Reakcijos greitis yra reikšmė, rodanti reaguojančių medžiagų koncentracijos kitimą per tam tikrą laikotarpį. Norint įvertinti jo dydį, būtina pakeisti pradines proceso sąlygas.
Homogeninė sąveika
Kai kurių junginių, kurie yra toje pačioje formoje, reakcijos greitis priklauso nuo paimtų medžiagų tūrio. Matematikos požiūriu galima išreikšti ryšį tarp homogeninio proceso greičio ir koncentracijos pokyčio per laiko vienetą.
Tokios sąveikos pavyzdys yra azoto oksido (2) oksidacija į azoto oksidą (4).
Heterogeniniai procesai
Pradinių medžiagų, turinčių skirtingas agregacijos būsenas, reakcijos greitis apibūdinamas pradinių reagentų molių skaičiumi ploto vienete per laiko vienetą.
Heterogeninė sąveika būdinga sistemoms, kurios turi skirtingas suvestines būsenas.
Apibendrinant pastebime, kad reakcijos greitis parodo pradinių reagentų (reakcijos produktų) molių skaičiaus kitimąlaiko tarpą, vieneto sąsajai arba tūrio vienetui.
Koncentracija
Panagrinėkime pagrindinius veiksnius, turinčius įtakos reakcijos greičiui. Pradėkime nuo susikaupimo. Tokią priklausomybę išreiškia masinio veikimo dėsnis. Yra tiesiogiai proporcingas ryšys tarp sąveikaujančių medžiagų koncentracijų sandaugos, skaičiuojant pagal jų stereocheminius koeficientus, ir reakcijos greičio.
Apsvarstykite lygtį aA + bB=cC + dD, kur A, B, C, D yra skysčiai arba dujos. Pirmiau minėtam procesui kinetinę lygtį galima parašyti atsižvelgiant į proporcingumo koeficientą, kuris kiekvienai sąveikai turi savo reikšmę.
Kaip pagrindinę greičio padidėjimo priežastį galima pastebėti padidėjusį reaguojančių dalelių susidūrimų skaičių tūrio vienete.
Temperatūra
Apsvarstykite temperatūros įtaką reakcijos greičiui. Homogeninėse sistemose vykstantys procesai įmanomi tik dalelėms susidūrus. Tačiau ne visi susidūrimai sukelia reakcijos produktų susidarymą. Tik tuo atveju, kai dalelės turi padidintą energiją. Kaitinant reagentus, stebimas dalelių kinetinės energijos padidėjimas, aktyvių molekulių skaičius, todėl stebimas reakcijos greičio padidėjimas. Ryšys tarp temperatūros indekso ir proceso greičio nustatomas pagal van't Hoff taisyklę: kiekvienas temperatūros padidėjimas 10°C padidina proceso greitį 2–4 kartus.
Katalizatorius
Atsižvelgdami į veiksnius, turinčius įtakos reakcijos greičiui, sutelkime dėmesį į medžiagas, kurios gali padidinti proceso greitį, ty į katalizatorius. Priklausomai nuo katalizatoriaus ir reagentų agregacijos būsenos, išskiriami keli katalizės tipai:
- homogeninė forma, kurioje reagentai ir katalizatorius turi tą pačią agregacijos būseną;
- nevienodas, kai reagentai ir katalizatorius yra toje pačioje fazėje.
Nikelis, platina, rodis, paladis gali būti išskirti kaip medžiagų, kurios pagreitina sąveiką, pavyzdžiai.
Inhibitoriai yra medžiagos, kurios lėtina reakciją.
Kontaktinė sritis
Kas dar lemia reakcijos greitį? Chemija yra padalinta į keletą skyrių, kurių kiekvienas skirtas tam tikrų procesų ir reiškinių svarstymui. Fizinės chemijos kursas tiria ryšį tarp sąlyčio ploto ir proceso greičio.
Siekiant padidinti reagentų sąlyčio plotą, jie susmulkinami iki tam tikro dydžio. Greičiausia sąveika vyksta tirpaluose, todėl daugelis reakcijų vyksta vandeninėje terpėje.
Šlifuojant kietąsias medžiagas, reikia laikytis matavimo priemonių. Pavyzdžiui, piritui (geležies sulfitui) paverčiant dulkes, jo dalelės sukepinamos krosnyje, o tai neigiamai veikia šio junginio oksidacijos greitį ir sumažėja sieros dioksido išeiga.
Reagentai
Pabandykime suprasti, kaip nustatyti reakcijos greitį, priklausomai nuo to, kurie reagentai sąveikauja? Pavyzdžiui, aktyvūs metalai, esantys Beketovo elektrocheminėje serijoje prieš vandenilį, gali sąveikauti su rūgščių tirpalais, o tie, kurie yra po H2, tokio gebėjimo neturi. Šio reiškinio priežastis – skirtingas metalų cheminis aktyvumas.
Slėgis
Kaip reakcijos greitis yra susijęs su šia verte? Chemija yra mokslas, glaudžiai susijęs su fizika, todėl priklausomybė yra tiesiogiai proporcinga, ją reguliuoja dujų dėsniai. Tarp kiekių yra tiesioginis ryšys. O norint suprasti, kuris dėsnis lemia cheminės reakcijos greitį, būtina žinoti agregacijos būseną ir reagentų koncentraciją.
Greičių tipai chemijoje
Įprasta išskirti momentines ir vidutines vertes. Vidutinis cheminės sąveikos greitis apibrėžiamas kaip reagentų koncentracijų skirtumas per tam tikrą laikotarpį.
Gauto reikšmė yra neigiama, kai koncentracija mažėja, teigiama, kai sąveikos produktų koncentracija didėja.
Tikroji (momentinė) reikšmė yra toks santykis per tam tikrą laiko vienetą.
SI sistemoje cheminio proceso greitis išreiškiamas [mol×m-3×s-1].
Chemijos problemos
Pažvelkime į kai kuriuos su greičio nustatymu susijusių problemų pavyzdžius.
1 pavyzdys. Įchloras ir vandenilis sumaišomi inde, tada mišinys kaitinamas. Po 5 sekundžių vandenilio chlorido koncentracija įgavo 0,05 mol/dm3. Apskaičiuokite vidutinį vandenilio chlorido susidarymo greitį (mol/dm3 s).
Būtina nustatyti vandenilio chlorido koncentracijos pokytį praėjus 5 sekundėms po sąveikos, iš galutinės koncentracijos atimant pradinę vertę:
C(HCl)=c2 - c1=0,05 - 0=0,05 mol/dm3.
Apskaičiuokite vidutinį vandenilio chlorido susidarymo greitį:
V=0,05/5=0,010 mol/dm3 ×s.
2 pavyzdys. Inde, kurio tūris yra 3 dm3, vyksta toks procesas:
C2H2 + 2H2=C2 H6.
Pradinė vandenilio masė yra 1 g. Praėjus dviem sekundėms nuo sąveikos pradžios, vandenilio masė įgavo 0,4 g. Apskaičiuokite vidutinį etano susidarymo greitį (mol/dm 3×s).
Reagavusio vandenilio masė apibrėžiama kaip skirtumas tarp pradinės vertės ir galutinio skaičiaus. Tai yra 1–0,4=0,6 (g). Norint nustatyti vandenilio molių skaičių, būtina jį padalyti iš tam tikrų dujų molinės masės: n \u003d 0,6/2 \u003d 0,3 mol. Pagal lygtį iš 2 molių vandenilio susidaro 1 molis etano, todėl iš 0,3 molio H2 gauname 0,15 molio etano.
Nustatykite susidariusio angliavandenilio koncentraciją, gausime 0,05 mol/dm3. Tada galite apskaičiuoti vidutinį jo susidarymo greitį:=0,025 mol/dm3 ×s.
Išvada
Cheminės sąveikos greičiui turi įtakos įvairūs veiksniai: reaguojančių medžiagų pobūdis (aktyvacijos energija), jų koncentracija, katalizatoriaus buvimas, šlifavimo laipsnis, slėgis, spinduliavimo tipas.
Devynioliktojo amžiaus antroje pusėje profesorius N. N. Beketovas pasiūlė, kad yra ryšys tarp pradinių reagentų masės ir proceso trukmės. Šią hipotezę patvirtino masinio veikimo dėsnis, kurį 1867 m. nustatė norvegų chemikai: P. Wage'as ir K. Guldbergas.
Fizikinė chemija tiria įvairių procesų mechanizmą ir greitį. Paprasčiausi procesai, vykstantys viename etape, vadinami monomolekuliniais procesais. Sudėtingos sąveikos apima keletą elementarių nuoseklių sąveikų, todėl kiekvienas etapas nagrinėjamas atskirai.
Norint gauti maksimalią reakcijos produktų išeigą su minimaliomis energijos sąnaudomis, svarbu atsižvelgti į pagrindinius veiksnius, turinčius įtakos proceso eigai.
Pavyzdžiui, norint pagreitinti vandens skilimo į paprastas medžiagas procesą, reikalingas katalizatorius, kurio vaidmenį atlieka mangano oksidas (4).
Visi niuansai, susiję su reagentų parinkimu, optimalaus slėgio ir temperatūros parinkimu, reagentų koncentracija, atsižvelgiama į cheminę kinetiką.
