Ang pag-aaral ng rate ng isang kemikal na reaksyon at ang mga kondisyon na nakakaapekto sa pagbabago nito ay isa sa mga lugar ng pisikal na kimika - kemikal na kinetika. Isinasaalang-alang din niya ang mga mekanismo ng mga reaksyong ito at ang kanilang thermodynamic validity. Ang mga pag-aaral na ito ay mahalaga hindi lamang para sa mga layuning pang-agham, kundi pati na rin para sa pagkontrol sa pakikipag-ugnayan ng mga bahagi sa mga reaktor sa paggawa ng lahat ng uri ng mga sangkap.

Ang konsepto ng bilis sa kimika

Nakaugalian na tawagan ang rate ng reaksyon ng isang tiyak na pagbabago sa mga konsentrasyon ng mga compound na pumasok sa reaksyon (ΔС) bawat yunit ng oras (Δt). Ang mathematical formula para sa rate ng isang kemikal na reaksyon ay ang mga sumusunod:

ᴠ = ±∆C/∆t.

Ang rate ng reaksyon ay sinusukat sa mol / l s kung ito ay nangyayari sa buong volume (iyon ay, ang reaksyon ay homogenous) at sa mol / m 2 s kung ang pakikipag-ugnayan ay nagaganap sa ibabaw na naghihiwalay sa mga phase (iyon ay, ang reaksyon ay magkakaiba). Ang sign na "-" sa formula ay tumutukoy sa pagbabago sa mga halaga ng mga konsentrasyon ng mga paunang reaksyon, at ang tanda na "+" - sa pagbabago ng mga halaga ng mga konsentrasyon ng mga produkto ng parehong reaksyon.

Mga halimbawa ng mga reaksyon sa iba't ibang bilis

Ang mga pakikipag-ugnayan ng kemikal ay maaaring mangyari sa iba't ibang mga rate. Kaya, ang rate ng paglago ng mga stalactites, iyon ay, ang pagbuo ng calcium carbonate, ay 0.5 mm lamang bawat 100 taon. Ang ilang biochemical reaction ay mabagal, tulad ng photosynthesis at protein synthesis. Ang kaagnasan ng mga metal ay nagpapatuloy sa medyo mababang rate.

Ang average na bilis ay maaaring mailalarawan sa pamamagitan ng mga reaksyon na nangangailangan ng isa hanggang ilang oras. Ang isang halimbawa ay pagluluto, na sinamahan ng agnas at pagbabago ng mga compound na nakapaloob sa mga produkto. Ang synthesis ng mga indibidwal na polimer ay nangangailangan ng pag-init ng pinaghalong reaksyon para sa isang tiyak na oras.

Ang isang halimbawa ng mga reaksiyong kemikal, ang bilis ng kung saan ay medyo mataas, ay maaaring magsilbing mga reaksyon ng neutralisasyon, ang pakikipag-ugnayan ng sodium bikarbonate na may solusyon ng acetic acid, na sinamahan ng pagpapalabas ng carbon dioxide. Maaari din nating banggitin ang pakikipag-ugnayan ng barium nitrate sa sodium sulfate, kung saan ang pag-ulan ng hindi matutunaw na barium sulfate ay sinusunod.

Ang isang malaking bilang ng mga reaksyon ay maaaring magpatuloy sa bilis ng kidlat at sinamahan ng isang pagsabog. Ang isang klasikong halimbawa ay ang pakikipag-ugnayan ng potasa sa tubig.

Mga salik na nakakaapekto sa bilis ng isang kemikal na reaksyon

Ito ay nagkakahalaga ng noting na ang parehong mga sangkap ay maaaring tumugon sa bawat isa sa iba't ibang mga rate. Kaya, halimbawa, ang isang halo ng gas na oxygen at hydrogen ay maaaring hindi magpakita ng mga palatandaan ng pakikipag-ugnayan sa loob ng mahabang panahon, gayunpaman, kapag ang lalagyan ay inalog o tinamaan, ang reaksyon ay nagiging paputok. Samakatuwid, natukoy ng mga kinetika ng kemikal ang ilang mga salik na may kakayahang maimpluwensyahan ang bilis ng isang reaksiyong kemikal. Kabilang dito ang:

• ang likas na katangian ng mga nakikipag-ugnay na sangkap;
• konsentrasyon ng mga reagents;
• pagbabago ng temperatura;
• ang pagkakaroon ng isang katalista;
• pagbabago sa presyon (para sa mga gas na sangkap);
• ang lugar ng pakikipag-ugnay ng mga sangkap (kung pinag-uusapan natin ang mga magkakaibang reaksyon).

Impluwensya ng kalikasan ng bagay

Ang ganitong makabuluhang pagkakaiba sa mga rate ng mga reaksiyong kemikal ay ipinaliwanag ng iba't ibang mga halaga ng enerhiya ng pag-activate (E a). Ito ay nauunawaan bilang isang tiyak na labis na dami ng enerhiya kung ihahambing sa average na halaga nito na kinakailangan ng isang molekula sa panahon ng isang banggaan upang maganap ang isang reaksyon. Ito ay sinusukat sa kJ / mol at ang mga halaga ay karaniwang nasa hanay na 50-250.

Karaniwang tinatanggap na kung E a \u003d 150 kJ / mol para sa anumang reaksyon, pagkatapos ay sa n. y. halos hindi ito dumadaloy. Ang enerhiya na ito ay ginugugol sa pagtagumpayan ng pagtanggi sa pagitan ng mga molekula ng mga sangkap at sa pagpapahina ng mga bono sa mga paunang sangkap. Sa madaling salita, ang enerhiya ng pag-activate ay nagpapakilala sa lakas ng mga bono ng kemikal sa mga sangkap. Sa pamamagitan ng halaga ng activation energy, maaari nang paunang tantiyahin ang rate ng isang kemikal na reaksyon:

• E a< 40, взаимодействие веществ происходят довольно быстро, поскольку почти все столкнове-ния частиц при-водят к их реакции;
• 40-<Е а <120, предполагается средняя реакция, поскольку эффективными будет лишь половина соударений молекул (например, реакция цинка с соляной кислотой);
• E a >120, isang napakaliit na bahagi lamang ng mga banggaan ng mga particle ang hahantong sa isang reaksyon, at ang bilis nito ay magiging mababa.

Impluwensya ng konsentrasyon

Ang pag-asa ng rate ng reaksyon sa konsentrasyon ay pinakatumpak na nailalarawan ng batas ng mass action (LMA), na nagsasaad:

Ang rate ng isang reaksyong kemikal ay direktang proporsyonal sa produkto ng mga konsentrasyon ng mga tumutugon na sangkap, ang mga halaga nito ay kinuha sa mga kapangyarihan na tumutugma sa kanilang mga stoichiometric coefficient.

Ang batas na ito ay angkop para sa elementarya na isang yugto ng mga reaksyon, o anumang yugto ng pakikipag-ugnayan ng mga sangkap, na nailalarawan sa pamamagitan ng isang kumplikadong mekanismo.

Kung nais mong matukoy ang rate ng isang kemikal na reaksyon, ang equation na kung saan ay maaaring kondisyon na nakasulat bilang:

αА+ bB = ϲС, pagkatapos,

alinsunod sa nakasaad sa itaas na pagbabalangkas ng batas, ang bilis ay matatagpuan sa pamamagitan ng equation:

V=k [A] a [B] b , kung saan

a at b ay stoichiometric coefficients,

[A] at [B] - mga konsentrasyon ng mga panimulang compound,

k ay ang rate constant ng reaksyon na pinag-uusapan.

Ang kahulugan ng rate coefficient ng isang kemikal na reaksyon ay ang halaga nito ay magiging katumbas ng rate kung ang mga konsentrasyon ng mga compound ay katumbas ng mga yunit. Dapat tandaan na para sa tamang pagkalkula ayon sa formula na ito, kinakailangang isaalang-alang ang pinagsama-samang estado ng mga reagents. Ang solidong konsentrasyon ay ipinapalagay na pagkakaisa at hindi kasama sa equation dahil ito ay nananatiling pare-pareho sa panahon ng reaksyon. Kaya, ang mga konsentrasyon lamang ng mga likido at gas na sangkap ang kasama sa pagkalkula ayon sa MDM. Kaya, para sa reaksyon ng pagkuha ng silikon dioxide mula sa mga simpleng sangkap, na inilarawan ng equation

Si (TV) + Ο 2 (g) \u003d SiΟ 2 (TV),

matutukoy ang bilis ng formula:

Karaniwang gawain

Paano magbabago ang rate ng kemikal na reaksyon ng nitrogen monoxide na may oxygen kung ang mga konsentrasyon ng mga panimulang compound ay nadoble?

Solusyon: Ang prosesong ito ay tumutugma sa equation ng reaksyon:

2ΝΟ + Ο 2 = 2ΝΟ 2 .

Isulat natin ang mga expression para sa inisyal (ᴠ 1) at huling (ᴠ 2) na mga rate ng reaksyon:

ᴠ 1 = k [ΝΟ] 2 [Ο 2 ] at

ᴠ 2 = k·(2·[ΝΟ]) 2 ·2·[Ο 2 ] = k·4[ΝΟ] 2 ·2[Ο 2 ].

ᴠ 1 / ᴠ 2 = (k 4[ΝΟ] 2 2[Ο 2 ]) / (k ・[ΝΟ] 2 [Ο 2 ]).

ᴠ 2 / ᴠ 1 = 4 2/1 = 8.

Sagot: nadagdagan ng 8 beses.

Epekto sa temperatura

Ang pag-asa ng rate ng isang kemikal na reaksyon sa temperatura ay natukoy sa eksperimento ng Dutch scientist na si J. H. Van't Hoff. Nalaman niya na ang rate ng maraming reaksyon ay tumataas ng 2-4 beses sa bawat 10 degrees na pagtaas ng temperatura. Para sa panuntunang ito, mayroong isang mathematical expression na mukhang:

ᴠ 2 = ᴠ 1 γ (Τ2-Τ1)/10 , kung saan

ᴠ 1 at ᴠ 2 - kaukulang bilis sa temperatura Τ 1 at Τ 2;

γ - koepisyent ng temperatura, katumbas ng 2-4.

Kasabay nito, hindi ipinapaliwanag ng panuntunang ito ang mekanismo ng impluwensya ng temperatura sa halaga ng rate ng isang partikular na reaksyon at hindi inilalarawan ang buong hanay ng mga regularidad. Ito ay lohikal na tapusin na sa isang pagtaas sa temperatura, ang magulong paggalaw ng mga particle ay tumataas at ito ay naghihikayat ng mas maraming bilang ng kanilang mga banggaan. Gayunpaman, hindi ito partikular na nakakaapekto sa kahusayan ng mga banggaan ng molekular, dahil ito ay pangunahing nakasalalay sa enerhiya ng pag-activate. Gayundin, ang isang makabuluhang papel sa kahusayan ng pagbangga ng butil ay nilalaro ng kanilang spatial na pagsusulatan sa bawat isa.

Ang pag-asa ng rate ng isang kemikal na reaksyon sa temperatura, na isinasaalang-alang ang likas na katangian ng mga reagents, ay sumusunod sa Arrhenius equation:

k \u003d A 0 e -Ea / RΤ, kung saan

Ang A o ay isang multiplier;

E a - activation energy.

Isang halimbawa ng isang gawain sa batas ng van't Hoff

Paano dapat baguhin ang temperatura upang ang rate ng isang kemikal na reaksyon, na ang koepisyent ng temperatura ay ayon sa bilang na katumbas ng 3, ay tumaas ng 27 beses?

Solusyon. Gamitin natin ang formula

ᴠ 2 = ᴠ 1 γ (Τ2-Τ1)/10 .

Mula sa kundisyon ᴠ 2 / ᴠ 1 = 27, at γ = 3. Kailangan mong hanapin ang ΔΤ = Τ 2 -Τ 1.

Pagbabago ng orihinal na formula, nakukuha namin:

V 2 /V 1 \u003d γ ΔΤ / 10.

Pinapalitan namin ang mga halaga: 27=3 ΔΤ/10.

Mula dito ay malinaw na ang ΔΤ/10 = 3 at ΔΤ = 30.

Sagot: ang temperatura ay dapat tumaas ng 30 degrees.

Impluwensya ng mga katalista

Sa pisikal na kimika, ang bilis ng mga reaksiyong kemikal ay aktibong pinag-aaralan ng isang seksyon na tinatawag na catalysis. Interesado siya sa kung paano at bakit ang medyo maliit na halaga ng ilang mga sangkap ay makabuluhang nagpapataas ng rate ng pakikipag-ugnayan ng iba. Ang mga sangkap na maaaring mapabilis ang isang reaksyon ngunit hindi sila natupok ay tinatawag na mga katalista.

Napatunayan na ang mga catalyst ay nagbabago sa mekanismo ng pakikipag-ugnayan ng kemikal mismo, nag-aambag sa paglitaw ng mga bagong estado ng paglipat, na nailalarawan sa pamamagitan ng mas mababang mga taas ng hadlang sa enerhiya. Iyon ay, nag-aambag sila sa pagbawas sa enerhiya ng pag-activate, at samakatuwid ay sa pagtaas ng bilang ng mga epektibong epekto ng butil. Ang isang katalista ay hindi maaaring maging sanhi ng isang reaksyon na energetically imposible.

Kaya ang hydrogen peroxide ay maaaring mabulok sa pagbuo ng oxygen at tubig:

H 2 Ο 2 \u003d H 2 Ο + Ο 2.

Ngunit ang reaksyong ito ay napakabagal at sa aming mga kabinet ng gamot ay umiiral ito nang hindi nagbabago sa loob ng mahabang panahon. Kapag nagbubukas lamang ng mga lumang vial ng peroxide, makikita mo ang isang maliit na pop na dulot ng presyon ng oxygen sa mga dingding ng sisidlan. Ang pagdaragdag ng ilang butil lamang ng magnesium oxide ay magdudulot ng aktibong pagpapalabas ng gas.

Ang parehong reaksyon ng agnas ng peroxide, ngunit sa ilalim ng pagkilos ng catalase, ay nangyayari sa panahon ng paggamot ng mga sugat. Mayroong maraming iba't ibang mga sangkap sa mga buhay na organismo na nagpapataas ng bilis ng mga biochemical reaction. Tinatawag silang mga enzyme.

Ang mga inhibitor ay may kabaligtaran na epekto sa kurso ng mga reaksyon. Gayunpaman, hindi ito palaging masama. Ang mga inhibitor ay ginagamit upang protektahan ang mga produktong metal mula sa kaagnasan, upang pahabain ang buhay ng istante ng pagkain, halimbawa, upang maiwasan ang oksihenasyon ng mga taba.

Lugar ng contact ng sangkap

Kung mangyari ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga compound na may iba't ibang pinagsama-samang estado, o sa pagitan ng mga sangkap na hindi makabuo ng isang homogenous na daluyan (immiscible na mga likido), kung gayon ang kadahilanan na ito ay makabuluhang nakakaapekto sa rate ng isang kemikal na reaksyon. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang mga heterogenous na reaksyon ay direktang isinasagawa sa interface sa pagitan ng mga phase ng mga nakikipag-ugnay na sangkap. Malinaw, ang mas malawak na hangganan na ito, mas maraming mga particle ang may pagkakataon na mabangga, at mas mabilis ang reaksyon.

Halimbawa, mas mabilis itong napupunta sa anyo ng maliliit na chips kaysa sa anyo ng log. Para sa parehong layunin, maraming mga solido ang giniling sa isang pinong pulbos bago idagdag sa isang solusyon. Kaya, ang powdered chalk (calcium carbonate) ay kumikilos nang mas mabilis sa hydrochloric acid kaysa sa isang piraso ng parehong masa. Gayunpaman, bilang karagdagan sa pagtaas ng lugar, ang pamamaraan na ito ay humahantong din sa isang magulong pagkalagot ng kristal na sala-sala ng sangkap, na nangangahulugang pinatataas nito ang reaktibiti ng mga particle.

Sa matematika, ang rate ng isang heterogenous na kemikal na reaksyon ay matatagpuan bilang isang pagbabago sa dami ng substance (Δν) na nagaganap sa bawat yunit ng oras (Δt) sa bawat unit surface

(S): V = Δν/(S Δt).

Impluwensya ng presyon

Ang pagbabago sa presyon sa sistema ay may epekto lamang kapag ang mga gas ay nakikibahagi sa reaksyon. Ang isang pagtaas sa presyon ay sinamahan ng isang pagtaas sa mga molekula ng isang sangkap sa bawat dami ng yunit, iyon ay, ang konsentrasyon nito ay tumataas nang proporsyonal. Sa kabaligtaran, ang pagbaba ng presyon ay humahantong sa isang katumbas na pagbaba sa konsentrasyon ng reagent. Sa kasong ito, ang formula na naaayon sa ZDM ay angkop para sa pagkalkula ng rate ng isang kemikal na reaksyon.

Isang gawain. Paano tataas ang rate ng reaksyon na inilarawan ng equation

2ΝΟ + Ο 2 = 2ΝΟ 2 ,

kung ang dami ng isang saradong sistema ay nabawasan ng isang kadahilanan ng tatlo (T=const)?

Solusyon. Habang bumababa ang volume, proporsyonal ang pagtaas ng presyon. Isulat natin ang mga expression para sa inisyal (V 1) at huling (V 2) na mga rate ng reaksyon:

V 1 = k 2 [Ο 2 ] at

V 2 = k·(3·) 2 ·3·[Ο 2 ] = k·9[ΝΟ] 2 ·3[Ο 2 ].

Upang malaman kung gaano karaming beses ang bagong bilis ay mas malaki kaysa sa una, dapat mong hatiin ang kaliwa at kanang bahagi ng mga expression:

V 1 /V 2 = (k 9[ΝΟ] 2 3[Ο 2 ]) / (k ? [ΝΟ] 2 [Ο 2 ]).

Ang mga halaga ng konsentrasyon at ang mga constant ng rate ay nabawasan, at nananatili:

V 2 /V 1 \u003d 9 3/1 \u003d 27.

Sagot: ang bilis ay tumaas ng 27 beses.

Summing up, dapat tandaan na ang rate ng pakikipag-ugnayan ng mga sangkap, o sa halip, ang bilang at kalidad ng mga banggaan ng kanilang mga particle, ay naiimpluwensyahan ng maraming mga kadahilanan. Una sa lahat, ito ay ang activation energy at ang geometry ng mga molecule, na halos imposibleng itama. Tulad ng para sa natitirang mga kondisyon, para sa pagtaas ng rate ng reaksyon ay sumusunod:

• dagdagan ang temperatura ng medium ng reaksyon;
• dagdagan ang konsentrasyon ng mga orihinal na compound;
• dagdagan ang presyon sa system o bawasan ang dami nito, kung pinag-uusapan natin ang tungkol sa mga gas;
• dalhin ang hindi magkatulad na mga sangkap sa isang estado ng pagsasama-sama (halimbawa, sa pamamagitan ng pagtunaw sa tubig) o dagdagan ang lugar ng kanilang pakikipag-ugnay.

Ang rate ng isang kemikal na reaksyon ay ang pagbabago sa konsentrasyon ng mga reactant bawat yunit ng oras.

Sa mga homogenous na reaksyon, ang puwang ng reaksyon ay tumutukoy sa dami ng daluyan ng reaksyon, at sa mga heterogenous na reaksyon, ang ibabaw kung saan nagaganap ang reaksyon. Ang konsentrasyon ng mga reactant ay karaniwang ipinahayag sa mol / l - ang bilang ng mga moles ng sangkap sa 1 litro ng solusyon.

Ang rate ng isang kemikal na reaksyon ay nakasalalay sa likas na katangian ng mga reactant, konsentrasyon, temperatura, presyon, contact surface ng mga sangkap at likas na katangian nito, ang pagkakaroon ng mga catalyst.

Ang pagtaas sa konsentrasyon ng mga sangkap na pumapasok sa isang kemikal na pakikipag-ugnayan ay humahantong sa isang pagtaas sa bilis ng isang kemikal na reaksyon. Ito ay dahil ang lahat ng mga kemikal na reaksyon ay nagaganap sa pagitan ng isang tiyak na bilang ng mga tumutugon na particle (mga atomo, molekula, mga ion). Kung mas marami ang mga particle na ito sa dami ng espasyo ng reaksyon, mas madalas ang mga ito ay nagbanggaan at nangyayari ang pakikipag-ugnayan ng kemikal. Ang isang kemikal na reaksyon ay maaaring magpatuloy sa pamamagitan ng isa o higit pang elementarya (mga banggaan). Batay sa equation ng reaksyon, posibleng magsulat ng isang expression para sa pagtitiwala ng rate ng reaksyon sa konsentrasyon ng mga reactant. Kung isang molekula lamang ang lumahok sa isang elementarya na aksyon (sa panahon ng isang reaksyon ng agnas), ang pag-asa ay magiging ganito:

v= k*[A]

Ito ang equation para sa isang monomolecular reaction. Kapag ang dalawang magkaibang molekula ay nakikipag-ugnayan sa isang elementarya, ang pag-asa ay may anyo:

v= k*[A]*[B]

Ang reaksyon ay tinatawag na bimolecular. Sa kaso ng isang banggaan ng tatlong molekula, ang expression ay wasto:

v= k*[A]*[B]*[C]

Ang reaksyon ay tinatawag na trimolecular. Mga pagtatalaga ng koepisyent:

v — bilis ng reaksyon;

Ang [A], [B], [C] ay ang mga konsentrasyon ng mga reactant;

k ay ang koepisyent ng proporsyonalidad; ay tinatawag na rate constant ng reaksyon.

Kung ang mga konsentrasyon ng mga reactant ay katumbas ng isa (1 mol/l) o ang kanilang produkto ay katumbas ng isa, kung gayon v= k.. Ang rate constant ay depende sa likas na katangian ng mga reactant at sa temperatura. Ang pag-asa ng bilis ng mga simpleng reaksyon (i.e., mga reaksyong nagaganap sa pamamagitan ng isang elementarya na pagkilos) sa konsentrasyon ay inilalarawan ng batas ng mass action: ang rate ng isang kemikal na reaksyon ay direktang proporsyonal sa produkto ng konsentrasyon ng mga reactant na itinaas sa kapangyarihan ng kanilang mga stoichiometric coefficient.

Halimbawa, suriin natin ang reaksyon 2NO + O 2 = 2NO 2.

Sa kanya v= k* 2 *

Sa kaso kung ang equation ng isang kemikal na reaksyon ay hindi tumutugma sa isang elementarya na pagkilos ng pakikipag-ugnayan, ngunit sumasalamin lamang sa ugnayan sa pagitan ng masa ng reacted at nabuo na mga sangkap, kung gayon ang mga antas ng mga konsentrasyon ay hindi magiging katumbas ng mga coefficient sa harap ng ang mga formula ng kaukulang mga sangkap sa equation ng reaksyon. Para sa isang reaksyon na nagpapatuloy sa ilang mga yugto, ang rate ng reaksyon ay tinutukoy ng rate ng pinakamabagal (naglilimita) na yugto.

Ang pag-asa ng rate ng reaksyon sa konsentrasyon ng mga reactant ay may bisa para sa mga gas at mga reaksyon na nagaganap sa solusyon. Ang mga reaksyon na kinasasangkutan ng mga solido ay hindi sumusunod sa batas ng mass action, dahil ang pakikipag-ugnayan ng mga molekula ay nangyayari lamang sa interface. Dahil dito, ang rate ng isang heterogenous na reaksyon ay nakasalalay din sa laki at likas na katangian ng contact surface ng mga reacting phase. Kung mas malaki ang ibabaw, mas mabilis na magpapatuloy ang reaksyon.

Ang epekto ng temperatura sa bilis ng isang kemikal na reaksyon

Ang epekto ng temperatura sa bilis ng isang kemikal na reaksyon ay tinutukoy ng panuntunan ng van't Hoff: na may pagtaas ng temperatura para sa bawat 10 ° C, ang rate ng reaksyon ay tumataas ng 2-4 beses. Sa matematika, ang panuntunang ito ay naihatid ng sumusunod na equation:

v t2= v t1*g(t2-t1)/10

saan v t1 at v t2 — mga rate ng reaksyon sa mga temperatura t2 at t1; g - koepisyent ng temperatura ng reaksyon - isang numero na nagpapakita kung gaano karaming beses tumataas ang rate ng reaksyon sa pagtaas ng temperatura para sa bawat 10 ° C. Ang ganitong makabuluhang pag-asa ng rate ng isang kemikal na reaksyon sa temperatura ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang pagbuo ng mga bagong sangkap ay hindi nangyayari sa bawat banggaan ng mga molecule na tumutugon. Tanging ang mga molekula lamang ang nakikipag-ugnayan (mga aktibong molekula) na may sapat na enerhiya upang masira ang mga bono sa orihinal na mga particle. Samakatuwid, ang bawat reaksyon ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang hadlang sa enerhiya. Upang mapagtagumpayan ito, kailangan ng molekula activation energy - ilang labis na enerhiya na dapat taglayin ng isang molekula upang ang pagbangga nito sa isa pang molekula ay humantong sa pagbuo ng isang bagong sangkap. Sa pagtaas ng temperatura, ang bilang ng mga aktibong molekula ay mabilis na tumataas, na humahantong sa isang matalim na pagtaas sa rate ng reaksyon ayon sa tuntunin ng van't Hoff. Ang activation energy para sa bawat partikular na reaksyon ay depende sa likas na katangian ng mga reactant.

Teorya ng aktibong banggaan nagbibigay-daan sa pagpapaliwanag ng impluwensya ng ilang salik sa bilis ng isang kemikal na reaksyon. Ang mga pangunahing probisyon ng teoryang ito:

• Nagaganap ang mga reaksyon kapag nagbanggaan ang mga particle ng mga reactant na may tiyak na enerhiya.
• Ang mas maraming reagent particle, mas malapit sila sa isa't isa, mas malamang na sila ay magbanggaan at mag-react.
• Ang mga epektibong banggaan lamang ang humahantong sa reaksyon, i.e. yaong kung saan ang "mga lumang ugnayan" ay nawasak o humina at samakatuwid ay maaaring mabuo ang mga "bago". Upang gawin ito, ang mga particle ay dapat magkaroon ng sapat na enerhiya.
• Ang pinakamababang labis na enerhiya na kinakailangan para sa mahusay na banggaan ng mga reactant particle ay tinatawag activation energy Ea.
• Ang aktibidad ng mga kemikal ay ipinapakita sa mababang activation energy ng mga reaksyong kinasasangkutan ng mga ito. Mas mababa ang activation energy, mas mataas ang reaction rate. Halimbawa, sa mga reaksyon sa pagitan ng mga cation at anion, ang enerhiya ng pag-activate ay napakababa, kaya ang mga naturang reaksyon ay nagpapatuloy halos kaagad.

Impluwensya ng katalista

Ang isa sa mga pinaka-epektibong paraan ng pag-impluwensya sa rate ng mga reaksiyong kemikal ay ang paggamit ng mga katalista. Upang mga katalista - Ito ang mga sangkap na nagbabago sa rate ng reaksyon, at sa pagtatapos ng proseso ay nananatiling hindi nagbabago sa komposisyon at masa. Sa madaling salita, sa sandali ng reaksyon mismo, ang katalista ay aktibong nakikilahok sa proseso ng kemikal, ngunit sa pagtatapos ng reaksyon, binabago ng mga reactant ang kanilang komposisyon ng kemikal, nagiging mga produkto, at ang katalista ay inilabas sa orihinal nitong anyo. Karaniwan ang papel ng isang katalista ay upang mapataas ang rate ng reaksyon, bagaman ang ilang mga katalista ay hindi nagpapabilis, ngunit nagpapabagal sa proseso. Ang kababalaghan ng pagpabilis ng mga reaksiyong kemikal dahil sa pagkakaroon ng mga catalyst ay tinatawag catalysis, at mga pagbagal pagsugpo.

Ang ilang mga sangkap ay walang catalytic effect, ngunit ang kanilang mga additives ay makabuluhang pinatataas ang catalytic na kakayahan ng mga catalyst. Ang mga naturang sangkap ay tinatawag mga promotor. Ang iba pang mga sangkap (catalytic poisons) ay binabawasan o ganap na hinaharangan ang pagkilos ng mga catalyst, ang prosesong ito ay tinatawag pagkalason ng katalista.

Mayroong dalawang uri ng catalysis: homogenous at magkakaiba. Sa homogenous catalysis Ang mga reactant, produkto at catalyst ay bumubuo ng isang bahagi (gas o likido). Sa kasong ito, walang interface sa pagitan ng catalyst at ng mga reactant.

Katangi-tangi heterogenous catalysis ay ang mga katalista (karaniwan ay mga solid) ay nasa ibang yugto ng estado kaysa sa mga reactant at mga produkto ng reaksyon. Ang reaksyon ay karaniwang nabubuo sa ibabaw ng isang solid.

Sa homogenous catalysis, ang mga intermediate na produkto ay nabuo sa pagitan ng catalyst at ng reactant bilang resulta ng isang reaksyon na may mas mababang activation energy. Sa heterogenous catalysis, ang pagtaas sa rate ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng adsorption ng mga reactant sa ibabaw ng catalyst. Bilang resulta, tumataas ang kanilang konsentrasyon at tumataas ang rate ng reaksyon.

Ang isang espesyal na kaso ng catalysis ay autocatalysis. Ang kahulugan nito ay nakasalalay sa katotohanan na ang proseso ng kemikal ay pinabilis ng isa sa mga produkto ng reaksyon.

Sa buhay, nahaharap tayo sa iba't ibang mga reaksiyong kemikal. Ang ilan sa mga ito, tulad ng kalawang ng bakal, ay maaaring tumagal ng ilang taon. Ang iba, tulad ng pagbuburo ng asukal sa alkohol, ay tumatagal ng ilang linggo. Ang kahoy na panggatong sa kalan ay nasusunog sa loob ng ilang oras, at ang gasolina sa makina ay nasusunog sa isang segundo.

Upang bawasan ang mga gastos sa kagamitan, pinapataas ng mga planta ng kemikal ang bilis ng mga reaksyon. At ang ilang mga proseso, tulad ng pagkasira ng pagkain, metal corrosion, ay kailangang pabagalin.

Ang bilis ng isang kemikal na reaksyon maaaring ipahayag bilang pagbabago sa dami ng bagay (n, modulo) bawat yunit ng oras (t) - ihambing ang bilis ng gumagalaw na katawan sa pisika bilang pagbabago sa mga coordinate bawat yunit ng oras: υ = Δx/Δt . Upang ang rate ay hindi nakasalalay sa dami ng sisidlan kung saan nagaganap ang reaksyon, hinahati namin ang expression sa dami ng mga tumutugon na sangkap (v), ibig sabihin, nakukuha namin pagbabago sa dami ng sangkap sa bawat yunit ng oras bawat dami ng yunit, o pagbabago sa konsentrasyon ng isa sa mga sangkap sa bawat yunit ng oras:

n 2 − n 1
υ = –––––––––– = –––––––– = Δс/Δt (1)
(t 2 − t 1) v Δt v

kung saan ang c = n / v ay ang konsentrasyon ng sangkap,

Ang Δ (binibigkas na "delta") ay ang karaniwang tinatanggap na pagtatalaga para sa pagbabago sa magnitude.

Kung ang mga sangkap ay may iba't ibang coefficient sa equation, ang rate ng reaksyon para sa bawat isa sa kanila, na kinakalkula ng formula na ito, ay magkakaiba. Halimbawa, ang 2 moles ng sulfur dioxide ay ganap na tumugon sa 1 mole ng oxygen sa loob ng 10 segundo sa 1 litro:

2SO 2 + O 2 \u003d 2SO 3

Ang bilis ng oxygen ay magiging: υ \u003d 1: (10 1) \u003d 0.1 mol / l s

Bilis ng maasim na gas: υ \u003d 2: (10 1) \u003d 0.2 mol / l s- hindi ito kailangang isaulo at bigkasin sa pagsusulit, isang halimbawa ang ibinigay upang hindi malito kung ang tanong na ito ay lumitaw.

Ang rate ng mga heterogenous na reaksyon (na kinasasangkutan ng mga solido) ay madalas na ipinahayag sa bawat yunit ng lugar ng mga contact na ibabaw:

Δn
υ = –––––– (2)
Δt S

Ang mga reaksyon ay tinatawag na heterogenous kapag ang mga reaksyon ay nasa iba't ibang yugto:

• isang solid na may isa pang solid, likido o gas,
• dalawang hindi mapaghalo na likido
• likidong gas.

Ang mga homogenous na reaksyon ay nangyayari sa pagitan ng mga sangkap sa parehong yugto:

• sa pagitan ng well-miscible na likido,
• mga gas,
• mga sangkap sa mga solusyon.

Mga kondisyon na nakakaapekto sa bilis ng mga reaksiyong kemikal

1) Ang rate ng reaksyon ay nakasalalay sa ang likas na katangian ng mga reactant. Sa madaling salita, ang iba't ibang mga sangkap ay tumutugon sa iba't ibang mga rate. Halimbawa, ang zinc ay marahas na tumutugon sa hydrochloric acid, habang ang iron ay medyo mabagal.

2) Ang rate ng reaksyon ay mas malaki, mas mataas konsentrasyon mga sangkap. Sa isang mataas na dilute acid, ang zinc ay tatagal ng makabuluhang mas matagal na reaksyon.

3) Ang rate ng reaksyon ay tumataas nang malaki sa pagtaas temperatura. Halimbawa, upang magsunog ng gasolina, kinakailangan na sunugin ito, iyon ay, upang mapataas ang temperatura. Para sa maraming mga reaksyon, ang pagtaas ng temperatura ng 10°C ay sinamahan ng pagtaas ng rate ng isang kadahilanan na 2-4.

4) Bilis magkakaiba tumataas ang mga reaksyon sa pagtaas ibabaw ng mga reactant. Ang mga solido para dito ay karaniwang durog. Halimbawa, upang ang mga pulbos na bakal at asupre ay gumanti kapag pinainit, ang bakal ay dapat na nasa anyo ng maliit na sup.

Tandaan na ang formula (1) ay ipinahiwatig sa kasong ito! Ang pormula (2) ay nagpapahayag ng bilis sa bawat unit area, kaya hindi ito nakadepende sa lugar.

5) Ang rate ng reaksyon ay nakasalalay sa pagkakaroon ng mga catalyst o inhibitor.

Mga katalista Mga sangkap na nagpapabilis ng mga reaksiyong kemikal ngunit hindi mismo natupok. Ang isang halimbawa ay ang mabilis na pagkabulok ng hydrogen peroxide kasama ang pagdaragdag ng isang catalyst - manganese (IV) oxide:

2H 2 O 2 \u003d 2H 2 O + O 2

Ang Manganese (IV) oxide ay nananatili sa ilalim at maaaring magamit muli.

Inhibitor- mga sangkap na nagpapabagal sa reaksyon. Halimbawa, upang pahabain ang buhay ng mga tubo at baterya, ang mga corrosion inhibitor ay idinagdag sa sistema ng pagpainit ng tubig. Sa mga sasakyan, ang mga corrosion inhibitor ay idinaragdag sa brake fluid.

Ilan pang halimbawa.

Mga sistema. Ngunit ang halagang ito ay hindi sumasalamin sa tunay na posibilidad ng reaksyon, nito bilis at mekanismo.

Para sa isang kumpletong representasyon ng isang kemikal na reaksyon, ang isa ay dapat magkaroon ng kaalaman sa kung anong temporal na mga pattern ang umiiral sa panahon ng pagpapatupad nito, i.e. rate ng reaksyon ng kemikal at ang detalyadong mekanismo nito. Ang rate at mekanismo ng mga pag-aaral ng reaksyon kinetika ng kemikal agham ng proseso ng kemikal.

Sa mga tuntunin ng kinetika ng kemikal, maaaring mauri ang mga reaksyon sa simple at kumplikado.

mga simpleng reaksyon- mga prosesong nagaganap nang walang pagbuo ng mga intermediate compound. Ayon sa bilang ng mga particle na nakikilahok dito, nahahati sila sa monomolecular, bimolecular, trimolecular. Ang banggaan ng higit sa 3 mga particle ay hindi malamang, kaya ang mga trimolecular na reaksyon ay medyo bihira, at ang mga apat na molekular ay hindi kilala. Mga kumplikadong reaksyon- mga prosesong binubuo ng ilang elementarya na reaksyon.

Ang anumang proseso ay nagpapatuloy sa likas na bilis nito, na maaaring matukoy ng mga pagbabagong nagaganap sa isang tiyak na tagal ng panahon. gitna rate ng reaksyon ng kemikal ipinahayag bilang pagbabago sa dami ng isang sangkap n natupok o natanggap na sangkap kada yunit ng volume V kada yunit ng oras t.

υ = ± dn/ dt· V

Kung ang sangkap ay natupok, pagkatapos ay inilalagay namin ang senyas na "-", kung naipon ito - "+"

Sa patuloy na dami:

υ = ± DC/ dt,

Unit ng rate ng reaksyon mol/l s

Sa pangkalahatan, ang υ ay isang pare-parehong halaga at hindi nakasalalay sa kung aling sangkap ang sinusunod natin sa reaksyon.

Ang pag-asa ng konsentrasyon ng reagent o produkto sa oras ng reaksyon ay ipinakita bilang kinetic curve, na mukhang:

Mas madaling kalkulahin ang υ mula sa pang-eksperimentong data kung ang mga expression sa itaas ay na-convert sa sumusunod na expression:

Ang batas ng aktibong masa. Order at rate constant ng reaksyon

Isa sa mga salita batas ng aksyong masa parang ganito: Ang rate ng isang elementary homogenous na kemikal na reaksyon ay direktang proporsyonal sa produkto ng mga konsentrasyon ng mga reactant.

Kung ang prosesong pinag-aaralan ay kinakatawan bilang:

a A + b B = mga produkto

pagkatapos ay maipahayag ang bilis ng isang kemikal na reaksyon kinetic equation:

υ = k [A] a [B] b o

υ = k C a A C b B

Dito [ A] at [B] (C A atC B) - konsentrasyon ng mga reagents,

a atb ay ang mga stoichiometric coefficient ng isang simpleng reaksyon,

k ay pare-pareho ang rate ng reaksyon.

Ang kemikal na kahulugan ng dami k- ito ay bilis ng reaksyon sa iisang konsentrasyon. Iyon ay, kung ang mga konsentrasyon ng mga sangkap A at B ay katumbas ng 1, kung gayon υ = k.

Dapat itong isaalang-alang na sa mga kumplikadong proseso ng kemikal ang mga coefficient a atb hindi tumutugma sa mga stoichiometric.

Ang batas ng aksyong masa ay natutupad sa ilalim ng ilang mga kundisyon:

• Ang reaksyon ay thermally activated, i.e. enerhiya ng thermal motion.
• Ang konsentrasyon ng mga reagents ay pantay na ipinamamahagi.
• Ang mga katangian at kondisyon ng kapaligiran ay hindi nagbabago sa panahon ng proseso.
• Ang mga katangian ng kapaligiran ay hindi dapat makaapekto k.

Para sa mga kumplikadong proseso batas ng aksyong masa hindi maaaring ilapat. Ito ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang isang kumplikadong proseso ay binubuo ng ilang mga elementarya na yugto, at ang bilis nito ay matutukoy hindi sa kabuuang bilis ng lahat ng mga yugto, ngunit sa pamamagitan ng isa sa pinakamabagal na yugto, na tinatawag na naglilimita.

Ang bawat reaksyon ay may sariling utos. Tukuyin pribado (partial) order sa pamamagitan ng reagent at pangkalahatang (buong) kaayusan. Halimbawa, sa expression para sa rate ng isang kemikal na reaksyon para sa isang proseso

a A + b B = mga produkto

υ = k·[ A] a·[ B] b

a– order ayon sa reagent PERO

b — order sa pamamagitan ng reagent AT

Pangkalahatang utos a + b = n

Para sa mga simpleng proseso ang pagkakasunud-sunod ng reaksyon ay nagpapahiwatig ng bilang ng mga tumutugon na particle (kasabay ng stoichiometric coefficients) at kumukuha ng mga halaga ng integer. Para sa kumplikadong proseso ang pagkakasunud-sunod ng reaksyon ay hindi tumutugma sa stoichiometric coefficients at maaaring maging anuman.

Alamin natin ang mga salik na nakakaimpluwensya sa bilis ng isang kemikal na reaksyon υ.

1. Ang pag-asa ng rate ng reaksyon sa konsentrasyon ng mga reactant

   tinutukoy ng batas ng aksyong masa: υ = k[ A] a·[ B] b

Malinaw, sa pagtaas ng mga konsentrasyon ng mga reactant, ang υ ay tumataas, dahil ang bilang ng mga banggaan sa pagitan ng mga sangkap na kalahok sa proseso ng kemikal ay tumataas. Bukod dito, mahalagang isaalang-alang ang pagkakasunud-sunod ng reaksyon: kung ito n=1 para sa ilang reagent, kung gayon ang rate nito ay direktang proporsyonal sa konsentrasyon ng sangkap na ito. Kung para sa anumang reagent n=2, kung gayon ang pagdodoble ng konsentrasyon nito ay hahantong sa pagtaas ng rate ng reaksyon ng 2 2 \u003d 4 na beses, at ang pagtaas ng konsentrasyon ng 3 beses ay magpapabilis sa reaksyon ng 3 2 \u003d 9 na beses.

Ang mga reaksyon ng kemikal ay nagpapatuloy sa iba't ibang bilis: sa mababang bilis - sa panahon ng pagbuo ng mga stalactites at stalagmite, sa isang average na bilis - kapag nagluluto ng pagkain, kaagad - sa panahon ng pagsabog. Ang mga reaksyon sa mga may tubig na solusyon ay napakabilis.

Ang pagpapasiya ng rate ng isang kemikal na reaksyon, pati na rin ang pagpapaliwanag ng pag-asa nito sa mga kondisyon ng proseso, ay ang gawain ng mga kemikal na kinetika - ang agham ng mga batas na namamahala sa kurso ng mga reaksiyong kemikal sa oras.

Kung ang mga reaksiyong kemikal ay nangyayari sa isang homogenous na daluyan, halimbawa, sa isang solusyon o sa isang bahagi ng gas, kung gayon ang pakikipag-ugnayan ng mga tumutugon na sangkap ay nangyayari sa buong dami. Ang mga ganitong reaksyon ay tinatawag homogenous.

(v homog) ay tinukoy bilang ang pagbabago sa dami ng sangkap sa bawat yunit ng oras bawat dami ng yunit:

kung saan ang Δn ay ang pagbabago sa bilang ng mga moles ng isang sangkap (kadalasan ang una, ngunit maaari rin itong maging produkto ng reaksyon); Δt - pagitan ng oras (s, min); Ang V ay ang dami ng gas o solusyon (l).

Dahil ang ratio ng dami ng substance sa volume ay ang molar concentration C, kung gayon

Kaya, ang rate ng isang homogenous na reaksyon ay tinukoy bilang isang pagbabago sa konsentrasyon ng isa sa mga sangkap sa bawat yunit ng oras:

kung ang dami ng sistema ay hindi nagbabago.

Kung ang isang reaksyon ay nangyayari sa pagitan ng mga sangkap sa iba't ibang mga estado ng pagsasama-sama (halimbawa, sa pagitan ng isang solid at isang gas o likido), o sa pagitan ng mga sangkap na hindi makabuo ng isang homogenous na daluyan (halimbawa, sa pagitan ng mga hindi mapaghalo na likido), kung gayon ito ay nagaganap lamang sa ibabaw ng contact ng mga sangkap. Ang mga ganitong reaksyon ay tinatawag magkakaiba.

Ito ay tinukoy bilang ang pagbabago sa dami ng sangkap bawat yunit ng oras bawat yunit ng ibabaw.

kung saan ang S ay ang surface area ng contact ng mga substance (m 2, cm 2).

Ang pagbabago sa dami ng substance kung saan natutukoy ang rate ng reaksyon ay isang panlabas na salik na naobserbahan ng mananaliksik. Sa katunayan, ang lahat ng mga proseso ay isinasagawa sa micro level. Malinaw, upang mag-react ang ilang mga particle, dapat una sa lahat ay bumangga sila, at epektibong bumangga: hindi para magkalat na parang mga bola sa iba't ibang direksyon, ngunit sa paraang ang "lumang mga bono" sa mga particle ay nawasak o humina at " ang mga bago" ay maaaring mabuo. ", at para dito ang mga particle ay dapat magkaroon ng sapat na enerhiya.

Ang kinakalkula na data ay nagpapakita na, halimbawa, sa mga gas, ang banggaan ng mga molekula sa atmospheric pressure ay nasa bilyun-bilyon bawat 1 segundo, iyon ay, lahat ng mga reaksyon ay dapat na nawala kaagad. Pero hindi pala. Lumalabas na isang napakaliit na bahagi lamang ng mga molekula ang may kinakailangang enerhiya upang makagawa ng isang epektibong banggaan.

Ang pinakamababang sobrang enerhiya na dapat taglayin ng isang particle (o pares ng mga particle) upang magkaroon ng mabisang banggaan ay tinatawag na activation energy Ea.

Kaya, sa paraan ng lahat ng mga particle na pumapasok sa reaksyon, mayroong isang hadlang ng enerhiya na katumbas ng enerhiya ng pag-activate E a . Kapag ito ay maliit, mayroong maraming mga particle na maaaring pagtagumpayan ito, at ang rate ng reaksyon ay mataas. Kung hindi, kailangan ng "push". Kapag nagdala ka ng posporo upang sindihan ang isang spirit lamp, nagbibigay ka ng karagdagang enerhiya, E a , na kinakailangan para sa mabisang banggaan ng mga molekula ng alkohol sa mga molekula ng oxygen (pagtagumpayan ang hadlang).

Ang rate ng isang kemikal na reaksyon ay nakasalalay sa maraming mga kadahilanan. Ang mga pangunahing ay: ang kalikasan at konsentrasyon ng mga reactant, presyon (sa mga reaksyon na kinasasangkutan ng mga gas), temperatura, ang pagkilos ng mga catalyst at ang ibabaw ng mga reactant sa kaso ng mga heterogenous na reaksyon.

Temperatura

Habang tumataas ang temperatura, sa karamihan ng mga kaso ang rate ng isang kemikal na reaksyon ay tumataas nang malaki. Noong ika-19 na siglo Ang Dutch chemist na si J. X. Van't Hoff ay bumalangkas ng panuntunan:

Ang pagtaas ng temperatura para sa bawat 10 ° C ay humahantong sa pagtaas sabilis ng reaksyon ng 2-4 beses(ang halagang ito ay tinatawag na koepisyent ng temperatura ng reaksyon).

Sa pagtaas ng temperatura, ang average na bilis ng mga molekula, ang kanilang enerhiya, at ang bilang ng mga banggaan ay bahagyang tumataas, ngunit ang proporsyon ng mga "aktibong" molekula na nakikilahok sa mga epektibong banggaan na nagtagumpay sa hadlang ng enerhiya ng reaksyon ay tumataas nang husto. Sa matematika, ang pag-asa na ito ay ipinahayag ng kaugnayan:

kung saan ang v t 1 at v t 2 ay ang mga rate ng reaksyon, ayon sa pagkakabanggit, sa huling t 2 at paunang t 1 na temperatura, at ang γ ay ang koepisyent ng temperatura ng rate ng reaksyon, na nagpapakita kung gaano karaming beses tumataas ang rate ng reaksyon sa bawat pagtaas ng 10 ° C sa temperatura.

Gayunpaman, upang mapataas ang rate ng reaksyon, ang pagtaas ng temperatura ay hindi palaging naaangkop, dahil ang mga panimulang materyales ay maaaring magsimulang mabulok, ang mga solvent o ang mga sangkap mismo ay maaaring sumingaw, atbp.

Mga reaksyong endothermic at exothermic

Ang reaksyon ng methane na may atmospheric oxygen ay kilala na sinamahan ng paglabas ng malaking halaga ng init. Samakatuwid, ito ay ginagamit sa pang-araw-araw na buhay para sa pagluluto, pagpainit ng tubig at pagpainit. Ang natural na gas na ibinibigay sa mga tahanan sa pamamagitan ng mga tubo ay 98% methane. Ang reaksyon ng calcium oxide (CaO) sa tubig ay sinamahan din ng pagpapalabas ng malaking halaga ng init.

Ano ang masasabi ng mga katotohanang ito? Kapag nabuo ang mga bagong bono ng kemikal sa mga produkto ng reaksyon, higit pa enerhiya kaysa kinakailangan upang masira ang mga bono ng kemikal sa mga reactant. Ang sobrang enerhiya ay inilalabas sa anyo ng init at kung minsan ay liwanag.

CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O + Q (enerhiya (liwanag, init));

CaO + H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + Q (enerhiya (init)).

Ang ganitong mga reaksyon ay dapat magpatuloy nang madali (tulad ng isang bato na madaling gumulong pababa).

Ang mga reaksyon kung saan inilalabas ang enerhiya ay tinatawag EXOTHERMIC(mula sa Latin na "exo" - out).

Halimbawa, maraming redox na reaksyon ang exothermic. Ang isa sa mga magagandang reaksyon na ito ay isang intramolecular oxidation-reduction na nagaganap sa loob ng parehong asin - ammonium dichromate (NH 4) 2 Cr 2 O 7:

(NH 4) 2 Cr 2 O 7 \u003d N 2 + Cr 2 O 3 + 4 H 2 O + Q (enerhiya).

Ang isa pang bagay ay ang backlash. Sila ay katulad ng paggulong ng bato paakyat. Hindi pa rin posible na makakuha ng methane mula sa CO 2 at tubig, at kinakailangan ang malakas na pag-init upang makakuha ng quicklime CaO mula sa calcium hydroxide Ca (OH) 2. Ang ganitong reaksyon ay nangyayari lamang sa patuloy na pag-agos ng enerhiya mula sa labas:

Ca (OH) 2 \u003d CaO + H 2 O - Q (enerhiya (init))

Iminumungkahi nito na ang pagsira ng mga bono ng kemikal sa Ca(OH) 2 ay nangangailangan ng mas maraming enerhiya kaysa sa maaaring mailabas sa panahon ng pagbuo ng mga bagong bono ng kemikal sa mga molekula ng CaO at H 2 O.

Ang mga reaksyon kung saan ang enerhiya ay hinihigop ay tinatawag ENDOTHERMIC(mula sa "endo" - sa loob).

Konsentrasyon ng reactant

Ang isang pagbabago sa presyur na may pakikilahok ng mga gas na sangkap sa reaksyon ay humahantong din sa isang pagbabago sa konsentrasyon ng mga sangkap na ito.

Upang magkaroon ng interaksyon ng kemikal sa pagitan ng mga particle, dapat silang epektibong magbanggaan. Kung mas malaki ang konsentrasyon ng mga reactant, mas maraming banggaan at, nang naaayon, mas mataas ang rate ng reaksyon. Halimbawa, ang acetylene ay mabilis na nasusunog sa purong oxygen. Nagkakaroon ito ng sapat na temperatura upang matunaw ang metal. Sa batayan ng isang malaking halaga ng pang-eksperimentong materyal, noong 1867 ang mga Norwegian na sina K. Guldenberg at P. Waage, at nang nakapag-iisa sa kanila noong 1865, binuo ng siyentipikong Ruso na si N. I. Beketov ang pangunahing batas ng kinetika ng kemikal, na nagtatatag ng pag-asa ng reaksyon. rate sa konsentrasyon ng mga reacting substance.

Ang rate ng isang kemikal na reaksyon ay proporsyonal sa produkto ng mga konsentrasyon ng mga reactant, na kinuha sa mga kapangyarihan na katumbas ng kanilang mga coefficient sa equation ng reaksyon.

Ang batas na ito ay tinatawag ding batas ng aksyong masa.

Para sa reaksyon A + B \u003d D, ang batas na ito ay ipahahayag tulad ng sumusunod:

Para sa reaksyon 2A + B = D, ang batas na ito ay ipinahayag tulad ng sumusunod:

Narito ang C A, C B ay ang mga konsentrasyon ng mga sangkap A at B (mol / l); k 1 at k 2 - coefficients ng proporsyonalidad, na tinatawag na rate constants ng reaksyon.

Ang pisikal na kahulugan ng pare-pareho ang rate ng reaksyon ay madaling itatag - ito ay katumbas ng bilang ng rate ng reaksyon kung saan ang mga konsentrasyon ng mga reactant ay 1 mol / l o ang kanilang produkto ay katumbas ng isa. Sa kasong ito, malinaw na ang pare-pareho ng rate ng reaksyon ay nakasalalay lamang sa temperatura at hindi nakasalalay sa konsentrasyon ng mga sangkap.

Batas ng kumikilos na masa hindi isinasaalang-alang ang konsentrasyon ng mga reactant sa solid state, dahil ang mga ito ay tumutugon sa mga ibabaw at ang kanilang mga konsentrasyon ay karaniwang pare-pareho.

Halimbawa, para sa reaksyon ng pagkasunog ng karbon, ang expression para sa rate ng reaksyon ay dapat na nakasulat tulad ng sumusunod:

ibig sabihin, ang rate ng reaksyon ay proporsyonal lamang sa konsentrasyon ng oxygen.

Kung ang equation ng reaksyon ay naglalarawan lamang ng pangkalahatang reaksyon ng kemikal, na nagaganap sa maraming yugto, kung gayon ang rate ng naturang reaksyon ay maaaring depende sa isang kumplikadong paraan sa mga konsentrasyon ng mga panimulang sangkap. Ang pag-asa na ito ay tinutukoy sa eksperimento o teoretikal batay sa iminungkahing mekanismo ng reaksyon.

Ang pagkilos ng mga katalista

Posibleng taasan ang rate ng reaksyon sa pamamagitan ng paggamit ng mga espesyal na sangkap na nagbabago sa mekanismo ng reaksyon at idirekta ito sa isang mas masiglang mas kanais-nais na landas na may mas mababang activation energy. Tinatawag silang mga katalista (mula sa Latin na katalysis - pagkasira).

Ang katalista ay kumikilos bilang isang bihasang gabay, na gumagabay sa isang pangkat ng mga turista na hindi sa pamamagitan ng isang mataas na daanan sa mga bundok (ang pagtagumpayan nito ay nangangailangan ng maraming pagsisikap at oras at hindi naa-access ng lahat), ngunit kasama ang mga landas ng detour na kilala niya, kung saan mas madali at mas mabilis mong malalampasan ang bundok.

Totoo, sa isang detour maaari kang makakuha ng hindi masyadong kung saan humahantong ang pangunahing pass. Ngunit kung minsan iyon mismo ang kailangan mo! Ito ay kung paano gumagana ang mga catalyst, na tinatawag na selective. Malinaw na hindi na kailangang sunugin ang ammonia at nitrogen, ngunit ang nitric oxide (II) ay nagagamit sa paggawa ng nitric acid.

Mga katalista- Ito ay mga sangkap na lumalahok sa isang kemikal na reaksyon at nagbabago ng bilis o direksyon nito, ngunit sa dulo ng reaksyon ay nananatiling hindi nagbabago sa dami at husay.

Ang pagbabago ng rate ng isang kemikal na reaksyon o direksyon nito sa tulong ng isang katalista ay tinatawag na catalysis. Ang mga katalista ay malawakang ginagamit sa iba't ibang industriya at sa transportasyon (mga catalytic converter na nagko-convert ng mga nitrogen oxide sa mga gas na tambutso ng sasakyan sa hindi nakakapinsalang nitrogen).

Mayroong dalawang uri ng catalysis.

homogenous catalysis, kung saan ang catalyst at ang mga reactant ay nasa parehong estado ng pagsasama-sama (phase).

heterogenous catalysis kung saan ang catalyst at reactants ay nasa iba't ibang phase. Halimbawa, ang agnas ng hydrogen peroxide sa pagkakaroon ng solid manganese (IV) oxide catalyst:

Ang katalista mismo ay hindi natupok bilang isang resulta ng reaksyon, ngunit kung ang iba pang mga sangkap ay na-adsorbed sa ibabaw nito (tinatawag silang mga catalytic poisons), kung gayon ang ibabaw ay nagiging hindi gumagana, at kinakailangan ang pagbabagong-buhay ng katalista. Samakatuwid, bago isagawa ang catalytic reaction, ang mga panimulang materyales ay lubusan na nililinis.

Halimbawa, sa paggawa ng sulfuric acid sa pamamagitan ng paraan ng pakikipag-ugnay, ginagamit ang isang solidong katalista - vanadium (V) oxide V 2 O 5:

Sa paggawa ng methanol, ginagamit ang solidong "zinc-chromium" catalyst (8ZnO Cr 2 O 3 x CrO 3):

Ang mga biological catalysts - enzymes - ay gumagana nang napakabisa. Sa likas na kemikal, ito ay mga protina. Salamat sa kanila, ang mga kumplikadong reaksyon ng kemikal ay nagpapatuloy sa isang mataas na bilis sa mga buhay na organismo sa mababang temperatura.

Ang iba pang mga kagiliw-giliw na sangkap ay kilala - mga inhibitor (mula sa Latin na inhibere - upang maantala). Ang mga ito ay tumutugon sa mga aktibong particle sa isang mataas na rate upang bumuo ng mga hindi aktibong compound. Bilang resulta, ang reaksyon ay bumagal nang husto at pagkatapos ay huminto. Ang mga inhibitor ay kadalasang partikular na idinaragdag sa iba't ibang mga sangkap upang maiwasan ang mga hindi gustong proseso.

Halimbawa, ang mga solusyon sa hydrogen peroxide ay nagpapatatag sa mga inhibitor.

Ang likas na katangian ng mga reactant (ang kanilang komposisyon, istraktura)

Ibig sabihin activation energy ay ang kadahilanan kung saan ang impluwensya ng likas na katangian ng mga tumutugon na sangkap sa rate ng reaksyon ay apektado.

Kung mababa ang activation energy (< 40 кДж/моль), то это означает, что значительная часть столкнове­ний между частицами реагирующих веществ при­водит к их взаимодействию, и скорость такой ре­акции очень большая. Все реакции ионного обмена протекают практически мгновенно, ибо в этих ре­акциях участвуют разноименно заряженные ионы, и энергия активации в данных случаях ничтожно мала.

Kung mataas ang activation energy(> 120 kJ/mol), nangangahulugan ito na ang hindi gaanong bahagi lamang ng mga banggaan sa pagitan ng mga partikulo ay humahantong sa isang reaksyon. Ang rate ng naturang reaksyon ay samakatuwid ay napakabagal. Halimbawa, ang pag-unlad ng reaksyon ng ammonia synthesis sa ordinaryong temperatura ay halos imposibleng mapansin.

Kung ang mga activation energies ng mga reaksiyong kemikal ay may mga intermediate na halaga (40120 kJ/mol), kung gayon ang mga rate ng naturang mga reaksyon ay magiging karaniwan. Kasama sa mga naturang reaksyon ang pakikipag-ugnayan ng sodium sa tubig o ethyl alcohol, ang decolorization ng bromine water na may ethylene, ang pakikipag-ugnayan ng zinc sa hydrochloric acid, atbp.

Kontakin ang ibabaw ng mga reactant

Ang rate ng mga reaksyon na nagaganap sa ibabaw ng mga sangkap, i.e., heterogenous, ay nakasalalay, ang iba pang mga bagay ay pantay, sa mga katangian ng ibabaw na ito. Ito ay kilala na ang powdered chalk ay mas mabilis na natutunaw sa hydrochloric acid kaysa sa isang pantay na piraso ng masa ng chalk.

Ang pagtaas sa rate ng reaksyon ay pangunahing dahil sa pagtaas sa contact surface ng mga panimulang sangkap, pati na rin ang maraming iba pang mga kadahilanan, halimbawa, isang paglabag sa istraktura ng "tamang" kristal na sala-sala. Ito ay humahantong sa katotohanan na ang mga particle sa ibabaw ng nabuong microcrystals ay mas reaktibo kaysa sa parehong mga particle sa isang "makinis" na ibabaw.

Sa industriya, para sa pagsasagawa ng mga heterogenous na reaksyon, ang isang "fluidized bed" ay ginagamit upang madagdagan ang contact surface ng mga reactant, ang supply ng mga panimulang materyales at ang pag-alis ng mga produkto. Halimbawa, sa paggawa ng sulfuric acid sa tulong ng isang "fluidized bed", ang pyrite ay inihaw.

Sangguniang materyal para sa pagpasa sa pagsusulit:

periodic table

Talahanayan ng solubility