Скорость реакции ее зависимость от различных факторов

Скорость реакции, ее зависимость от различных факторов

Скорость химической реакции — изменение количества одного из реагирующих веществ за единицу времени в единице реакционного пространства.

На скорость химической реакции оказывают влияние следующие факторы:

  • природа реагирующих веществ;
  • концентрация реагирующих веществ;
  • поверхность соприкосновения реагирующих веществ (в гетерогенных реакциях);
  • температура;
  • действие катализаторов.

Теория активных столкновений позволяет объяснить влияние некоторых факторов на скорость химической реакции. Основные положения этой теории:

  • Реакции происходят при столкновении частиц реагентов, которые обладают определённой энергией.
  • Чем больше частиц реагентов, чем ближе они друг к другу, тем больше шансов у них столкнуться и прореагировать.
  • К реакции приводят лишь эффективные соударения, т.е. такие при которых разрушаются или ослабляются «старые связи» и поэтому могут образоваться «новые». Для этого частицы должны обладать достаточной энергией.
  • Минимальный избыток энергии, необходимый для эффективного соударения частиц реагентов, называется энергией активации Еа.
  • Активность химических веществ проявляется в низкой энергии активации реакций с их участием. Чем ниже энергия активации, тем выше скорость реакции. Например, в реакциях между катионами и анионами энергия активации очень мала, поэтому такие реакции протекают почти мгновенно

Влияние концентрации реагирующих веществ на скорость реакции

При повышении концентрации реагирующих веществ скорость реакции возрастает. Для того чтобы вступить в реакцию, две химические частицы должны сблизиться, поэтому скорость реакции зависит от числа столкновений между ними. Увеличение числа частиц в данном объеме приводит к более частым столкновениям и к возрастанию скорости реакции.

К увеличению скорости реакции протекающей в газовой фазе приведет повышение давления или уменьшение объема, занимаемого смесью.

На основе экспериментальных данных в 1867 г. норвежские учёные К. Гульдберг, и П Вааге и независимо от них в 1865 г. русский учёный Н.И. Бекетов сформулировали основной закон химической кинетики, устанавливающий зависимость скорости реакции от концентраций реагирующих веществ-

Закон действующих масс (ЗДМ) :
Скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях равных их коэффициентам в уравнении реакции. («действующая масса» – синоним современного понятия «концентрация»)

аА + bВ = cС +dD, где k – константа скорости реакции

ЗДМ выполняется только для элементарных химических реакций, протекающих в одну стадию. Если реакция протекает последовательно через несколько стадий, то суммарная скорость всего процесса определяется самой медленной его частью.

Выражения для скоростей различных типов реакций

ЗДМ относится к гомогенным реакциям. Если реакция геторогенная (реагенты находятся в разных агрегатных состояниях), то в уравнение ЗДМ входят только жидкие или только газообразные реагенты, а твердые исключаются, оказывая влияние только на константу скорости k.

Молекулярность реакции – это минимальное число молекул, участвующих в элементарном химическом процессе. По молекулярности элементарные химические реакции делятся на молекулярные (А →) и бимолекулярные (А + В →); тримолекулярные реакции встречаются чрезвычайно редко.

Скорость гетерогенных реакций

  • Зависит от площади поверхности соприкосновения веществ, т.е. от степени измельчения веществ, полноты смешивания реагентов.
  • Пример — горение древесины. Целое полено горит на воздухе сравнительно медленно. Если увеличить поверхность соприкосновения дерева с воздухом, расколов полено на щепки, скорость горения увеличится.
  • Пирофорное железо высыпают на лист фильтровальной бумаги. За время падения частицы железа раскаляются и поджигают бумагу.

Влияние температуры на скорость реакции

В XIX веке голландский ученый Вант-Гофф опытным путем обнаружил, что при повышении температуры на 10 о С скорости многих реакций возрастают в 2-4 раза.

Правило Вант-Гоффа

При повышении температуры на каждые 10 ◦ С скорость реакции увеличивается в 2-4 раза.

Здесь γ (греческая буква «гамма») — так называемый температурный коэффициент или коэффициент Вант-Гоффа, принимает значения от 2 до 4.

Для каждой конкретной реакции температурный коэффициент определяется опытным путем. Он показывает, во сколько именно раз возрастает скорость данной химической реакции (и ее константа скорости) при повышении температуры на каждые 10 градусов.

Правило Вант-Гоффа используется для приближенной оценки изменения константы скорости реакции при повышении или понижении температуры. Более точное соотношение между константой скорости и температурой установил шведский химик Сванте Аррениус:

Чем больше Ea конкретной реакции, тем меньше (при данной температуре) будет константа скорости k (и скорость) этой реакции. Повышение Т приводит к увеличению константы скорости, это объясняется тем, что повышение температуры приводит к быстрому увеличению числа «энергичных» молекул, способных преодолевать активационный барьер Ea.

Влияние катализатора на скорость реакции

Можно изменить скорость реакции, используя специальные вещества, которые изменяют механизм реакции и направляют ее по энергетически более выгодному пути с меньшей энергией активации.

Катализаторы – это вещества, участвующие в химической реакции и увеличивающие ее скорость, но по окончании реакции остающиеся неизменными качественно и количественно.

Ингибиторы – вещества, замедляющие химические реакции.

Изменение скорости химической реакции или ее направления с помощью катализатора называют катализом.

1.4.3 Скорость реакции, её зависимость от различных факторов

Видеоурок: Введение в кинетику

Лекция: Скорость реакции, её зависимость от различных факторов

Понятие скорости реакции

Часто бывает так, что химические реакции происходят мгновенно. Например, происходит взрыв кислородно-водородной смеси. Другие реакции проходят быстро, например горение веществ. А еще одни происходят медленно. К «медленным» реакциям можно отнести коррозию. Так же существуют очень медленные реакции. Реакции, имеющие такую минимальную скорость, человек практически не может заметить. К данному типу реакции можно отнести преобразование гранита в песок и глину, которое происходит в течении долгого времени. Исходя из таких примеров, следует, что химические реакции проходят с различной скоростью.

Скорость гомогенной реакции – это определенное изменение количества вещества, происходящее за одну единицу времени в одной конкретной единице объема.

Скорость гетерогенной реакции – это определенное изменение количества вещества, происходящее за одну единицу времени на единице поверхности раздела фаз.

Скорость реакции измеряется по формуле: V=+ n2-n1/ t2-t1 * 1/v

N1 и N2 – количество вещества (измеряется в молях) в определенный момент времени t1 и t2 в системе с объемом V.

Скорость гетерогенной реакции – это такое изменение молярной концентрации вещества, которое проходит во время химической реакции за одну единицу времени.

Факторы скорости реакции

Существует ряд факторов, влияющих на скорость реакций. Для того чтобы реакция прошла успешно, необходимо, чтобы произошло столкновение молекул исходных веществ — это самый минимальный фактор.

В случае повышения количества молекул, в какой — либо единице объема, число происходящий столкновений будет расти. Таким образом, скорость реакции начинает расти при увеличении концентрации реагирующих в процессе реакции веществ. Если реагентом является газ, скорость реакции возрастет при повышении давления. Почему? Происходит это, потому что давление газа прямо пропорционально концентрации составляющих его молекул. Столкновение частиц — не является достаточным условием протекания реакции. С помощью проведенных расчетов доказано, что количество столкновений молекул реагирующих веществ при их разумной концентрации достаточно велико. Поэтому, реакции должны протекать достаточно быстро. Но это происходит не всегда. Так как не каждое столкновение молекул реагентов будет достаточно эффективным. Многие соударения являются упругими, а при упругом столкновении, молекулы отскакивают друг от друга.

Для успешной реакции необходимо, чтобы молекулы обладали достаточно большой кинетической энергией. Энергия активации является самой минимальной энергией, которой должны обладать молекулы реагирующих веществ. Данная энергия необходима для того, чтобы реакция прошла. Энергия обозначается как Еа. В системе, которая состоит из достаточно большого количества молекул, существует определенное разделение молекул по энергии. Какие — то из них имеют низкую, или недостаточную энергию, другая часть — высокую и среднюю. Из всех этих молекул только у небольшой части молекул энергия превышает энергию активации. Температура фактически считается мерой кинетической энергии частиц, из которых состоит, какое — либо вещество. Иными словами, чем больше скорость движения частиц, составляющих вещество, тем выше температура этого вещества. Значит, повышая температуру, можно увеличить кинетическую энергию молекул. В результате можно получить следующее: начинается рост доли молекул с энергией, превышающей Еа. Столкновение данных молекул обязательно приведет к химической реакции. Скорость химической реакции может вырасти в 2-4 раза, если повысить температуру на 10 градусов по Цельсию.

Достаточно часто случается, что химическая реакция «не хочет» проходить сама по себе. В таком случае скорость реакций повышается с помощью катализа — химического процесса, при котором используются катализаторы. Это такие вещества, которые способны ускорить протекание реакции. При этом сами катализаторы не расходуются.

Как же действуют катализаторы? Во время химической реакции они вступают во взаимодействие с реагентами. При этом образуются промежуточные соединения. К концу реакции катализаторы освобождаются и возвращаются к прежнему состоянию.

Существуют два вида катализаторов. Гомогенный и гетерогенный. Первый вместе с реагентами находится в одной фазе, к примеру, жидкости или газе. Тогда как второй образует самомстоятельную от реагентов фазу. К гомогенным относятся кислоты и основания, к гетерогенным простые вещества, оксиды и сульфиды металлов.

Скорость реакции так же зависит от площади соприкосновения использующихся реагентов. На скорость гетерогенной реакции, в процессе которой реагирует твердое вещество с газообразным или жидким, оказывает влияние и перемешивание. Данный фактор связан с тем, что в результате перемешивания, удается достичь исчезновения из места реакции скапливающихся молекул продуктов реакции и «поднести» новые молекулы реагента.

Подводя итог можно сказать, что скорость реакции зависит от следующих факторов:

От концентрации реагентов . То есть чем выше концентрация, тем больше скорость реакции.

От температуры . То есть с ростом температуры, скорость любой реакции увеличивается.

От площади соприкосновения реагирующих веществ . Чем больше площадь контакта реагентов, тем выше скорость реакции.

От перемешивания . То есть, если реакция происходит между твердым веществом, жидкостью, газом, перемешивание может ее ускорить.

Скорость реакции, её зависимость от различных факторов

Задания с комментариями и решениями

Пример 23. Увеличению скорости реакции, уравнение которой 2СО + O2 = 2СO2, способствует

1) увеличение концентрации СО

2) уменьшение концентрации O2

3) понижение давления

4) понижение температуры

Известно, что скорость химической реакции зависит, от следующих факторов:

— природы реагирующих веществ (при прочих равных условиях более активные вещества реагируют быстрее);

— концентрации реагирующих веществ (чем выше концентрация, тем выше скорость реакции);

— температуры (увеличение температуры приводит к ускорению реакций);

— присутствия катализатора (катализатор ускоряет процесс);

— давления (для реакций с участием газов увеличение давления равносильно увеличению концентрации, поэтому скорость реакций с ростом давления увеличивается);

— степени измельчения твердых веществ (чем больше степень измельчения, тем больше площадь поверхности соприкосновения твердых реагентов, и тем выше скорость реакции).

С учетом этих факторов проанализируем предложенные варианты ответов:

1) увеличение концентрации СО (исходного вещества) действительно приведет к увеличению скорости химической реакции;

2) уменьшение концентрации O2 приведет не к увеличению, а к уменьшению скорости реакции;

3) снижение давления по своей сути то же самое, что и уменьшение концентрации реагентов, следовательно — скорость реакции тоже уменьшится;

4) снижение температуры всегда приводит к уменьшению скорости химической реакции.

Пример 24. Увеличению скорости реакции между железом и соляной кислотой способствует

1) добавление ингибитора

2) понижение температуры

3) повышение давления

4) увеличение концентрации НСl

Прежде всего, запишем уравнение реакции:

Проанализируем предложенные варианты ответов. Известно, что добавление ингибитора уменьшает скорость реакций, аналогичное влияние оказывает и уменьшение температуры. Изменение давления не сказывается на скорости данной реакции (т.к. среди реагентов нет газообразных веществ). Следовательно, для увеличения скорости реакции следует увеличить концентрацию одного из реагентов, а именно соляной кислоты.

Пример 25. На скорость реакции между уксусной кислотой и этанолом не влияет

3) концентрация исходных веществ

Уксусная кислота и этанол — жидкости. Поэтому на скорость реакции между этими веществами изменение давления не влияет, т.к. этот фактор оказывает воздействие только на реакции с участием газообразных веществ.

Пример 26. С наибольшей скоростью с водородом реагирует

Углерод и сера относятся к малоактивным неметаллам. При нагревании их активность заметно возрастает, при высокой температуре газообразный водород будет взаимодействовать с твердой серой (температура плавления серы 444 °С) и твердым углеродом. Химическая активность галогенов намного больше, чем других неметаллов (при прочих равных условиях). Самый активный среди галогенов — фтор. Как известно, в атмосфере фтора сгорают даже такие устойчивые вещества, как вода и стекловолокно. И действительно, водород с хлором взаимодействуют или при нагревании, или при ярком освещении, а фтор с водородом взрывается в любых условиях (даже при очень низких температурах).

Задания для самостоятельной работы

79. С наибольшей скоростью соляная кислота взаимодействует с

2) гидроксидом натрия (р-р)

4) карбонатом железа(II)

80. Скорость реакции увеличивается при

1) повышении концентрации СО

2) понижении температуры

3) повышении давления

4) повышении температуры

5) измельчении реагентов

81. Верны ли следующие суждения о скорости химической реакции?

А. Взаимодействие азота с водородом быстрее осуществляется при высоком давлении.

Б. Скорость реакции зависит от температуры.

1) верно только А

2) верно только Б

3) верны оба утверждения

4) оба суждения неверны

82. С наибольшей скоростью при комнатной температуре взаимодействуют

83. Скорость реакции увеличится при

1) увеличении концентрации сернистого газа

2) повышении температуры

3) понижении температуры

4) увеличении давления

5) уменьшении концентрации кислорода

84. На скорость химической реакции между раствором серной кислоты и железом не оказывает влияния

1) увеличение концентрации кислоты

2) изменение объема сосуда

3) повышение температуры реакции

4) увеличение давления

5) измельчение железа

85. С наименьшей скоростью происходит реакция между водой и

86. С наибольшей скоростью взаимодействуют

87. Скорость реакции, схема которой увеличивается при

1) повышении концентрации ионов железа

2) уменьшении концентрации ионов железа

3) понижении температуры

4) увеличении концентрации кислоты

5) измельчении железа

88. Верны ли следующие суждения о скорости химической реакции?

А. Скорость взаимодействия цинка с кислородом зависит от давления кислорода в системе.

Б. При увеличении температуры на 10°С скорость большинства реакций возрастает в 2-4 раза.

1) верно только А

2) верно, только Б

3) верны оба утверждения

4) оба суждения неверны

89. На скорость реакции не влияет изменение

1) концентрации соляной кислоты

3) концентрации хлорида натрия

4) концентрации сульфита натрия

90. При обычных условиях с наибольшей скоростью протекает реакция, уравнение/схема которой

91. Верны ли следующие суждения о скорости химической реакции?

А. Взаимодействие кислорода с цинком протекает с большей скоростью, чем с медью.

Б. Скорость реакции в растворе зависит от концентрации реагентов.

1) верно только А

2) верно только Б

3) верны оба утверждения

4) оба суждения неверны

92. С наименьшей скоростью при комнатной температуре взаимодействуют

1) сульфат меди (р-р) и гидроксид натрия (р-р)

2) натрий и вода

3) кислород и цинк

4) серная кислота (р-р) и карбонат кальция (тв)

93. Верны ли следующие суждения о скорости химической реакции?

А. Взаимодействие цинка с соляной кислотой протекает с большей скоростью, чем с ортофосфорной кислой той же концентрации.

Б. Скорость реакции в растворе зависит от объёма сосуда, в котором проводят реакцию.

1) верно только А

2) верно только Б

3) верны оба утверждения

4) оба суждения неверны

176.65.112.37 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Скорость химической реакции. Зависимость от различных факторов

Скорость химической реакции — это величина, показывающая как изменяются концентрации исходных веществ или продуктов реакции за единицу времени.

Для оценки скорости необходимо измеренение концентрации одного из веществ.

Наибольший интерес представляют реакции, протекающие в однородной (гомогенной) среде. Математически скорость химической гомогенной реакции можно представить с помощью формулы:

Для гетерогенной реакции, скорость реакции определяется числом молей веществ, вступивших в или образующихся в результате реакции в единицу времени на единице поверхности:

Зависимость скорости реакций от различных факторов

При повышении концентрации хотя бы одного из реагирующих веществ скорость химической реакции возрастает в соответствии с кинетическим уравнением.

Рассмотрим общее уравнение реакции: aA +bB = cC + dD. Для данной реакции кинетическое уравнение принимает вид:

Причиной повышения скорости является увеличение числа столкновений реагирующих частиц за счёт увеличения частиц в единице объёма.

Химические реакции, протекающие в гомогенных системах (смеси газов, жидкие растворы), осуществляется за счет соударения частиц. Однако, не всякое столкновение частиц реагентов ведет к образованию продуктов. Только частицы, обладающие повышенной энергией — активные частицы, способны осуществить акт химической реакции. С повышением температуры увеличивается кинетическая энергия частиц и число активных частиц возрастает, следовательно, химические реакции при высоких температурах протекают быстрее, чем при низких температурах. Зависимость скорости реакции от температуры определяется правилом Вант — Гоффа :

Правило Вант — Гоффа является приближенным и применимо лишь для ориентировочной оценки влияния температуры на скорость реакции.

Катализаторы — это вещества, которые повышают скорость химической реакции. Они вступают во взаимодействие с реагентами с образованием промежуточного химического соединения и освобождается в конце реакции.

Влияние, оказываемое катализаторами на химические реакции, называется катализом.По агрегатному состоянию, в котором находятся катализатор и реагирующие вещества, следует различать:

гомогенный катализ (катализатор образует с реагирующими веществами гомогенную систему, например, газовую смесь;

гетерогенный катализ (катализатор и реагирующие вещества находятся в разных фазах; катализ идет на поверхности раздела фаз).

площадь соприкосновения реагирующих веществ

Для увеличения площади соприкосновения реагирующих веществ, их измельчают. Наибольшей степени измельчения достигают путем растворения веществ. Быстрее всего вещества реагируют в растворах.

природа реагирующих веществ

Например, металлы магний и железо реагируют с соляной кислотой одинаковой концентрации с различной скоростью. Это связано с разной химической активностью металлов.

Скорость химических реакций и факторы от которых она зависит: природа реагирующих веществ, их концентрация, температура протекания химических реакций, поверхность соприкосновения реагирующих веществ, катализаторы

В жизни мы сталкиваемся с разными химическими реакциями. Одни из них, как ржавление железа, могут идти несколько лет. Другие, например, сбраживание сахара в спирт, — несколько недель. Дрова в печи сгорают за пару часов, а бензин в моторе — за долю секунды.

Чтобы уменьшить затраты на оборудование, на химических заводах повышают скорость реакций. А некоторые процессы, например, порчу пищевых продуктов, коррозию металлов, — нужно замедлить.

Скорость химической реакции можно выразить как изменение количества вещества (n, по модулю) в единицу времени (t) — сравните скорость движущегося тела в физике как изменение координат в единицу времени: υ = Δx/Δt . Чтобы скорость не зависела от объема сосуда, в котором протекает реакция, делим выражение на объем реагирующих веществ (v), т. е. получаем изменение количества вещества в единицу времени в единице объема, или изменение концентрации одного из веществ в единицу времени:

где c = n / v — концентрация вещества,

Δ (читается «дельта») — общепринятое обозначение изменения величины.

Если в уравнении у веществ разные коэффициенты, скорость реакции для каждого из них, рассчитанная по этой формуле будет различной. Например, 2 моль серни́стого газа прореагировали полностью с 1 моль кислорода за 10 секунд в 1 литре:

Скорость по кислороду будет: υ = 1 : (10 • 1) = 0,1 моль/л·с

Скорость по серни́стому газу: υ = 2 : (10 • 1) = 0,2 моль/л·с — это не нужно запоминать и говорить на экзамене, пример приведен для того, чтобы не путаться, если возникнет этот вопрос.

Скорость гетерогенных реакций (с участием твердых веществ) часто выражают на единицу площади соприкасающихся поверхностей:

Гетерогенными называются реакции, когда реагирующие вещества находятся в разных фазах:

  • твердое вещество с другим твердым, жидкостью или газом,
  • две несмешивающиеся жидкости,
  • жидкость с газом.

Гомогенные реакции протекают между веществами в одной фазе:

  • между хорошо смешивающимися жидкостями,
  • газами,
  • веществами в растворах.

Условия, влияющие на скорость химических реакций

1) Скорость реакции зависит от природы реагирующих веществ. Проще говоря, разные вещества реагируют с разной скоростью. Например, цинк бурно реагирует с соляной кислотой, а железо довольно медленно.

2) Скорость реакции тем больше, чем выше концентрация веществ. С сильно разбавленной кислотой цинк будет реагировать значительно дольше.

3) Скорость реакции значительно повышается с повышением температуры. Например, для горения топлива необходимо его поджечь, т. е. повысить температуру. Для многих реакций повышение температуры на 10° C сопровождается увеличением скорости в 2–4 раза.

4) Скорость гетерогенных реакций увеличивается с увеличением поверхности реагирующих веществ. Твердые вещества для этого обычно измельчают. Например, чтобы порошки железа и серы при нагревании вступили в реакцию, железо должно быть в виде мелких опилок.

Обратите внимание, что в данном случае подразумевается формула (1) ! Формула (2) выражает скорость на единице площади, следовательно не может зависеть от площади.

5) Скорость реакции зависит от наличия катализаторов или ингибиторов.

Катализаторы — вещества, ускоряющие химические реакции, но сами при этом не расходующиеся. Пример — бурное разложение перекиси водорода при добавлении катализатора — оксида марганца (IV):

Оксид марганца (IV) остается на дне, его можно использовать повторно.

Ингибиторы — вещества, замедляющие реакцию. Например, для продления срока службы труб и батарей в систему водяного отопления добавляют ингибиторы коррозии. В автомобилях ингибиторы коррозии добавляются в тормозную, охлаждающую жидкость.

Скорость химической реакции и факторы, на нее влияющие

Механизмы протекания химических превращений и их скорости изучает химическая кинетика. Химические процессы протекают во времени с различными скоростями. Какие-то происходят быстро, почти мгновенно, для протекания других требуется весьма продолжительное время.

Скорость реакции — скорость с которой расходуются реагенты (их концентрация уменьшается) или образуются продукты реакции в единице объёма.

Факторы, способные влиять на скорость химической реакции

На то, насколько быстро будет происходить химическое взаимодействие, могут повлиять следующие факторы:

  • концентрация веществ;
  • природа реагентов;
  • температура;
  • присутствие катализатора;
  • давление (для реакций в газовой среде).

Таким образом, изменяя определённые условия протекания химического процесса, можно повлиять на то, насколько быстро будет протекать процесс.

Это интересно: металлы и неметаллы в периодической таблице Менделеева.

Концентрация реагентов

В процессе химического взаимодействия частицы реагирующих веществ сталкиваются друг с другом. Количество таких совпадений пропорционально числу частиц веществ в объёме реагирующей смеси, а значит и пропорционально молярным концентрациям реагентов.

Закон действующих масс описывает зависимость скорости реакции от молярных концентраций веществ, вступающих во взаимодействие.

Для элементарной реакции (А + В → …) данный закон выражается формулой:

где k — константа скорости; С A и С B — молярные концентрации реагентов, А и В.

Если одно из реагирующих веществ находится в твёрдом состоянии, то взаимодействие происходит на поверхности раздела фаз, в связи с этим концентрация твёрдого вещества не включается в уравнение кинетического закона действующих масс. Для понимания физического смысла константы скорости, необходимо принять С, А и С В равными 1. Тогда становится понятно, что константа скорости равна скорости реакции при концентрациях реагентов, равных единице.

Природа реагентов

Так как в процессе взаимодействия разрушаются химические связи реагирующих веществ и образуются новые связи продуктов реакции, то большую роль будет играть характер связей, участвующих в реакции соединений и строение молекул реагирующих веществ.

Площадь поверхности соприкосновения реагентов

Такая характеристика, как площадь поверхности соприкосновения твёрдых реагентов, на протекание реакции влияет, порой, довольно значительно. Измельчение твёрдого вещества позволяет увеличить площадь поверхности соприкосновения реагентов, а значит и ускорить протекание процесса. Площадь соприкосновения растворимых веществ легко увеличивается растворением вещества.

Это интересно: водородная связь – примеры, механизм образования.

Температура реакции

При увеличении температуры энергия сталкивающихся частиц возрастёт, очевидно, что с ростом температуры и сам химический процесс будет ускоряться. Наглядным примером того, как увеличение температуры влияет на процесс взаимодействия веществ, можно считать приведённые в таблице данные.

Таблица 1. Влияние изменения температуры на скорость образования воды (О 2 +2Н 2 →2Н 2 О)

Для количественного описания того, как температура может влиять на скорость взаимодействия веществ используют правило Вант-Гоффа. Правило Вант-Гоффа состоит в том, что при повышении температуры на 10 градусов, происходит ускорение в 2−4 раза.

Математическая формула, описывающая правило Вант-Гоффа, выглядит следующим образом:

, где γ – температурный коэффициент скорости химической реакции (γ = 2−4).

Но гораздо более точно описывает температурную зависимость константы скорости уравнение Аррениуса:

, где R — универсальная газовая постоянная, А — множитель, определяемый видом реакции, Е, А — энергия активации.

Энергией активации называют такую энергию, которую должна приобрести молекула, чтобы произошло химическое превращение. То есть она является неким энергетическим барьером, который необходимо будет преодолеть сталкивающимся в реакционном объёме молекулам для перераспределения связей.

Энергия активации не зависит от внешних факторов, а зависит от природы вещества. Значение энергии активации до 40 — 50 кДж/моль позволяет веществам реагировать друг с другом довольно активно. Если же энергия активации превышает 120 кДж/моль, то вещества (при обычных температурах) будут реагировать очень медленно. Изменение температуры приводит к изменению количества активных молекул, то есть молекул, достигших энергии большей, чем энергия активации, а значит способных к химическим превращениям.

Действие катализатора

Катализатором называют вещество, способное ускорять процесс, но не входящее в состав его продуктов. Катализ (ускорение протекания химического превращения) разделяют на · гомогенный, · гетерогенный. Если реагенты и катализатор находятся в одинаковых агрегатных состояниях, то катализ называют гомогенным, если в различных, то гетерогенным. Механизмы действия катализаторов разнообразны и достаточно сложны. Кроме того, стоит отметить, что для катализаторов характерна избирательность действия. То есть один и тот же катализатор, ускоряя одну реакцию, может никак не изменять скорость другой.

Если в превращении участвуют газообразные вещества, то на скорость протекания процесса будет влиять изменение давления в системе. Это происходит потому, что для газообразных реагентов изменение давления приводит к изменению концентрации.

Экспериментальное определение скорости химической реакции

Определить быстроту протекания химического превращения экспериментально можно, получив данные о том, как в единицу времени меняется концентрация веществ, вступающих в реакцию, или продуктов. Методы получения таких данных делят на

Химические методы достаточно просты, доступны и точны. С их помощью скорость определяют, непосредственно замеряя концентрацию или количество вещества реагентов или продуктов. В случае медленной реакции, для контроля за тем, как расходуется реагент отбирают пробы. После чего определяют содержание в пробе реагента. Осуществляя отбор проб через равные промежутки времени, можно получить данные об изменении количества вещества в процессе взаимодействия. Чаще всего используют такие виды анализа, как титриметрия и гравиметрия.

Если реакция протекает быстро, то чтобы отобрать пробу, её приходится останавливать. Это можно сделать с помощью охлаждения, резкого удаления катализатора, также можно произвести разбавление либо перевести один из реагентов в не реакционноспособное состояние.

Методы физико-химического анализа в современной экспериментальной кинетике используются чаще, чем химические. С их помощью можно наблюдать изменение концентраций веществ в реальном времени. При этом реакцию нет необходимости останавливать и отбирать пробы.

Физико-химические методы основываются на измерении физического свойства, зависящего от количественного содержания в системе определённого соединения и изменяющегося со временем. Например, если в реакции участвуют газы, то таким свойством может быть давление. Также измеряют электропроводность, показатель преломления, спектры поглощения веществ.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *