Viteza de reacție este o valoare care arată modificarea concentrației reactanților într-o perioadă de timp. Pentru a estima dimensiunea acestuia, este necesar să se schimbe condițiile inițiale ale procesului.
Interacțiuni omogene
Viteza de reacție între unii compuși care sunt în aceeași formă agregată depinde de volumul substanțelor luate. Din punct de vedere matematic, se poate exprima relația dintre viteza unui proces omogen și modificarea concentrației pe unitatea de timp.
Un exemplu de astfel de interacțiune este oxidarea oxidului de azot (2) la oxid de azot (4).
Procese eterogene
Viteza de reacție pentru substanțele inițiale în diferite stări de agregare este caracterizată de numărul de moli de reactivi de pornire pe unitate de suprafață pe unitatea de timp.
Interacțiunile eterogene sunt caracteristice sistemelor care au stări agregate diferite.
Rezumând, observăm că viteza de reacție demonstrează modificarea numărului de moli ai reactivilor inițiali (produși de reacție) pentruperioadă de timp, interfață pe unitate sau volum pe unitate.
Concentrație
Să luăm în considerare principalii factori care afectează viteza de reacție. Să începem cu concentrarea. O astfel de dependență este exprimată de legea acțiunii în masă. Există o relație direct proporțională între produsul concentrațiilor de substanțe care interacționează, luate în funcție de coeficienții lor stereochimici, și viteza reacției.
Luați în considerare ecuația aA + bB=cC + dD, unde A, B, C, D sunt lichide sau gaze. Pentru procesul de mai sus, ecuația cinetică poate fi scrisă ținând cont de coeficientul de proporționalitate, care are propria sa valoare pentru fiecare interacțiune.
Ca principal motiv pentru creșterea vitezei, se poate observa o creștere a numărului de ciocniri de particule care reacţionează pe unitatea de volum.
Temperatura
Luați în considerare efectul temperaturii asupra vitezei de reacție. Procesele care apar în sisteme omogene sunt posibile numai atunci când particulele se ciocnesc. Dar nu toate coliziunile duc la formarea de produși de reacție. Numai în cazul în care particulele au o energie crescută. Când reactivii sunt încălziți, se observă o creștere a energiei cinetice a particulelor, numărul de molecule active crește, prin urmare, se observă o creștere a vitezei de reacție. Relația dintre indicele de temperatură și viteza procesului este determinată de regula van't Hoff: fiecare creștere a temperaturii cu 10°C duce la o creștere a vitezei procesului de 2-4 ori.
catalizator
Având în vedere factorii care afectează viteza de reacție, să ne concentrăm pe substanțele care pot crește viteza procesului, adică pe catalizatori. În funcție de starea de agregare a catalizatorului și a reactanților, se disting mai multe tipuri de cataliză:
- forma omogenă, în care reactanții și catalizatorul au aceeași stare de agregare;
- eterogen atunci când reactanții și catalizatorul sunt în aceeași fază.
Nichelul, platina, rodiul, paladiul pot fi distinși ca exemple de substanțe care accelerează interacțiunile.
Inhibitorii sunt substanțe care încetinesc o reacție.
Zona de contact
Ce altceva determină viteza de reacție? Chimia este împărțită în mai multe secțiuni, fiecare dintre ele tratând luarea în considerare a anumitor procese și fenomene. Cursul de chimie fizică examinează relația dintre zona de contact și viteza procesului.
Pentru a crește aria de contact a reactivilor, aceștia sunt zdrobiți la o anumită dimensiune. Cea mai rapidă interacțiune are loc în soluții, motiv pentru care multe reacții sunt efectuate într-un mediu apos.
La măcinarea solidelor, trebuie respectată măsura. De exemplu, când pirita (sulfitul de fier) este transformată în praf, particulele sale sunt sinterizate într-un cuptor, ceea ce afectează negativ rata procesului de oxidare a acestui compus, iar randamentul de dioxid de sulf scade.
Reactivi
Să încercăm să înțelegem cum să determinăm viteza de reacție în funcție de ce reactivi interacționează? De exemplu, metalele active situate în seria electrochimică Beketov înainte de hidrogen sunt capabile să interacționeze cu soluțiile acide, iar cele care sunt după H2 nu au o astfel de abilitate. Motivul acestui fenomen constă în activitatea chimică diferită a metalelor.
Presiune
Cum este rata de reacție legată de această valoare? Chimia este o știință care este strâns legată de fizică, deci dependența este direct proporțională, este reglementată de legile gazelor. Există o relație directă între cantități. Și pentru a înțelege ce lege determină viteza unei reacții chimice, este necesar să cunoaștem starea de agregare și concentrația reactivilor.
Tipuri de viteze în chimie
Se obișnuiește să se evidențieze valorile instantanee și medii. Rata medie de interacțiune chimică este definită ca diferența dintre concentrațiile reactanților pe o perioadă de timp.
Valoarea obținută este negativă când concentrația scade, pozitivă când crește concentrația produselor de interacțiune.
Valoarea adevărată (instantanee) este un astfel de raport într-o anumită unitate de timp.
În sistemul SI, viteza unui proces chimic este exprimată în [mol×m-3×s-1].
Probleme în chimie
Să vedem câteva exemple de probleme legate de determinarea vitezei.
Exemplu 1. Înclorul și hidrogenul se amestecă într-un vas, apoi amestecul este încălzit. După 5 secunde, concentrația de acid clorhidric a căpătat o valoare de 0,05 mol/dm3. Calculați viteza medie de formare a clorurii de hidrogen (mol/dm3 s).
Este necesar să se determine modificarea concentrației de acid clorhidric la 5 secunde după interacțiune, scăzând valoarea inițială din concentrația finală:
C(HCl)=c2 - c1=0,05 - 0=0,05 mol/dm3.
Calculați viteza medie de formare a clorurii de hidrogen:
V=0,05/5=0,010 mol/dm3 ×s.
Exemplu 2. Într-un vas cu un volum de 3 dm3, are loc următorul proces:
C2H2 + 2H2=C2 H6.
Masa inițială a hidrogenului este de 1 g. La două secunde după începerea interacțiunii, masa hidrogenului a căpătat o valoare de 0,4 g. Calculați rata medie de producție de etan (mol/dm 3×s).
Masa de hidrogen care a reacționat este definită ca diferența dintre valoarea inițială și numărul final. Este 1 - 0,4=0,6 (g). Pentru a determina numărul de moli de hidrogen, este necesar să-l împărțiți la masa molară a unui gaz dat: n \u003d 0,6/2 \u003d 0,3 mol. Conform ecuației, din 2 moli de hidrogen se formează 1 mol de etan, prin urmare, din 0,3 moli de H2 obținem 0,15 moli de etan.
Determinăm concentrația hidrocarburii rezultate, obținem 0,05 mol/dm3. Apoi puteți calcula rata medie de formare a acestuia:=0,025 mol/dm3 ×s.
Concluzie
Diverși factori influențează viteza de interacțiune chimică: natura substanțelor care reacţionează (energia de activare), concentrația acestora, prezența unui catalizator, gradul de măcinare, presiunea, tipul de radiație.
În a doua jumătate a secolului al XIX-lea, profesorul N. N. Beketov a sugerat că există o legătură între masele reactivilor inițiali și durata procesului. Această ipoteză a fost confirmată în legea acțiunii în masă, stabilită în 1867 de chimiștii norvegieni: P. Wage și K. Guldberg.
Chimia fizică studiază mecanismul și viteza diferitelor procese. Cele mai simple procese care au loc într-o singură etapă se numesc procese monomoleculare. Interacțiunile complexe implică mai multe interacțiuni secvențiale elementare, astfel încât fiecare etapă este considerată separat.
Pentru a obține randamentul maxim de produse de reacție cu costuri energetice minime, este important să se țină cont de principalii factori care afectează cursul procesului.
De exemplu, pentru a accelera procesul de descompunere a apei în substanțe simple, este nevoie de un catalizator, al cărui rol este îndeplinit de oxidul de mangan (4).
Toate nuanțele asociate cu alegerea reactivilor, selectarea presiunii și temperaturii optime, concentrația de reactivi sunt luate în considerare în cinetica chimică.
