Odvisnost hitrosti reakcije na temperaturo. Arnheniusova enačba

Nenehno se soočamo z različnimi kemičnimi interakcijami. Izgorevanje zemeljskega plina, rjavenje železa, sevanje mleka - ne vsi procesi, ki se podrobno preučujejo v šolskem tečaju kemije.

Nekatere reakcije zahtevajo frakcije v sekundah, nekatere interakcije pa zahtevajo dneve in tedne.

Poskusimo določiti odvisnost reakcijske hitrosti od temperature, koncentracije, drugih dejavnikov. V novem izobraževalnem standardu je to vprašanje podano najmanjšemu času študija. Pri testiranju enotnega državnega izpita so naloge za odvisnost reakcijske hitrosti od temperature, koncentracije in celo predlagane računske naloge. Mnogi srednješolci doživljajo določene težave pri iskanju odgovorov na ta vprašanja, zato bomo to temo podrobno analizirali.

Pomembnost obravnavanega vprašanja

Informacije o hitrosti reakcije so zelo praktične in znanstvene narave. Na primer, pri specifični proizvodnji snovi in ​​izdelkov iz dane vrednosti je odvisnost izvedbe opreme, vrednosti blaga.

Razvrstitev tekočih reakcij

Obstaja neposredna povezava med agregatnim stanjem začetnih komponent in produkti, ki so nastali med kemični proces: heterogene interakcije.

V skladu s sistemom je običajno v kemiji navesti snov ali kombinacijo teh snovi.

Homogeno obravnavamo tak sistem, ki je sestavljen iz ene faze (istega agregatnega stanja). Kot primer lahko omenimo mešanico plinov, več različnih tekočin.

Heterogena je sistem, v katerem so reaktanti v obliki plinov in tekočin, trdnih snovi in ​​plinov.

Ne obstaja le odvisnost reakcijske hitrosti od temperature, ampak tudi od faze, v kateri se uporabljajo komponente, ki vstopajo v analizirano interakcijo.

Za homogeno sestavo proces poteka skozi celoten volumen, kar bistveno izboljša njegovo kakovost.

Če so izhodni materiali v različnih faznih razmerah, se na fazni meji opazita največja interakcija. Na primer, ko se aktivna kislina raztopi v kislini, se tvorba proizvoda (soli) opazi le na kontaktni površini.

Matematično razmerje med hitrostjo procesa in različnimi dejavniki

Kakšna je enačba odvisnosti hitrosti kemične reakcije na temperaturo? Za homogeni postopek se hitrost določi s količino snovi, ki vstopi v interakcijo ali se tvori med reakcijo v prostornini sistema na enoto časa.

Za heterogeni postopek se hitrost določi s količino snovi, ki reagira ali je pridobljena v procesu na enoto površine v minimalnem časovnem obdobju.

Dejavniki, ki vplivajo na hitrost kemijske reakcije

Narava reagirajočih snovi je eden od razlogov za različno hitrost procesov. Na primer, alkalne kovine oblikujeta alkalijo z vodo pri sobni temperaturi, proces pa spremlja intenzivno sproščanje plinskega vodika. Plemenite kovine (zlato, platina, srebro) takih procesov niso sposobne niti pri sobni temperaturi niti pri ogrevanju.

Narava reagirajočih snovi je dejavnik, ki se upošteva v kemični industriji, da se poveča donosnost proizvodnje.

Ugotovljena je bila odvisnost med koncentracijo reagentov in hitrostjo kemijske reakcije. Višja je, več bo delcev, zato se bo proces nadaljeval hitreje.

Zakon o delujočih masah v matematični obliki opisuje neposredno sorazmerno razmerje med koncentracijo začetnih snovi in ​​hitrostjo procesa.

Nastala je sredi devetnajstega stoletja ruski kemik NN Beketov. Za vsak proces se določi reakcijska konstanta, ki ni povezana niti s temperaturo, koncentracijo ali naravo reaktantov.

Da bi pospešili reakcijo, v kateri je vpletena trdna snov, jo je treba rafinirati v praškasto stanje.

To povečuje površino, ki pozitivno vpliva na hitrost procesa. Za dizelsko gorivo se uporablja poseben sistem vbrizgavanja, tako da se ob stiku z zrakom stopnja izgorevanja mešanice ogljikovodikov močno poveča.

Ogrevanje

Odvisnost hitrosti kemične reakcije na temperaturo razlaga molekularno-kinetična teorija. Omogoča izračun števila trkov med reagentnimi molekulami pod določenimi pogoji. Če se s takimi informacijami obvladujete, morajo v normalnih pogojih vsi postopki takoj ukrepati.

Toda če upoštevamo poseben primer odvisnosti reakcijske hitrosti na temperaturo, se izkaže, da je za interakcijo najprej potrebno razbiti kemične vezi med atomi, tako da nastanejo nove snovi iz njih. To zahteva veliko količino energije. Kakšna je odvisnost reakcijske hitrosti od temperature? Aktivacijska energija določa možnost molekularne rupture, in sicer, da je značilnost realnosti procesov. Njene merilne enote so kJ / mol.

Če je indeks energije nezadosten, bo trk neučinkovit, zato ga ne spremlja nastajanje nove molekule.

Grafična predstavitev

Odvisnost hitrosti kemijske reakcije na temperaturi lahko grafično predstavimo. Pri segrevanju se poveča število trkov med delci, kar pospešuje interakcijo.

Kako je graf reakcijske hitrosti odvisen od temperature? Energija molekul je določena vodoravno, število delcev z visoko energijsko rezervo pa je navpično prikazano. Graf je krivulja, iz katere lahko ocenimo hitrost določene interakcije.

Večja je razlika v povprečni energiji, večja je točka krivulje od najvišje in manjši delež molekul ima tako dobavo energije.

Pomembni vidiki

Ali je mogoče napisati enačbo odvisnosti konstant reakcijske hitrosti na temperaturi? Njeno povečanje odraža povečanje hitrosti postopka. Za to odvisnost je značilna določena vrednost, ki se imenuje temperaturni koeficient procesne hitrosti.

Za vsako interakcijo je konstanta reakcijske hitrosti odvisna od temperature. Če se poveča za 10 stopinj, se hitrost procesa poveča za faktor 2-4.

Odvisnost stopnje homogenih reakcij na temperaturo lahko predstavimo v matematični obliki.

Za večino interakcij pri sobni temperaturi je koeficient v razponu od 2 do 4. Na primer s temperaturnim koeficientom 2,9, povečanje temperature za 100 stopinj pospešuje proces za skoraj 50.000 krat.

Odvisnost reakcijske hitrosti na temperaturo lahko enostavno razložimo z različnimi vrednostmi aktivacijske energije. Ima najmanjšo vrednost pri izvajanju ionskih procesov, ki jih določajo samo interakcije kationov in anionov. Številni poskusi kažejo na trenutni pojav takšnih reakcij.

Pri visoki vrednosti aktivacijske energije bo le majhno število trkov med delci pripeljalo do interakcije. S povprečno energijo aktivacije reagenti vplivajo na povprečno hitrost.

Dodelitve odvisnosti stopnje reakcije na koncentracijo in temperaturo se upoštevajo le na višji stopnji usposabljanja, pogosto povzročajo resne težave otrokom.

Merjenje hitrosti procesa

Ti procesi, ki zahtevajo veliko aktivacijsko energijo, nakazujejo začetno rupturo ali oslabitev vezi med atomi v izhodiščnih materialih. Hkrati vstopajo v določeno vmesno stanje, imenovano aktiviran kompleks. To je nestabilno stanje, hitro se raztaplja v reakcijske produkte, proces pa spremlja sproščanje dodatne energije.

V najpreprostejši obliki je aktivirani kompleks konfiguracija atomov z oslabljenimi starimi vezmi.

Inhibitorji in katalizatorji

Analiziramo odvisnost hitrosti encimske reakcije na temperaturi medija. Takšne snovi delujejo kot pospeševalci procesa.

Sami niso udeleženci v interakciji, njihovo število ostane nespremenjeno po zaključku postopka. Če katalizatorji prispevajo k povečanju stopnje reakcije, potem zaviralci, nasprotno, upočasnijo ta proces.

Bistvo tega je tvorba vmesnih spojin, zaradi česar se spremeni sprememba hitrosti procesa.

Zaključek

Na svetu vsako minuto obstajajo različne kemične interakcije. Kako ugotoviti odvisnost hitrosti reakcije na temperaturo? Arrheniusova enačba je matematična razlaga razmerja med konstantno hitrostjo in temperaturo. Predstavlja ideje o vrednosti energijske aktivacije, pri katerih je mogoče uničiti ali oslabiti vezi med atomi v molekulah, porazdelitev delcev v nove kemične snovi.

Zahvaljujoč molekularno-kinetični teoriji je mogoče predvideti verjetnost medsebojnih vplivov med začetnimi komponentami in izračunati hitrost procesa. Med dejavniki, ki vplivajo na stopnjo reakcije, sta posebnega pomena sprememba temperature, odstotna koncentracija vzajemnih snovi, površina kontaktne površine, prisotnost katalizatorja (inhibitor) in narava komponent interakcij.