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.
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 |
Смотри также:
- Классификация химических реакций в неорганической и органической химии
- Тепловой эффект химической реакции. Термохимические уравнения
- Обратимые и необратимые химические реакции. Химическое равновесие. Смещение химического равновесия под действием различных факторов
- Электролитическая диссоциация электролитов в водных растворах. Сильные и слабые электролиты
- Реакции ионного обмена
- Гидролиз солей. Среда водных растворов: кислая, нейтральная, щелочная
- Реакции окислительно-восстановительные. Коррозия металлов и способы защиты от нее
- Электролиз расплавов и растворов (солей, щелочей, кислот)
- Ионный (правило В.В. Марковникова) и радикальный механизмы реакций в органической химии
Как вы считаете, материал был полезен?