Rýchlosť reakcie je hodnota, ktorá ukazuje zmenu koncentrácie reaktantov za určité časové obdobie. Aby bolo možné odhadnúť jeho veľkosť, je potrebné zmeniť počiatočné podmienky procesu.
Homogénne interakcie
Rýchlosť reakcie medzi niektorými zlúčeninami, ktoré sú v rovnakej agregovanej forme, závisí od objemu odobratých látok. Z matematického hľadiska je možné vyjadriť vzťah medzi rýchlosťou homogénneho procesu a zmenou koncentrácie za jednotku času.
Príkladom takejto interakcie je oxidácia oxidu dusnatého (2) na oxid dusnatý (4).
Heterogénne procesy
Rýchlosť reakcie pre východiskové látky v rôznych stavoch agregácie je charakterizovaná počtom mólov východiskových činidiel na jednotku plochy za jednotku času.
Heterogénne interakcie sú charakteristické pre systémy, ktoré majú rôzne agregované stavy.
V súhrne poznamenávame, že reakčná rýchlosť demonštruje zmenu v počte mólov počiatočných činidiel (produktov reakcie) prečasové obdobie, na jednotku rozhrania alebo na jednotku objemu.
Koncentrácia
Pozrime sa na hlavné faktory ovplyvňujúce rýchlosť reakcie. Začnime koncentráciou. Takáto závislosť je vyjadrená zákonom hromadnej akcie. Existuje priamo úmerný vzťah medzi súčinom koncentrácií látok, ktoré interagujú z hľadiska ich stereochemických koeficientov, a rýchlosťou reakcie.
Uvažujme rovnicu aA + bB=cC + dD, kde A, B, C, D sú kvapaliny alebo plyny. Pre vyššie uvedený proces môže byť kinetická rovnica napísaná s prihliadnutím na koeficient proporcionality, ktorý má svoju vlastnú hodnotu pre každú interakciu.
Hlavným dôvodom zvýšenia rýchlosti je zvýšenie počtu zrážok reagujúcich častíc na jednotku objemu.
Teplota
Zvážte vplyv teploty na rýchlosť reakcie. Procesy, ktoré sa vyskytujú v homogénnych systémoch, sú možné len pri zrážke častíc. Ale nie všetky zrážky vedú k tvorbe reakčných produktov. Iba v prípade, že častice majú zvýšenú energiu. Keď sa činidlá zahrievajú, pozoruje sa zvýšenie kinetickej energie častíc, počet aktívnych molekúl sa zvyšuje, a preto sa pozoruje zvýšenie rýchlosti reakcie. Vzťah medzi teplotným indexom a rýchlosťou procesu je určený van't Hoffovým pravidlom: každé zvýšenie teploty o 10°C vedie k zvýšeniu rýchlosti procesu 2-4 krát.
Katalyzátor
Vzhľadom na faktory ovplyvňujúce rýchlosť reakcie sa zamerajme na látky, ktoré môžu zvýšiť rýchlosť procesu, teda na katalyzátory. V závislosti od stavu agregácie katalyzátora a reaktantov sa rozlišuje niekoľko typov katalýzy:
- homogénna forma, v ktorej majú reaktanty a katalyzátor rovnaký stav agregácie;
- heterogénne, keď sú reaktanty a katalyzátor v rovnakej fáze.
Nikel, platina, ródium, paládium možno rozlíšiť ako príklady látok, ktoré urýchľujú interakcie.
Inhibítory sú látky, ktoré spomaľujú reakciu.
Kontaktná oblasť
Čo ešte určuje rýchlosť reakcie? Chémia je rozdelená do niekoľkých sekcií, z ktorých každá sa zaoberá úvahami o určitých procesoch a javoch. Kurz fyzikálnej chémie skúma vzťah medzi oblasťou kontaktu a rýchlosťou procesu.
Aby sa zväčšila kontaktná plocha činidiel, rozdrvia sa na určitú veľkosť. K najrýchlejšej interakcii dochádza v roztokoch, a preto sa mnohé reakcie uskutočňujú vo vodnom prostredí.
Pri mletí pevných látok je potrebné dodržať mieru. Napríklad, keď sa pyrit (siričitan železa) premení na prach, jeho častice sa spekajú v peci, čo negatívne ovplyvňuje rýchlosť oxidačného procesu tejto zlúčeniny a výťažok oxidu siričitého klesá.
Reagencie
Pokúsme sa pochopiť, ako určiť rýchlosť reakcie v závislosti od toho, ktoré činidlá interagujú? Napríklad aktívne kovy nachádzajúce sa v elektrochemickej sérii Beketov pred vodíkom sú schopné interagovať s kyslými roztokmi a tie, ktoré sú po H2, takúto schopnosť nemajú. Príčina tohto javu spočíva v odlišnej chemickej aktivite kovov.
Tlak
Ako súvisí rýchlosť reakcie s touto hodnotou? Chémia je veda, ktorá úzko súvisí s fyzikou, takže závislosť je priamo úmerná, upravujú ju zákony o plynoch. Medzi množstvami existuje priamy vzťah. A aby sme pochopili, ktorý zákon určuje rýchlosť chemickej reakcie, je potrebné poznať stav agregácie a koncentráciu činidiel.
Typy rýchlostí v chémii
Je zvykom rozlišovať okamžité a priemerné hodnoty. Priemerná rýchlosť chemickej interakcie je definovaná ako rozdiel v koncentráciách reaktantov za určité časové obdobie.
Získaná hodnota je negatívna, keď koncentrácia klesá, kladná, keď sa koncentrácia produktov interakcie zvyšuje.
Skutočná (okamžitá) hodnota je takýto pomer v určitej časovej jednotke.
V sústave SI je rýchlosť chemického procesu vyjadrená v [mol×m-3×s-1].
Problémy v chémii
Pozrime sa na niekoľko príkladov problémov súvisiacich s určovaním rýchlosti.
Príklad 1. Inchlór a vodík sa zmiešajú v nádobe, potom sa zmes zahreje. Po 5 sekundách nadobudla koncentrácia chlorovodíka hodnotu 0,05 mol/dm3. Vypočítajte priemernú rýchlosť tvorby chlorovodíka (mol/dm3 s).
Je potrebné určiť zmenu koncentrácie chlorovodíka 5 sekúnd po interakcii, pričom sa od konečnej koncentrácie odpočíta počiatočná hodnota:
C(HCl)=c2 - c1=0,05 - 0=0,05 mol/dm3.
Vypočítajte priemernú rýchlosť tvorby chlorovodíka:
V=0,05/5=0,010 mol/dm3 ×s.
Príklad 2. V nádobe s objemom 3 dm3 prebieha nasledujúci proces:
C2H2 + 2H2=C2 H6.
Počiatočná hmotnosť vodíka je 1 g. Dve sekundy po začiatku interakcie hmotnosť vodíka nadobudla hodnotu 0,4 g. Vypočítajte priemernú rýchlosť produkcie etánu (mol/dm 3×s).
Hmotnosť vodíka, ktorý zreagoval, je definovaný ako rozdiel medzi počiatočnou hodnotou a konečným číslom. Je to 1 - 0,4=0,6 (g). Na určenie počtu mólov vodíka je potrebné rozdeliť ho molárnou hmotnosťou daného plynu: n \u003d 0,6/2 \u003d 0,3 mol. Podľa rovnice sa z 2 mólov vodíka vytvorí 1 mól etánu, preto z 0,3 mólu H2 dostaneme 0,15 mólu etánu.
Určite koncentráciu výsledného uhľovodíka, dostaneme 0,05 mol/dm3. Potom môžete vypočítať priemernú rýchlosť jeho tvorby:=0,025 mol/dm3 ×s.
Záver
Rýchlosť chemickej interakcie ovplyvňujú rôzne faktory: povaha reagujúcich látok (aktivačná energia), ich koncentrácia, prítomnosť katalyzátora, stupeň mletia, tlak, typ žiarenia.
V druhej polovici devätnásteho storočia profesor N. N. Beketov navrhol, že existuje spojenie medzi hmotnosťou počiatočných činidiel a trvaním procesu. Táto hypotéza bola potvrdená v zákone hromadnej akcie, ktorý v roku 1867 stanovili nórski chemici: P. Wage a K. Guldberg.
Fyzikálna chémia študuje mechanizmus a rýchlosť rôznych procesov. Najjednoduchšie procesy prebiehajúce v jednom štádiu sa nazývajú monomolekulárne procesy. Komplexné interakcie zahŕňajú niekoľko základných sekvenčných interakcií, takže každá fáza sa posudzuje samostatne.
Aby sa dosiahol maximálny výťažok reakčných produktov s minimálnymi nákladmi na energiu, je dôležité vziať do úvahy hlavné faktory, ktoré ovplyvňujú priebeh procesu.
Napríklad na urýchlenie procesu rozkladu vody na jednoduché látky je potrebný katalyzátor, ktorého úlohu plní oxid mangánu (4).
V chemickej kinetike sa berú do úvahy všetky nuansy spojené s výberom činidiel, výberom optimálneho tlaku a teploty, koncentráciou činidiel.
