Reaktionshastighed er en værdi, der viser ændringen i koncentrationen af reaktanter over en periode. For at vurdere dens størrelse er det nødvendigt at ændre de indledende betingelser for processen.
homogene interaktioner
Reaktionshastigheden mellem nogle forbindelser, der er i samme aggregerede form, afhænger af mængden af de stoffer, der tages. Fra et matematisk synspunkt er det muligt at udtrykke forholdet mellem hastigheden af en homogen proces og ændringen i koncentrationen pr. tidsenhed.
Et eksempel på en sådan interaktion er oxidationen af nitrogenoxid (2) til nitrogenoxid (4).
Heterogene processer
Reaktionshastigheden for udgangsstoffer i forskellige aggregeringstilstande er karakteriseret ved antallet af mol startreagenser pr. arealenhed pr. tidsenhed.
Heterogene interaktioner er karakteristiske for systemer, der har forskellige aggregerede tilstande.
Sammenfattende bemærker vi, at reaktionshastigheden viser ændringen i antallet af mol af de indledende reagenser (reaktionsprodukter) fortidsrum, pr. enhedsinterface eller pr. enhedsvolumen.
Koncentration
Lad os overveje de vigtigste faktorer, der påvirker reaktionshastigheden. Lad os starte med koncentration. En sådan afhængighed er udtrykt af masseaktionsloven. Der er et direkte proportion alt forhold mellem produktet af koncentrationerne af stoffer, der interagerer, taget i forhold til deres stereokemiske koefficienter, og reaktionshastigheden.
Overvej ligningen aA + bB=cC + dD, hvor A, B, C, D er væsker eller gasser. For ovenstående proces kan den kinetiske ligning skrives under hensyntagen til proportionalitetskoefficienten, som har sin egen værdi for hver interaktion.
Som hovedårsagen til stigningen i hastigheden kan man notere en stigning i antallet af kollisioner af reagerende partikler pr. volumenenhed.
Temperatur
Overvej effekten af temperatur på reaktionshastigheden. Processer, der forekommer i homogene systemer, er kun mulige, når partikler kolliderer. Men ikke alle sammenstød fører til dannelse af reaktionsprodukter. Kun i det tilfælde, hvor partiklerne har en øget energi. Når reagenserne opvarmes, observeres en stigning i partiklernes kinetiske energi, antallet af aktive molekyler stiger, derfor observeres en stigning i reaktionshastigheden. Forholdet mellem temperaturindekset og proceshastigheden bestemmes af van't Hoff-reglen: hver temperaturstigning på 10°C fører til en stigning i proceshastigheden med 2-4 gange.
Catalyst
I betragtning af de faktorer, der påvirker reaktionshastigheden, lad os fokusere på stoffer, der kan øge processens hastighed, det vil sige på katalysatorer. Afhængigt af katalysatorens og reaktanternes aggregeringstilstand skelnes der mellem flere typer katalyse:
- homogen form, hvor reaktanterne og katalysatoren har samme aggregeringstilstand;
- heterogen, når reaktanter og katalysator er i samme fase.
Nikkel, platin, rhodium, palladium kan skelnes som eksempler på stoffer, der accelererer interaktioner.
Inhibitorer er stoffer, der bremser en reaktion.
Kontaktområde
Hvad ellers bestemmer reaktionshastigheden? Kemi er opdelt i flere sektioner, som hver især beskæftiger sig med hensyntagen til bestemte processer og fænomener. Kurset i fysisk kemi undersøger forholdet mellem kontaktområdet og processens hastighed.
For at øge reagensernes kontaktareal knuses de til en vis størrelse. Den hurtigste interaktion sker i opløsninger, hvorfor mange reaktioner udføres i et vandigt medium.
Ved formaling af faste stoffer skal mål overholdes. For eksempel, når pyrit (jernsulfit) omdannes til støv, sintres dets partikler i en ovn, hvilket negativt påvirker hastigheden af oxidationsprocessen af denne forbindelse, og udbyttet af svovldioxid falder.
Reagenser
Lad os prøve at forstå, hvordan man bestemmer reaktionshastigheden afhængigt af, hvilke reagenser der interagerer? For eksempel er aktive metaller placeret i Beketovs elektrokemiske serie før brint i stand til at interagere med sure opløsninger, og de, der er efter H2 har ikke en sådan evne. Årsagen til dette fænomen ligger i metallers forskellige kemiske aktivitet.
Pressure
Hvordan er reaktionshastigheden relateret til denne værdi? Kemi er en videnskab, der er tæt knyttet til fysik, så afhængigheden er direkte proportional, den er reguleret af gaslove. Der er en direkte sammenhæng mellem mængderne. Og for at forstå, hvilken lov der bestemmer hastigheden af en kemisk reaktion, er det nødvendigt at kende aggregeringstilstanden og koncentrationen af reagenser.
Typer af hastigheder i kemi
Det er sædvanligt at fremhæve øjeblikkelige og gennemsnitlige værdier. Den gennemsnitlige hastighed for kemisk interaktion er defineret som forskellen i koncentrationerne af reaktanter over en tidsperiode.
Den opnåede værdi er negativ, når koncentrationen falder, positiv, når koncentrationen af interaktionsprodukter stiger.
Den sande (øjeblikkelige) værdi er et sådant forhold i en bestemt tidsenhed.
I SI-systemet er hastigheden af en kemisk proces udtrykt i [mol×m-3×s-1].
Problemer i kemi
Lad os se på nogle eksempler på problemer relateret til hastighedsbestemmelse.
Eksempel 1. Indklor og brint blandes i en beholder, hvorefter blandingen opvarmes. Efter 5 sekunder opnåede koncentrationen af hydrogenchlorid en værdi på 0,05 mol/dm3. Beregn den gennemsnitlige hastighed for dannelse af hydrogenchlorid (mol/dm3 s).
Det er nødvendigt at bestemme ændringen i koncentrationen af hydrogenchlorid 5 sekunder efter interaktionen ved at trække startværdien fra den endelige koncentration:
C(HCl)=c2 - c1=0,05 - 0=0,05 mol/dm3.
Beregn den gennemsnitlige hastighed for dannelse af hydrogenchlorid:
V=0,05/5=0,010 mol/dm3 ×s.
Eksempel 2. I et fartøj med en volumen på 3 dm3 sker følgende proces:
C2H2 + 2H2=C2 H6.
Brintens begyndelsesmasse er 1 g. To sekunder efter starten af interaktionen har brintmassen fået en værdi på 0,4 g. Beregn den gennemsnitlige ethanproduktionshastighed (mol/dm) 3×s).
Massen af brint, der reagerede, er defineret som forskellen mellem startværdien og det endelige tal. Det er 1 - 0,4=0,6 (g). For at bestemme antallet af mol brint er det nødvendigt at dividere det med molmassen af en given gas: n \u003d 0,6/2 \u003d 0,3 mol. Ifølge ligningen dannes 1 mol ethan ud fra 2 mol hydrogen, derfor får vi fra 0,3 mol H2 0,15 mol ethan.
Bestem koncentrationen af det resulterende kulbrinte, vi får 0,05 mol/dm3. Derefter kan du beregne den gennemsnitlige hastighed for dens dannelse:=0,025 mol/dm3 ×s.
Konklusion
Forskellige faktorer påvirker hastigheden af kemisk interaktion: arten af de reagerende stoffer (aktiveringsenergi), deres koncentration, tilstedeværelsen af en katalysator, formalingsgraden, tryk, strålingstype.
I anden halvdel af det nittende århundrede foreslog professor N. N. Beketov, at der er en sammenhæng mellem masserne af de indledende reagenser og varigheden af processen. Denne hypotese blev bekræftet i loven om massehandling, etableret i 1867 af norske kemikere: P. Wage og K. Guldberg.
Fysisk kemi studerer mekanismen og hastigheden af forskellige processer. De enkleste processer, der forekommer i et trin, kaldes monomolekylære processer. Komplekse interaktioner involverer flere elementære sekventielle interaktioner, så hvert trin betragtes separat.
For at opnå det maksimale udbytte af reaktionsprodukter med minimale energiomkostninger er det vigtigt at tage højde for de vigtigste faktorer, der påvirker processens forløb.
For at fremskynde processen med nedbrydning af vand til simple stoffer, kræves der for eksempel en katalysator, hvis rolle udføres af manganoxid (4).
Alle nuancer forbundet med valget af reagenser, valget af det optimale tryk og temperatur, koncentrationen af reagenser tages i betragtning i den kemiske kinetik.
