Ne confruntăm în mod constant cu diverse interacțiuni chimice. Arderea gazelor naturale, ruginirea fierului, acrirea laptelui sunt departe de toate procesele care sunt studiate în detaliu într-un curs de chimie școlar.
Unele reacții durează fracțiuni de secunde, în timp ce unele interacțiuni durează zile sau săptămâni.
Să încercăm să identificăm dependența vitezei de reacție de temperatură, concentrație și alți factori. În noul standard educațional, pentru această problemă este alocat un timp minim de studiu. În testele examenului de stat unificat, există sarcini privind dependența vitezei de reacție de temperatură, concentrație și chiar sunt oferite sarcini de calcul. Mulți elevi de liceu întâmpină anumite dificultăți în a găsi răspunsuri la aceste întrebări, așa că vom analiza acest subiect în detaliu.
Relevanța problemei luate în considerare
Informațiile despre viteza de reacție sunt de mare importanță practică și științifică. De exemplu, într-o producție specifică de substanțe și produse dintr-un anumitvaloarea depinde direct de performanța echipamentului, de costul mărfurilor.
Clasificarea reacțiilor în curs
Există o relație directă între starea de agregare a componentelor inițiale și a produselor formate în timpul procesului chimic: interacțiuni eterogene.
Un sistem este de obicei înțeles în chimie ca o substanță sau o combinație a acestora.
Un sistem omogen este unul care constă dintr-o fază (aceeași stare de agregare). Ca exemplu, putem aminti un amestec de gaze, mai multe lichide diferite.
Eterogen este un sistem în care reactanții sunt sub formă de gaze și lichide, solide și gaze.
Nu există doar o dependență a vitezei de reacție de temperatură, ci și de faza în care sunt utilizate componentele implicate în interacțiunea analizată.
O compoziție omogenă este caracterizată de fluxul procesului în întreg volumul, ceea ce îi îmbunătățește semnificativ calitatea.
Dacă substanțele inițiale sunt în stări de fază diferite, în acest caz, interacțiunea maximă se observă la limita de fază. De exemplu, atunci când un metal activ este dizolvat într-un acid, formarea unui produs (sare) se observă doar pe suprafața contactului lor.
Relație matematică dintre viteza procesului și diverși factori
Cum arată ecuația pentru viteza unei reacții chimice în funcție de temperatură? Pentru un proces omogen, rata este determinată de cantitateo substanță care interacționează sau se formează în timpul unei reacții în volumul sistemului pe unitatea de timp.
Pentru un proces eterogen, viteza este determinată prin cantitatea de substanță care reacționează sau produsă în proces per unitate de suprafață pentru o perioadă minimă de timp.
Factori care afectează viteza unei reacții chimice
Natura substanțelor care reacţionează este unul dintre motivele diferitelor viteze ale proceselor. De exemplu, metalele alcaline formează alcalii cu apa la temperatura camerei, iar procesul este însoțit de o degajare intensă de hidrogen gazos. Metalele nobile (aur, platină, argint) nu sunt capabile de astfel de procese nici la temperatura camerei, nici atunci când sunt încălzite.
Natura reactanților este un factor care este luat în considerare în industria chimică pentru a crește profitabilitatea producției.
Relația dintre concentrația de reactivi și viteza unei reacții chimice a fost dezvăluită. Cu cât este mai mare, cu atât mai multe particule se vor ciocni, prin urmare, procesul va continua mai rapid.
Legea de acțiune a maselor sub formă matematică descrie o relație direct proporțională între concentrația de substanțe inițiale și viteza procesului.
A fost formulat la mijlocul secolului al XIX-lea de chimistul rus N. N. Beketov. Pentru fiecare proces, se determină o constantă de reacție, care nu are legătură cu temperatura, concentrația sau natura reactanților.
Cătrepentru a accelera o reacție care implică un solid, trebuie să-l măcinați până la o pulbere.
În acest caz, suprafața crește, ceea ce are un efect pozitiv asupra vitezei procesului. Pentru motorină se folosește un sistem special de injecție, datorită căruia, atunci când intră în contact cu aerul, viteza de ardere a unui amestec de hidrocarburi crește semnificativ.
Încălzire
Dependența vitezei unei reacții chimice de temperatură este explicată de teoria cinetică moleculară. Vă permite să calculați numărul de ciocniri între moleculele de reactivi în anumite condiții. Înarmat cu astfel de informații, în condiții normale, toate procesele ar trebui să continue instantaneu.
Dar dacă luăm în considerare un exemplu concret de dependență a vitezei de reacție de temperatură, rezultă că pentru interacțiune este necesară mai întâi ruperea legăturilor chimice dintre atomi pentru a forma noi substanțe din ele. Acest lucru necesită o cantitate semnificativă de energie. Care este dependența vitezei de reacție de temperatură? Energia de activare determină posibilitatea de rupere a moleculelor, caracterizează realitatea proceselor. Unitățile sale sunt kJ/mol.
Dacă energia este insuficientă, coliziunea va fi ineficientă, deci nu este însoțită de formarea unei noi molecule.
Reprezentare grafică
Dependența vitezei unei reacții chimice de temperatură poate fi reprezentată grafic. Când este încălzit, numărul de ciocniri între particule crește, ceea ce contribuie la accelerarea interacțiunii.
Cum arată un grafic al vitezei de reacție în funcție de temperatură? Energia moleculelor este reprezentată pe orizontală, iar numărul de particule cu o rezervă mare de energie este indicat pe verticală. Un grafic este o curbă care poate fi folosită pentru a evalua viteza unei anumite interacțiuni.
Cu cât diferența de energie este mai mare față de medie, cu atât punctul curbei este mai departe de maxim și un procent mai mic de molecule au o astfel de rezervă de energie.
Aspecte importante
Este posibil să se scrie o ecuație pentru dependența constantei vitezei de reacție de temperatură? Creșterea sa se reflectă în creșterea vitezei procesului. O astfel de dependență este caracterizată de o anumită valoare, numită coeficientul de temperatură al vitezei de proces.
Pentru orice interacțiune, a fost dezvăluită dependența constantei vitezei de reacție de temperatură. Dacă este mărită cu 10 grade, viteza procesului crește de 2-4 ori.
Dependența vitezei reacțiilor omogene de temperatură poate fi reprezentată în formă matematică.
Pentru majoritatea interacțiunilor la temperatura camerei, coeficientul este în intervalul de la 2 la 4. De exemplu, cu un coeficient de temperatură de 2,9, o creștere a temperaturii de 100 de grade accelerează procesul de aproape 50.000 de ori.
Dependența vitezei de reacție de temperatură poate fi ușor explicată prin valoarea diferită a energiei de activare. Are o valoare minimă în timpul proceselor ionice, care sunt determinate doar de interacțiunea dintre cationi și anioni. Numeroase experimente mărturisesc apariția instantanee a unor astfel de reacții.
Când energia de activare este mare, doar un număr mic de ciocniri între particule va duce la implementarea interacțiunii. Cu o energie de activare medie, reactanții vor interacționa cu o viteză medie.
Treciunile privind dependența vitezei de reacție de concentrație și temperatură sunt luate în considerare numai la nivelul superior de educație, provocând adesea dificultăți serioase copiilor.
Măsurarea vitezei unui proces
Acele procese care necesită o energie de activare semnificativă implică o rupere inițială sau o slăbire a legăturilor dintre atomi din substanțele originale. În acest caz, ele trec într-o anumită stare intermediară, numită complex activat. Este o stare instabilă, se descompune destul de repede în produși de reacție, procesul este însoțit de eliberarea de energie suplimentară.
În forma sa cea mai simplă, un complex activat este o configurație de atomi cu legături vechi slăbite.
Inhibitori și catalizatori
Să analizăm dependența vitezei de reacție enzimatică de temperatura mediului. Astfel de substanțe acționează ca acceleratoriproces.
Ei înșiși nu sunt participanți la interacțiune, numărul lor după finalizarea procesului rămâne neschimbat. Dacă catalizatorii cresc viteza de reacție, atunci inhibitorii, dimpotrivă, încetinesc acest proces.
Esența acestui lucru este formarea de compuși intermediari, în urma cărora se observă o modificare a vitezei procesului.
Concluzie
Diferitele interacțiuni chimice apar în fiecare minut în lume. Cum se stabilește dependența vitezei de reacție de temperatură? Ecuația Arrhenius este o explicație matematică a relației dintre constanta de viteză și temperatură. Oferă o idee despre acele valori ale energiei de activare la care este posibilă distrugerea sau slăbirea legăturilor dintre atomi din molecule, distribuția particulelor în noi substanțe chimice.
Datorită teoriei molecular-cinetice, este posibil să se prezică probabilitatea interacțiunilor dintre componentele inițiale, să se calculeze viteza procesului. Printre acei factori care afectează viteza de reacție, de o importanță deosebită este modificarea indicelui de temperatură, concentrația procentuală a substanțelor care interacționează, aria suprafeței de contact, prezența unui catalizator (inhibitor), precum și natura componentelor care interacționează..
