Ons word voortdurend gekonfronteer met verskeie chemiese interaksies. Die verbranding van aardgas, die roes van yster, die versuur van melk is ver van al die prosesse wat in 'n skoolchemiekursus in detail bestudeer word.
Sommige reaksies neem breukdele van sekondes, terwyl sommige interaksies dae of weke neem.
Kom ons probeer om die afhanklikheid van die reaksietempo van temperatuur, konsentrasie en ander faktore te identifiseer. In die nuwe onderwysstandaard word 'n minimum hoeveelheid studietyd vir hierdie kwessie toegeken. In die toetse van die verenigde staat-eksamen is daar take oor die afhanklikheid van die reaksietempo op temperatuur, konsentrasie, en selfs berekeningstake word aangebied. Baie hoërskoolleerlinge ondervind sekere probleme om antwoorde op hierdie vrae te vind, daarom sal ons hierdie onderwerp in detail ontleed.
Relevansie van die kwessie wat oorweeg word
Inligting oor die reaksietempo is van groot praktiese en wetenskaplike belang. Byvoorbeeld, in 'n spesifieke produksie van stowwe en produkte uit 'n gegewedie waarde hang direk af van die werkverrigting van die toerusting, die koste van goedere.
Klassifikasie van deurlopende reaksies
Daar is 'n direkte verband tussen die toestand van aggregasie van die aanvanklike komponente en produkte wat tydens die chemiese proses gevorm word: heterogene interaksies.
'n Stelsel word gewoonlik in chemie verstaan as 'n stof of 'n kombinasie daarvan.
'n Homogene stelsel is een wat uit een fase bestaan (dieselfde toestand van aggregasie). As 'n voorbeeld kan ons 'n mengsel van gasse, verskeie verskillende vloeistowwe noem.
Heterogeen is 'n sisteem waarin reaktante in die vorm van gasse en vloeistowwe, vaste stowwe en gasse is.
Daar is nie net 'n afhanklikheid van die reaksietempo van temperatuur nie, maar ook van die fase waarin die komponente betrokke by die geanaliseerde interaksie gebruik word.
'n Homogene samestelling word gekenmerk deur die vloei van die proses deur die volume, wat die kwaliteit daarvan aansienlik verbeter.
As die aanvanklike stowwe in verskillende fasetoestande is, in hierdie geval, word die maksimum interaksie by die fasegrens waargeneem. Byvoorbeeld, wanneer 'n aktiewe metaal in 'n suur opgelos word, word die vorming van 'n produk (sout) slegs op die oppervlak van hul kontak waargeneem.
Wiskundige verwantskap tussen prosesspoed en verskeie faktore
Hoe lyk die vergelyking vir die tempo van 'n chemiese reaksie teenoor temperatuur? Vir 'n homogene proses word die koers deur die hoeveelheid bepaal'n stof wat in wisselwerking tree of tydens 'n reaksie in die volume van die sisteem per tydseenheid gevorm word.
Vir 'n heterogene proses word die tempo bepaal deur die hoeveelheid van 'n stof wat in die proses reageer of geproduseer word per eenheidsoppervlakte vir 'n minimum tydperk.
Faktore wat die tempo van 'n chemiese reaksie beïnvloed
Die aard van die reagerende stowwe is een van die redes vir die verskillende tempo's van prosesse. Byvoorbeeld, alkalimetale vorm alkalieë met water by kamertemperatuur, en die proses gaan gepaard met intense evolusie van gasvormige waterstof. Edelmetale (goud, platinum, silwer) is nie in staat om sulke prosesse by kamertemperatuur of wanneer verhit word nie.
Die aard van die reaktante is 'n faktor wat in die chemiese industrie in ag geneem word om die winsgewendheid van produksie te verhoog.
Die verband tussen die konsentrasie van reagense en die spoed van 'n chemiese reaksie is aan die lig gebring. Hoe hoër dit is, hoe meer deeltjies sal bots, daarom sal die proses vinniger voortgaan.
Die wet van werking van massas in wiskundige vorm beskryf 'n regstreekse verhouding tussen die konsentrasie van beginstowwe en die spoed van die proses.
Dit is in die middel van die negentiende eeu deur die Russiese chemikus N. N. Beketov geformuleer. Vir elke proses word 'n reaksiekonstante bepaal, wat nie verband hou met temperatuur, konsentrasie of die aard van die reaktante nie.
Aanom 'n reaksie met 'n vaste stof te bespoedig, moet jy dit tot 'n poeier maal.
In hierdie geval neem die oppervlakte toe, wat 'n positiewe uitwerking op die spoed van die proses het. Vir dieselbrandstof word 'n spesiale inspuitstelsel gebruik, waardeur, wanneer dit met lug in aanraking kom, die tempo van verbranding van 'n mengsel van koolwaterstowwe aansienlik toeneem.
Verhitting
Die afhanklikheid van die tempo van 'n chemiese reaksie op temperatuur word deur molekulêre kinetiese teorie verduidelik. Dit laat jou toe om die aantal botsings tussen die molekules van die reagense onder sekere omstandighede te bereken. Gewapen met sulke inligting, onder normale toestande, moet alle prosesse onmiddellik voortgaan.
Maar as ons 'n spesifieke voorbeeld van die afhanklikheid van die reaksietempo van temperatuur oorweeg, blyk dit dat dit vir interaksie nodig is om eers die chemiese bindings tussen atome te breek om nuwe stowwe daaruit te vorm. Dit verg 'n aansienlike hoeveelheid energie. Wat is die afhanklikheid van die reaksietempo van temperatuur? Die aktiveringsenergie bepaal die moontlikheid van breuk van molekules, dit kenmerk die realiteit van prosesse. Sy eenhede is kJ/mol.
As die energie onvoldoende is, sal die botsing ondoeltreffend wees, dus gaan dit nie gepaard met die vorming van 'n nuwe molekule nie.
Grafiese voorstelling
Die afhanklikheid van die tempo van 'n chemiese reaksie op temperatuur kan grafies voorgestel word. Wanneer dit verhit word, neem die aantal botsings tussen deeltjies toe, wat bydra tot die versnelling van interaksie.
Hoe lyk 'n reaksietempo teenoor temperatuur grafiek? Die energie van molekules word horisontaal geplot, en die aantal deeltjies met 'n hoë energiereserwe word vertikaal aangedui. 'n Grafiek is 'n kromme wat gebruik kan word om die spoed van 'n bepaalde interaksie te oordeel.
Hoe groter die energieverskil van die gemiddelde is, hoe verder is die punt van die kromme van die maksimum, en 'n kleiner persentasie molekules het so 'n energiereserwe.
Belangrike aspekte
Is dit moontlik om 'n vergelyking te skryf vir die afhanklikheid van die reaksietempokonstante van temperatuur? Die toename daarvan word weerspieël in die toename in die spoed van die proses. So 'n afhanklikheid word gekenmerk deur 'n sekere waarde, genoem die temperatuurkoëffisiënt van die prosestempo.
Vir enige interaksie is die afhanklikheid van die reaksietempokonstante van temperatuur aan die lig gebring. As dit met 10 grade verhoog word, neem die prosesspoed met 2-4 keer toe.
Afhanklikheid van die tempo van homogene reaksies op temperatuur kan in wiskundige vorm voorgestel word.
Vir die meeste interaksies by kamertemperatuur is die koëffisiënt in die reeks van 2 tot 4. Byvoorbeeld, met 'n temperatuurkoëffisiënt van 2.9, versnel 'n temperatuurverhoging van 100 grade die proses met byna 50 000 keer.
Afhanklikheid van reaksietempo op temperatuur kan maklik verklaar word deur verskillende waardes van aktiveringsenergie. Dit het 'n minimum waarde tydens ioniese prosesse, wat slegs deur die interaksie van katione en anione bepaal word. Talle eksperimente getuig van die oombliklike voorkoms van sulke reaksies.
Wanneer die aktiveringsenergie hoog is, sal slegs 'n klein aantal botsings tussen deeltjies lei tot die implementering van die interaksie. Met 'n gemiddelde aktiveringsenergie sal die reaktante teen 'n gemiddelde spoed interaksie hê.
Opdragte oor die afhanklikheid van die reaksietempo op konsentrasie en temperatuur word slegs op die senior vlak van onderwys oorweeg, wat dikwels ernstige probleme vir kinders veroorsaak.
Meet die spoed van 'n proses
Daardie prosesse wat 'n beduidende aktiveringsenergie vereis, behels 'n aanvanklike breek of verswakking van bindings tussen atome in die oorspronklike stowwe. In hierdie geval gaan hulle oor in 'n sekere tussentoestand, wat die geaktiveerde kompleks genoem word. Dit is 'n onstabiele toestand, verval redelik vinnig in reaksieprodukte, die proses gaan gepaard met die vrystelling van bykomende energie.
In sy eenvoudigste vorm is 'n geaktiveerde kompleks 'n konfigurasie van atome met verswakte ou bindings.
Inhibeerders en katalisators
Kom ons ontleed die afhanklikheid van die ensiematiese reaksietempo van die medium temperatuur. Sulke stowwe dien as versnellersproses.
Hulle self is nie deelnemers aan die interaksie nie, hul nommer na die voltooiing van die proses bly onveranderd. As katalisators die reaksietempo verhoog, dan vertraag inhibeerders, inteendeel, hierdie proses.
Die kern hiervan is die vorming van intermediêre verbindings, as gevolg waarvan 'n verandering in die spoed van die proses waargeneem word.
Gevolgtrekking
Verskeie chemiese interaksies vind elke minuut in die wêreld plaas. Hoe om die afhanklikheid van die reaksietempo van temperatuur vas te stel? Die Arrhenius-vergelyking is 'n wiskundige verduideliking van die verband tussen die tempokonstante en temperatuur. Dit gee 'n idee van daardie waardes van aktiveringsenergie waarteen die vernietiging of verswakking van bindings tussen atome in molekules, die verspreiding van deeltjies in nuwe chemikalieë moontlik is.
Danksy die molekulêr-kinetiese teorie is dit moontlik om die waarskynlikheid van interaksies tussen die aanvanklike komponente te voorspel, om die tempo van die proses te bereken. Van die faktore wat die reaksietempo beïnvloed, van besondere belang, is die verandering in die temperatuurindeks, die persentasie konsentrasie van interaksie stowwe, die kontakoppervlakte, die teenwoordigheid van 'n katalisator (inhibeerder), sowel as die aard van die interaksiekomponente..
