Reaksjonshastighet er en verdi som viser endringen i konsentrasjonen av reaktanter over en tidsperiode. For å anslå størrelsen er det nødvendig å endre de innledende betingelsene for prosessen.
homogene interaksjoner
Reaksjonshastigheten mellom noen forbindelser som er i samme aggregatform avhenger av volumet av stoffene som tas. Fra et matematisk synspunkt er det mulig å uttrykke forholdet mellom hastigheten på en homogen prosess og endringen i konsentrasjon per tidsenhet.
Et eksempel på en slik interaksjon er oksidasjon av nitrogenoksid (2) til nitrogenoksid (4).
Heterogene prosesser
Reaksjonshastigheten for utgangsstoffer i forskjellige aggregeringstilstander er preget av antall mol startreagenser per arealenhet per tidsenhet.
Heterogene interaksjoner er karakteristiske for systemer som har forskjellige aggregerte tilstander.
Opsummert legger vi merke til at reaksjonshastigheten viser endringen i antall mol av de første reagensene (reaksjonsproduktene) fortidsperiode, per enhetsgrensesnitt eller per enhetsvolum.
Konsentrasjon
La oss vurdere hovedfaktorene som påvirker reaksjonshastigheten. La oss starte med konsentrasjon. En slik avhengighet kommer til uttrykk i masseaksjonens lov. Det er et direkte proporsjon alt forhold mellom produktet av konsentrasjonene av stoffer som interagerer, tatt i form av deres stereokjemiske koeffisienter, og reaksjonshastigheten.
Tenk på ligningen aA + bB=cC + dD, der A, B, C, D er væsker eller gasser. For prosessen ovenfor kan den kinetiske ligningen skrives under hensyntagen til proporsjonalitetskoeffisienten, som har sin egen verdi for hver interaksjon.
Som hovedårsaken til hastighetsøkningen kan man notere en økning i antall kollisjoner av reagerende partikler per volumenhet.
Temperature
Vurder effekten av temperatur på reaksjonshastigheten. Prosesser som skjer i homogene systemer er bare mulig når partikler kolliderer. Men ikke alle kollisjoner fører til dannelse av reaksjonsprodukter. Bare i tilfellet når partiklene har økt energi. Når reagensene varmes opp, observeres en økning i den kinetiske energien til partiklene, antallet aktive molekyler øker, derfor observeres en økning i reaksjonshastigheten. Forholdet mellom temperaturindeksen og prosesshastigheten bestemmes av van't Hoff-regelen: hver temperaturøkning med 10°C fører til en økning i prosesshastigheten med 2-4 ganger.
Catalyst
Med tanke på faktorene som påvirker reaksjonshastigheten, la oss fokusere på stoffer som kan øke hastigheten på prosessen, det vil si på katalysatorer. Avhengig av aggregeringstilstanden til katalysatoren og reaktantene, skilles det mellom flere typer katalyse:
- homogen form, der reaktantene og katalysatoren har samme aggregeringstilstand;
- heterogen når reaktanter og katalysator er i samme fase.
Nikkel, platina, rhodium, palladium kan skilles ut som eksempler på stoffer som akselererer interaksjoner.
Hemmere er stoffer som bremser en reaksjon.
Kontaktområde
Hva annet bestemmer reaksjonshastigheten? Kjemi er delt inn i flere seksjoner, som hver tar for seg hensynet til visse prosesser og fenomener. Kurset i fysisk kjemi undersøker forholdet mellom kontaktområdet og prosessens hastighet.
For å øke kontaktflaten til reagensene, knuses de til en viss størrelse. Den raskeste interaksjonen skjer i løsninger, og det er grunnen til at mange reaksjoner utføres i et vandig medium.
Ved sliping av faste stoffer må mål overholdes. For eksempel, når pyritt (jernsulfitt) omdannes til støv, sintres partikler i en ovn, noe som påvirker hastigheten på oksidasjonsprosessen til denne forbindelsen negativt, og utbyttet av svoveldioksid synker.
Reagents
La oss prøve å forstå hvordan vi bestemmer reaksjonshastigheten avhengig av hvilke reagenser som interagerer? For eksempel er aktive metaller lokalisert i Beketovs elektrokjemiske serie før hydrogen i stand til å samhandle med sure løsninger, og de som er etter H2 har ikke en slik evne. Årsaken til dette fenomenet ligger i den forskjellige kjemiske aktiviteten til metaller.
Pressure
Hvordan er reaksjonshastigheten relatert til denne verdien? Kjemi er en vitenskap som er nært knyttet til fysikk, så avhengigheten er direkte proporsjonal, den er regulert av gasslover. Det er en direkte sammenheng mellom mengdene. Og for å forstå hvilken lov som bestemmer hastigheten på en kjemisk reaksjon, er det nødvendig å kjenne til aggregeringstilstanden og konsentrasjonen av reagenser.
Typer hastigheter i kjemi
Det er vanlig å skille ut øyeblikkelige og gjennomsnittlige verdier. Den gjennomsnittlige hastigheten for kjemisk interaksjon er definert som forskjellen i konsentrasjonene av reaktanter over en tidsperiode.
Verdien som oppnås er negativ når konsentrasjonen synker, positiv når konsentrasjonen av interaksjonsprodukter øker.
Den sanne (øyeblikkelige) verdien er et slikt forhold i en viss tidsenhet.
I SI-systemet uttrykkes hastigheten til en kjemisk prosess i [mol×m-3×s-1].
Problemer in chemistry
La oss se på noen eksempler på problemer knyttet til hastighetsbestemmelse.
Eksempel 1. Innklor og hydrogen blandes i et kar, deretter varmes blandingen opp. Etter 5 sekunder fikk konsentrasjonen av hydrogenklorid en verdi på 0,05 mol/dm3. Beregn gjennomsnittlig dannelseshastighet for hydrogenklorid (mol/dm3 s).
Det er nødvendig å bestemme endringen i konsentrasjonen av hydrogenklorid 5 sekunder etter interaksjonen, trekke startverdien fra sluttkonsentrasjonen:
C(HCl)=c2 - c1=0,05 - 0=0,05 mol/dm3.
Beregn gjennomsnittlig dannelseshastighet for hydrogenklorid:
V=0,05/5=0,010 mol/dm3 ×s.
Eksempel 2. I et fartøy med et volum på 3 dm3, skjer følgende prosess:
C2H2 + 2H2=C2 H6.
Startmassen til hydrogen er 1 g. To sekunder etter starten av interaksjonen har massen av hydrogen fått en verdi på 0,4 g. Beregn den gjennomsnittlige etanproduksjonshastigheten (mol/dm 3×s).
Massen av hydrogen som reagerte er definert som forskjellen mellom startverdien og slutttallet. Det er 1 - 0,4=0,6 (g). For å bestemme antall mol hydrogen, er det nødvendig å dele det med den molare massen til en gitt gass: n \u003d 0,6/2 \u003d 0,3 mol. I følge ligningen dannes 1 mol etan fra 2 mol hydrogen, derfor får vi fra 0,3 mol H2 0,15 mol etan.
Bestem konsentrasjonen av det resulterende hydrokarbonet, vi får 0,05 mol/dm3. Deretter kan du beregne den gjennomsnittlige dannelseshastigheten:=0,025 mol/dm3 ×s.
Konklusjon
Ulike faktorer påvirker hastigheten på kjemisk interaksjon: arten av de reagerende stoffene (aktiveringsenergi), deres konsentrasjon, tilstedeværelsen av en katalysator, malingsgraden, trykk, type stråling.
I andre halvdel av det nittende århundre antydet professor N. N. Beketov at det er en sammenheng mellom massene til de første reagensene og prosessens varighet. Denne hypotesen ble bekreftet i massehandlingsloven, etablert i 1867 av norske kjemikere: P. Wage og K. Guldberg.
Fysisk kjemi studerer mekanismen og hastigheten til ulike prosesser. De enkleste prosessene som skjer i ett trinn kalles monomolekylære prosesser. Komplekse interaksjoner involverer flere elementære sekvensielle interaksjoner, så hvert trinn vurderes separat.
For å oppnå maksim alt utbytte av reaksjonsprodukter med minimale energikostnader, er det viktig å ta hensyn til hovedfaktorene som påvirker prosessens forløp.
For å akselerere prosessen med nedbrytning av vann til enkle stoffer, er det for eksempel nødvendig med en katalysator, hvis rolle utføres av manganoksid (4).
Alle nyansene knyttet til valg av reagenser, valg av optim alt trykk og temperatur, konsentrasjonen av reagenser vurderes i kjemisk kinetikk.
