Nenehno se soočamo z različnimi kemičnimi interakcijami. Zgorevanje zemeljskega plina, rjavenje železa, kisanje mleka še zdaleč niso vsi procesi, ki jih podrobno preučujemo v šolskem tečaju kemije.
Nekatere reakcije trajajo delčke sekund, nekatere interakcije pa dneve ali tedne.
Poskusi ugotoviti odvisnost hitrosti reakcije od temperature, koncentracije in drugih dejavnikov. V novem izobraževalnem standardu je za to vprašanje predviden minimalni učni čas. V testih enotnega državnega izpita so ponujene naloge o odvisnosti hitrosti reakcije od temperature, koncentracije in celo računske naloge. Veliko srednješolcev ima določene težave pri iskanju odgovorov na ta vprašanja, zato bomo to temo podrobno analizirali.
Relevantnost obravnavane zadeve
Informacije o stopnji reakcije so velikega praktičnega in znanstvenega pomena. Na primer v določeni proizvodnji snovi in izdelkov iz danegavrednost je neposredno odvisna od zmogljivosti opreme, stroškov blaga.
Razvrstitev tekočih reakcij
Obstaja neposredna povezava med stanjem agregacije začetnih komponent in produktov, ki nastanejo med kemičnim procesom: heterogene interakcije.
Sistem v kemiji običajno razumemo kot snov ali kombinacijo le-teh.
Homogen sistem je tisti, ki je sestavljen iz ene faze (enako agregacijsko stanje). Kot primer lahko omenimo mešanico plinov, več različnih tekočin.
Heterogen je sistem, v katerem so reaktanti v obliki plinov in tekočin, trdnih snovi in plinov.
Ne obstaja samo odvisnost reakcijske hitrosti od temperature, temveč tudi od faze, v kateri se uporabljajo komponente, vključene v analizirano interakcijo.
Za homogeno sestavo je značilen tok procesa po celotnem volumnu, kar bistveno izboljša njegovo kakovost.
Če so začetne snovi v različnih faznih stanjih, je v tem primeru največja interakcija opažena na fazni meji. Na primer, ko je aktivna kovina raztopljena v kislini, se tvorba produkta (soli) opazi le na površini njihovega stika.
Matematično razmerje med hitrostjo procesa in različnimi dejavniki
Kako izgleda enačba za hitrost kemične reakcije glede na temperaturo? Za homogen proces se stopnja določi s količinosnov, ki medsebojno deluje ali nastane med reakcijo v prostornini sistema na enoto časa.
Pri heterogenem procesu se stopnja določi s količino snovi, ki reagira ali proizvede v procesu na enoto površine za minimalno časovno obdobje.
Dejavniki, ki vplivajo na hitrost kemične reakcije
Narava reakcijskih snovi je eden od razlogov za različne stopnje procesov. Na primer, alkalijske kovine tvorijo alkalije z vodo pri sobni temperaturi, proces pa spremlja intenzivno razvijanje plinastega vodika. Plemenite kovine (zlato, platina, srebro) niso sposobne za takšne procese niti pri sobni temperaturi niti pri segrevanju.
Narava reaktantov je dejavnik, ki ga upoštevajo v kemični industriji, da bi povečali dobičkonosnost proizvodnje.
Odkrito je razmerje med koncentracijo reagentov in hitrostjo kemične reakcije. Višja kot je, več delcev bo trčilo, zato bo proces potekal hitreje.
Zakon delovanja mas v matematični obliki opisuje neposredno sorazmerno razmerje med koncentracijo izhodnih snovi in hitrostjo procesa.
Formuliral ga je sredi devetnajstega stoletja ruski kemik N. N. Beketov. Za vsak proces se določi reakcijska konstanta, ki ni povezana s temperaturo, koncentracijo ali naravo reaktantov.
Zada pospešite reakcijo, ki vključuje trdno snov, jo morate zmleti v prah.
V tem primeru se površina poveča, kar pozitivno vpliva na hitrost procesa. Za dizelsko gorivo se uporablja poseben sistem vbrizgavanja, zaradi katerega se ob stiku z zrakom hitrost zgorevanja mešanice ogljikovodikov znatno poveča.
Ogrevanje
Odvisnost hitrosti kemične reakcije od temperature je razložena z molekularno kinetično teorijo. Omogoča vam izračun števila trkov med molekulami reagentov pod določenimi pogoji. Oboroženi s takšnimi informacijami bi se morali v normalnih pogojih vsi procesi nadaljevati takoj.
Ampak, če upoštevamo konkreten primer odvisnosti hitrosti reakcije od temperature, se izkaže, da je za interakcijo treba najprej prekiniti kemične vezi med atomi, da iz njih nastanejo nove snovi. To zahteva veliko količino energije. Kakšna je odvisnost hitrosti reakcije od temperature? Aktivacijska energija določa možnost razpada molekul, označuje realnost procesov. Njegove enote so kJ/mol.
Če je energija nezadostna, bo trk neučinkovit, zato ga ne spremlja tvorba nove molekule.
Grafični prikaz
Odvisnost hitrosti kemične reakcije od temperature lahko predstavimo grafično. Pri segrevanju se število trkov med delci poveča, kar prispeva k pospeševanju interakcije.
Kako izgleda graf hitrosti reakcije v primerjavi s temperaturo? Energija molekul je prikazana vodoravno, število delcev z visoko energijsko rezervo pa navpično. Graf je krivulja, ki jo lahko uporabimo za presojo hitrosti določene interakcije.
Večja kot je energijska razlika od povprečja, dlje je točka krivulje od maksimuma in manjši odstotek molekul ima tako rezervo energije.
Pomembni vidiki
Ali je mogoče napisati enačbo za odvisnost konstante reakcijske hitrosti od temperature? Njeno povečanje se odraža v povečanju hitrosti procesa. Za takšno odvisnost je značilna določena vrednost, imenovana temperaturni koeficient hitrosti procesa.
Za vsako interakcijo je bila razkrita odvisnost konstante reakcijske hitrosti od temperature. Če se poveča za 10 stopinj, se hitrost procesa poveča za 2-4 krat.
Odvisnost hitrosti homogenih reakcij od temperature lahko predstavimo v matematični obliki.
Za večino interakcij pri sobni temperaturi je koeficient v območju od 2 do 4. Na primer, s temperaturnim koeficientom 2,9, povečanje temperature za 100 stopinj pospeši proces za skoraj 50.000-krat.
Odvisnost hitrosti reakcije od temperature je mogoče enostavno razložiti z različno vrednostjo aktivacijske energije. Najmanjšo vrednost ima med ionskimi procesi, ki jih določa le interakcija kationov in anionov. Številni poskusi pričajo o takojšnjem pojavu takšnih reakcij.
Ko je aktivacijska energija visoka, bo le majhno število trkov med delci vodilo do izvajanja interakcije. S povprečno aktivacijsko energijo bodo reaktanti medsebojno delovali s povprečno hitrostjo.
Naloge glede odvisnosti hitrosti reakcije od koncentracije in temperature se upoštevajo le na višji stopnji izobraževanja, kar otrokom pogosto povzroča resne težave.
Merjenje hitrosti procesa
Tisti procesi, ki zahtevajo znatno aktivacijsko energijo, vključujejo začetni prekinitev ali oslabitev vezi med atomi v izvornih snoveh. V tem primeru preidejo v določeno vmesno stanje, imenovano aktivirani kompleks. Je nestabilno stanje, precej hitro razpade na reakcijske produkte, proces spremlja sproščanje dodatne energije.
V svoji najpreprostejši obliki je aktiviran kompleks konfiguracija atomov z oslabljenimi starimi vezmi.
Inhibitorji in katalizatorji
Analizirajmo odvisnost hitrosti encimske reakcije od temperature medija. Takšne snovi delujejo kot pospeševalciproces.
Sami niso udeleženci interakcije, njihovo število po zaključku postopka ostane nespremenjeno. Če katalizatorji povečajo hitrost reakcije, potem inhibitorji, nasprotno, upočasnijo ta proces.
Bistvo tega je tvorba vmesnih spojin, zaradi katerih opazimo spremembo hitrosti procesa.
Sklep
Na svetu se vsako minuto pojavljajo različne kemične interakcije. Kako ugotoviti odvisnost hitrosti reakcije od temperature? Arrheniusova enačba je matematična razlaga razmerja med konstanto hitrosti in temperaturo. Daje predstavo o tistih vrednostih aktivacijske energije, pri katerih je možno uničenje ali oslabitev vezi med atomi v molekulah, porazdelitev delcev v nove kemikalije.
Zahvaljujoč molekularno-kinetični teoriji je mogoče predvideti verjetnost interakcij med začetnimi komponentami, izračunati hitrost procesa. Med tistimi dejavniki, ki vplivajo na hitrost reakcije, je še posebej pomembna sprememba temperaturnega indeksa, odstotne koncentracije medsebojno delujočih snovi, kontaktne površine, prisotnost katalizatorja (inhibitorja), pa tudi narava medsebojno delujočih komponent..
