Скорость химической реакции, ее зависимость от различных факторов

Скорость химической реакции —  изменение количества одного из реагирующих веществ в единицу времени. Скорость химической реакции занимает разный промежуток времени при определенных условиях. Например, в водных растворах они проходят быстрее, чем на твердых поверхностях. Самые быстрые процессы случаются во время взрыва смесей газов. Понятие скорости реакции описывает изменение количества реагента и продукта реакции за промежуток времени. В зависимости от условий протекания реакции разделяют гомогенные и гетерогенные процессы.

Гомогенные и гетерогенные химические реакции

Гомогенные реакции протекают в однородно среде: газообразной или водной. Взаимодействие реагентов происходит не точечно, а во всем объеме. Скорость для такой реакции рассчитывают по формуле: 

Δn : ΔtV = Vгомогенная,

  • n – обозначает разницу количества исходного (редко продукта) вещества в молях,
  • t – временной отрезок, за который прошла реакция,
  • V – объем газа.

Отношение химического количества вещества к объему, выражают как концентрацию ∆с. Следовательно, формула приобретает упрощенный вид:

Δc : Δt = vгомогенная

Такая формула подходит для реакций, где все вещества находятся в одинаковом агрегатном состоянии, например: газы, жидкости.

Гетерогенные реакции характеризуются процессами, происходящими на поверхности соприкосновения двух веществ, находящихся в разных агрегатных состояниях. Например, между газом и жидкостью, газом и твердым веществом, жидкостью и твердым веществом, двух несмешивающихся жидкостей. Для такого процесса характерна формула:

Δc : ΔtS = моль : с*м2= v гетерогенной, где

  • S – площадь соприкосновения реагентов,
  • t – время, за которое протекает процесс,
  • c – концентрация реагирующих веществ.

Расчет по формуле имеет погрешности. Для процессов соблюдают определенные условия протекания: температуру, концентрацию, площадь, катализатор. При их изменении происходит влияние на скорость химической реакции.

Системы: гомогенные, гетерогенные

Температура

Повышение температуры ускоряет химический процесс. Это изменение описывает правилом Вант-Гоффа, оно говорит:

  • • Поднятие температуры на 10°С вызывает ускорение химической реакции в 2-4 раза. Скорость увеличивается с каждыми 10 единицами температуры.

Внутри пробирки молекулы из-за увеличения температуры не увеличивают подвижность. Но начинают постоянно ударятся друг о друга, за счет чего процесс проходит быстрее. Это правило описывают формулой:

v_ { t1 } y \frac { t_2 — t_1 } { 10 } =v_ { t2 } , где

  • vt1 – исходная скорость реакции,
  • vt2 – конечная скорость процесса,
  • у –коэффициент, который рассчитывается для каждой реакции,
  • 10 – показывает увеличение на каждые 10°С.

Это правило не всегда работает, так как некоторые вещества способны испарятся при увеличении температуры, а также полностью разлагаться или расщепляется.

Экзотермические и эндотермические реакции

Экзотермические реакции сопровождаются выделением большого количества тепла. Процесс легко и быстро проходят. Все окислительно-восстановительные реакции выделяют много тепла. Оно представляет собой энергию и записывается как +Q. 

Эндотермические, наоборот, требуют получения большого количества энергии от внешних факторов. Чтобы такие реакции протекали, реагенты долго нагревают. Они протекают медленно и долго, имеют обозначение в виде –Q.

Влияние температуры на такие системы по-разному сказывается на скорости: при увеличении температуры в экзотермических реакциях скорость будет падать и наоборот, в эндотермических  - увеличение скорости.

Концентрация реагирующих веществ

При увеличении концентрации исходных реагентов увеличивается столкновение молекул, благодаря чему скорость химической реакции увеличивается. Этот правило описывает закон действующих масс:

  • Скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагентов, возведенных в степень равную коэффициентам перед этими веществами.

Правило выражается в виде формулы: k1СHхСjУ=v, где

  • k1 –коэффициент пропорциональности, константа;
  • с – концентрация вещества,
  • x и y – коэффициенты из реакции, стоящие перед веществами H и J.

Этот закон не учитывает концентрации реагентов, находящих в твердом состоянии, так как их показатели постоянные. Реакция протекает на отведенной поверхности, где концентрация не меняется.

Действие катализатора

Катализаторы – это вещества, которые способствуют увеличению скорости химической реакции, прокладывают правильный путь к концу процесса. Использование катализаторов называется катализом. Выделяют два вида:

  • Гетерогенным. Катализатор и реагент находятся в разных агрегатных состояниях.
  • Гомогенным. Катализатор и реагент находятся в разных агрегатных состояниях.

Эти вещества используются в промышленности, бывают разной природы: ферменты, газы, твердые вещества, ингибиторы.

Природа реагирующих веществ

Природа реагентов зависит от энергии активации – минимальный запас энергии, который сохраняет молекула, чтобы произошло соприкосновение с другой молекулой.

Значение влияет на скорость химической реакции:

  • Энергия активации маленькая (менее 50 кДж) – скорость увеличивается, реакция протекает быстро, так как столкновение частиц происходит легко.
  • Энергия активации большая (более 120 кДж) – химическая реакция происходит медленно, так как количество столкновений невысокое.

Скорость активации с промежуточными значениями характеризуется средней скоростью реакции. Половина частиц активно сталкивается, а вторая половина находится в спокойном состоянии.

Поверхность соприкосновения реагирующих веществ

Чем больше площадь исходного реагента, тем меньше скорость химической реакции. Например, вещества в виде порошка растворяются быстрее, чем твердые. Это также зависит от состояния кристаллической решетки, состояния ионов.

Влияние на скорость химической реакции

Факторы

Результат

Природа реагентов

Чем активнее исходное вещество, тем скорее протекает реакция

Концентрация исходных веществ

При увеличении концентрации исходных реагентов, реакция ускорятся

Площадь соприкосновения

Чем больше площадь соприкосновения, тем выше скорость

Температура

На каждые 10°С скорость увеличивается в 2-4 раза

Катализатор

увеличивает

Скорость химической реакции

16 сентября 2020, 21:49

Комментарии

Для добавления комментариев необходимо авторизоваться.