Grundl?ggande begrepp studerade:

Hastigheten f?r kemiska reaktioner

Molar koncentration

Kinetik

Homogena och heterogena reaktioner

Faktorer som p?verkar hastigheten f?r kemiska reaktioner

katalysator, inhibitor

Katalys

Reversibla och irreversibla reaktioner

Kemisk j?mvikt

Kemiska reaktioner ?r reaktioner, som ett resultat av vilka andra ?mnen erh?lls fr?n ett ?mne (nya ?mnen bildas fr?n de ursprungliga ?mnena). Vissa kemiska reaktioner sker p? br?kdelar av en sekund (explosion), medan andra tar minuter, dagar, ?r, decennier osv.

Till exempel: den brinnande reaktionen av krut intr?ffar omedelbart med ant?ndning och explosion, och reaktionen av m?rkning av silver eller rost av j?rn (korrosion) g?r s? l?ngsamt att det ?r m?jligt att f?lja resultatet f?rst efter en l?ng tid.

F?r att karakterisera hastigheten f?r en kemisk reaktion anv?nds begreppet hastigheten f?r en kemisk reaktion - y.

Hastigheten f?r en kemisk reaktion?r f?r?ndringen i koncentrationen av en av reaktionskomponenterna per tidsenhet.

Formeln f?r att ber?kna hastigheten f?r en kemisk reaktion ?r:

c 1 - mol?r koncentration av ?mnet vid den initiala tiden t 1

c 2 - mol?r koncentration av ?mnet vid den initiala tiden t 2

eftersom hastigheten f?r en kemisk reaktion k?nnetecknas av en f?r?ndring i molkoncentrationen av de reagerande ?mnena (utg?ngs?mnen), d? t 2 > t 1 och c 2 > c 1 (koncentrationen av utg?ngs?mnena minskar n?r reaktionen fortskrider ).

Molar koncentration(er)?r m?ngden ?mne per volymenhet. M?ttenheten f?r mol?r koncentration ?r [mol/l].

Den gren av kemin som studerar hastigheten f?r kemiska reaktioner kallas kemisk kinetik. Genom att k?nna till dess lagar kan en person kontrollera kemiska processer, st?lla in dem p? en viss hastighet.

N?r man ber?knar hastigheten f?r en kemisk reaktion, m?ste man komma ih?g att reaktioner ?r uppdelade i homogena och heterogena.

Homogena reaktioner- reaktioner som ?ger rum i samma medium (dvs. reaktanterna ?r i samma aggregationstillst?nd; till exempel: gas + gas, v?tska + v?tska).

heterogena reaktioner- dessa ?r reaktioner som sker mellan ?mnen i ett inhomogent medium (det finns en fasgr?nsyta, dvs. de reagerande ?mnena ?r i ett annat aggregationstillst?nd; till exempel: gas + v?tska, v?tska + fast).

Ovanst?ende formel f?r att ber?kna hastigheten f?r en kemisk reaktion ?r endast giltig f?r homogena reaktioner. Om reaktionen ?r heterogen kan den bara ske p? gr?nsytan mellan reaktanterna.

F?r en heterogen reaktion ber?knas hastigheten med formeln:

?n - f?r?ndring i m?ngden ?mne

S ?r omr?det f?r gr?nssnittet

? t ?r det tidsintervall under vilket reaktionen ?gde rum

Hastigheten f?r kemiska reaktioner beror p? olika faktorer: reaktanternas natur, koncentrationen av ?mnen, temperatur, katalysatorer eller inhibitorer.

Reaktionshastighetens beroende av reaktanternas natur.

L?t oss analysera detta beroende av reaktionshastigheten till exempel: vi l?gger i tv? provr?r, som inneh?ller samma m?ngd saltsyral?sning (HCl), metallgranuler av samma omr?de: i det f?rsta provr?ret, ett j?rn (Fe) granulat, och i det andra - ett magnesium (Mg) granulat. Som ett resultat av observationer, enligt hastigheten f?r v?teutvecklingen (H 2), kan man se att magnesium reagerar med saltsyra i den h?gsta hastigheten ?n j?rn. Hastigheten f?r en given kemisk reaktion p?verkas av metallens natur (dvs magnesium ?r en mer reaktiv metall ?n j?rn och reagerar d?rf?r kraftigare med syra).

Beroende av hastigheten f?r kemiska reaktioner p? koncentrationen av reaktanter.

Ju h?gre koncentration av det reagerande (initiala) ?mnet ?r, desto snabbare fortskrider reaktionen. Omv?nt g?ller att ju l?gre koncentrationen av reaktanten ?r, desto l?ngsammare ?r reaktionen.

Till exempel: vi kommer att h?lla en koncentrerad l?sning av saltsyra (HCl) i ett provr?r och en utsp?dd l?sning av saltsyra i ett annat. Vi l?gger i b?da provr?ren ett granulat av zink (Zn). Vi observerar, genom v?teutvecklingens hastighet, att reaktionen kommer att g? snabbare i det f?rsta provr?ret, eftersom koncentrationen av saltsyra i den ?r st?rre ?n i det andra provr?ret.

F?r att best?mma beroendet av hastigheten f?r en kemisk reaktion, (agerande) massors handlingslag : hastigheten f?r en kemisk reaktion ?r direkt proportionell mot produkten av koncentrationerna av reaktanterna, taget i potenser som ?r lika med deras koefficienter.

Till exempel f?r en reaktion som fortskrider enligt schemat: nA + mB -> D , hastigheten f?r en kemisk reaktion best?ms av formeln:

y ch.r. = k C (A) n C (B) m , var

y x.r - kemisk reaktionshastighet

C(A)- MEN

CV) - mol?r koncentration av ett ?mne P?

n och m - deras koefficienter

k- kemisk reaktionshastighetskonstant (referensv?rde).

Lagen om massverkan g?ller inte f?r ?mnen som ?r i fast tillst?nd, eftersom deras koncentration ?r konstant (p? grund av det faktum att de bara reagerar p? ytan, som f?rblir of?r?ndrad).

Till exempel: f?r en reaktion 2 Cu + O2 \u003d 2 CuO reaktionshastigheten best?ms av formeln:

y ch.r. \u003d k C (O 2)

PROBLEM: Hastighetskonstanten f?r reaktionen 2A + B = D ?r 0,005. ber?kna reaktionshastigheten vid en mol?r koncentration av ?mne A \u003d 0,6 mol / l, ?mne B \u003d 0,8 mol / l.

Beroendet av en kemisk reaktions hastighet av temperaturen.

Detta beroende best?ms van't Hoff regel (1884): med en ?kning av temperaturen f?r varje 10 ° C, ?kar hastigheten f?r en kemisk reaktion i genomsnitt 2-4 g?nger.

S? interaktionen mellan v?te (H 2) och syre (O 2) sker n?stan inte vid rumstemperatur, s? hastigheten f?r denna kemiska reaktion ?r s? l?g. Men vid en temperatur p? 500 C forts?tter denna reaktion p? 50 minuter och vid en temperatur p? 700 C ungef?r - n?stan omedelbart.

Formeln f?r att ber?kna hastigheten f?r en kemisk reaktion enligt van't Hoff-regeln:

d?r: y t 1 och y t 2 ?r hastigheten f?r kemiska reaktioner vid t 2 och t 1

g ?r temperaturkoefficienten, som visar hur m?nga g?nger reaktionshastigheten ?kar med en temperatur?kning med 10 °C.

F?r?ndring i reaktionshastighet:

2. Ers?tt data fr?n problemformuleringen med formeln:

Reaktionshastighetens beroende av speciella ?mnen - katalysatorer och inhibitorer.

Katalysator Ett ?mne som ?kar hastigheten p? en kemisk reaktion men som inte sj?lv deltar i den.

Inhibitor Ett ?mne som bromsar en kemisk reaktion men som inte deltar i den.

Exempel: i ett provr?r med en l?sning av 3% v?teperoxid (H 2 O 2), som v?rms upp, l?t oss l?gga till en pyrande splitter - den t?nds inte, eftersom reaktionshastigheten f?r s?nderdelning av v?teperoxid till vatten (H 2 O) och syre (O 2) ?r mycket l?g, och det resulterande syret ?r inte tillr?ckligt f?r att utf?ra en kvalitativ reaktion p? syre (f?rbr?nningsunderh?ll). L?t oss nu l?gga lite svart pulver av mangan (IV) oxid (MnO 2) i provr?ret och vi kommer att se att det snabba sl?ppet av gas (syre) bubblor har b?rjat, och den pyrande facklan som inf?rs i provr?ret flammar upp starkt . MnO 2 ?r en katalysator f?r denna reaktion, den accelererade reaktionshastigheten, men deltog inte i den sj?lv (detta kan bevisas genom att v?ga katalysatorn f?re och efter reaktionen - dess massa kommer inte att f?r?ndras).

System. Men detta v?rde ?terspeglar inte den verkliga m?jligheten f?r reaktionen, dess fart och mekanism.

F?r en fullst?ndig representation av en kemisk reaktion m?ste man ha kunskap om vilka tidsm?nster som finns under dess genomf?rande, d.v.s. kemisk reaktionshastighet och dess detaljerade mekanism. Reaktionsstudiernas hastighet och mekanism kemisk kinetik vetenskapen om kemisk process.

N?r det g?ller kemisk kinetik kan reaktioner klassificeras till enkla och komplexa.

enkla reaktioner- processer som sker utan bildning av mellanliggande f?reningar. Beroende p? antalet partiklar som deltar i det delas de in i monomolekyl?r, bimolekyl?r, trimolekyl?r. Kollisionen av mer ?n 3 partiklar ?r osannolik, s? trimolekyl?ra reaktioner ?r ganska s?llsynta och fyramolekyl?ra ?r ok?nda. Komplexa reaktioner- processer som best?r av flera element?ra reaktioner.

Varje process forts?tter med sin inneboende hastighet, som kan best?mmas av de f?r?ndringar som sker under en viss tidsperiod. mitten kemisk reaktionshastighet uttrycks som en f?r?ndring i m?ngden av ett ?mne n f?rbrukat eller mottaget ?mne per volymenhet V per tidsenhet t.

y = ± dn/ dt· V

Om ?mnet konsumeras s?tter vi tecknet "-", om det ackumuleras - "+"

Vid konstant volym:

y = ± DC/ dt,

Reaktionshastighetsenhet mol/l s

Generellt sett ?r y ett konstant v?rde och beror inte p? vilket ?mne vi f?ljer i reaktionen.

Beroendet av koncentrationen av reagenset eller produkten p? reaktionstiden presenteras som kinetisk kurva, som ser ut s? h?r:

Det ?r bekv?mare att ber?kna y fr?n experimentella data om uttrycken ovan konverteras till f?ljande uttryck:

Lagen om aktiva massor. Reaktionsordning och hastighetskonstant

En av formuleringarna lagen om massaktion l?ter s? h?r: Hastigheten f?r en element?r homogen kemisk reaktion ?r direkt proportionell mot produkten av koncentrationerna av reaktanterna.

Om processen som studeras representeras som:

a A + b B = produkter

d? kan hastigheten f?r en kemisk reaktion uttryckas kinetisk ekvation:

y = k [A] a [B] b eller

y = k C a A C b B

H?r [ A] och [B] (C A ochC B) - koncentration av reagenser,

a ochb?r de st?kiometriska koefficienterna f?r en enkel reaktion,

k?r reaktionshastighetskonstanten.

Den kemiska betydelsen av kvantiteten k- detta ?r hastighetsreaktion vid enstaka koncentrationer. Det vill s?ga om koncentrationerna av ?mnena A och B ?r lika med 1, d? y = k.

Det b?r beaktas att i komplexa kemiska processer koefficienterna a ochb matchar inte de st?kiometriska.

Lagen om massaktion uppfylls under ett antal villkor:

• Reaktionen aktiveras termiskt, dvs. termisk r?relseenergi.
• Koncentrationen av reagens ?r j?mnt f?rdelad.
• Milj?ns egenskaper och f?ruts?ttningar f?r?ndras inte under processen.
• Milj?fastigheter ska inte p?verka k.

F?r komplexa processer lagen om massaktion kan inte till?mpas. Detta kan f?rklaras av det faktum att en komplex process best?r av flera element?ra steg, och dess hastighet kommer inte att best?mmas av den totala hastigheten f?r alla steg, utan endast av ett av de l?ngsammaste stegen, som kallas begr?nsande.

Varje reaktion har sin egen ordning. Best?mma privat (del)ordning genom reagens och allm?n (full) ordning. Till exempel i uttrycket f?r hastigheten f?r en kemisk reaktion f?r en process

a A + b B = produkter

y = k·[ A] a·[ B] b

a– best?lla efter reagens MEN

b — best?lla efter reagens P?

Allm?n ordning a + b = n

F?r enkla processer reaktionsordningen anger antalet reagerande partiklar (sammanfaller med st?kiometriska koefficienter) och tar heltalsv?rden. F?r komplexa processer reaktionsordningen sammanfaller inte med de st?kiometriska koefficienterna och kan vara vilken som helst.

L?t oss best?mma de faktorer som p?verkar hastigheten f?r en kemisk reaktion y.

1. Reaktionshastighetens beroende av koncentrationen av reaktanter

   best?ms av lagen om massaktion: y = k[ A] a·[ B] b

Uppenbarligen, med ?kande koncentrationer av reaktanter, ?kar y, eftersom antalet kollisioner mellan de ?mnen som deltar i den kemiska processen ?kar. Dessutom ?r det viktigt att ?verv?ga reaktionens ordning: om den n=1 f?r n?got reagens ?r dess hastighet direkt proportionell mot koncentrationen av detta ?mne. Om f?r n?got reagens n=2, d? kommer en f?rdubbling av dess koncentration att leda till en ?kning av reaktionshastigheten med 2 2 \u003d 4 g?nger, och en ?kning av koncentrationen med 3 g?nger kommer att p?skynda reaktionen med 3 2 \u003d 9 g?nger.

Vi konfronteras st?ndigt med olika kemiska interaktioner. F?rbr?nning av naturgas, rostning av j?rn, syrning av mj?lk ?r l?ngt ifr?n alla processer som studeras i detalj i en skolkemikurs.

Vissa reaktioner tar br?kdelar av sekunder, medan vissa interaktioner tar dagar eller veckor.

L?t oss f?rs?ka identifiera reaktionshastighetens beroende av temperatur, koncentration och andra faktorer. I den nya utbildningsnormen avs?tts en minsta studietid f?r denna fr?ga. I testerna f?r det enhetliga provet erbjuds uppgifter om reaktionshastighetens beroende av temperatur, koncentration och till och med ber?kningsuppgifter. M?nga gymnasieelever upplever vissa sv?righeter med att hitta svar p? dessa fr?gor, s? vi kommer att analysera detta ?mne i detalj.

Fr?gans relevans

Information om reaktionshastigheten ?r av stor praktisk och vetenskaplig betydelse. Till exempel, i en specifik produktion av ?mnen och produkter, beror produktiviteten hos utrustning och varukostnaden direkt p? detta v?rde.

Klassificering av p?g?ende reaktioner

Det finns ett direkt samband mellan tillst?ndet f?r aggregering av de initiala komponenterna och produkter som bildas under loppet av heterogena interaktioner.

Inom kemi f?rst?s ett system vanligtvis som ett ?mne eller en kombination av dem.

Homogent ?r ett s?dant system som best?r av en fas (samma aggregationstillst?nd). Som exempel kan vi n?mna en blandning av gaser, flera olika v?tskor.

Ett heterogent system ?r ett system d?r reaktanterna ?r i form av gaser och v?tskor, fasta ?mnen och gaser.

Det ?r inte bara ett beroende av reaktionshastigheten p? temperaturen, utan ocks? p? den fas i vilken komponenterna som ?r involverade i den analyserade interaktionen anv?nds.

F?r en homogen sammans?ttning ?r processen karakteristisk genom hela volymen, vilket avsev?rt f?rb?ttrar dess kvalitet.

Om de initiala substanserna ?r i olika fastillst?nd, observeras den maximala interaktionen vid gr?nsytan. Till exempel, n?r en aktiv metall l?ses i en syra, observeras bildandet av en produkt (salt) endast p? ytan av deras kontakt.

Matematiskt samband mellan processhastighet och olika faktorer

Vad ?r ekvationen f?r hastigheten f?r en kemisk reaktion som funktion av temperaturen? F?r en homogen process best?ms hastigheten av m?ngden av ett ?mne som interagerar eller bildas under reaktionen i systemets volym per tidsenhet.

F?r en heterogen process best?ms hastigheten genom m?ngden av ett ?mne som reagerar eller erh?lls i processen per ytenhet under en minsta tidsperiod.

Faktorer som p?verkar hastigheten f?r en kemisk reaktion

Reaktanternas natur ?r en av anledningarna till de olika processhastigheterna. Till exempel bildar alkalimetaller alkalier med vatten vid rumstemperatur, och processen ?tf?ljs av intensiv utveckling av gasformigt v?te. ?delmetaller (guld, platina, silver) ?r inte kapabla till s?dana processer vare sig vid rumstemperatur eller vid upphettning.

Reaktanternas karakt?r ?r en faktor som beaktas i den kemiska industrin f?r att ?ka l?nsamheten i produktionen.

F?rh?llandet mellan koncentrationen av reagens och hastigheten p? den kemiska reaktionen avsl?jas. Ju h?gre den ?r, desto fler partiklar kommer att kollidera, d?rf?r kommer processen att g? snabbare.

Massverkans lag i matematisk form beskriver ett direkt proportionellt f?rh?llande mellan koncentrationen av de initiala ?mnena och processens hastighet.

Den formulerades i mitten av artonhundratalet av den ryske kemisten N. N. Beketov. F?r varje process best?ms en reaktionskonstant, som inte ?r relaterad till temperatur, koncentration eller reaktanternas natur.

F?r att p?skynda reaktionen i vilken ett fast ?mne ?r inblandat ?r det n?dv?ndigt att mala det till ett pulvertillst?nd.

I detta fall uppst?r en ?kning av ytan, vilket positivt p?verkar processens hastighet. F?r dieselbr?nsle anv?nds ett speciellt insprutningssystem, p? grund av vilket, n?r det kommer i kontakt med luft, ?kar hastigheten f?r f?rbr?nningsprocessen av en blandning av kolv?ten avsev?rt.

Uppv?rmningen

Beroendet av en kemisk reaktions hastighet p? temperaturen f?rklaras av molekyl?r kinetisk teori. Det l?ter dig ber?kna antalet kollisioner mellan reagensens molekyler under vissa f?rh?llanden. Bev?pnad med s?dan information, under normala f?rh?llanden, b?r alla processer forts?tta omedelbart.

Men om vi betraktar ett specifikt exempel p? reaktionshastighetens beroende av temperatur, visar det sig att f?r att interagera ?r det n?dv?ndigt att f?rst bryta de kemiska bindningarna mellan atomer s? att nya ?mnen bildas fr?n dem. Detta kr?ver en betydande m?ngd energi. Vad ?r reaktionshastighetens beroende av temperaturen? Aktiveringsenergin best?mmer m?jligheten att bryta molekyler, den k?nnetecknar processernas verklighet. Dess m?ttenheter ?r kJ/mol.

Med ett otillr?ckligt energiindex kommer kollisionen att vara ineffektiv, s? den ?tf?ljs inte av bildandet av en ny molekyl.

Grafisk representation

Beroendet av en kemisk reaktions hastighet p? temperaturen kan representeras grafiskt. Vid upphettning ?kar antalet kollisioner mellan partiklar, vilket bidrar till att accelerera interaktionen.

Vad ?r en graf ?ver reaktionshastighet kontra temperatur? Molekylernas energi plottas horisontellt och antalet partiklar med h?g energireserv anges vertikalt. En graf ?r en kurva med vilken man kan bed?ma hastigheten f?r en viss interaktion.

Ju st?rre energiskillnaden ?r fr?n medelv?rdet, desto l?ngre ?r kurvpunkten fr?n maximum, och en mindre andel molekyler har en s?dan energireserv.

Viktiga aspekter

?r det m?jligt att skriva en ekvation f?r reaktionshastighetskonstantens beroende av temperaturen? Dess ?kning ?terspeglas i ?kningen av processens hastighet. Ett s?dant beroende k?nnetecknas av ett visst v?rde, kallat temperaturkoefficienten f?r processhastigheten.

F?r varje interaktion avsl?jades reaktionshastighetskonstantens beroende av temperaturen. Vid ?kning med 10 grader ?kar processhastigheten med 2-4 g?nger.

Beroendet av graden av homogena reaktioner p? temperaturen kan representeras matematiskt.

F?r de flesta interaktioner vid rumstemperatur ligger koefficienten i intervallet fr?n 2 till 4. Till exempel, med en temperaturkoefficient p? 2,9 snabbar en temperatur?kning p? 100 grader upp processen med n?stan 50 000 g?nger.

Reaktionshastighetens beroende av temperatur kan l?tt f?rklaras av olika v?rden p? aktiveringsenergin. Det har ett minimiv?rde under joniska processer, som endast best?ms av interaktionen mellan katjoner och anjoner. M?nga experiment vittnar om den ?gonblickliga f?rekomsten av s?dana reaktioner.

Vid ett h?gt v?rde p? aktiveringsenergin kommer endast ett litet antal kollisioner mellan partiklar att leda till genomf?randet av interaktionen. Med en genomsnittlig aktiveringsenergi kommer reaktanterna att interagera med en genomsnittlig hastighet.

Uppgifter om reaktionshastighetens beroende av koncentration och temperatur beaktas endast p? h?gre utbildningsniv? och orsakar ofta allvarliga sv?righeter f?r barn.

M?tning av processens hastighet

De processer som kr?ver en betydande aktiveringsenergi inneb?r ett initialt brott eller f?rsvagning av bindningar mellan atomer i de ursprungliga ?mnena. I det h?r fallet ?verg?r de till ett visst mellantillst?nd, kallat det aktiverade komplexet. Det ?r ett instabilt tillst?nd, s?nderdelas ganska snabbt till reaktionsprodukter, processen ?tf?ljs av frig?randet av ytterligare energi.

I sin enklaste form ?r det aktiverade komplexet en konfiguration av atomer med f?rsvagade gamla bindningar.

Inhibitorer och katalysatorer

L?t oss analysera beroendet av den enzymatiska reaktionshastigheten p? mediets temperatur. S?dana ?mnen fungerar som processacceleratorer.

De sj?lva ?r inte deltagare i interaktionen, deras antal efter avslutad process f?rblir of?r?ndrad. Om katalysatorer ?kar reaktionshastigheten, bromsar inhibitorer tv?rtom denna process.

K?rnan i detta ligger i bildandet av mellanliggande f?reningar, som ett resultat av vilket en f?r?ndring i processens hastighet observeras.

Slutsats

Olika kemiska interaktioner ?ger rum varje minut i v?rlden. Hur kan man fastst?lla reaktionshastighetens beroende av temperaturen? Arrhenius-ekvationen ?r en matematisk f?rklaring av sambandet mellan hastighetskonstanten och temperaturen. Det ger en uppfattning om de aktiveringsenergier d?r f?rst?relse eller f?rsvagning av bindningar mellan atomer i molekyler, distribution av partiklar till nya kemiska ?mnen ?r m?jlig.

Tack vare den molekyl?ra kinetiska teorin ?r det m?jligt att f?ruts?ga sannolikheten f?r interaktioner mellan de initiala komponenterna, f?r att ber?kna processens hastighet. Bland de faktorer som p?verkar reaktionshastigheten ?r f?r?ndringen i temperaturindex, den procentuella koncentrationen av interagerande ?mnen, kontaktytan, n?rvaron av en katalysator (inhibitor) och naturen hos de interagerande komponenterna av s?rskild betydelse.

Hastigheten f?r en kemisk reaktion- f?r?ndring av m?ngden av ett av de reagerande ?mnena per tidsenhet i en enhet av reaktionsutrymme.

F?ljande faktorer p?verkar hastigheten f?r en kemisk reaktion:

• reaktanternas natur;
• koncentration av reaktanter;
• kontaktyta av reaktanter (i heterogena reaktioner);
• temperatur;
• verkan av katalysatorer.

Teori om aktiva kollisioner g?r det m?jligt att f?rklara inverkan av vissa faktorer p? hastigheten av en kemisk reaktion. De viktigaste best?mmelserna i denna teori:

• Reaktioner uppst?r n?r partiklar av reaktanter som har en viss energi kolliderar.
• Ju fler reagenspartiklar, desto n?rmare de ?r varandra, desto mer sannolikt ?r det att de kolliderar och reagerar.
• Endast effektiva kollisioner leder till reaktionen, d.v.s. de d?r "gamla band" f?rst?rs eller f?rsvagas och d?rf?r kan "nya" bildas. F?r att g?ra detta m?ste partiklarna ha tillr?cklig energi.
• Den minsta ?verskottsenergi som kr?vs f?r effektiv kollision av reaktantpartiklar kallas aktiveringsenergi Ea.
• Kemikaliers aktivitet manifesteras i den l?ga aktiveringsenergin av reaktioner som involverar dem. Ju l?gre aktiveringsenergi, desto h?gre reaktionshastighet. Till exempel, i reaktioner mellan katjoner och anjoner, ?r aktiveringsenergin mycket l?g, s? s?dana reaktioner fortg?r n?stan omedelbart.

Inverkan av koncentrationen av reaktanter p? reaktionshastigheten

N?r koncentrationen av reaktanterna ?kar, ?kar reaktionshastigheten. F?r att komma in i en reaktion m?ste tv? kemiska partiklar n?rma sig varandra, s? reaktionshastigheten beror p? antalet kollisioner mellan dem. En ?kning av antalet partiklar i en given volym leder till t?tare kollisioner och till en ?kning av reaktionshastigheten.

En ?kning av trycket eller en minskning av volymen som upptas av blandningen kommer att leda till en ?kning av reaktionshastigheten i gasfasen.

P? grundval av experimentella data 1867 har de norska vetenskapsm?nnen K. Guldberg och P Vaage, och oberoende av dem 1865, den ryske vetenskapsmannen N.I. Beketov formulerade den grundl?ggande lagen f?r kemisk kinetik, som fastst?ller reaktionshastighetens beroende av koncentrationerna av de reagerande ?mnena -

Massaktionens lag (LMA):

Hastigheten f?r en kemisk reaktion ?r proportionell mot produkten av koncentrationerna av reaktanterna, tagna i potenser lika med deras koefficienter i reaktionsekvationen. ("agerande massa" ?r en synonym f?r det moderna begreppet "koncentration")

aA+bB =cC+dd, var k?r reaktionshastighetskonstanten

ZDM utf?rs endast f?r element?ra kemiska reaktioner som sker i ett steg. Om reaktionen fortskrider sekventiellt genom flera steg, s? best?ms den totala hastigheten f?r hela processen av dess l?ngsammaste del.

Uttryck f?r hastigheter f?r olika typer av reaktioner

ZDM h?nvisar till homogena reaktioner. Om reaktionen ?r heterogen (reagenser ?r i olika aggregationstillst?nd) kommer endast flytande eller endast gasformiga reagens in i MDM-ekvationen, och fasta exkluderas, vilket endast p?verkar hastighetskonstanten k.

Reaktionsmolekylaritet?r det minsta antalet molekyler som ?r involverade i en element?r kemisk process. Genom molekylaritet delas element?ra kemiska reaktioner in i molekyl?ra (A ->) och bimolekyl?ra (A + B ->); trimolekyl?ra reaktioner ?r extremt s?llsynta.

Hastighet av heterogena reaktioner

• Beror p? ytarea f?r kontakt med ?mnen, dvs. om graden av malning av ?mnen, fullst?ndigheten av blandning av reagenser.
• Ett exempel ?r eldning av ved. En hel stock brinner relativt l?ngsamt i luft. Om du ?kar tr?dets kontaktyta med luft och delar stocken i flis, kommer f?rbr?nningshastigheten att ?ka.
• Pyroforiskt j?rn h?lls p? ett ark filterpapper. Under h?sten blir j?rnpartiklarna varma och s?tter eld p? papperet.

Temperaturens inverkan p? reaktionshastigheten

P? 1800-talet uppt?ckte den holl?ndska forskaren Van't Hoff experimentellt att n?r temperaturen stiger med 10 ° C, ?kar hastigheten f?r m?nga reaktioner med 2-4 g?nger.

Van't Hoffs regel

F?r varje temperatur?kning p? 10 o C ?kar reaktionshastigheten med en faktor 2–4.

H?r tar g (grekisk bokstav "gamma") - den s? kallade temperaturkoefficienten eller van't Hoff-koefficienten, v?rden fr?n 2 till 4.

F?r varje specifik reaktion best?ms temperaturkoefficienten empiriskt. Den visar exakt hur m?nga g?nger hastigheten f?r en given kemisk reaktion (och dess hastighetskonstant) ?kar f?r varje 10 graders temperatur?kning.

Van't Hoff-regeln anv?nds f?r att approximera f?r?ndringen i hastighetskonstanten f?r en reaktion med en ?kning eller minskning av temperaturen. Ett mer exakt f?rh?llande mellan hastighetskonstanten och temperaturen fastst?lldes av den svenska kemisten Svante Arrhenius:

Hur Mer E en specifik reaktion, den mindre(vid en given temperatur) kommer att vara hastighetskonstanten k (och hastigheten) f?r denna reaktion. En ?kning av T leder till en ?kning av hastighetskonstanten, detta f?rklaras av det faktum att en ?kning av temperaturen leder till en snabb ?kning av antalet "energiska" molekyler som kan ?vervinna aktiveringsbarri?ren E a .

En katalysators inverkan p? reaktionshastigheten

Det ?r m?jligt att ?ndra reaktionshastigheten genom att anv?nda speciella ?mnen som f?r?ndrar reaktionsmekanismen och styr den l?ngs en energim?ssigt gynnsammare v?g med l?gre aktiveringsenergi.

Katalysatorer– Det h?r ?r ?mnen som deltar i en kemisk reaktion och ?kar dess hastighet, men i slutet av reaktionen f?rblir of?r?ndrade kvalitativt och kvantitativt.

Inhibitorer- ?mnen som bromsar kemiska reaktioner.

Att ?ndra hastigheten p? en kemisk reaktion eller dess riktning med hj?lp av en katalysator kallas katalys .

?mnen f?r USE-kodifieraren:Hastighetsreaktion. Dess beroende av olika faktorer.

Hastigheten f?r en kemisk reaktion anger hur snabbt en reaktion sker. Interaktion uppst?r n?r partiklar kolliderar i rymden. I detta fall sker reaktionen inte vid varje kollision, utan endast n?r partiklarna har r?tt energi.

Hastighetsreaktion ?r antalet element?ra kollisioner av interagerande partiklar, som slutar i en kemisk omvandling, per tidsenhet.

Best?mning av hastigheten f?r en kemisk reaktion ?r f?rknippad med villkoren f?r dess genomf?rande. Om reaktionen homogen– dvs. produkter och reaktanter ?r i samma fas - d? definieras hastigheten f?r en kemisk reaktion som f?r?ndringen i ?mnet per tidsenhet:

y = ?C / ?t.

Om reaktanterna eller produkterna ?r i olika faser, och kollisionen av partiklar sker endast vid gr?nsytan, kallas reaktionen heterogen, och dess hastighet best?ms av f?r?ndringen i m?ngden ?mne per tidsenhet per enhet av reaktionsytan:

y = Dn / (S At).

Hur man f?r partiklar att kollidera oftare, d.v.s. hur ?ka hastigheten p? en kemisk reaktion?

1. Det enklaste s?ttet ?r att ?ka temperatur . Som du m?ste ha vetat fr?n din fysikkurs ?r temperatur ett m?tt p? den genomsnittliga kinetiska energin f?r materipartiklars r?relse. Om vi h?jer temperaturen b?rjar partiklarna av n?got ?mne att r?ra sig snabbare och d?rf?r kolliderar oftare.

Men med ?kande temperatur ?kar hastigheten f?r kemiska reaktioner fr?mst p? grund av att antalet effektiva kollisioner ?kar. N?r temperaturen stiger ?kar antalet aktiva partiklar som kan ?vervinna reaktionens energibarri?r kraftigt. Om vi s?nker temperaturen b?rjar partiklarna r?ra sig l?ngsammare, antalet aktiva partiklar minskar och antalet effektiva kollisioner per sekund minskar. P? det h?r s?ttet, N?r temperaturen stiger ?kar hastigheten f?r en kemisk reaktion, och n?r temperaturen sjunker minskar den..

Notera! Denna regel fungerar p? samma s?tt f?r alla kemiska reaktioner (inklusive exotermiska och endotermiska). Reaktionshastigheten beror inte p? den termiska effekten. Hastigheten f?r exoterma reaktioner ?kar med ?kande temperatur och minskar med sjunkande temperatur. Hastigheten f?r endotermiska reaktioner ?kar ocks? med ?kande temperatur och minskar med sjunkande temperatur.

Redan p? 1800-talet fann dessutom den holl?ndska fysikern van't Hoff experimentellt att de flesta reaktioner ?kar i ungef?r samma hastighet (med ungef?r 2-4 g?nger) med en ?kning av temperaturen med 10 ° C. Van't Hoffs regel l?ter s? h?r: en ?kning av temperaturen med 10 ° C leder till en ?kning av hastigheten f?r en kemisk reaktion med 2-4 g?nger (detta v?rde kallas temperaturkoefficienten f?r den kemiska reaktionshastigheten g). Det exakta v?rdet p? temperaturkoefficienten best?ms f?r varje reaktion.

H?r v 2 - reaktionshastighet vid temperatur T 2, v 1 - reaktionshastighet vid temperatur T 1, g ?r temperaturkoefficienten f?r reaktionshastigheten, van't Hoff-koefficienten.

I vissa situationer ?r det inte alltid m?jligt att ?ka reaktionshastigheten med hj?lp av temperatur, eftersom. vissa ?mnen s?nderfaller n?r temperaturen stiger, vissa ?mnen eller l?sningsmedel avdunstar vid f?rh?jda temperaturer etc, d.v.s. processvillkoren kr?nks.

2. Koncentration. Du kan ocks? ?ka antalet effektiva kollisioner genom att ?ndra koncentration reaktanter . anv?nds vanligtvis f?r gaser och v?tskor, som I gaser och v?tskor r?r sig partiklar snabbt och blandas aktivt. Ju h?gre koncentrationen av reagerande ?mnen (v?tskor, gaser) ?r, desto fler effektiva kollisioner och desto h?gre hastighet f?r den kemiska reaktionen.

Baserat p? ett stort antal experiment 1867 i verk av de norska vetenskapsm?nnen P. Guldenberg och P. Waage och, oberoende av dem, 1865 av den ryske vetenskapsmannen N.I. Beketov h?rledde den grundl?ggande lagen f?r kemisk kinetik, som fastst?ller beroendet av hastigheten f?r en kemisk reaktion p? koncentrationen av reaktanter:

Hastigheten f?r en kemisk reaktion ?r direkt proportionell mot produkten av koncentrationerna av reaktanter i potenser lika med deras koefficienter i den kemiska reaktionsekvationen.

F?r en kemisk reaktion av formen: aA + bB = cC + dD skrivs massverkan enligt f?ljande:

h?r ?r v hastigheten f?r den kemiska reaktionen,

C A och C B — Koncentrationer av ?mnena A respektive B, mol/l

k ?r proportionalitetskoefficienten, reaktionens hastighetskonstant.

Till exempel, f?r ammoniakbildningsreaktionen:

N2 + 3H2 <-> 2NH3

Massaktionslagen ser ut s? h?r:

Reaktionshastighetskonstanten visar hur snabbt ?mnen kommer att reagera om deras koncentrationer ?r 1 mol/l, eller deras produkt ?r 1. Hastighetskonstanten f?r en kemisk reaktion beror p? temperaturen och beror inte p? koncentrationen av reaktanter.

Lagen om massverkan tar inte h?nsyn till koncentrationen av fasta ?mnen, eftersom de reagerar som regel p? ytan, och antalet reagerande partiklar per enhetsyta ?ndras inte.

I de flesta fall best?r en kemisk reaktion av flera enkla steg, i vilket fall den kemiska reaktionsekvationen endast visar den totala eller slutliga ekvationen f?r de p?g?ende processerna. I det h?r fallet beror hastigheten p? en kemisk reaktion p? ett komplext s?tt (eller beror inte) p? koncentrationen av reaktanter, intermedi?rer eller katalysator, s? den exakta formen av den kinetiska ekvationen best?ms experimentellt, eller baserat p? en analys av den f?reslagna reaktionsmekanismen. I allm?nhet best?ms hastigheten f?r en komplex kemisk reaktion av hastigheten f?r dess l?ngsammaste steg ( begr?nsande stadium).

3. Tryck. F?r gaser beror koncentrationen direkt p? tryck. N?r trycket ?kar ?kar koncentrationen av gaser. Det matematiska uttrycket f?r detta beroende (f?r en idealgas) ?r Mendeleev-Clapeyrons ekvation:

pV=nRT

S?ledes, om det bland reaktanterna finns ett gasformigt ?mne, d? vid N?r trycket ?kas ?kar hastigheten f?r en kemisk reaktion, n?r trycket s?nks minskar det. .

Till exempel. Hur kommer reaktionshastigheten f?r fusion av kalk med kiseloxid att f?r?ndras:

CaCO 3 + SiO 2 <-> CaSiO 3 + CO 2

med ?kande tryck?

Det korrekta svaret skulle vara - inget s?tt, f?r. det finns inga gaser bland reagenserna och kalciumkarbonat ?r ett fast salt, ol?sligt i vatten, kiseloxid ?r ett fast ?mne. Gasen blir produkten - koldioxid. Men produkter p?verkar inte hastigheten p? fram?treaktionen.

Ett annat s?tt att ?ka hastigheten p? en kemisk reaktion ?r att styra den l?ngs en annan v?g, och ers?tta den direkta interaktionen, till exempel, av ?mnena A och B med en serie sekventiella reaktioner med ett tredje ?mne K, som kr?ver mycket mindre energi ( har en l?gre aktiveringsenergibarri?r) och forts?tter vid givna f?rh?llanden snabbare ?n den direkta reaktionen. Detta tredje ?mne kallas katalysator .

– Det h?r ?r kemikalier som ?r involverade i en kemisk reaktion, som ?ndrar dess hastighet och riktning, men inte f?rbrukas under reaktionen (i slutet av reaktionen ?ndras de inte vare sig i kvantitet eller sammans?ttning). En ungef?rlig mekanism f?r driften av en katalysator f?r en reaktion av typen A + B kan avbildas enligt f?ljande:

A+K=AK

AK + B = AB + K

Processen att ?ndra reaktionshastigheten n?r den interagerar med en katalysator kallas katalys. Katalysatorer anv?nds ofta i industrin n?r det ?r n?dv?ndigt att ?ka hastigheten p? en reaktion eller rikta den l?ngs en viss v?g.

Beroende p? fastillst?ndet f?r katalysatorn s?rskiljs homogen och heterogen katalys.

homogen katalys - detta ?r n?r reaktanterna och katalysatorn ?r i samma fas (gas, l?sning). Typiska homogena katalysatorer ?r syror och baser. organiska aminer etc.

heterogen katalys - det ?r n?r reaktanterna och katalysatorn befinner sig i olika faser. Som regel ?r heterogena katalysatorer fasta ?mnen. D?rf?r att interaktion i s?dana katalysatorer sker endast p? ytan av ?mnet, ett viktigt krav f?r katalysatorer ?r en stor yta. Heterogena katalysatorer k?nnetecknas av h?g porositet, vilket ?kar katalysatorns yta. S?ledes n?r den totala ytan f?r vissa katalysatorer ibland 500 kvadratmeter per 1 g katalysator. Stor yta och porositet s?kerst?ller effektiv interaktion med reagenser. Heterogena katalysatorer inkluderar metaller, zeoliter - kristallina mineraler fr?n aluminosilikatgruppen (kisel- och aluminiumf?reningar) och andra.

Exempel heterogen katalys - ammoniaksyntes:

N2 + 3H2 <-> 2NH3

Por?st j?rn med Al 2 O 3 och K 2 O f?roreningar anv?nds som katalysator.

Katalysatorn i sig f?rbrukas inte under den kemiska reaktionen, men andra ?mnen ackumuleras p? katalysatorns yta, som binder katalysatorns aktiva centra och blockerar dess funktion ( katalytiska gifter). De m?ste avl?gsnas regelbundet genom att regenerera katalysatorn.

Katalysatorer ?r mycket effektiva i biokemiska reaktioner. enzymer. Enzymatiska katalysatorer verkar mycket effektivt och selektivt med en selektivitet p? 100 %. Tyv?rr ?r enzymer mycket k?nsliga f?r temperatur?kning, medium surhet och andra faktorer; d?rf?r finns det ett antal begr?nsningar f?r implementering i industriell skala av processer med enzymatisk katalys.

Katalysatorer ska inte f?rv?xlas med initiativtagare process och inhibitorer. Till exempel, f?r att initiera en radikal reaktion av metanklorering, ?r ultraviolett bestr?lning n?dv?ndig. Det ?r inte en katalysator. Vissa radikalreaktioner initieras av peroxidradikaler. De ?r inte heller katalysatorer.

Inhibitorer?r ?mnen som bromsar en kemisk reaktion. Inhibitorer kan konsumeras och delta i en kemisk reaktion. I detta fall ?r inhibitorer inte katalysatorer, vice versa. Omv?nd katalys ?r i princip om?jlig - reaktionen kommer i alla fall att f?rs?ka f?lja den snabbaste v?gen.

5. Reaktanternas kontaktyta. F?r heterogena reaktioner ?r ett s?tt att ?ka antalet effektiva kollisioner att ?ka reaktionsyta . Ju st?rre kontaktyta f?r de reagerande faserna ?r, desto st?rre ?r hastigheten f?r den heterogena kemiska reaktionen. Pulveriserad zink l?ser sig mycket snabbare i syra ?n granul?r zink med samma massa.

Inom industrin anv?nder de f?r att ?ka arean p? reaktanternas kontaktyta fluidiserad b?ddmetod. Till exempel, vid framst?llning av svavelsyra genom kokande skiktmetoden, rostas pyrit.

6. Reaktanternas natur . Hastigheten f?r kemiska reaktioner, allt annat lika, p?verkas ocks? av kemiska egenskaper, d.v.s. reaktanternas natur. Mindre aktiva substanser kommer att ha en h?gre aktiveringsbarri?r och reagera l?ngsammare ?n fler aktiva substanser. Fler aktiva ?mnen har l?gre aktiveringsenergi och ?r mycket l?ttare och mer ben?gna att ing? i kemiska reaktioner.

Vid l?ga aktiveringsenergier (mindre ?n 40 kJ/mol) fortskrider reaktionen mycket snabbt och enkelt. En betydande del av kollisionerna mellan partiklar slutar i en kemisk omvandling. Till exempel sker jonbytesreaktioner mycket snabbt under normala f?rh?llanden.

Vid h?ga aktiveringsenergier (mer ?n 120 kJ/mol) slutar endast ett litet antal kollisioner i en kemisk omvandling. Hastigheten f?r s?dana reaktioner ?r f?rsumbar. Till exempel interagerar kv?ve praktiskt taget inte med syre under normala f?rh?llanden.

Vid medelstora aktiveringsenergier (fr?n 40 till 120 kJ/mol) kommer reaktionshastigheten att vara genomsnittlig. S?dana reaktioner sker ocks? under normala f?rh?llanden, men inte s?rskilt snabbt, s? att de kan observeras med blotta ?gat. Dessa reaktioner inkluderar interaktionen av natrium med vatten, interaktionen av j?rn med saltsyra, etc.

?mnen som ?r stabila under normala f?rh?llanden tenderar att ha h?ga aktiveringsenergier.