Hitrost reakcije v kemiji: definicija in odvisnost od različnih dejavnikov

Hitrost reakcije je vrednost, ki kaže na spremembo koncentracije reaktantov v določenem časovnem obdobju. Da bi ocenili njegovo velikost, je treba spremeniti začetne pogoje procesa.

Homogene interakcije

Hitrost reakcije med določenimi spojinami v isti agregatni obliki je odvisna od količine odvzetih snovi. Z matematičnega vidika lahko izrazimo razmerje med hitrostjo homogenega procesa in spremembo koncentracije na enoto časa.

Primer takšne interakcije je oksidacija dušikovega oksida (2) v dušikov oksid (4).

Heterogeni procesi

Hitrost reakcije za začetne snovi v različnih agregatnih stanjih je značilna za količino molov začetnih reagentov na enoto površine na časovno enoto.

Heterogene interakcije so značilne za sisteme, ki imajo drugačno agregatno stanje.

Če povzamemo, ugotavljamo, da stopnja reakcije kaže na spremembo količine mol prvih reaktantov (interakcijskih produktov) v časovnem intervalu, na enoto faznega vmesnika ali na enoto prostornine.

Koncentracija

Razmislimo o osnovnih dejavnikih, ki vplivajo na hitrost reakcije. Začnimo s koncentracijo. Takšna odvisnost je izražena v zakonu igralskih množic. Med produktom koncentracij snovi, ki vstopajo v interakcijo, sprejete do stopnje stereokemijskih koeficientov in hitrosti reakcije, obstaja neposredna sorazmerna zveza.

Razmislimo o enačbi aA + bB = cC + dA, kjer so A, B, C, D - tekočine ali plini. Za zgornji postopek je mogoče zapisati kinetično enačbo ob upoštevanju koeficienta sorazmernosti, ki ima za vsako interakcijo svoj lasten pomen.

Kot glavni razlog za stopnjo rasti lahko opazimo povečanje števila trkov reakcijskih delcev na enoto prostornine.

Temperatura

Razmislimo o vplivu temperature na hitrost reakcije. Procesi, ki se pojavljajo v homogenih sistemih, so možni le, če se delci trčijo. Toda vsi trki ne vodijo k nastanku reakcijskih produktov. Samo v primeru, ko imajo delci večjo energijo. Ko se reagenti ogrevajo, se poveča kinetična energija delcev, število aktivnih molekul se poveča, zato se opazuje povečanje reakcijske hitrosti. Odnos med temperaturnim indeksom in hitrostjo procesa je določen s pravilom Van`t Hoff: vsako zvišanje temperature za 10 ° C povzroči povečanje procesne hitrosti za faktor 2-4.

Katalizator

Glede na dejavnike, ki vplivajo na stopnjo reakcije, se osredotočimo na snovi, ki lahko povečajo hitrost procesa, to je na katalizatorjih. Odvisno od agregatnega stanja katalizatorja in reaktantov se razlikujeta več tipov katalize:

• homogena oblika, v kateri imajo reagenti in katalizator eno agregatno stanje;
• heterogena oblika, kadar sta reaktanti in katalizator v isti fazi.

Kot primeri snovi, ki pospešujejo interakcije, lahko ločimo nikelj, platino, rodij, paladij.

Inhibitorji menijo, da snovi, ki upočasnijo reakcijo.

Območje stika

Na kaj je stopnja reakcije odvisna? Kemija je razdeljena na več odsekov, od katerih vsak obravnava določene procese in pojave. V fizikalni kemiji se upošteva razmerje med območjem stika in hitrostjo procesa.

Da bi povečali kontaktno območje reagentov, jih zmečkamo do določene velikosti. Najhitrejša interakcija poteka v rešitvah, zato se v vodnem okolju izvajajo številne reakcije.

Pri brušenju trdnih snovi je treba upoštevati ukrep. Na primer, pretvorba pirita (železa sulfita) v prahu v peči nastane svojemu delcev sintranje, ki negativno vpliva na pretok oksidacijo te spojine, dobitek žveplovega dioksida zmanjša.

Reagenti

Poskusimo razumeti, kako določiti hitrost reakcije, odvisno od tega, kateri reagenti pridejo v interakcijo? Na primer, aktivne kovine, ki se nahajajo v elektrokemični vrsti Beketov do vodika, lahko komunicirajo s kislinskimi raztopinami, in tistimi, ki so po H₂, nimajo te sposobnosti. Razlog za ta pojav je različna kemična aktivnost kovin.

Tlak

Kako je razmerje reakcije povezano s to vrednostjo? Kemija je znanost, ki je tesno povezana s fiziko, zato je odvisnost neposredno sorazmerna, urejena je s plinskimi zakoni. Med količinami obstaja neposredna povezava. Da bi razumeli, kateri zakon določa stopnjo kemijske reakcije, je potrebno poznati agregatno stanje in koncentracijo reagentov.

Vrste hitrosti v kemiji

Sprejemamo, da dodelimo trenutne in povprečne vrednosti. Povprečna stopnja kemične interakcije je opredeljena kot razlika v koncentracijah reaktantov v časovnem intervalu.

Dobljena vrednost ima negativno vrednost v primeru, ko se koncentracija zmanjša, pozitivna vrednost, ko se koncentracija produktov interakcij poveča.

Prava (trenutna) vrednost je takšno razmerje v določeni časovni enoti.

V sistemu SI, hitrost kemični proces je izražena v [moles × m^-3× s^-1].

Težave v kemiji

Preučimo več primerov problemov, povezanih z opredelitvijo hitrosti.

PRIMER 1 Klorov in vodik se zmešata v posodi, nato se zmes segreva. Po 5 sekundah je koncentracija vodikovega klorida pridobila vrednost 0,05 mol / dm³. Izračunajte povprečno hitrost tvorbe vodikovega klorida (mol / dm³ c).

Treba je določiti spremembo koncentracije vodikovega klorida po 5 sekundah po interakciji, pri čemer se izvirna vrednost odšteje od končne koncentracije:

C (HCl) = c2-c1 = 0,05-0 = 0,05 mol / dm³.

Izračunajmo povprečno hitrost formiranja vodikovega klorida:

V = 0,05 / 5 = 0,010 mol / dm³ × s.

Primer 2. V posodi s prostornino 3 dm³, se zgodi naslednji postopek:

C₂H₂ + 2H₂= C₂H₆.

Začetna masa vodika je bila 1 g. Dve sekundi po začetku interakcije je masa vodika dobila vrednost 0,4 g. Izračunajte povprečno stopnjo proizvodnje etana (mol / dm³× s).

Masa vodika, ki je vstopila v reakcijo, je opredeljena kot razlika med začetno vrednostjo in končno številko. To je 1 - 0,4 = 0,6 (g). Da bi določili količino mola vodika, ga je treba razdeliti z molsko maso plina: n = 0,6 / 2 = 0,3 mol. Po enačbi 2 molov vodika nastane 1 mol etana, torej od 0,3 molov H₂ Dobimo 0,15 mol etana.

Določimo koncentracijo nastalega ogljikovodika, dobimo 0,05 mol / dm³. Nadalje lahko izračunamo povprečno stopnjo njene tvorbe: = 0,025 mol / dm³ × s.

Zaključek

Na hitrost kemijske interakcije vplivajo različni dejavniki: narava reakcijske snovi (energija aktiviranja), njihova koncentracija, prisotnost katalizatorja, stopnja mletja, tlak, vrsta sevanja.

V drugi polovici devetnajstega stoletja je profesor N. N. Beketov predpostavljal, da obstaja povezava med množicami začetnih reagentov in trajanjem procesa. Ta hipoteza je bila potrjena v zakonu o aktivnih množicah, ki so jo leta 1867 ustanovili norveški kemiki: P. Vahe in K. Guldberg.

Študijo mehanizma in hitrosti različnih procesov izvaja fizična kemija. Najenostavnejši procesi, ki se pojavljajo v eni stopnji, se imenujejo monomolekularni procesi. Kompleksne interakcije prevzemajo več osnovnih zaporednih interakcij, zato se vsaka faza obravnava ločeno.

Da bi lahko upoštevali največji izkoristek reakcijskih produktov z minimalnimi stroški energije, je pomembno upoštevati tiste glavne dejavnike, ki vplivajo na potek procesa.

Na primer, za pospešitev procesa razgradnje vode v preproste snovi je potreben katalizator, katerega vlogo opravlja manganov oksid (4).

V kemijski kinetiki so upoštevane vse nianse, povezane z izbiro reagentov, izbiro optimalnega tlaka in temperature, koncentracijo reagentov.