Хуткасць рэакцыі ў хіміі: вызначэнне і яе залежнасць ад розных фактараў

Хуткасць рэакцыі з'яўляецца велічынёй, якая паказвае змяненне канцэнтрацыі рэагуюць рэчываў за прамежак часу. Для таго каб ацаніць яе памер, неабходна змяніць зыходныя ўмовы працэсу.

Гамагенныя ўзаемадзеяння

Хуткасць рэакцыі паміж некаторымі злучэннямі, якія знаходзяцца ў адной агрегатной форме, залежыць ад таго, які аб'ём узятых рэчываў. З матэматычнай пункту гледжання можна выказаць залежнасць паміж хуткасцю гамагеннага працэсу і змяненнем канцэнтрацыі за адзінку часу.

Прыкладам такога ўзаемадзеяння можна лічыць акісленне аксіду азоту (2) у аксід азоту (4).

Гетэрагенныя працэсы

Хуткасць рэакцыі для зыходных рэчываў, якія знаходзяцца ў розных агрэгатных станах, характарызуецца колькасцю моль зыходных рэагентаў на адзінцы плошчы ў адзінку часу.

Гетэрагенныя ўзаемадзеяння характэрныя для сістэм, якія маюць рознае агрэгатны стан.

Падводзячы вынік, адзначым, што хуткасць рэакцыі дэманструе змена колькасці моль зыходных рэагентаў (прадуктаў ўзаемадзеяння) за прамежак часу, на адзінцы паверхні падзелу фаз небудзь у адзінцы аб'ёму.

Канцэнтрацыя

Разгледзім асноўныя фактары, якія ўплываюць на хуткасць рэакцыі. Пачнем з канцэнтрацыі. Падобная залежнасць выяўляецца законам дзеючых мас. Паміж творам канцэнтрацый рэчываў, якія ўступаюць ва ўзаемадзеянне, узятых у ступені іх стереохимических каэфіцыентаў, і хуткасцю працякання рэакцыі, існуе прама прапарцыйная залежнасць.

Разгледзім раўнанне аА +бБ = сС + дД, дзе А, У, З, Д – з'яўляюцца вадкасцямі або газамі. Для прыведзенага працэсу кінэтычная раўнанне можна запісаць з улікам каэфіцыента прапарцыйнасці, які для кожнага ўзаемадзеяння мае сваё значэнне.

Больш:

Нервовы імпульс, яго пераўтварэнне і механізм перадачы

Нервовая сістэма чалавека выступае своеасаблівым каардынатарам у нашым арганізме. Яна перадае каманды ад мозгу мускулатуры, органаў, тканін і апрацоўвае сігналы, якія ідуць ад іх. У якасці своеасаблівага носьбіта дадзеных выкарыстоўваецца нервовы імп...

Куды паступаць пасля 11 класа? Якую выбраць прафесію?

Пры выбары сваёй будучай прафесіі не варта абапірацца на чые-то рэкамендацыі і парады, тым больш не трэба падпарадкоўвацца сваім бацькам, якія даволі часта вырашаюць без вас самастойна, куды паступіць пасля 11 класа. Варта задумацца, наколькі паспяхо...

Крывяносная сістэма жывёл, як вынік эвалюцыйнага развіцця свету

Крывяносная сістэма жывёл прайшла доўгі шлях фарміравання ў ходзе эвалюцыйнага развіцця свету. Яна ўтварылася на месцы рудыментарных частак першаснай паражніны цела, якая ў вышэйшых жывёл была выцесненая целломом, або другаснай паражніной цела. У пра...

У якасці асноўнай прычыны росту хуткасці можна адзначыць павелічэнне колькасці сутыкненняў, якія рэагуюць часціц ў адзінцы аб'ёму.

Тэмпература

Разгледзім уплыў тэмпературы на хуткасць рэакцыі. Працэсы, якія працякаюць у гамагенных сістэмах, магчымыя толькі пры соударении часціц. Але далёка не ўсе сутыкнення прыводзяць да адукацыі прадуктаў рэакцыі. Толькі ў тым выпадку, калі ў часціц ёсць падвышаная энергія. Пры награванні рэагентаў назіраецца павелічэнне кінэтычнай энергіі часціц, расце колькасць актыўных малекул, таму назіраецца павышэнне хуткасці рэакцыі. Сувязь паміж тэмпературным паказчыкам і хуткасцю працэсу вызначаецца правілам Ванты-Даследчы: кожнае павелічэнне тэмпературы на 10°З прыводзіць да росту хуткасці працэсу ў 2-4 разы.

Каталізатар

Разглядаючы фактары, якія ўплываюць на хуткасць рэакцыі, спынімся на рэчывах, якія здольныя павялічваць хуткасць праходжання працэсу, то есць на каталізатарах. У залежнасці ад агрэгатнага стану каталізатара і рэагуюць рэчываў, вылучаюць некалькі відаў каталізу:

• гамагеннай выгляд, пры якім рэагенты і каталізатар маюць адно агрэгатны стан;
• гетэрагенных выгляд, калі рэагуюць рэчывы і каталізатар знаходзяцца ў адной фазе.

У якасці прыкладаў рэчываў, паскараюць ўзаемадзеяння, можна вылучыць нікель, плаціну, родзій, паладый.

Інгібітарамі лічаць рэчывы, якія запавольваюць рэакцыю.

Плошча судотыку

Ад чаго яшчэ залежыць хуткасць рэакцыі? Хімія падзяляецца на некалькі раздзелаў, кожны з якіх займаецца разглядам пэўных працэсаў і з'яў. У курсе фізічнай хіміі разглядаецца сувязь паміж плошчай судотыку і хуткасцю працякання працэсу.

Для таго, каб павялічыць плошчу судакранання рэагентаў, іх здрабняюць да пэўных памераў. Хутчэй за ўсё адбываецца ўзаемадзеянне ў растворах, менавіта таму многія рэакцыі праводзяць менавіта ў воднай асяроддзі.

Пры драбненні цвёрдых рэчываў варта выконваць меру. Напрыклад, пры ператварэнні пірыту (сульфіты жалеза) у пыл, у печы для абпалу адбываецца спяканне яго часціц, што негатыўна адбіваецца на хуткасці працякання працэсу акіслення дадзенага злучэння, памяншаецца выхад сярністага газу.

Рэагенты

Паспрабуем зразумець, як вызначыць хуткасць рэакцыі ў залежнасці ад таго, якія рэагенты ўступаюць ва ўзаемадзеянне? Напрыклад, актыўныя металы, размешчаныя ў электрохимическом шэрагу Бекетава да вадароду, здольныя ўзаемадзейнічаць з растворамі кіслот, а тыя, што знаходзяцца пасля Н₂, не маюць такой здольнасці. Прычына такой з'явы заключаецца ў рознай хімічнай актыўнасці металаў.

Ціск

Як з гэтай велічынёй звязаная хуткасць рэакцыі? Хімія - гэта навука, якая цесна звязана з фізікай, таму залежнасць прама прапарцыйная, яна рэгулюецца газавымі законамі. Існуе прамая сувязь паміж велічынямі. А каб зразумець, які закон вызначае хуткасць хімічнай рэакцыі, неабходна ведаць агрэгатны стан іканцэнтрацыю рэагентаў.

Віды хуткасцяў ў хіміі

Прынята вылучаць імгненную і сярэднюю велічыні. Сярэдняя хуткасць хімічнага ўзаемадзеяння вызначаецца як рознасць канцэнтрацый рэагуюць рэчываў за часовай прамежак.

Атрыманая велічыня мае адмоўнае значэнне ў тым выпадку, калі адбываецца памяншэнне канцэнтрацыі, станоўчае – пры нарастанні канцэнтрацыі прадуктаў ўзаемадзеяння.

Сапраўднай (імгненнай) велічынёй з'яўляецца такое стаўленне ў пэўную адзінку часу.

У сістэме СІ хуткасць хімічнага працэсу выяўляецца ў [моль×м^-3×з^-1].

Задачы ў хіміі

Разгледзім некалькі прыкладаў задач, звязаных з вызначэннем хуткасці.

Прыклад 1. У пасудзіне змешваюць хлор і вадарод, затым сумесь награваюць. Праз 5 секунд канцэнтрацыя хлороводорода набыла значэнне 0,05 моль/дм³. Вылічыце сярэднюю хуткасць адукацыі хлороводорода (моль/дм³).

Неабходна вызначыць змена канцэнтрацыі хлороводорода праз 5 секунд пасля ўзаемадзеяння, адымаючы з канчатковай канцэнтрацыі зыходную велічыню:

C(HCl) = c2 - c1 = 0,05 - 0 = 0,05 моль/дм³.

Вылічым сярэднюю хуткасць адукацыі хлороводорода:

V = 0,05/5 = 0,010 моль/дм³ ×с.

Прыклад 2. У пасудзіне, аб'ём якога складае 3 дм³, адбываецца наступны працэс:

C₂H₂ + 2H₂=C₂H₆.

Першапачатковая маса вадароду – 1 г. Праз дзве секунды пасля пачатку ўзаемадзеяння маса вадароду набыла велічыню 0,4 г. Вылічыце сярэднюю хуткасць атрымання этану (моль/дм³×з).

Маса вадароду, які ўступіў у рэакцыю, вызначаецца як розніца паміж пачатковай велічынёй і канчатковым лікам. Яна складае 1 - 0,4 = 0,6 (г). Для вызначэння колькасці моль вадароду, неабходна падзяліць яе на малярная масу дадзенага газу: n = 0,6/2 = 0,3 моль. Па раўнанні з 2 моль вадароду ўтворыцца 1 моль этану, такім чынам, з 0,3 моль Н₂ атрымліваем 0,15 моль этану.

Вызначаем канцэнтрацыю ўтварыўся вуглевадароду, атрымліваем 0,05 моль/дм³. Далей можна разлічыць сярэднюю хуткасць яго адукацыі: =0,025 моль/дм³ ×с.

Заключэнне

На хуткасць хімічнага ўзаемадзеяння ўплываюць розныя фактары: прырода рэагуюць рэчывы (энергія актывацыі), іх канцэнтрацыя, прысутнасць каталізатара, ступень драбнення, ціск, выгляд выпраменьвання.

Ва другой палове дзевятнаццатага стагоддзя прафесарам Н. Н. Бекетовым было зроблена здагадка аб тым, што паміж масамі зыходных рэагентаў і працягласцю праходжання працэсу ёсць сувязь. Дадзеная гіпотэза была пацверджана ў законе дзеючых мас, устаноўленым у 1867 годзе нарвежскімі хімікамі: П. Ваге і. К. Гульдбергом.

Вывучэннем механізму і хуткасці працякання розных працэсаў займаецца фізічная хімія. Найпростыя працэсы, якія праходзяць у адну стадыю, называюць мономолекулярными працэсамі. Складаныя ўзаемадзеяння мяркуюць некалькі элементарных паслядоўных узаемадзеянняў, таму кожная стадыя разглядаецца па асобнасці.

Для таго каб пры мінімальных энергетычных выдатках можна было разлічваць на атрыманне максімальнага выхаду прадуктаў рэакцыі, важна ўлічваць тыя асноўныя фактары, якія аказваюць уплыў на праходжанне працэсу.

Напрыклад, для паскарэння працэсу раскладання вады на простыя рэчывы неабходны каталізатар, ролю якога выконвае аксід марганца (4).

Усе нюансы, звязаныя з выбарам рэагентаў, падборам аптымальнага ціску і тэмпературы, канцэнтрацыі рэагентаў, разглядаюцца ў хімічнай кінэтыцы.