Reakcija je vrednost, ki prikazuje spremembo koncentracije reaktantov v določenem časovnem obdobju. Za oceno njegove velikosti je potrebno spremeniti začetne pogoje procesa.
Homogene interakcije
Hitrost reakcije med nekaterimi spojinami, ki so v isti agregatni obliki, je odvisna od volumna zaužitih snovi. Z matematičnega vidika je mogoče izraziti razmerje med hitrostjo homogenega procesa in spremembo koncentracije na enoto časa.
Primer takšne interakcije je oksidacija dušikovega oksida (2) v dušikov oksid (4).
Heterogeni procesi
Reakcijska hitrost za izhodne snovi v različnih agregacijskih stanjih je označena s številom molov začetnih reagentov na enoto površine na enoto časa.
Heterogene interakcije so značilne za sisteme, ki imajo različna agregatna stanja.
Če povzamemo, ugotavljamo, da hitrost reakcije kaže spremembo števila molov začetnih reagentov (reakcijskih produktov) začasovno obdobje, na vmesnik na enoto ali na enoto prostornine.
Koncentracija
Upoštevajmo glavne dejavnike, ki vplivajo na hitrost reakcije. Začnimo s koncentracijo. Takšno odvisnost izraža zakon množičnega delovanja. Obstaja neposredno sorazmerno razmerje med produktom koncentracij snovi, ki medsebojno delujejo, vzete glede na njihove stereokemične koeficiente, in hitrostjo reakcije.
Razmislite o enačbi aA + bB=cC + dD, kjer so A, B, C, D tekočine ali plini. Za zgornji proces lahko kinetično enačbo zapišemo ob upoštevanju koeficienta sorazmernosti, ki ima za vsako interakcijo svojo vrednost.
Kot glavni razlog za povečanje hitrosti je mogoče opaziti povečanje števila trkov reakcijskih delcev na enoto prostornine.
temperatura
Razmislite o vplivu temperature na reakcijsko hitrost. Procesi, ki se pojavljajo v homogenih sistemih, so možni le ob trku delcev. Toda vsi trki ne vodijo do nastanka reakcijskih produktov. Samo v primeru, ko imajo delci povečano energijo. Ko se reagenti segrejejo, opazimo povečanje kinetične energije delcev, poveča se število aktivnih molekul, zato opazimo povečanje hitrosti reakcije. Razmerje med temperaturnim indeksom in hitrostjo procesa je določeno z van't Hoffovim pravilom: vsako povečanje temperature za 10°C vodi do povečanja hitrosti procesa za 2-4 krat.
katalizator
Glede na dejavnike, ki vplivajo na hitrost reakcije, se osredotočimo na snovi, ki lahko povečajo hitrost procesa, torej na katalizatorje. Glede na agregacijsko stanje katalizatorja in reaktantov ločimo več vrst katalize:
- homogena oblika, v kateri imajo reaktanti in katalizator enako agregacijsko stanje;
- heterogen, ko so reaktanti in katalizator v isti fazi.
Nikelj, platino, rodij, paladij lahko ločimo kot primere snovi, ki pospešujejo interakcije.
Inhibitorji so snovi, ki upočasnijo reakcijo.
Območje za stik
Kaj še določa hitrost reakcije? Kemija je razdeljena na več sklopov, od katerih se vsak ukvarja z obravnavanjem določenih procesov in pojavov. Tečaj fizikalne kemije preučuje razmerje med površino stika in hitrostjo procesa.
Da bi povečali kontaktno površino reagentov, jih zdrobimo na določeno velikost. Najhitrejša interakcija poteka v raztopinah, zato se številne reakcije izvajajo v vodnem mediju.
Pri mletju trdnih snovi je treba upoštevati mero. Na primer, ko se pirit (železov sulfit) pretvori v prah, se njegovi delci sintrajo v peči, kar negativno vpliva na hitrost oksidacijskega procesa te spojine in zmanjša se donos žveplovega dioksida.
Reagenti
Poskušajmo razumeti, kako določiti hitrost reakcije glede na to, kateri reagenti delujejo? Na primer, aktivne kovine, ki se nahajajo v Beketovovi elektrokemični seriji pred vodikom, so sposobne interakcije s kislinskimi raztopinami, tiste, ki so po H2, pa nimajo takšne sposobnosti. Razlog za ta pojav je v različni kemični aktivnosti kovin.
pritisk
Kako je stopnja reakcije povezana s to vrednostjo? Kemija je znanost, ki je tesno povezana s fiziko, zato je odvisnost premo sorazmerna, urejajo jo plinski zakoni. Med količinami obstaja neposredna povezava. In da bi razumeli, kateri zakon določa hitrost kemične reakcije, je treba poznati agregacijsko stanje in koncentracijo reagentov.
Vrste hitrosti v kemiji
Običajno je izpostaviti trenutne in povprečne vrednosti. Povprečna stopnja kemične interakcije je opredeljena kot razlika v koncentracijah reaktantov v časovnem obdobju.
Dobljena vrednost je negativna, ko se koncentracija zmanjša, pozitivna, ko se koncentracija produktov interakcije poveča.
Resnična (trenutna) vrednost je takšno razmerje v določeni enoti časa.
V sistemu SI je hitrost kemičnega procesa izražena v [mol×m-3×s-1].
Težave v kemiji
Oglejmo si nekaj primerov težav, povezanih z določanjem hitrosti.
Primer 1. Inv posodi zmešamo klor in vodik, nato zmes segrejemo. Po 5 sekundah je koncentracija vodikovega klorida dosegla vrednost 0,05 mol/dm3. Izračunajte povprečno hitrost tvorbe vodikovega klorida (mol/dm3 s).
Treba je določiti spremembo koncentracije vodikovega klorida 5 sekund po interakciji, tako da od končne koncentracije odštejemo začetno vrednost:
C(HCl)=c2 - c1=0,05 - 0=0,05 mol/dm3.
Izračunajte povprečno hitrost tvorbe vodikovega klorida:
V=0,05/5=0,010 mol/dm3 ×s.
Primer 2. V posodi s prostornino 3 dm3 se zgodi naslednji postopek:
C2H2 + 2H2=C2 H6.
Začetna masa vodika je 1 g. Dve sekundi po začetku interakcije je masa vodika pridobila vrednost 0,4 g. Izračunajte povprečno stopnjo proizvodnje etana (mol/dm 3×s).
Masa vodika, ki je reagiral, je opredeljena kot razlika med začetno vrednostjo in končnim številom. Je 1 - 0,4=0,6 (g). Za določitev števila molov vodika ga je treba razdeliti z molsko maso danega plina: n=0,6/2=0,3 mol. Po enačbi se 1 mol etana tvori iz 2 molov vodika, zato iz 0,3 mola H2 dobimo 0,15 molov etana.
Določimo koncentracijo nastalega ogljikovodika, dobimo 0,05 mol/dm3. Nato lahko izračunate povprečno hitrost njegove tvorbe:=0,025 mol/dm3 ×s.
Sklep
Na hitrost kemične interakcije vplivajo različni dejavniki: narava reakcijskih snovi (aktivacijska energija), njihova koncentracija, prisotnost katalizatorja, stopnja mletja, tlak, vrsta sevanja.
V drugi polovici devetnajstega stoletja je profesor N. N. Beketov predlagal, da obstaja povezava med masami začetnih reagentov in trajanjem procesa. Ta hipoteza je bila potrjena v zakonu množičnega delovanja, ki so ga leta 1867 ustanovili norveški kemiki: P. Wage in K. Guldberg.
Fizikalna kemija preučuje mehanizem in hitrost različnih procesov. Najpreprostejši procesi, ki potekajo v eni fazi, se imenujejo monomolekularni procesi. Kompleksne interakcije vključujejo več elementarnih zaporednih interakcij, zato se vsaka stopnja obravnava ločeno.
Da bi dosegli največji izkoristek reakcijskih produktov z minimalnimi stroški energije, je pomembno upoštevati glavne dejavnike, ki vplivajo na potek procesa.
Za pospešitev procesa razgradnje vode na preproste snovi je na primer potreben katalizator, katerega vlogo opravlja manganov oksid (4).
Vse nianse, povezane z izbiro reagentov, izbiro optimalnega tlaka in temperature, koncentracije reagentov, se upoštevajo v kemijski kinetiki.
