Reaktionshastighet är ett värde som visar förändringen i koncentrationen av reaktanter över en tidsperiod. För att uppskatta dess storlek är det nödvändigt att ändra de initiala villkoren för processen.
homogena interaktioner
Reaktionshastigheten mellan vissa föreningar som är i samma aggregatform beror på volymen av ämnena som tas. Ur en matematisk synvinkel är det möjligt att uttrycka sambandet mellan hastigheten för en homogen process och förändringen i koncentrationen per tidsenhet.
Ett exempel på en sådan interaktion är oxidationen av kväveoxid (2) till kväveoxid (4).
Heterogena processer
Reaktionshastigheten för utgångsämnen i olika aggregationstillstånd kännetecknas av antalet mol utgångsreagens per ytenhet och tidsenhet.
Heterogena interaktioner är karakteristiska för system som har olika aggregerade tillstånd.
Sammanfattningsvis noterar vi att reaktionshastigheten visar förändringen i antalet mol av de initiala reagensen (reaktionsprodukterna) förtidsperiod, per enhetsgränssnitt eller per enhetsvolym.
Koncentration
Låt oss överväga de viktigaste faktorerna som påverkar reaktionshastigheten. Låt oss börja med koncentration. Ett sådant beroende uttrycks av lagen om massaktioner. Det finns ett direkt proportionellt samband mellan produkten av koncentrationerna av ämnen som interagerar, sett till deras stereokemiska koefficienter, och reaktionshastigheten.
Betrakta ekvationen aA + bB=cC + dD, där A, B, C, D är vätskor eller gaser. För processen ovan kan den kinetiska ekvationen skrivas med hänsyn till proportionalitetskoefficienten, som har sitt eget värde för varje interaktion.
Som huvudorsaken till hastighetsökningen kan man notera en ökning av antalet kollisioner av reagerande partiklar per volymenhet.
Temperature
Tänk på effekten av temperatur på reaktionshastigheten. Processer som sker i homogena system är möjliga endast när partiklar kolliderar. Men alla kollisioner leder inte till att reaktionsprodukter bildas. Endast i det fall då partiklarna har en ökad energi. När reagensen värms upp observeras en ökning av partiklarnas kinetiska energi, antalet aktiva molekyler ökar, därför observeras en ökning av reaktionshastigheten. Förhållandet mellan temperaturindex och processhastigheten bestäms av van't Hoff-regeln: varje temperaturökning med 10°C leder till en ökning av processhastigheten med 2-4 gånger.
Catalyst
Med tanke på de faktorer som påverkar reaktionshastigheten, låt oss fokusera på ämnen som kan öka processens hastighet, det vill säga på katalysatorer. Beroende på tillståndet för aggregering av katalysatorn och reaktanterna särskiljs flera typer av katalys:
- homogen form, i vilken reaktanterna och katalysatorn har samma aggregationstillstånd;
- heterogen när reaktanter och katalysator är i samma fas.
Nickel, platina, rodium, palladium kan särskiljas som exempel på ämnen som påskyndar interaktioner.
Hämmare är ämnen som bromsar en reaktion.
Kontaktområde
Vad mer avgör reaktionshastigheten? Kemi är uppdelad i flera avsnitt, som var och en behandlar övervägande av vissa processer och fenomen. Kursen i fysikalisk kemi undersöker förhållandet mellan kontaktområdet och processens hastighet.
För att öka kontaktytan för reagenserna krossas de till en viss storlek. Den snabbaste interaktionen sker i lösningar, varför många reaktioner utförs i ett vattenh altigt medium.
Vid malning av fasta ämnen måste mått iakttas. Till exempel, när pyrit (järnsulfit) omvandlas till damm, sintras dess partiklar i en ugn, vilket negativt påverkar hastigheten för oxidationsprocessen för denna förening, och utbytet av svaveldioxid minskar.
Reagens
Låt oss försöka förstå hur man bestämmer reaktionshastigheten beroende på vilka reagenser som interagerar? Till exempel kan aktiva metaller som ligger i Beketovs elektrokemiska serie före väte interagera med sura lösningar, och de som ligger efter H2 har inte en sådan förmåga. Orsaken till detta fenomen ligger i metallernas olika kemiska aktivitet.
Pressure
Hur är reaktionshastigheten relaterad till detta värde? Kemi är en vetenskap som är nära relaterad till fysiken, så beroendet är direkt proportionellt, det regleras av gaslagar. Det finns ett direkt samband mellan kvantiteterna. Och för att förstå vilken lag som bestämmer hastigheten för en kemisk reaktion är det nödvändigt att känna till aggregationstillståndet och koncentrationen av reagenser.
Typer av hastigheter i kemi
Det är vanligt att peka ut momentana och medelvärden. Den genomsnittliga hastigheten för kemisk interaktion definieras som skillnaden i koncentrationer av reaktanter över en tidsperiod.
Värdet som erhålls är negativt när koncentrationen minskar, positivt när koncentrationen av interaktionsprodukter ökar.
Det sanna (momentana) värdet är ett sådant förhållande i en viss tidsenhet.
I SI-systemet uttrycks hastigheten för en kemisk process i [mol×m-3×s-1].
Problem in kemi
Låt oss titta på några exempel på problem relaterade till hastighetsbestämning.
Exempel 1. Inklor och väte blandas i ett kärl, sedan värms blandningen. Efter 5 sekunder fick koncentrationen av väteklorid ett värde av 0,05 mol/dm3. Beräkna den genomsnittliga bildningshastigheten för väteklorid (mol/dm3 s).
Det är nödvändigt att bestämma förändringen i koncentrationen av väteklorid 5 sekunder efter interaktionen, subtrahera initialvärdet från slutkoncentrationen:
C(HCl)=c2 - c1=0,05 - 0=0,05 mol/dm3.
Beräkna den genomsnittliga bildningshastigheten för väteklorid:
V=0,05/5=0,010 mol/dm3 ×s.
Exempel 2. I ett kärl med en volym på 3 dm3 sker följande process:
C2H2 + 2H2=C2 H6.
Den initiala massan av väte är 1 g. Två sekunder efter starten av interaktionen har massan av väte fått ett värde av 0,4 g. Beräkna den genomsnittliga etanproduktionshastigheten (mol/dm) 3×s).
Massen av väte som reagerade definieras som skillnaden mellan initialvärdet och sluttalet. Det är 1 - 0,4=0,6 (g). För att bestämma antalet mol väte är det nödvändigt att dela det med molmassan av en given gas: n \u003d 0,6/2 \u003d 0,3 mol. Enligt ekvationen bildas 1 mol etan från 2 mol väte, därför får vi från 0,3 mol H2 0,15 mol etan.
Bestäm koncentrationen av det resulterande kolvätet, vi får 0,05 mol/dm3. Sedan kan du beräkna medelhastigheten för dess bildning:=0,025 mol/dm3 ×s.
Slutsats
Olika faktorer påverkar hastigheten för kemisk interaktion: de reagerande ämnenas natur (aktiveringsenergi), deras koncentration, närvaron av en katalysator, malningsgrad, tryck, typ av strålning.
Under andra hälften av artonhundratalet föreslog professor N. N. Beketov att det finns ett samband mellan massorna av de initiala reagenserna och processens varaktighet. Denna hypotes bekräftades i massaktionslagen, fastställd 1867 av norska kemister: P. Wage och K. Guldberg.
Fysikalisk kemi studerar mekanismen och hastigheten för olika processer. De enklaste processerna som sker i ett steg kallas monomolekylära processer. Komplexa interaktioner involverar flera elementära sekventiella interaktioner, så varje steg betraktas separat.
För att få maxim alt utbyte av reaktionsprodukter med minimala energikostnader är det viktigt att ta hänsyn till de viktigaste faktorerna som påverkar processens förlopp.
För att till exempel påskynda processen för nedbrytning av vatten till enkla ämnen, behövs en katalysator, vars roll utförs av manganoxid (4).
Alla nyanser förknippade med valet av reagens, valet av optim alt tryck och temperatur, koncentrationen av reagenser beaktas i kemisk kinetik.
