Vi konfronteras ständigt med olika kemiska interaktioner. Förbränning av naturgas, rostning av järn, syrning av mjölk är långt ifrån alla processer som studeras i detalj i en skolkemikurs.
Vissa reaktioner tar bråkdelar av sekunder, medan vissa interaktioner tar dagar eller veckor.
Låt oss försöka identifiera reaktionshastighetens beroende av temperatur, koncentration och andra faktorer. I den nya utbildningsnormen avsätts en minsta studietid för denna fråga. I testerna för det enhetliga provet erbjuds uppgifter om reaktionshastighetens beroende av temperatur, koncentration och till och med beräkningsuppgifter. Många gymnasieelever upplever vissa svårigheter med att hitta svar på dessa frågor, så vi kommer att analysera detta ämne i detalj.
Relevansen av frågan som övervägs
Information om reaktionshastigheten är av stor praktisk och vetenskaplig betydelse. Till exempel vid en specifik produktion av ämnen och produkter från en givenvärdet beror direkt på utrustningens prestanda, varukostnaden.
Klassificering av pågående reaktioner
Det finns ett direkt samband mellan tillståndet för aggregation av de initiala komponenterna och produkter som bildas under den kemiska processen: heterogena interaktioner.
Ett system förstås vanligtvis inom kemi som ett ämne eller en kombination av dem.
Ett homogent system är ett som består av en fas (samma aggregationstillstånd). Som exempel kan vi nämna en blandning av gaser, flera olika vätskor.
Heterogen är ett system där reaktanter finns i form av gaser och vätskor, fasta ämnen och gaser.
Det är inte bara ett beroende av reaktionshastigheten på temperaturen, utan också på den fas i vilken komponenterna som är involverade i den analyserade interaktionen används.
En homogen sammansättning kännetecknas av processens flöde genom hela volymen, vilket avsevärt förbättrar dess kvalitet.
Om de initiala substanserna är i olika fastillstånd, i detta fall, observeras den maximala interaktionen vid fasgränsen. Till exempel, när en aktiv metall löses i en syra, observeras bildandet av en produkt (s alt) endast på ytan av deras kontakt.
Matematiskt samband mellan processhastighet och olika faktorer
Hur ser ekvationen för hastigheten av en kemisk reaktion mot temperatur ut? För en homogen process bestäms hastigheten av mängdenett ämne som interagerar eller bildas under en reaktion i systemets volym per tidsenhet.
För en heterogen process bestäms hastigheten genom mängden av ett ämne som reagerar eller produceras i processen per ytenhet under en minsta tidsperiod.
Faktorer som påverkar hastigheten på en kemisk reaktion
De reagerande ämnenas natur är en av anledningarna till de olika processhastigheterna. Till exempel bildar alkalimetaller alkalier med vatten vid rumstemperatur, och processen åtföljs av intensiv utveckling av gasformigt väte. Ädelmetaller (guld, platina, silver) kan inte utföra sådana processer vare sig vid rumstemperatur eller när de värms upp.
Reaktanternas karaktär är en faktor som tas med i beräkningen inom den kemiska industrin för att öka lönsamheten i produktionen.
Släktskapet mellan koncentrationen av reagenser och hastigheten på en kemisk reaktion har avslöjats. Ju högre den är, desto fler partiklar kommer att kollidera, därför kommer processen att gå snabbare.
Lagen för massors verkan i matematisk form beskriver ett direkt proportionellt förhållande mellan koncentrationen av utgångsämnen och processens hastighet.
Den formulerades i mitten av artonhundratalet av den ryske kemisten N. N. Beketov. För varje process bestäms en reaktionskonstant, som inte är relaterad till temperatur, koncentration eller reaktanternas natur.
Tillför att påskynda en reaktion som involverar ett fast ämne måste du mala det till ett pulver.
I detta fall ökar ytan, vilket har en positiv effekt på processens hastighet. För dieselbränsle används ett speciellt insprutningssystem, på grund av vilket, när det kommer i kontakt med luft, ökar förbränningshastigheten av en blandning av kolväten avsevärt.
Värme
Beroendet av en kemisk reaktions hastighet av temperaturen förklaras av molekylär kinetisk teori. Det låter dig beräkna antalet kollisioner mellan reagensens molekyler under vissa förhållanden. Beväpnad med sådan information, under normala förhållanden, bör alla processer fortsätta omedelbart.
Men om vi betraktar ett specifikt exempel på reaktionshastighetens beroende av temperatur, visar det sig att för interaktion är det nödvändigt att först bryta de kemiska bindningarna mellan atomer för att bilda nya ämnen från dem. Detta kräver en betydande mängd energi. Vad är reaktionshastighetens beroende av temperaturen? Aktiveringsenergin bestämmer möjligheten att bryta molekyler, den kännetecknar processernas verklighet. Dess enheter är kJ/mol.
Om energin är otillräcklig kommer kollisionen att vara ineffektiv, så den åtföljs inte av bildandet av en ny molekyl.
Grafisk representation
Beroendet av en kemisk reaktions hastighet av temperaturen kan representeras grafiskt. Vid upphettning ökar antalet kollisioner mellan partiklar, vilket bidrar till att accelerera interaktionen.
Hur ser en graf för reaktionshastighet och temperatur ut? Molekylernas energi plottas horisontellt, och antalet partiklar med hög energireserv anges vertik alt. En graf är en kurva som kan användas för att bedöma hastigheten för en viss interaktion.
Ju större energiskillnaden är från medelvärdet, desto längre bort är kurvans punkt från maximum, och en mindre procentandel av molekylerna har en sådan energireserv.
Viktiga aspekter
Är det möjligt att skriva en ekvation för reaktionshastighetskonstantens beroende av temperaturen? Dess ökning återspeglas i ökningen av processens hastighet. Ett sådant beroende kännetecknas av ett visst värde, kallat temperaturkoefficienten för processhastigheten.
För varje interaktion har reaktionshastighetskonstantens beroende av temperaturen avslöjats. Om den ökas med 10 grader ökar processhastigheten med 2-4 gånger.
Beroende av hastigheten för homogena reaktioner på temperaturen kan representeras i matematisk form.
För de flesta interaktioner vid rumstemperatur ligger koefficienten i intervallet från 2 till 4. Till exempel, med en temperaturkoefficient på 2,9 snabbar en temperaturökning på 100 grader upp processen med nästan 50 000 gånger.
Beroende av reaktionshastighet på temperatur kan lätt förklaras av olika värden på aktiveringsenergin. Det har ett minimivärde under joniska processer, som endast bestäms av interaktionen mellan katjoner och anjoner. Åtskilliga experiment vittnar om att sådana reaktioner omedelbart inträffar.
När aktiveringsenergin är hög kommer endast ett litet antal kollisioner mellan partiklar att leda till implementeringen av interaktionen. Med en genomsnittlig aktiveringsenergi kommer reaktanterna att interagera med en medelhastighet.
Uppgifter om reaktionshastighetens beroende av koncentration och temperatur övervägs endast på högre utbildningsnivå, vilket ofta orsakar allvarliga svårigheter för barn.
Mäta en processs hastighet
De processer som kräver en betydande aktiveringsenergi innebär ett initi alt brott eller försvagning av bindningar mellan atomer i de ursprungliga ämnena. I det här fallet övergår de till ett visst mellantillstånd, kallat det aktiverade komplexet. Det är ett instabilt tillstånd, sönderfaller ganska snabbt till reaktionsprodukter, processen åtföljs av frigöring av ytterligare energi.
I sin enklaste form är ett aktiverat komplex en konfiguration av atomer med försvagade gamla bindningar.
Hämmare och katalysatorer
Låt oss analysera beroendet av den enzymatiska reaktionshastigheten på mediumtemperaturen. Sådana ämnen fungerar som acceleratorerprocess.
De själva är inte deltagare i interaktionen, deras antal efter att processen har slutförts förblir oförändrad. Om katalysatorer ökar reaktionshastigheten, bromsar inhibitorer tvärtom denna process.
Kärnan i detta är bildningen av mellanliggande föreningar, som ett resultat av vilka en förändring i processens hastighet observeras.
Slutsats
Olika kemiska interaktioner inträffar varje minut i världen. Hur kan man fastställa reaktionshastighetens beroende av temperaturen? Arrhenius-ekvationen är en matematisk förklaring av sambandet mellan hastighetskonstanten och temperaturen. Det ger en uppfattning om de värden av aktiveringsenergi vid vilka förstörelse eller försvagning av bindningar mellan atomer i molekyler, distribution av partiklar till nya kemikalier är möjlig.
Tack vare den molekylär-kinetiska teorin är det möjligt att förutsäga sannolikheten för interaktioner mellan de initiala komponenterna, för att beräkna processens hastighet. Bland de faktorer som påverkar reaktionshastigheten, av särskild betydelse är förändringen i temperaturindex, den procentuella koncentrationen av interagerande ämnen, kontaktytan, närvaron av en katalysator (inhibitor), såväl som arten av de interagerande komponenterna..
