységnyi térfogatra jutó összes mólszám az z, akkor pontosan ugyanúgy lehet írni p=zR m T, ahol R- össznyomás. Ezért , , … stb. Értékek... stb. relatív térfogati koncentrációk. Jelölve őket azzal DE, BAN BEN... stb. kapjuk: p a=Ap,
Ahol ; pb =Bp, . Fontolgat monomolekuláris az egyenlettel leírt folyamat:
ebben az esetben az anyag átalakulási sebessége egyenesen arányos a nyomással: ~ p.
Mert bimolekuláris reakciók:
azaz ~ p 2. Ennek megfelelően azért trimolekuláris reakciókat kapunk:
ahol k a reakciósebesség állandó.
2.2. Aktiválási energia. Arrhenius törvény
A reagáló molekulák kölcsönös ütközésének száma ~ növekszik, ami hozzájárul a reakciósebesség növekedéséhez. Például sok reakciónál a hőmérséklet mindössze 10°C-os emelkedése a sebességi állandó 2-4-szeres növekedéséhez vezet.
Példa. A hidrogén-jodid felezési ideje a 2HJ→H 2 +J 2 egyenlet szerint. Nál nél T = A 373K felezési idő 314000 év, at T\u003d 666K, 1,3 órára csökken, és ekkor T=973K t 1/2 = 0,12 mp.
Arrhenius: a kémiai reakció végbemeneteléhez egy stabil molekula belső kötéseinek előzetes gyengülése vagy megszakítása szükséges, amihez bizonyos mennyiségű energiát kell fordítani E . Minél nagyobb az ütköző molekulák hőenergiája, annál nagyobb a valószínűsége a belső kötések átrendeződésének és új molekulák létrejöttének. Nál nél E= const a reakcióval végződő ütközések gyakorisága sokkal gyorsabban fog növekedni, mint .
A reakcióba lépő molekulák közeledését és a reakciótermékek kialakulását akadályozó energiagát leküzdéséhez szükséges energiát ún. aktiválási energia E a. Így a kémiai reakció elemi aktusa csak azon molekulák ütközésekor következik be, amelyek kinetikai energiája nagyobb, mint E a.
Aktiválási energia E aáltalában nagyobb, mint a molekulák hőmozgásának átlagos energiája. Minél alacsonyabb az aktiválási energia, annál gyakrabban fordulnak elő molekulák ütközései, amelyek reakciótermékek képződéséhez vezetnek, annál nagyobb lesz a kémiai reakció sebessége. Növekedés T a többletenergiával rendelkező molekulák számának növekedéséhez vezet, meghaladva E a. Ez magyarázza a kémiai reakció sebességének növekedését a hőmérséklet emelkedésével (2.1. ábra).
Rizs. 2.1. Égéshő Kés aktiválási energia E=u max- u 1
A legegyszerűbb esetekben a kémiai reakciók sebességi állandói a molekuláris kinetikai elmélet általános összefüggései alapján határozhatók meg (lásd például ).
Jelölje p AÉs p c az A és B molekulák száma 1 cm 3 -ben . A reakciósebesség egyenlő lesz a számmal Z Az A és B molekulák olyan ütközései időegység alatt, amelyek energiája nagyobb, mint az aktiválási energia E . Mert ideális gáz Z a Maxwell-Boltzmann energiaelosztási törvény alapján határozza meg:
Itt az ütköző molekulák átlagos effektív átmérője, a csökkentett molekulatömeg, R m = 8,315∙10 7 erg/fok – univerzális gázállandó, m A, m B - molekulatömegek.
A legtöbb esetben a kísérleti értékek sokkal kisebbek, mint az elméletiek. Ezért a számítási képletbe bekerül az úgynevezett valószínűségi vagy sztérikus együttható R. Ennek eredményeként a bimolekuláris reakció sebességének kiszámítására szolgáló képlet, az ún Arrhenius-képlet, a következő formában jelenik meg:
Összehasonlítva a kapott képletet a (2.8) egyenlettel a másodrendű reakciókra, megkaphatjuk a reakció sebességi állandójának kifejezését:
A hőmérséklet erős hatását a reakciósebességre elsősorban az Arrhenius-tényező magyarázza. Ezért a közelítő számításokban a preexponenciális tényezőt gyakran T-től függetlennek tételezzük fel.
A (2.12) képlet elemzése azt mutatja, hogy a T növelésével a W növekedési sebesség először növekszik, elér egy bizonyos maximális értéket, majd csökken, vagyis a T-hez viszonyított W görbének van egy inflexiós pontja. Ha nullával egyenlő W második deriváltját T-hez viszonyítva, megkapjuk az inflexiós pontnak megfelelő hőmérsékletet:
Könnyen belátható, hogy ez a hőmérséklet meglehetősen magas. Például E=20000cal/(g-mol) Tp=5000K mellett. A (2.12) képlet numerikus számításokhoz történő alkalmazásakor figyelembe kell venni a benne szereplő mennyiségek méreteit.
A (2.12) képlet a következőképpen írható fel:
hol van a preexponenciális tényező, azaz. az ütközések teljes száma n A =n B =1 molekula/cm 3 -nél. Néha R a preexponenciális tényezőben is szerepelnek.
A reakciósebesség sorrendjének becsült számításaihoz az értéket k 0 vehető a hőmérsékletre T\u003d 300K egyenlő 10 -10 cm 3 / (molekula ∙ mp) (d cf »4 ∙ 10 -8 és m A \u003d m B »30 esetén).
Rendszerek. De ez az érték nem tükrözi a reakció valós lehetőségét, annak sebességés mechanizmus.
Egy kémiai reakció teljes ábrázolásához ismerni kell, hogy milyen időbeli mintázatok léteznek a megvalósítás során, pl. kémiai reakció sebességeés részletes mechanizmusa. A reakció sebessége és mechanizmusa kémiai kinetika a kémiai folyamatok tudománya.
A kémiai kinetika szempontjából a reakciók osztályozhatók egyszerűvé és összetetté.
egyszerű reakciók- közbenső vegyületek képződése nélkül lezajló folyamatok. A benne részt vevő részecskék száma szerint felosztják őket monomolekuláris, bimolekuláris, trimolekuláris. 3-nál több részecske ütközése nem valószínű, ezért a trimolekuláris reakciók meglehetősen ritkák, a négymolekulárisak pedig nem ismertek. Komplex reakciók- több elemi reakcióból álló folyamatok.
Bármely folyamat a benne rejlő sebességgel megy végbe, amelyet egy bizonyos idő alatt bekövetkező változások határozhatnak meg. középső kémiai reakció sebessége az anyag mennyiségének változásaként fejezzük ki n elfogyasztott vagy átvett anyag térfogategységenként V per egységnyi idő t.
υ = ± dn/ dt· V
Ha az anyagot elfogyasztják, akkor a "-" jelet tesszük, ha felhalmozódik - "+"
Állandó hangerőn:
υ = ± DC/ dt,
Reakciósebesség mértékegysége mol/l s
Általában a υ állandó érték, és nem függ attól, hogy melyik anyagot követjük a reakcióban.
A reagens vagy termék koncentrációjának a reakcióidőtől való függését a következőképpen mutatjuk be kinetikai görbe, ami így néz ki:
Kényelmesebb a υ-t kísérleti adatokból kiszámítani, ha a fenti kifejezéseket a következő kifejezéssé konvertáljuk:
Az aktív tömegek törvénye. A reakció sorrendje és sebességi állandója
Az egyik megfogalmazás tömegcselekvés törvényeígy hangzik: Az elemi homogén kémiai reakció sebessége egyenesen arányos a reaktánsok koncentrációjának szorzatával.
Ha a vizsgált folyamatot a következőképpen ábrázoljuk:
a A + b B = termékek
akkor egy kémiai reakció sebessége kifejezhető kinetikai egyenlet:
υ = k [A] a [B] b vagy
υ = k C a A C b B
Itt [ A] És [B] (C A ÉsC B) - a reagensek koncentrációja,
a ésb egy egyszerű reakció sztöchiometrikus együtthatói,
k a reakciósebesség állandó.
A mennyiség kémiai jelentése k- ezt gyors reakció egyetlen koncentrációban. Vagyis ha az A és B anyagok koncentrációja 1, akkor υ = k.
Figyelembe kell venni, hogy összetett kémiai folyamatokban az együtthatók a ésb nem egyezik a sztöchiometrikusakkal.
A tömeghatás törvénye számos feltétel mellett teljesül:
- A reakció termikusan aktiválódik, azaz. hőmozgási energia.
- A reagensek koncentrációja egyenletesen oszlik el.
- A folyamat során a környezet tulajdonságai és feltételei nem változnak.
- A környezeti tulajdonságok nem befolyásolhatják k.
Összetett folyamatokhoz tömegcselekvés törvénye nem alkalmazható. Ez azzal magyarázható, hogy egy összetett folyamat több elemi szakaszból áll, és sebességét nem az összes szakasz teljes sebessége fogja meghatározni, hanem csak az egyik leglassabb szakasz, amely az ún. korlátozó.
Minden reakciónak megvan a sajátja rendelés. Határozza meg magán (rész)rendelés reagenssel és általános (teljes) rend. Például egy folyamat kémiai reakciójának sebességére vonatkozó kifejezésben
a A + b B = termékek
υ = k·[ A] a·[ B] b
a– sorrend reagens szerint DE
b — sorrendben reagenssel BAN BEN
Általános rend a + b = n
Mert egyszerű folyamatok a reakciósorrend a reagáló részecskék számát jelzi (egybeesik a sztöchiometrikus együtthatókkal), és egész számokat vesz fel. Mert összetett folyamatok a reakció sorrendje nem esik egybe a sztöchiometrikus együtthatókkal, és bármilyen lehet.
Határozzuk meg a kémiai reakció sebességét υ befolyásoló tényezőket!
A reakciósebesség függése a reagensek koncentrációjától
a tömeghatás törvénye határozza meg: υ = k[ A] a·[ B] b
Nyilvánvaló, hogy a reagensek növekvő koncentrációjával υ növekszik, mert növekszik a kémiai folyamatban részt vevő anyagok közötti ütközések száma. Sőt, fontos figyelembe venni a reakció sorrendjét: ha az n=1 bizonyos reagensek esetén annak sebessége egyenesen arányos ennek az anyagnak a koncentrációjával. Ha bármilyen reagensre n=2, akkor a koncentráció megkétszerezése a reakciósebesség 2 2 \u003d 4-szeres növekedéséhez vezet, a koncentráció 3-szoros növelése pedig 3 2 \u003d 9-szeresére gyorsítja a reakciót.
A kémiai átalakulások mechanizmusait és azok sebességét a kémiai kinetika tanulmányozza. A kémiai folyamatok időben különböző sebességgel mennek végbe. Néhányan gyorsan, szinte azonnal megtörténnek, míg mások nagyon sokáig tartanak.
Kapcsolatban áll
Sebességreakció- térfogategységenként a reagensek elfogyasztásának (koncentrációjuk csökkenésének) vagy reakciótermékek keletkezésének sebessége.
A kémiai reakció sebességét befolyásoló tényezők
A következő tényezők befolyásolhatják a kémiai kölcsönhatások gyorsaságát:
- anyagok koncentrációja;
- a reagensek jellege;
- hőfok;
- katalizátor jelenléte;
- nyomás (gáz-halmazállapotú közegben végbemenő reakciókhoz).
Így a kémiai folyamat lefolyásának bizonyos feltételeinek megváltoztatásával befolyásolható, hogy a folyamat milyen gyorsan haladjon előre.
A kémiai kölcsönhatás során a reagáló anyagok részecskéi ütköznek egymással. Az ilyen egyezések száma arányos a reagáló keverék térfogatában lévő anyagrészecskék számával, és így arányos a reagensek moláris koncentrációjával.A cselekvő tömegek törvénye leírja a reakciósebesség függését a reagáló anyagok moláris koncentrációjától.
Egy elemi reakció esetén (A + B → ...) ezt a törvényt a következő képlet fejezi ki:
υ \u003d k ∙С A ∙С B,
ahol k a sebességi állandó; CA és C B az A és B reaktánsok moláris koncentrációi.
Ha az egyik reagáló anyag szilárd halmazállapotú, akkor a kölcsönhatás a határfelületen megy végbe, ezért a szilárd anyag koncentrációja nem szerepel a ható tömegek kinetikai törvényének egyenletében. A sebességi állandó fizikai jelentésének megértéséhez C-t, A-t és C B-t 1-gyel kell felvenni. Ekkor világossá válik, hogy a sebességi állandó egyenlő a reakciósebességgel egységnyi reagenskoncentráció esetén.
A reagensek természete
Mivel a kölcsönhatás során a reagáló anyagok kémiai kötései megsemmisülnek, és a reakciótermékekből új kötések képződnek, a vegyületek reakciójában részt vevő kötések jellege és a reagáló anyagok molekuláinak szerkezete befolyásolja. fontos szerep.
A reagensek érintkezési felülete
Egy olyan jellemző, mint a szilárd reagensek érintkezési felülete, néha meglehetősen jelentősen befolyásolja a reakció lefolyását. A szilárd anyag őrlése lehetővé teszi a reagensek érintkezési felületének növelését, és ezáltal a folyamat felgyorsítását. Az oldott anyagok érintkezési területe könnyen megnő az anyag feloldásával.
Reakció hőmérséklet
A hőmérséklet emelkedésével az ütköző részecskék energiája nő, nyilvánvaló, hogy a hőmérséklet emelkedésével maga a kémiai folyamat is felgyorsul. A táblázatban szereplő adatok egyértelmű példának tekinthetők arra, hogy a hőmérséklet-emelkedés hogyan befolyásolja az anyagok kölcsönhatásának folyamatát.1. táblázat: A hőmérséklet-változás hatása a vízképződés sebességére (О 2 +2Н 2 → 2Н 2 О)
Annak kvantitatív leírásához, hogy a hőmérséklet hogyan befolyásolhatja az anyagok kölcsönhatásának sebességét, a van't Hoff-szabályt használjuk. Van't Hoff szabálya szerint ha a hőmérséklet 10 fokkal emelkedik, akkor 2-4-szeres gyorsulás következik be.
A van't Hoff-szabályt leíró matematikai képlet a következő:
Ahol γ a kémiai reakciósebesség hőmérsékleti együtthatója (γ = 2−4).
De az Arrhenius-egyenlet sokkal pontosabban írja le a sebességi állandó hőmérsékletfüggését:
Ahol R az univerzális gázállandó, A a reakció típusa által meghatározott tényező, E, A az aktiválási energia.
Az aktiválási energia az az energia, amelyet a molekulának fel kell szereznie ahhoz, hogy kémiai átalakulás történjen. Vagyis ez egyfajta energiagát, amelyet a reakciótérfogatban ütköző molekuláknak kell leküzdeniük a kötések újraelosztása érdekében.
Az aktiválási energia nem külső tényezőktől, hanem az anyag természetétől függ. Az aktiválási energia értéke 40-50 kJ / mol-ig lehetővé teszi, hogy az anyagok meglehetősen aktívan reagáljanak egymással. Ha az aktiválási energia meghaladja a 120 kJ/mol értéket, akkor az anyagok (szokásos hőmérsékleten) nagyon lassan reagálnak. A hőmérséklet változása az aktív molekulák számának megváltozásához vezet, vagyis olyan molekulákhoz, amelyek az aktiválási energiánál nagyobb energiát értek el, és ezért képesek kémiai átalakulásra.
Katalizátor hatás
A katalizátor olyan anyag, amely felgyorsíthat egy folyamatot, de nem része a termékeinek. A katalízis (egy kémiai átalakulás lefutásának felgyorsítása) · homogén, · heterogén. Ha a reaktánsok és a katalizátor azonos aggregált állapotban vannak, akkor a katalízist homogénnek, ha eltérő állapotúnak, akkor heterogénnek nevezzük. A katalizátorok hatásmechanizmusa változatos és meglehetősen összetett. Ezenkívül meg kell jegyezni, hogy a katalizátorokat a hatás szelektivitása jellemzi. Vagyis ugyanaz a katalizátor, amely felgyorsítja az egyik reakciót, semmilyen módon nem változtathatja meg egy másik reakció sebességét.Nyomás
Ha az átalakulásban gáznemű anyagok vesznek részt, akkor a folyamat sebességét a rendszer nyomásváltozása befolyásolja. . Ez azért történik, mert hogy a gáznemű reagenseknél a nyomásváltozás koncentrációváltozáshoz vezet.
Kémiai reakció sebességének kísérleti meghatározása
Kísérletileg meg lehet határozni a kémiai átalakulás sebességét, ha adatokat nyerünk arra vonatkozóan, hogyan változik a reakcióba lépő anyagok vagy termékek koncentrációja egységnyi idő alatt. Az ilyen adatok megszerzésének módszerei a következőkre oszlanak
- kémiai,
- fizikai és kémiai.
Kémiai módszerek meglehetősen egyszerű, hozzáférhető és pontos. Segítségükkel a sebességet a reaktánsok vagy termékek anyagának koncentrációjának vagy mennyiségének közvetlen mérésével határozzák meg. Lassú reakció esetén mintákat vesznek a reagens felhasználásának nyomon követésére. Ezt követően meg kell határozni a mintában lévő reagens tartalmát. Rendszeres időközönkénti mintavétellel adatot lehet nyerni az anyag mennyiségének a kölcsönhatás során bekövetkezett változásáról. A leggyakrabban használt elemzési típusok a titrimetria és a gravimetria.Ha a reakció gyorsan lezajlik, akkor a mintavételhez le kell állítani. Ezt hűtéssel lehet megtenni a katalizátor hirtelen eltávolítása, az egyik reagens hígítása vagy nem reaktív állapotba helyezése is lehetséges.
A modern kísérleti kinetika fizikai-kémiai elemzési módszereit gyakrabban használják, mint a kémiai módszereket. Segítségükkel valós időben figyelheti meg az anyagok koncentrációjának változását. Nincs szükség a reakció leállítására és mintavételre.
A fizikai-kémiai módszerek a mérésen alapulnak fizikai tulajdon, attól függően, hogy egy bizonyos vegyület milyen mennyiségben van jelen a rendszerben és idővel változik. Például, ha gázok vesznek részt a reakcióban, akkor a nyomás lehet ilyen tulajdonság. Mérik az anyagok elektromos vezetőképességét, törésmutatóját és abszorpciós spektrumát is.