Vi blir stadig konfrontert med ulike kjemiske interaksjoner. Forbrenning av naturgass, rusting av jern, suring av melk er langt fra alle prosessene som studeres i detalj i et skolekjemikurs.
Noen reaksjoner tar brøkdeler av sekunder, mens noen interaksjoner tar dager eller uker.
La oss prøve å identifisere reaksjonshastighetens avhengighet av temperatur, konsentrasjon og andre faktorer. I den nye utdanningsnormen er det avsatt et minimum av studietid til denne problemstillingen. I testene til den enhetlige statseksamenen er det oppgaver om avhengigheten av reaksjonshastigheten på temperatur, konsentrasjon og til og med beregningsoppgaver. Mange elever i videregående skole opplever visse vanskeligheter med å finne svar på disse spørsmålene, så vi vil analysere dette emnet i detalj.
Relevansen av problemet under vurdering
Informasjon om reaksjonshastigheten er av stor praktisk og vitenskapelig betydning. For eksempel i en spesifikk produksjon av stoffer og produkter fra en gittverdien avhenger direkte av ytelsen til utstyret, varekostnadene.
Klassifisering av pågående reaksjoner
Det er en direkte sammenheng mellom aggregeringstilstanden til de første komponentene og produktene som dannes under den kjemiske prosessen: heterogene interaksjoner.
Et system forstås vanligvis i kjemi som et stoff eller en kombinasjon av dem.
Et homogent system er et som består av én fase (samme aggregeringstilstand). Som eksempel kan vi nevne en blanding av gasser, flere forskjellige væsker.
Heterogen er et system der reaktanter er i form av gasser og væsker, faste stoffer og gasser.
Det er ikke bare en avhengighet av reaksjonshastigheten av temperaturen, men også av fasen der komponentene som er involvert i den analyserte interaksjonen brukes.
En homogen sammensetning kjennetegnes av prosessens flyt gjennom hele volumet, noe som forbedrer kvaliteten betydelig.
Hvis startstoffene er i forskjellige fasetilstander, i dette tilfellet, observeres maksimal interaksjon ved fasegrensen. For eksempel, når et aktivt metall er oppløst i en syre, observeres dannelsen av et produkt (s alt) bare på overflaten av deres kontakt.
Matematisk sammenheng mellom prosesshastighet og ulike faktorer
Hvordan ser ligningen for hastigheten på en kjemisk reaksjon kontra temperatur ut? For en homogen prosess bestemmes hastigheten av mengdenet stoff som interagerer eller dannes under en reaksjon i systemets volum per tidsenhet.
For en heterogen prosess bestemmes hastigheten gjennom mengden av et stoff som reagerer eller produseres i prosessen per arealenhet i en minimumsperiode.
Faktorer som påvirker hastigheten på en kjemisk reaksjon
Arten til de reagerende stoffene er en av årsakene til de forskjellige prosesshastighetene. For eksempel danner alkalimetaller alkalier med vann ved romtemperatur, og prosessen er ledsaget av intens utvikling av gassformig hydrogen. Edelmetaller (gull, platina, sølv) er ikke i stand til slike prosesser verken ved romtemperatur eller ved oppvarming.
Reaktantenes natur er en faktor som tas i betraktning i kjemisk industri for å øke lønnsomheten i produksjonen.
Forholdet mellom konsentrasjonen av reagenser og hastigheten på en kjemisk reaksjon har blitt avslørt. Jo høyere den er, jo flere partikler vil kollidere, derfor vil prosessen gå raskere.
Loven om massers virkning i matematisk form beskriver et direkte proporsjon alt forhold mellom konsentrasjonen av utgangsstoffer og prosessens hastighet.
Den ble formulert på midten av det nittende århundre av den russiske kjemikeren N. N. Beketov. For hver prosess bestemmes en reaksjonskonstant, som ikke er relatert til temperatur, konsentrasjon eller arten av reaktantene.
Tilfor å fremskynde en reaksjon som involverer et fast stoff, må du male det til et pulver.
I dette tilfellet øker overflaten, noe som har en positiv effekt på prosessens hastighet. For dieseldrivstoff brukes et spesielt innsprøytningssystem, på grunn av dette, når det kommer i kontakt med luft, øker forbrenningshastigheten av en blanding av hydrokarboner betydelig.
Oppvarming
Avhengigheten av hastigheten til en kjemisk reaksjon av temperatur er forklart av molekylær kinetisk teori. Den lar deg beregne antall kollisjoner mellom molekylene til reagensene under visse forhold. Bevæpnet med slik informasjon, under normale forhold, bør alle prosesser fortsette umiddelbart.
Men hvis vi tar for oss et spesifikt eksempel på reaksjonshastighetens avhengighet av temperatur, viser det seg at det for interaksjon er nødvendig å først bryte de kjemiske bindingene mellom atomer for å danne nye stoffer fra dem. Dette krever en betydelig mengde energi. Hva er avhengigheten av reaksjonshastigheten på temperaturen? Aktiveringsenergien bestemmer muligheten for brudd på molekyler, den karakteriserer virkeligheten av prosesser. Enhetene er kJ/mol.
Hvis energien er utilstrekkelig, vil kollisjonen være ineffektiv, så den er ikke ledsaget av dannelsen av et nytt molekyl.
grafisk representasjon
Avhengigheten av hastigheten til en kjemisk reaksjon på temperaturen kan representeres grafisk. Ved oppvarming øker antallet kollisjoner mellom partikler, noe som bidrar til akselerasjon av interaksjon.
Hvordan ser en graf for reaksjonshastighet versus temperatur ut? Energien til molekyler er plottet horisont alt, og antall partikler med høy energireserve er angitt vertik alt. En graf er en kurve som kan brukes til å bedømme hastigheten til en bestemt interaksjon.
Jo større energiforskjellen er fra gjennomsnittet, jo lenger er punktet på kurven fra maksimumet, og en mindre prosentandel av molekylene har en slik energireserve.
Viktige aspekter
Er det mulig å skrive en ligning for avhengigheten av reaksjonshastighetskonstanten av temperaturen? Økningen gjenspeiles i økningen i prosessens hastighet. En slik avhengighet er preget av en viss verdi, k alt temperaturkoeffisienten til prosesshastigheten.
For enhver interaksjon har reaksjonshastighetskonstantens avhengighet av temperatur blitt avslørt. Hvis den økes med 10 grader, øker prosesshastigheten med 2-4 ganger.
Avhengighet av hastigheten til homogene reaksjoner av temperatur kan representeres i matematisk form.
For de fleste interaksjoner ved romtemperatur er koeffisienten i området fra 2 til 4. For eksempel, med en temperaturkoeffisient på 2,9, fremskynder en temperaturøkning på 100 grader prosessen med nesten 50 000 ganger.
Avhengighet av reaksjonshastighet på temperatur kan lett forklares med forskjellig verdi av aktiveringsenergi. Den har en minimumsverdi under ioniske prosesser, som kun bestemmes av interaksjonen mellom kationer og anioner. Tallrike eksperimenter vitner om den umiddelbare forekomsten av slike reaksjoner.
Når aktiveringsenergien er høy, vil bare et lite antall kollisjoner mellom partikler føre til implementering av interaksjonen. Med en gjennomsnittlig aktiveringsenergi vil reaktantene samhandle med en gjennomsnittlig hastighet.
Oppgaver om reaksjonshastighetens avhengighet av konsentrasjon og temperatur vurderes kun på høyere utdanningsnivå, noe som ofte forårsaker alvorlige vanskeligheter for barn.
Måling av hastigheten til en prosess
De prosessene som krever en betydelig aktiveringsenergi involverer et innledende brudd eller svekkelse av bindinger mellom atomer i de opprinnelige stoffene. I dette tilfellet går de over i en viss mellomtilstand, k alt det aktiverte komplekset. Det er en ustabil tilstand, forfaller ganske raskt til reaksjonsprodukter, prosessen er ledsaget av frigjøring av ekstra energi.
I sin enkleste form er et aktivert kompleks en konfigurasjon av atomer med svekkede gamle bindinger.
Hemmere og katalysatorer
La oss analysere avhengigheten av den enzymatiske reaksjonshastigheten på mediumtemperaturen. Slike stoffer fungerer som akseleratorerprosess.
De er ikke selv deltakere i interaksjonen, nummeret deres etter at prosessen er fullført forblir uendret. Hvis katalysatorer øker reaksjonshastigheten, vil inhibitorer tvert imot bremse denne prosessen.
Essensen av dette er dannelsen av mellomliggende forbindelser, som et resultat av at en endring i prosessens hastighet observeres.
Konklusjon
Ulike kjemiske interaksjoner skjer hvert minutt i verden. Hvordan fastslå reaksjonshastighetens avhengighet av temperatur? Arrhenius-ligningen er en matematisk forklaring på forholdet mellom hastighetskonstanten og temperaturen. Det gir en ide om verdiene av aktiveringsenergi der ødeleggelse eller svekkelse av bindinger mellom atomer i molekyler, distribusjon av partikler til nye kjemikalier er mulig.
Takket være den molekylær-kinetiske teorien er det mulig å forutsi sannsynligheten for interaksjoner mellom de første komponentene, for å beregne hastigheten på prosessen. Blant de faktorene som påvirker reaksjonshastigheten, av spesiell betydning er endringen i temperaturindeksen, prosentkonsentrasjonen av interagerende stoffer, kontaktoverflatearealet, tilstedeværelsen av en katalysator (inhibitor), samt naturen til de interagerende komponentene.
