Скорост на реакцията е стойност, която показва промяната в концентрацията на реагентите за определен период от време. За да се оцени неговия размер, е необходимо да се променят първоначалните условия на процеса.
Хомогенни взаимодействия
Скоростта на реакция между някои съединения, които са в една и съща агрегатна форма, зависи от обема на приетите вещества. От математическа гледна точка е възможно да се изрази връзката между скоростта на хомогенен процес и промяната в концентрацията за единица време.
Пример за такова взаимодействие е окисляването на азотен оксид (2) до азотен оксид (4).
Хетерогенни процеси
Скоростта на реакцията за изходните вещества в различни агрегатни състояния се характеризира с броя на моловете изходни реагенти на единица площ за единица време.
Хетерогенните взаимодействия са характерни за системи, които имат различни агрегатни състояния.
Обобщавайки, отбелязваме, че скоростта на реакцията показва промяната в броя на моловете на първоначалните реагенти (продукти на реакцията) запериод от време, за единица интерфейс или за единица обем.
Концентрация
Нека разгледаме основните фактори, влияещи върху скоростта на реакция. Да започнем с концентрацията. Такава зависимост се изразява чрез закона за масовото действие. Има право пропорционална връзка между произведението на концентрациите на веществата, които взаимодействат, взети по отношение на техните стереохимични коефициенти, и скоростта на реакцията.
Разгледайте уравнението aA + bB=cC + dD, където A, B, C, D са течности или газове. За горния процес кинетичното уравнение може да бъде написано, като се вземе предвид коефициентът на пропорционалност, който има собствена стойност за всяко взаимодействие.
Като основна причина за увеличаването на скоростта може да се отбележи увеличение на броя на сблъсъците на реагиращи частици на единица обем.
Температура
Помислете за ефекта на температурата върху скоростта на реакцията. Процесите, които протичат в хомогенни системи, са възможни само при сблъсък на частици. Но не всички сблъсъци водят до образуване на реакционни продукти. Само в случаите, когато частиците имат повишена енергия. При нагряване на реагентите се наблюдава увеличаване на кинетичната енергия на частиците, увеличава се броят на активните молекули, следователно се наблюдава увеличаване на скоростта на реакцията. Връзката между температурния индекс и скоростта на процеса се определя от правилото на Van't Hoff: всяко повишаване на температурата с 10°C води до увеличаване на скоростта на процеса с 2-4 пъти.
Катализатор
Като се имат предвид факторите, влияещи върху скоростта на реакцията, нека се съсредоточим върху веществата, които могат да увеличат скоростта на процеса, тоест върху катализаторите. В зависимост от състоянието на агрегиране на катализатора и реагентите се разграничават няколко вида катализа:
- хомогенна форма, в която реагентите и катализаторът имат еднакво агрегатно състояние;
- хетерогенен, когато реагентите и катализатора са в една и съща фаза.
Никел, платина, родий, паладий могат да бъдат разграничени като примери за вещества, които ускоряват взаимодействията.
Инхибиторите са вещества, които забавят реакцията.
Зона за контакт
Какво друго определя скоростта на реакцията? Химията е разделена на няколко раздела, всеки от които се занимава с разглеждането на определени процеси и явления. Курсът по физическа химия изследва връзката между площта на контакта и скоростта на процеса.
За да се увеличи контактната площ на реагентите, те се смачкват до определен размер. Най-бързото взаимодействие се осъществява в разтвори, поради което много реакции се извършват във водна среда.
При смилане на твърди вещества трябва да се спазва мярката. Например, когато пиритът (железният сулфит) се превръща в прах, неговите частици се синтероват в пещ, което влияе негативно върху скоростта на окислителния процес на това съединение и добивът на серен диоксид намалява.
Реагенти
Нека се опитаме да разберем как да определим скоростта на реакцията в зависимост от това кои реагенти взаимодействат? Например, активните метали, намиращи се в електрохимичния ред на Бекетов преди водорода, могат да взаимодействат с киселинни разтвори, а тези, които са след H2, нямат такава способност. Причината за това явление се крие в различната химическа активност на металите.
Налягане
Как скоростта на реакция е свързана с тази стойност? Химията е наука, която е тясно свързана с физиката, така че зависимостта е право пропорционална, регулира се от газовите закони. Има пряка връзка между количествата. И за да разберем кой закон определя скоростта на химичната реакция, е необходимо да се знае състоянието на агрегатиране и концентрацията на реагентите.
Видове скорости в химията
Прието е да се отделят моментни и средни стойности. Средната скорост на химично взаимодействие се дефинира като разлика в концентрациите на реагентите за даден период от време.
Получената стойност е отрицателна, когато концентрацията намалява, положителна, когато концентрацията на продуктите на взаимодействие се увеличава.
Истинската (моментна) стойност е такова съотношение в определена единица време.
В системата SI скоростта на химическия процес се изразява в [mol×m-3×s-1].
Проблеми в химията
Нека разгледаме някои примери за проблеми, свързани с определянето на скоростта.
Пример 1. Вхлор и водород се смесват в съд, след което сместа се нагрява. След 5 секунди концентрацията на хлороводород придобива стойност от 0,05 mol/dm3. Изчислете средната скорост на образуване на хлороводород (mol/dm3 s).
Необходимо е да се определи промяната в концентрацията на хлороводород 5 секунди след взаимодействието, като се извади първоначалната стойност от крайната концентрация:
C(HCl)=c2 - c1=0,05 - 0=0,05 mol/dm3.
Изчислете средната скорост на образуване на хлороводород:
V=0,05/5=0,010 mol/dm3 ×s.
Пример 2. В съд с обем 3 dm3 се извършва следният процес:
C2H2 + 2H2=C2 H6.
Началната маса на водорода е 1 g. Две секунди след началото на взаимодействието масата на водорода е придобила стойност от 0,4 g. Изчислете средната скорост на производство на етан (mol/dm 3×s).
Масата на водорода, който реагира, се дефинира като разлика между първоначалната стойност и крайното число. Това е 1 - 0,4=0,6 (g). За да се определи броят на моловете водород, е необходимо да се раздели на моларната маса на даден газ: n=0,6/2=0,3 mol. Според уравнението 1 мол етан се образува от 2 мола водород, следователно от 0,3 мола H2 получаваме 0,15 мола етан.
Определете концентрацията на получения въглеводород, получаваме 0,05 mol/dm3. След това можете да изчислите средната скорост на образуването му:=0,025 mol/dm3 ×s.
Заключение
Различни фактори влияят върху скоростта на химическото взаимодействие: естеството на реагиращите вещества (енергия на активиране), тяхната концентрация, наличието на катализатор, степента на смилане, налягане, вид радиация.
През втората половина на деветнадесети век професор Н. Н. Бекетов предполага, че има връзка между масите на изходните реактиви и продължителността на процеса. Тази хипотеза е потвърдена в закона за масовите действия, установен през 1867 г. от норвежките химици: P. Wage и K. Guldberg.
Физическата химия изучава механизма и скоростта на различни процеси. Най-простите процеси, протичащи на един етап, се наричат мономолекулни процеси. Сложните взаимодействия включват няколко елементарни последователни взаимодействия, така че всеки етап се разглежда отделно.
За да се получи максимален добив на реакционни продукти с минимални енергийни разходи, е важно да се вземат предвид основните фактори, които влияят върху хода на процеса.
Например, за да се ускори процеса на разлагане на водата до прости вещества, е необходим катализатор, чиято роля изпълнява манганов оксид (4).
Всички нюанси, свързани с избора на реагенти, избора на оптимално налягане и температура, концентрацията на реагентите се разглеждат в химическата кинетика.
