O creștere a presiunii în sistem de 3 ori este echivalentă cu o scădere a volumului sistemului de 3 ori. În acest caz, concentrațiile reactanților vor crește de 3 ori. Conform legii acțiunii în masă, viteza de reacție inițială este:
După creșterea presiunii de 3 ori, concentrațiile de NO și O 2 vor crește de 3 ori, iar viteza de reacție a presiunii va fi egală cu:
Raportul dintre presiunea vitezei finale de reacție și cea inițială viteza de reacție la presiune Arată cum se va schimba viteza de reacție după o schimbare a presiunii.
Prin urmare, primim viteza de reacție la presiune:
Răspuns:
viteza de reacție va crește de 27 de ori.
- În primul rând: 2NO + O2 = 2NO2, nu ceea ce ai scris.
Presiunea influențează puternic viteza reacțiilor care implică gaze deoarece determină direct concentrațiile acestora.
Conform principiului Le Chatelier, o creștere a presiunii (pentru gaze) deplasează echilibrul către o reacție care duce la o scădere a volumului (adică la formarea unui număr mai mic de molecule), ceea ce înseamnă că în cazul nostru rata de reacția DIRECTĂ va crește.Viteza reacțiilor chimice care au loc într-un mediu omogen la o temperatură constantă este direct proporțională cu produsul concentrațiilor reactanților crescute cu puterea coeficienților lor stoichiometrici.
Înainte de a schimba presiunea, reacția este descrisă de ecuația cinetică:
V1 = k*2;
Când presiunea este crescută cu un factor de 4, concentrațiile reactanților vor crește cu un factor de 4. După creșterea presiunii de 4 ori, reacția este descrisă de ecuația cinetică:
V2 = k (4)*2 4= 64 k*2;
Găsim modificarea vitezei de reacție la P2=4P1:
V2 / V1 = 64Viteza va crește de 64 de ori.
- V1=k*C(N2)*C(H2)^3
2/ V2=k*C(N2)*(xC(H2))^3, unde x este un număr care arată de câte ori este necesară creșterea concentrației de hidrogen
3. V2/V1=100, de unde x^3=100, x=4,65
răspuns: concentrația de hidrogen trebuie crescută de 4,65 ori - Viteza de reacție N2+ 3H2 = 2NH3 se calculează prin formula: v = K**^3,
unde concentrațiile reactivilor sunt la puterea egală cu coeficienții din ecuație. Deci, trebuie să ridici la a 3-a putere:
2^3 = 8 de câte ori va crește viteza - Presurizați de 3 ori viteza unui simplu reactii 2NO + O2 \u003d 2NO2 va crește de 1) de 3 ori 2) de 9 ori ... 4) de 18 ori 2. Coeficientul de temperatură reactii egal cu 2.când este încălzit de la 20 de grade la 50 de viteză reactii crește 1) de 2 ori 2) de 4 ori 3) de 6 ori 4) de 8 ori 3. schimbarea presiunii afectează viteza reactie chimica 1) între ... şi hidroxid de potasiu 4. procesele catalitice includ reacţieîntre 1) sodiu și apă 2) buten-1 și apă ... și apă 4) oxid de cupru (2) și hidrogen 5. viteza reactii zincul cu o soluție de acid sulfuric nu depinde de ... curgeri reacţie 1)Ag+Cl 2)Fe+O2 3)N2+O2 4)Cl2+Fe
- aA + bB = cC + dD
În această ecuație, literele mici denotă coeficienți stoichiometrici, iar majusculele denotă formule ale substanțelor. Pentru acest caz general, viteza reacției directe este dată de următoarea ecuație:
Vpr = k1()
b) K= /(* )
c) În teorie, nu există nimic de scris, deoarece în sistem nu există substanțe gazoase.
d) K=Unele reacții chimice apar aproape instantaneu (explozia unui amestec de oxigen-hidrogen, reacții de schimb ionic într-o soluție apoasă), a doua - rapid (combustia substanțelor, interacțiunea zincului cu acidul), iar altele - încet (ruginirea fierului, degradarea reziduurilor organice). Sunt cunoscute atât de lente reacții încât o persoană pur și simplu nu le poate observa. De exemplu, transformarea granitului în nisip și argilă are loc de-a lungul a mii de ani.
Cu alte cuvinte, reacțiile chimice pot avea loc diferit viteză.
Dar ce este viteza de reacție? Care este definiția exactă a acestei mărimi și, cel mai important, expresia ei matematică?
Viteza unei reacții este modificarea cantității de substanță într-o unitate de timp într-o unitate de volum. Din punct de vedere matematic, această expresie se scrie astfel:
Unde n 1 și n 2- cantitatea de substanță (mol) la momentul t 1 și respectiv t 2 într-un sistem cu volum V.
Care semn plus sau minus (±) va sta înaintea expresiei vitezei depinde dacă ne uităm la o modificare a cantității din care substanță - un produs sau un reactant.
Evident, pe parcursul reacției, reactivii sunt consumați, adică numărul lor scade, prin urmare, pentru reactivi, expresia (n 2 - n 1) are întotdeauna o valoare mai mică decât zero. Deoarece viteza nu poate fi o valoare negativă, în acest caz, înaintea expresiei trebuie plasat un semn minus.
Dacă ne uităm la modificarea cantității de produs și nu a reactantului, atunci semnul minus nu este necesar înaintea expresiei pentru calcularea vitezei, deoarece expresia (n 2 - n 1) în acest caz este întotdeauna pozitivă. , deoarece cantitatea de produs ca urmare a reacției nu poate decât să crească.
Raportul dintre cantitatea de substanță n la volumul în care se află această cantitate de substanță, numită concentrație molară DIN:
Astfel, folosind conceptul de concentrație molară și expresia sa matematică, putem scrie o altă modalitate de a determina viteza de reacție:
Viteza de reacție este modificarea concentrației molare a unei substanțe ca rezultat al unei reacții chimice într-o unitate de timp:
Factori care afectează viteza de reacție
Este adesea extrem de important să știm ce determină viteza unei anumite reacții și cum să o influențezi. De exemplu, industria de rafinare a petrolului luptă literalmente pentru fiecare jumătate suplimentară de la sută din produs pe unitatea de timp. La urma urmei, având în vedere cantitatea uriașă de petrol procesată, chiar și jumătate la sută se varsă într-un profit financiar anual mare. În unele cazuri, este extrem de important să încetiniți orice reacție, în special coroziunea metalelor.
Deci de ce depinde viteza unei reacții? Depinde, destul de ciudat, de platou diverse opțiuni.
Pentru a înțelege această problemă, în primul rând, să ne imaginăm ce se întâmplă ca urmare a unei reacții chimice, de exemplu:
Ecuația scrisă mai sus reflectă procesul în care moleculele substanțelor A și B, ciocnând între ele, formează molecule ale substanțelor C și D.
Adică, fără îndoială, pentru ca reacția să aibă loc, este necesară cel puțin o ciocnire a moleculelor substanțelor inițiale. Evident, dacă creștem numărul de molecule pe unitatea de volum, numărul de coliziuni va crește în același mod cu cât frecvența coliziunilor tale cu pasagerii dintr-un autobuz aglomerat va crește față de unul pe jumătate gol.
Cu alte cuvinte, viteza de reacție crește odată cu creșterea concentrației reactanților.
În cazul în care unul sau mai mulți reactanți sunt gaze, viteza de reacție crește odată cu creșterea presiunii, deoarece presiunea unui gaz este întotdeauna direct proporțională cu concentrația moleculelor sale constitutive.
Cu toate acestea, ciocnirea particulelor este o condiție necesară, dar nu suficientă, pentru ca reacția să continue. Cert este că, conform calculelor, numărul de ciocniri ale moleculelor substanțelor care reacţionează la concentrația lor rezonabilă este atât de mare încât toate reacțiile trebuie să aibă loc într-o clipă. Cu toate acestea, acest lucru nu se întâmplă în practică. Ce s-a întâmplat?
Faptul este că nu orice coliziune a moleculelor reactante va fi neapărat eficientă. Multe ciocniri sunt elastice - moleculele sar unele de altele ca niște mingi. Pentru ca reacția să aibă loc, moleculele trebuie să aibă suficientă energie cinetică. Energia minimă pe care trebuie să o aibă moleculele reactanților pentru ca reacția să aibă loc se numește energie de activare și se notează E a. Într-un sistem format din un numar mare molecule, există o distribuție a moleculelor după energie, unele dintre ele au energie scăzută, altele sunt înalte și medii. Dintre toate aceste molecule, doar o mică parte din molecule au o energie mai mare decât energia de activare.
După cum se știe din cursul fizicii, temperatura este de fapt o măsură a energiei cinetice a particulelor care alcătuiesc substanța. Adică, cu cât particulele care alcătuiesc substanța se mișcă mai repede, cu atât temperatura acesteia este mai mare. Astfel, evident, prin ridicarea temperaturii, creștem esențial energia cinetică a moleculelor, drept urmare proporția moleculelor cu energii care depășesc E a, iar ciocnirea lor va duce la o reacție chimică.
Faptul efectului pozitiv al temperaturii asupra vitezei de reacție a fost stabilit empiric încă din secolul al XIX-lea de chimistul olandez Van't Hoff. Pe baza cercetărilor sale, a formulat o regulă care încă îi poartă numele și sună astfel:
Viteza oricărei reacții chimice crește de 2-4 ori cu o creștere a temperaturii cu 10 grade.
Reprezentarea matematică a acestei reguli se scrie astfel:
Unde V 2și V 1 este viteza la temperatura t 2 și, respectiv, t 1, iar γ este coeficientul de temperatură al reacției, a cărui valoare se află cel mai adesea în intervalul de la 2 la 4.
Adesea, viteza multor reacții poate fi crescută prin utilizarea catalizatori.
Catalizatorii sunt substanțe care accelerează o reacție fără a fi consumate.
Dar cum reușesc catalizatorii să mărească viteza unei reacții?
Reamintim energia de activare E a . Moleculele cu energii mai mici decât energia de activare nu pot interacționa între ele în absența unui catalizator. Catalizatorii schimbă calea de-a lungul căreia se desfășoară reacția, similar modului în care un ghid experimentat va pava traseul expediției nu direct prin munte, ci cu ajutorul căilor de ocolire, drept urmare chiar și acei sateliți care nu au avut suficienți. energia de a urca muntele va putea să se mute pe o altă parte.
În ciuda faptului că catalizatorul nu este consumat în timpul reacției, totuși ia o parte activă în el, formând compuși intermediari cu reactivi, dar la sfârșitul reacției revine la starea inițială.
Pe lângă factorii de mai sus care afectează viteza de reacție, dacă există o interfață între substanțele care reacţionează (reacție eterogenă), viteza de reacție va depinde și de aria de contact a reactanților. De exemplu, imaginați-vă o granulă de aluminiu metalic care a fost aruncată într-o eprubetă care conține o soluție apoasă de acid clorhidric. Aluminiul este un metal activ care poate reacționa cu acizii neoxidanți. Cu acid clorhidric, ecuația de reacție este următoarea:
2Al + 6HCI → 2AlCI3 + 3H2
Aluminiul este un solid, ceea ce înseamnă că reacționează doar cu acidul clorhidric de pe suprafața sa. Evident, dacă creștem suprafața prin rularea mai întâi a granulelor de aluminiu în folie, oferim astfel un număr mai mare de atomi de aluminiu disponibili pentru reacția cu acidul. Ca urmare, viteza de reacție va crește. În mod similar, o creștere a suprafeței unui solid poate fi obținută prin măcinarea acestuia într-o pulbere.
De asemenea, viteza unei reacții eterogene, în care un solid reacționează cu un gaz sau un lichid, este adesea afectată pozitiv de agitare, ceea ce se datorează faptului că, în urma agirii, moleculele acumulate ale produselor de reacție sunt îndepărtate din zona de reacție și o nouă porțiune a moleculelor de reactiv este „amenajată”.
Ultimul lucru de remarcat este și influența uriașă asupra vitezei de reacție și a naturii reactivilor. De exemplu, cu cât metalul alcalin este mai jos în tabelul periodic, cu atât reacționează mai repede cu apa, fluorul dintre toți halogenii reacționează cel mai rapid cu hidrogenul gazos etc.
Pe scurt, viteza de reacție depinde de următorii factori:
1) concentrația de reactivi: cu cât este mai mare, cu atât este mai mare viteza de reacție.
2) temperatura: cu creșterea temperaturii, viteza oricărei reacții crește.
3) aria de contact a reactanților: cu cât aria de contact a reactanților este mai mare, cu atât este mai mare viteza de reacție.
4) agitare, dacă reacția are loc între un solid și un lichid sau gaz, agitarea o poate accelera.
Efectul presiunii asupra vitezei de reacție depinde de Ordin reactii. Dacă temperatura rămâne neschimbată și este dată compoziția amestecului inițial de gaze, atunci conform ecuației de stare pentru fiecare dintre concentrații, putem scrie: p a=aR m T, pb=bR m T. Aici A, b,…, sunt concentrații molare și p a, pb, ..., - presiuni parțiale ale gazelor corespunzătoare. Dacă numărul total de moli pe unitate de volum este z, atunci exact în același mod se poate scrie p=zR m T, Unde R- presiunea totala. Prin urmare, , etc. Valori... etc. sunt concentrații volumetrice relative. Indicându-le cu DAR, LA... etc., obținem: p a=Ap,
Unde ; pb =Bp, . Considera monomoleculară procesul descris de ecuație:
în acest caz, viteza de transformare a substanţei este direct proporţională cu presiunea: ~ p.
Pentru bimolecular reactii:
adică ~ p 2. În consecință, pentru trimolecular reactii pe care le avem:
Unde k este constanta vitezei de reacție.
2.2. Energie activatoare. legea lui Arrhenius
Numărul de ciocniri reciproce ale moleculelor care reacţionează creşte ~ , ceea ce contribuie la creşterea vitezei de reacţie. De exemplu, pentru multe reacții, o creștere a temperaturii cu doar 10 ° C duce la o creștere a constantei de viteză cu un factor de 2-4.
Exemplu. Timpul de înjumătățire al iodurii de hidrogen conform ecuației 2HJ→H 2 +J 2 . La T = Timpul de înjumătățire 373K este de 314000 de ani, la T\u003d 666K, scade la 1,3 ore și la T=973K t 1/2 = 0,12 sec.
Arrhenius: pentru ca o reacție chimică să aibă loc, este necesară o slăbire sau o rupere preliminară a legăturilor interne ale unei molecule stabile, pentru care trebuie cheltuită o anumită cantitate de energie E . Cu cât energia termică a moleculelor care se ciocnesc este mai mare, cu atât este mai mare probabilitatea de rearanjare a legăturilor interne și de crearea de noi molecule. La E= const frecvența coliziunilor care se termină într-o reacție va crește mult mai repede decât .
Energia necesară pentru depășirea barierei energetice care împiedică apropierea moleculelor de reacție și formarea produselor de reacție se numește energia de activare E a. Astfel, actul elementar al unei reacții chimice are loc numai în ciocnirea acelor molecule a căror energie cinetică este mai mare decât E a.
Energie activatoare E a de obicei mai mare decât energia medie a mișcării termice a moleculelor. Cu cât energia de activare este mai mică, cu atât vor avea loc mai des ciocniri ale moleculelor, ducând la formarea produselor de reacție, cu atât viteza reacției chimice va fi mai mare. Crește T duce la o creștere a numărului de molecule cu exces de energie, depășind E a. Aceasta explică creșterea vitezei unei reacții chimice cu creșterea temperaturii (Fig. 2.1).
Orez. 2.1. Căldura de ardere Qși energie de activare E=u max- u 1
În cele mai simple cazuri, constantele de viteză ale reacțiilor chimice pot fi determinate din rapoarte generale teoria cinetică moleculară (vezi, de exemplu,).
Notează prin p Ași p c numărul de molecule A și B în 1 cm3 . Viteza de reacție va fi egală cu numărul Z astfel de ciocniri ale moleculelor A și B pe unitatea de timp, a căror energie este mai mare decât energia de activare E . Pentru gaz ideal Z se determină pe baza legii Maxwell-Boltzmann de distribuție a energiei:
Aici, este diametrul efectiv mediu al moleculelor care se ciocnesc, este greutatea moleculară redusă, R m = 8,315∙10 7 erg/grad - constantă universală de gaz, m A, m B - greutăți moleculare.
În cele mai multe cazuri, valorile experimentale sunt mult mai mici decât cele teoretice. Prin urmare, în formula de calcul este introdus așa-numitul coeficient probabilist sau steric R. Ca urmare, formula pentru calcularea vitezei unei reacții bimoleculare, numită formula Arrhenius, ia următoarea formă:
Comparând formula rezultată cu ecuația (2.8) pentru reacțiile de ordinul doi, putem obține o expresie pentru constanta de viteză a acestei reacții:
Influența puternică a temperaturii asupra vitezei de reacție este explicată în principal de factorul Arrhenius. Prin urmare, în calcule aproximative, factorul pre-exponențial este adesea presupus a fi independent de T.
O analiză a formulei (2.12) arată că odată cu creșterea lui T, rata de creștere W crește mai întâi, atinge o anumită valoare maximă și apoi scade, cu alte cuvinte, curba W față de T are un punct de inflexiune. Echivalând cu zero derivata a doua a lui W în raport cu T, găsim temperatura corespunzătoare punctului de inflexiune:
Este ușor de observat că această temperatură este destul de ridicată. De exemplu, la E=20000cal/(g-mol) Tp=5000K. Când utilizați formula (2.12) pentru calcule numerice, trebuie să luați în considerare dimensiunile cantităților incluse în ea.
Formula (2.12) poate fi scrisă după cum urmează:
unde este factorul pre-exponențial, adică numărul total de ciocniri la n A =n B =1 moleculă/cm 3 . Uneori R sunt incluse și în factorul pre-exponențial.
Pentru calculele estimate ale ordinii vitezei de reacție, valoarea k 0 poate fi luat pentru temperatură T\u003d 300K egal cu 10 -10 cm 3 / (moleculă ∙ sec) (pentru d cf »4 ∙ 10 -8 și m A \u003d m B »30).
Sisteme. Dar această valoare nu reflectă posibilitatea reală a reacției, ea vitezăși mecanism.
Pentru o reprezentare completă a unei reacții chimice, trebuie să cunoaștem ce tipare temporale există în timpul implementării acesteia, de exemplu. viteza de reactie chimicași mecanismul său detaliat. Viteza și mecanismul studiilor de reacție cinetica chimică știința procesului chimic.
În ceea ce privește cinetica chimică, reacțiile pot fi clasificate în simplu și complex.
reacții simple- procese care au loc fără formarea de compuși intermediari. În funcție de numărul de particule care participă la el, acestea sunt împărțite în monomolecular, bimolecular, trimolecular. Ciocnirea a mai mult de 3 particule este puțin probabilă, așa că reacțiile trimoleculare sunt destul de rare, iar cele cu patru moleculare sunt necunoscute. Reacții complexe- procese formate din mai multe reactii elementare.
Orice proces continuă cu viteza sa inerentă, care poate fi determinată de schimbările care au loc într-o anumită perioadă de timp. mijloc viteza de reactie chimica exprimată ca modificare a cantității de substanță n substanță consumată sau primită pe unitatea de volum V pe unitatea de timp t.
υ = ± dn/ dt· V
Dacă substanța este consumată, atunci punem semnul „-”, dacă se acumulează - „+”
La volum constant:
υ = ± DC/ dt,
Viteza de reacție unitate mol/l s
În general, υ este o valoare constantă și nu depinde de substanța pe care o urmăm în reacție.
Dependenţa concentraţiei reactivului sau produsului de timpul de reacţie este prezentată ca curba cinetica, care arată astfel:
Este mai convenabil să se calculeze υ din datele experimentale dacă expresiile de mai sus sunt convertite în următoarea expresie:
Legea maselor active. Ordinea și constanta de viteză a reacției
Una dintre cuvinte legea acțiunii în masă suna asa: Viteza unei reacții chimice omogene elementare este direct proporțională cu produsul concentrațiilor reactanților.
Dacă procesul studiat este reprezentat ca:
a A + b B = produse
atunci se poate exprima viteza unei reacții chimice ecuația cinetică:
υ = k [A] a [B] b sau
υ = k C a A C b B
Aici [ A] și [B] (C A șiC B) - concentrația de reactivi,
a sib sunt coeficienții stoichiometrici ai unei reacții simple,
k este constanta vitezei de reacție.
Semnificația chimică a cantității k- aceasta este viteza de reacție la concentrații unice. Adică, dacă concentrațiile substanțelor A și B sunt egale cu 1, atunci υ = k.
Trebuie avut în vedere că în procesele chimice complexe coeficienții a sib nu se potrivesc cu cele stoichiometrice.
Legea acțiunii în masă este îndeplinită în mai multe condiții:
- Reacția este activată termic, adică. energie termică de mișcare.
- Concentrația de reactivi este distribuită uniform.
- Proprietățile și condițiile mediului nu se modifică în timpul procesului.
- Proprietățile mediului nu ar trebui să afecteze k.
Pentru procese complexe legea acțiunii în masă nu poate fi aplicat. Acest lucru poate fi explicat prin faptul că un proces complex constă din mai multe etape elementare, iar viteza lui nu va fi determinată de viteza totală a tuturor etapelor, ci doar de una dintre cele mai lente etape, care se numește limitare.
Fiecare reacție are propria sa Ordin. A determina ordin privat (parțial). prin reactiv și ordine generală (deplină).. De exemplu, în expresia pentru viteza unei reacții chimice pentru un proces
a A + b B = produse
υ = k·[ A] A·[ B] b
A– comanda după reactiv DAR
b — comandă după reactiv LA
Ordine generală A + b = n
Pentru procese simple ordinea de reacție indică numărul de particule care reacţionează (coincide cu coeficienţii stoichiometrici) și ia valori întregi. Pentru procese complexe ordinea reacției nu coincide cu coeficienții stoichiometrici și poate fi oricare.
Să determinăm factorii care influențează viteza unei reacții chimice υ.
Dependența vitezei de reacție de concentrația reactanților
determinat de legea acțiunii în masă: υ = k[ A] A·[ B] b
Evident, odată cu creșterea concentrațiilor de reactanți, υ crește, deoarece numărul de ciocniri între substanțele care participă la procesul chimic crește. Mai mult, este important să se ia în considerare ordinea reacției: dacă n=1 pentru un anumit reactiv, atunci viteza sa este direct proporțională cu concentrația acestei substanțe. Dacă pentru orice reactiv n=2, apoi dublarea concentrației sale va duce la o creștere a vitezei de reacție de 2 2 \u003d de 4 ori, iar creșterea concentrației de 3 ori va accelera reacția de 3 2 \u003d de 9 ori.
Mecanismele transformărilor chimice și ratele acestora sunt studiate prin cinetică chimică. Procesele chimice se desfășoară în timp cu viteze diferite. Unele se întâmplă rapid, aproape instantaneu, în timp ce altele durează foarte mult să apară.
In contact cu
Reacția rapidă- viteza cu care se consumă reactivii (concentrația lor scade) sau se formează produse de reacție pe unitate de volum.
Factori care pot afecta viteza unei reacții chimice
Următorii factori pot afecta cât de repede are loc o interacțiune chimică:
- concentrația de substanțe;
- natura reactivilor;
- temperatura;
- prezența unui catalizator;
- presiune (pentru reacții în mediu gazos).
Astfel, prin modificarea anumitor condiții pentru desfășurarea unui proces chimic, este posibil să se influențeze cât de repede va decurge procesul.
În procesul de interacțiune chimică, particulele substanțelor care reacţionează se ciocnesc unele cu altele. Numărul de astfel de coincidențe este proporțional cu numărul de particule de substanțe din volumul amestecului de reacție și, prin urmare, proporțional cu concentrațiile molare ale reactivilor.Legea maselor care actioneaza descrie dependența vitezei de reacție de concentrațiile molare ale substanțelor care reacţionează.
Pentru o reacție elementară (A + B → ...), această lege se exprimă prin formula:
υ \u003d k ∙С A ∙С B,
unde k este constanta vitezei; C A și C B sunt concentrațiile molare ale reactanților, A și B.
Dacă una dintre substanțele care reacționează este în stare solidă, atunci interacțiunea are loc la interfață și, prin urmare, concentrația substanței solide nu este inclusă în ecuația legii cinetice a maselor care acționează. Pentru a înțelege semnificația fizică a constantei de viteză, este necesar să luăm C, A și C B egale cu 1. Apoi devine clar că constanta de viteză este egală cu viteza de reacție la concentrații de reactiv egale cu unitatea.
Natura reactivilor
Deoarece legăturile chimice ale substanţelor care reacţionează sunt distruse în procesul de interacţiune şi se formează noi legături ale produşilor de reacţie, natura legăturilor care participă la reacţia compuşilor şi structura moleculelor substanţelor care reacţionează vor juca un rol important. rol important.
Suprafața de contact a reactivilor
O astfel de caracteristică precum suprafața de contact a reactivilor solizi, uneori destul de semnificativ, afectează cursul reacției. Măcinarea unui solid vă permite să creșteți suprafața de contact a reactivilor și, prin urmare, să accelerați procesul. Zona de contact a substanțelor dizolvate este ușor crescută prin dizolvarea substanței.
Temperatura de reacție
Pe măsură ce temperatura crește, energia particulelor care se ciocnesc va crește, este evident că, odată cu creșterea temperaturii, procesul chimic în sine se va accelera. Un exemplu clar al modului în care o creștere a temperaturii afectează procesul de interacțiune a substanțelor poate fi considerat datele prezentate în tabel.Tabelul 1. Efectul schimbării temperaturii asupra ratei de formare a apei (О 2 +2Н 2 →2Н 2 О)
Pentru o descriere cantitativă a modului în care temperatura poate afecta rata de interacțiune a substanțelor, se folosește regula van't Hoff. Regula lui Van't Hoff este că atunci când temperatura crește cu 10 grade, are loc o accelerație de 2-4 ori.
Formula matematică care descrie regula van't Hoff este următoarea:
Unde γ este coeficientul de temperatură al vitezei de reacție chimică (γ = 2−4).
Dar descrie mult mai precis dependență de temperatură constantele ratei ecuația lui Arrhenius:
Unde R este constanta universală a gazului, A este un factor determinat de tipul de reacție, E, A este energia de activare.
Energia de activare este energia pe care o moleculă trebuie să o dobândească pentru a avea loc o transformare chimică. Adică, este un fel de barieră energetică care va trebui depășită de molecule care se ciocnesc în volumul de reacție pentru a redistribui legăturile.
Energia de activare nu depinde de factori externi, ci depinde de natura substanței. Valoarea energiei de activare de până la 40 - 50 kJ / mol permite substanțelor să reacționeze între ele destul de activ. Dacă energia de activare depăşeşte 120 kJ/mol, atunci substanțele (la temperaturi obișnuite) vor reacționa foarte lent. O modificare a temperaturii duce la o modificare a numărului de molecule active, adică molecule care au atins o energie mai mare decât energia de activare și, prin urmare, capabile de transformări chimice.
Acțiune catalizatoare
Un catalizator este o substanță care poate accelera un proces, dar nu face parte din produsele sale. Cataliza (accelerarea cursului unei transformări chimice) se împarte în · omogenă, · eterogenă. Dacă reactanții și catalizatorul sunt în aceeași stare de agregare, atunci cataliza se numește omogenă, dacă se află în stări diferite, atunci eterogenă. Mecanismele de acțiune ale catalizatorilor sunt diverse și destul de complexe. În plus, trebuie remarcat faptul că catalizatorii sunt caracterizați prin selectivitatea acțiunii. Adică, același catalizator, care accelerează o reacție, poate să nu modifice viteza alteia în niciun fel.Presiune
Dacă substanțele gazoase sunt implicate în transformare, atunci viteza procesului va fi afectată de o schimbare a presiunii în sistem. . Acest lucru se întâmplă pentru că că pentru reactanții gazoși, o modificare a presiunii duce la o modificare a concentrației.
Determinarea experimentală a vitezei unei reacții chimice
Este posibil să se determine viteza unei transformări chimice în mod experimental, obținând date despre modul în care se modifică concentrația substanțelor sau a produselor care reacţionează pe unitatea de timp. Metodele de obținere a unor astfel de date sunt împărțite în
- chimic,
- fizice si chimice.
Metode chimice destul de simplu, accesibil și precis. Cu ajutorul lor, viteza este determinată prin măsurarea directă a concentrației sau cantității unei substanțe de reactanți sau produse. În cazul unei reacții lente, se prelevează probe pentru a monitoriza modul în care este consumat reactivul. După aceea, se determină conținutul de reactiv din probă. Prin prelevarea de probe la intervale regulate, este posibil să se obțină date despre modificarea cantității unei substanțe în timpul interacțiunii. Cele mai utilizate tipuri de analiză sunt titrimetria și gravimetria.Dacă reacția decurge rapid, atunci pentru a preleva o probă, aceasta trebuie oprită. Acest lucru se poate face prin răcire îndepărtarea bruscă a catalizatorului, este de asemenea posibil să se dilueze sau să se transfere unul dintre reactivi într-o stare nereactivă.
Metodele de analiză fizico-chimică în cinetica experimentală modernă sunt utilizate mai des decât cele chimice. Cu ajutorul lor, puteți observa schimbarea concentrațiilor de substanțe în timp real. Nu este nevoie să opriți reacția și să luați probe.
Metodele fizico-chimice se bazează pe măsurare proprietate fizică, în funcție de conținutul cantitativ al unui anumit compus din sistem și modificându-se în timp. De exemplu, dacă gazele sunt implicate în reacție, atunci presiunea poate fi o astfel de proprietate. Conductivitatea electrică, indicele de refracție și spectrele de absorbție ale substanțelor sunt, de asemenea, măsurate.