Nghiên cứu tốc độ của một phản ứng hóa học và các điều kiện ảnh hưởng đến sự thay đổi của nó là một trong những lĩnh vực của hóa lý - động học hóa học. Cô cũng xem xét cơ chế của những phản ứng này và giá trị nhiệt động lực học của chúng. Những nghiên cứu này không chỉ quan trọng cho mục đích khoa học mà còn để kiểm soát sự tương tác của các thành phần trong lò phản ứng trong quá trình sản xuất tất cả các loại chất.

Khái niệm về tốc độ trong hóa học

Thông thường gọi tốc độ phản ứng là sự thay đổi nhất định nồng độ của các hợp chất đã tham gia phản ứng (ΔС) trên một đơn vị thời gian (Δt). Công thức toán học cho tốc độ của một phản ứng hóa học như sau:

ᴠ = ± ∆C / ∆t.

Tốc độ phản ứng được đo bằng mol / l s nếu nó xảy ra trong toàn bộ thể tích (tức là phản ứng là đồng nhất) và tính bằng mol / m 2 s nếu tương tác xảy ra trên bề mặt phân cách giữa các pha (nghĩa là, phản ứng là không đồng nhất). Dấu "-" trong công thức đề cập đến sự thay đổi giá trị nồng độ của các chất phản ứng ban đầu và dấu "+" - đối với giá trị thay đổi nồng độ của các sản phẩm của cùng một phản ứng.

Ví dụ về các phản ứng ở các tốc độ khác nhau

Các tương tác hóa học có thể xảy ra với các tỷ lệ khác nhau. Do đó, tốc độ phát triển của thạch nhũ, tức là sự hình thành canxi cacbonat, chỉ là 0,5 mm mỗi 100 năm. Một số phản ứng sinh hóa diễn ra chậm, chẳng hạn như quá trình quang hợp và tổng hợp protein. Quá trình ăn mòn kim loại diễn ra với tốc độ khá thấp.

Tốc độ trung bình có thể được đặc trưng bởi các phản ứng đòi hỏi từ một đến vài giờ. Một ví dụ là nấu ăn, đi kèm với sự phân hủy và biến đổi của các hợp chất có trong các sản phẩm. Tổng hợp các polyme riêng lẻ đòi hỏi phải đun nóng hỗn hợp phản ứng trong một thời gian nhất định.

Một ví dụ về phản ứng hóa học, tốc độ của nó khá cao, có thể dùng như phản ứng trung hòa, tương tác của natri bicacbonat với dung dịch axit axetic, kèm theo sự giải phóng khí cacbonic. Chúng ta cũng có thể đề cập đến sự tương tác của bari nitrat với natri sulfat, trong đó quan sát thấy sự kết tủa của bari sulfat không hòa tan.

Một số lượng lớn các phản ứng có thể xảy ra với tốc độ cực nhanh và kèm theo một vụ nổ. Một ví dụ cổ điển là sự tương tác của kali với nước.

Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng hóa học

Điều đáng chú ý là các chất giống nhau có thể phản ứng với nhau với tốc độ khác nhau. Vì vậy, ví dụ, một hỗn hợp khí oxy và hydro có thể không có dấu hiệu tương tác trong một thời gian khá dài, tuy nhiên, khi vật chứa bị lắc hoặc va đập, phản ứng sẽ trở nên nổ. Do đó, động học hóa học đã xác định một số yếu tố có khả năng ảnh hưởng đến tốc độ của một phản ứng hóa học. Bao gồm các:

• bản chất của các chất tương tác;
• nồng độ của thuốc thử;
• thay đổi nhiệt độ;
• sự hiện diện của một chất xúc tác;
• sự thay đổi áp suất (đối với chất khí);
• diện tích tiếp xúc của các chất (nếu chúng ta nói về phản ứng dị thể).

Ảnh hưởng của bản chất vật chất

Sự khác biệt đáng kể như vậy về tốc độ của các phản ứng hóa học được giải thích bởi các giá trị khác nhau của năng lượng hoạt hóa (E a). Nó được hiểu là một lượng năng lượng dư thừa nhất định so với giá trị trung bình của nó mà một phân tử yêu cầu trong một vụ va chạm để phản ứng xảy ra. Nó được đo bằng kJ / mol và các giá trị \ u200b \ u200 thường nằm trong khoảng 50-250.

Người ta thường chấp nhận rằng nếu E a \ u003d 150 kJ / mol cho bất kỳ phản ứng nào thì ở n. y. nó thực tế không chảy. Năng lượng này được sử dụng để khắc phục lực đẩy giữa các phân tử của các chất và làm suy yếu các liên kết trong các chất ban đầu. Nói cách khác, năng lượng hoạt hóa đặc trưng cho độ bền của liên kết hóa học trong các chất. Bằng giá trị của năng lượng hoạt hóa, người ta có thể ước tính sơ bộ tốc độ của một phản ứng hóa học:

• 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, chỉ một phần rất nhỏ va chạm của các hạt sẽ dẫn đến phản ứng, và tốc độ của nó sẽ thấp.

Ảnh hưởng của sự tập trung

Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nồng độ được đặc trưng chính xác nhất bởi định luật tác dụng khối lượng (LMA), quy luật này phát biểu:

Tốc độ của một phản ứng hóa học tỷ lệ thuận với tích của nồng độ của các chất tham gia phản ứng, các giá trị của chúng được tính theo lũy thừa tương ứng với hệ số cân của chúng.

Định luật này phù hợp với các phản ứng một giai đoạn cơ bản, hoặc bất kỳ giai đoạn nào của sự tương tác của các chất, được đặc trưng bởi một cơ chế phức tạp.

Nếu bạn muốn xác định tốc độ của một phản ứng hóa học, phương trình của nó có thể được viết theo điều kiện là:

αА + bB = ϲС, khi đó,

Theo công thức của định luật đã nêu ở trên, tốc độ có thể được tìm thấy bằng phương trình:

V = k [A] a [B] b, trong đó

a và b là hệ số cân bằng,

[A] và [B] - nồng độ của các hợp chất ban đầu,

k là hằng số tốc độ của phản ứng được đề cập.

Ý nghĩa của hệ số tốc độ của phản ứng hóa học là giá trị của nó sẽ bằng tốc độ nếu nồng độ của các hợp chất bằng đơn vị. Cần lưu ý rằng để tính toán chính xác theo công thức này, cần phải tính đến trạng thái tổng hợp của các thuốc thử. Nồng độ chất rắn được giả định là một thể thống nhất và không được đưa vào phương trình vì nó không đổi trong quá trình phản ứng. Do đó, chỉ có nồng độ của chất lỏng và chất khí được đưa vào tính toán theo MDM. Vì vậy, đối với phản ứng thu được silic đioxit từ các chất đơn giản, được mô tả bằng phương trình

Si (TV) + Ο 2 (g) \ u003d SiΟ 2 (TV),

tốc độ sẽ được xác định theo công thức:

Nhiệm vụ điển hình

Tốc độ của phản ứng hóa học của nitơ monoxit với oxi sẽ thay đổi như thế nào nếu nồng độ của các hợp chất ban đầu tăng gấp đôi?

Giải: Quá trình này tương ứng với phương trình phản ứng:

2ΝΟ + Ο 2 = 2ΝΟ 2.

Hãy viết biểu thức cho tốc độ phản ứng ban đầu (ᴠ 1) và cuối cùng (ᴠ 2):

ᴠ 1 = k [ΝΟ] 2 [Ο 2] và

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.

Trả lời: tăng lên 8 lần.

Hiệu ứng nhiệt độ

Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng hóa học vào nhiệt độ đã được xác định bằng thực nghiệm bởi nhà khoa học Hà Lan J. H. Van't Hoff. Ông phát hiện ra rằng tốc độ của nhiều phản ứng tăng 2-4 lần với mỗi lần nhiệt độ tăng 10 độ. Đối với quy tắc này, có một biểu thức toán học giống như sau:

ᴠ 2 = ᴠ 1 γ (Τ2-Τ1) / 10, trong đó

ᴠ 1 và ᴠ 2 - tốc độ tương ứng ở nhiệt độ Τ 1 và Τ 2;

γ - hệ số nhiệt độ, bằng 2-4.

Đồng thời, quy tắc này không giải thích cơ chế ảnh hưởng của nhiệt độ đến giá trị của tốc độ của một phản ứng cụ thể và không mô tả toàn bộ tập hợp các quy luật. Hợp lý khi kết luận rằng với sự gia tăng nhiệt độ, chuyển động hỗn loạn của các hạt tăng lên và điều này dẫn đến số lượng va chạm của chúng lớn hơn. Tuy nhiên, điều này không ảnh hưởng đặc biệt đến hiệu quả của va chạm phân tử, vì nó phụ thuộc chủ yếu vào năng lượng hoạt hóa. Ngoài ra, một vai trò quan trọng trong hiệu quả của va chạm hạt được đóng bởi sự tương ứng trong không gian của chúng với nhau.

Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng hóa học vào nhiệt độ, có tính đến bản chất của thuốc thử, tuân theo phương trình Arrhenius:

k \ u003d A 0 e -Ea / RΤ, trong đó

A o là một cấp số nhân;

E a - năng lượng hoạt hóa.

Ví dụ về một nhiệm vụ theo luật van't Hoff

Cần thay đổi nhiệt độ như thế nào để tốc độ của một phản ứng hóa học có hệ số nhiệt độ bằng 3, tăng 27 lần?

Dung dịch. Hãy sử dụng công thức

ᴠ 2 = ᴠ 1 γ (Τ2-Τ1) / 10.

Từ điều kiện ᴠ 2 / ᴠ 1 = 27, và γ = 3. Bạn cần tìm ΔΤ = Τ 2 -Τ 1.

Biến đổi công thức ban đầu, chúng ta nhận được:

V 2 / V 1 \ u003d γ ΔΤ / 10.

Ta thay các giá trị: 27 = 3 ΔΤ / 10.

Từ đó rõ ràng rằng ΔΤ / 10 = 3 và ΔΤ = 30.

Trả lời: nên tăng nhiệt độ lên 30 độ.

Ảnh hưởng của chất xúc tác

Trong hóa lý, tốc độ của các phản ứng hóa học cũng được nghiên cứu tích cực bởi một phần gọi là xúc tác. Ông quan tâm đến việc làm thế nào và tại sao một lượng tương đối nhỏ của một số chất nhất định lại làm tăng đáng kể tỷ lệ tương tác của những người khác. Các chất có thể tăng tốc độ phản ứng nhưng bản thân chúng không bị tiêu thụ được gọi là chất xúc tác.

Người ta đã chứng minh rằng các chất xúc tác tự thay đổi cơ chế của tương tác hóa học, góp phần làm xuất hiện các trạng thái chuyển tiếp mới, được đặc trưng bởi độ cao rào cản năng lượng thấp hơn. Đó là, chúng góp phần làm giảm năng lượng hoạt hóa, và do đó làm tăng số lượng các tác động hạt hiệu quả. Một chất xúc tác không thể gây ra một phản ứng bất khả thi về mặt năng lượng.

Vì vậy, hydrogen peroxide có thể phân hủy với sự hình thành của oxy và nước:

H 2 Ο 2 \ u003d H 2 Ο + Ο 2.

Nhưng phản ứng này diễn ra rất chậm và trong tủ thuốc của chúng tôi tồn tại không thay đổi trong một thời gian khá dài. Khi chỉ mở những lọ peroxide rất cũ, bạn có thể thấy một tiếng bật nhỏ do áp suất oxy trên thành bình gây ra. Việc bổ sung chỉ một vài hạt magie oxit sẽ tạo ra quá trình giải phóng khí hoạt động.

Phản ứng phân hủy peroxit tương tự nhưng dưới tác dụng của men catalaza xảy ra trong quá trình xử lý vết thương. Trong cơ thể sống có nhiều chất khác nhau làm tăng tốc độ phản ứng sinh hoá. Chúng được gọi là enzym.

Các chất ức chế có tác dụng ngược lại đối với quá trình phản ứng. Tuy nhiên, điều này không phải lúc nào cũng xấu. Chất ức chế được sử dụng để bảo vệ các sản phẩm kim loại khỏi bị ăn mòn, để kéo dài thời hạn sử dụng của thực phẩm, ví dụ, để ngăn chặn quá trình oxy hóa chất béo.

Khu vực tiếp xúc chất

Trong trường hợp tương tác xảy ra giữa các hợp chất có trạng thái tập hợp khác nhau, hoặc giữa các chất không có khả năng tạo thành môi trường đồng nhất (chất lỏng không trộn lẫn) thì yếu tố này cũng ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ phản ứng hóa học. Điều này là do thực tế là các phản ứng dị thể được thực hiện trực tiếp tại mặt phân cách giữa các pha của các chất tương tác. Rõ ràng, ranh giới này càng rộng thì càng nhiều hạt có cơ hội va chạm và phản ứng càng nhanh.

Ví dụ, nó diễn ra nhanh hơn nhiều ở dạng chip nhỏ so với dạng nhật ký. Với mục đích tương tự, nhiều chất rắn được nghiền thành bột mịn trước khi thêm vào dung dịch. Vì vậy, phấn bột (canxi cacbonat) tác dụng với axit clohiđric nhanh hơn một miếng cùng khối lượng. Tuy nhiên, ngoài việc tăng diện tích, kỹ thuật này còn dẫn đến sự phá vỡ hỗn loạn của mạng tinh thể của chất, nghĩa là nó làm tăng khả năng phản ứng của các hạt.

Về mặt toán học, tốc độ của một phản ứng hóa học dị thể được tìm thấy là sự thay đổi lượng chất (Δν) xảy ra trên một đơn vị thời gian (Δt) trên một đơn vị bề mặt

(S): V = Δν / (S Δt).

Ảnh hưởng áp lực

Sự thay đổi áp suất trong hệ chỉ ảnh hưởng khi các chất khí tham gia phản ứng. Sự gia tăng áp suất đi kèm với sự gia tăng các phân tử của một chất trên một đơn vị thể tích, tức là nồng độ của nó tăng theo tỷ lệ thuận. Ngược lại, áp suất giảm dẫn đến nồng độ thuốc thử giảm tương đương. Trong trường hợp này, công thức tương ứng với ZDM phù hợp để tính tốc độ của phản ứng hóa học.

Một nhiệm vụ. Tốc độ của phản ứng được mô tả bằng phương trình sẽ tăng lên như thế nào

2ΝΟ + Ο 2 = 2ΝΟ 2,

nếu thể tích của một hệ kín giảm đi một hệ số ba (T = const)?

Dung dịch. Khi thể tích giảm, áp suất tăng tỷ lệ thuận. Hãy viết biểu thức cho tốc độ phản ứng ban đầu (V 1) và cuối cùng (V 2):

V 1 = k 2 [Ο 2] và

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

Để biết tốc độ mới lớn hơn tốc độ ban đầu bao nhiêu lần, bạn nên chia phần bên trái và bên phải của biểu thức:

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

Các giá trị nồng độ và hằng số tốc độ được giảm xuống, và vẫn:

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

Trả lời: vận tốc đã tăng lên 27 lần.

Tóm lại, cần lưu ý rằng tốc độ tương tác của các chất, hay nói đúng hơn là số lượng và chất lượng va chạm của các hạt của chúng, bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố. Trước hết, đó là năng lượng hoạt hóa và dạng hình học của phân tử, những thứ gần như không thể sửa được. Đối với các điều kiện còn lại, để tăng tốc độ phản ứng thì:

• tăng nhiệt độ của môi trường phản ứng;
• tăng nồng độ của các hợp chất ban đầu;
• tăng áp suất trong hệ thống hoặc giảm thể tích của nó, nếu chúng ta đang nói về chất khí;
• đưa các chất khác nhau về một trạng thái tập hợp (ví dụ, bằng cách hòa tan trong nước) hoặc tăng diện tích tiếp xúc của chúng.

Tốc độ của một phản ứng hóa học là sự thay đổi nồng độ của các chất phản ứng trong một đơn vị thời gian.

Trong các phản ứng đồng nhất, không gian phản ứng dùng để chỉ thể tích của bình phản ứng, và trong các phản ứng dị thể, bề mặt diễn ra phản ứng. Nồng độ của các chất phản ứng thường được biểu thị bằng mol / l - số mol chất có trong 1 lít dung dịch.

Tốc độ của một phản ứng hóa học phụ thuộc vào bản chất của chất phản ứng, nồng độ, nhiệt độ, áp suất, bề mặt tiếp xúc của các chất và bản chất của nó, sự có mặt của chất xúc tác.

Sự gia tăng nồng độ của các chất tham gia vào một tương tác hóa học dẫn đến tăng tốc độ của một phản ứng hóa học. Điều này là do tất cả các phản ứng hóa học diễn ra giữa một số lượng nhất định các hạt phản ứng (nguyên tử, phân tử, ion). Các hạt này càng nhiều trong thể tích của không gian phản ứng, chúng càng thường xuyên va chạm và xảy ra tương tác hóa học. Một phản ứng hóa học có thể xảy ra thông qua một hoặc nhiều hành động cơ bản (va chạm). Dựa vào phương trình phản ứng, có thể viết biểu thức cho sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nồng độ của các chất phản ứng. Nếu chỉ có một phân tử tham gia vào một hành động cơ bản (trong một phản ứng phân hủy), sự phụ thuộc sẽ giống như sau:

v= k * [A]

Đây là phương trình cho một phản ứng đơn phân tử. Khi hai phân tử khác nhau tương tác trong một hành động cơ bản, sự phụ thuộc có dạng:

v= k * [A] * [B]

Phản ứng được gọi là lưỡng phân tử. Trong trường hợp ba phân tử va chạm, biểu thức có giá trị:

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

Phản ứng được gọi là ba phân tử. Hệ số chỉ định:

v — tốc độ phản ứng;

[A], [B], [C] là nồng độ của các chất phản ứng;

k là hệ số tỉ lệ; được gọi là hằng số tốc độ của phản ứng.

Nếu nồng độ của các chất phản ứng bằng một (1 mol / l) hoặc sản phẩm của chúng bằng một, thì v = k .. Hằng số tốc độ phụ thuộc vào bản chất của các chất phản ứng và vào nhiệt độ. Sự phụ thuộc của tốc độ của các phản ứng đơn giản (tức là các phản ứng xảy ra thông qua một hành động cơ bản) vào nồng độ được mô tả bởi định luật tác dụng của khối lượng: tốc độ của một phản ứng hóa học tỷ lệ thuận với tích của nồng độ của các chất phản ứng được nâng lên lũy thừa của hệ số cân bằng của chúng.

Ví dụ, hãy phân tích phản ứng 2NO + O 2 = 2NO 2.

Trong cô ấy v= k * 2 *

Trong trường hợp phương trình của một phản ứng hóa học không tương ứng với một hành động tương tác cơ bản mà chỉ phản ánh mối quan hệ giữa khối lượng của các chất đã phản ứng và được tạo thành, thì các bậc của nồng độ sẽ không bằng các hệ số ở phía trước công thức của các chất tương ứng trong phương trình phản ứng. Đối với một phản ứng xảy ra trong nhiều giai đoạn, tốc độ phản ứng được xác định bằng tốc độ của giai đoạn chậm nhất (giới hạn).

Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nồng độ của chất phản ứng có giá trị đối với chất khí và phản ứng diễn ra trong dung dịch. Các phản ứng liên quan đến chất rắn không tuân theo quy luật tác dụng của khối lượng, vì tương tác của các phân tử chỉ xảy ra ở bề mặt phân cách. Do đó, tốc độ của phản ứng dị thể cũng phụ thuộc vào kích thước và bản chất của bề mặt tiếp xúc của các pha phản ứng. Bề mặt càng lớn thì phản ứng tiến hành càng nhanh.

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng hóa học

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ của một phản ứng hóa học được xác định theo quy tắc van't Hoff: với sự gia tăng nhiệt độ cứ sau 10 ° C thì tốc độ phản ứng tăng lên 2-4 lần. Về mặt toán học, quy tắc này được chuyển tải bằng phương trình sau:

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

ở đâu v t1 và v t2 - tốc độ phản ứng ở nhiệt độ t2 và t1; g - hệ số nhiệt độ của phản ứng - một con số cho biết tốc độ phản ứng tăng lên bao nhiêu lần khi nhiệt độ tăng trong mỗi 10 ° C. Sự phụ thuộc đáng kể của tốc độ phản ứng hóa học vào nhiệt độ được giải thích là do sự hình thành chất mới không xảy ra với mọi va chạm của các phân tử tham gia phản ứng. Chỉ những phân tử tương tác (phân tử hoạt động) mới có đủ năng lượng để phá vỡ liên kết trong các hạt ban đầu. Do đó, mỗi phản ứng được đặc trưng bởi một hàng rào năng lượng. Để vượt qua nó, phân tử cần năng lương̣̣ kich hoaṭ - một số năng lượng dư thừa mà một phân tử phải có để va chạm của nó với một phân tử khác dẫn đến sự hình thành một chất mới. Khi nhiệt độ tăng, số lượng phân tử hoạt động tăng nhanh, dẫn đến tốc độ phản ứng tăng mạnh theo quy tắc van't Hoff. Năng lượng hoạt hóa cho từng phản ứng cụ thể phụ thuộc vào bản chất của các chất phản ứng.

Lý thuyết về va chạm chủ động cho phép giải thích sự ảnh hưởng của một số yếu tố đến tốc độ của một phản ứng hóa học. Các quy định chính của lý thuyết này:

• Phản ứng xảy ra khi các hạt của chất phản ứng có một năng lượng nhất định va chạm vào nhau.
• Càng nhiều hạt thuốc thử, càng gần nhau, chúng càng dễ xảy ra va chạm và phản ứng.
• Chỉ những va chạm hiệu quả mới dẫn đến phản ứng, tức là những mối quan hệ mà "mối quan hệ cũ" bị phá hủy hoặc suy yếu và do đó những mối quan hệ "mới" có thể hình thành. Để làm được điều này, các hạt phải có đủ năng lượng.
• Năng lượng dư thừa tối thiểu cần thiết để va chạm hiệu quả của các hạt phản ứng được gọi là năng lượng hoạt hóa Ea.
• Hoạt động của các chất hóa học được thể hiện ở năng lượng hoạt hóa thấp của các phản ứng liên quan đến chúng. Năng lượng hoạt hóa càng thấp thì tốc độ phản ứng càng cao. Ví dụ, trong các phản ứng giữa cation và anion, năng lượng hoạt hóa rất thấp, vì vậy các phản ứng như vậy diễn ra gần như ngay lập tức.

Ảnh hưởng của chất xúc tác

Một trong những phương tiện hiệu quả nhất để ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng hóa học là sử dụng chất xúc tác. Đến chất xúc tác -Đây là những chất làm thay đổi tốc độ của phản ứng, đến cuối quá trình vẫn không thay đổi về thành phần và khối lượng. Nói cách khác, tại thời điểm xảy ra phản ứng, chất xúc tác tích cực tham gia vào quá trình hóa học, nhưng khi kết thúc phản ứng, các chất phản ứng thay đổi thành phần hóa học, chuyển thành sản phẩm và chất xúc tác được giải phóng ở dạng ban đầu. Thông thường vai trò của chất xúc tác là làm tăng tốc độ của phản ứng, mặc dù một số chất xúc tác không làm tăng tốc độ, nhưng làm chậm quá trình. Hiện tượng tăng tốc của các phản ứng hóa học do sự có mặt của chất xúc tác được gọi là xúc tác, và làm chậm ức chế.

Một số chất không có tác dụng xúc tác, nhưng chất phụ gia của chúng làm tăng mạnh khả năng xúc tác của xúc tác. Những chất như vậy được gọi là người quảng bá. Các chất khác (chất độc xúc tác) làm giảm hoặc thậm chí ngăn chặn hoàn toàn hoạt động của chất xúc tác, quá trình này được gọi là ngộ độc chất xúc tác.

Có hai loại xúc tác: đồng nhất và không đồng nhất. Tại xúc tác đồng nhất chất phản ứng, sản phẩm và chất xúc tác tạo thành một pha (khí hoặc lỏng). Trong trường hợp này, không có mặt phân cách giữa chất xúc tác và các chất phản ứng.

Đặc thù xúc tác không đồng nhất là chất xúc tác (thường là chất rắn) ở trạng thái pha khác với chất phản ứng và sản phẩm phản ứng. Phản ứng thường phát triển trên bề mặt của chất rắn.

Trong xúc tác đồng thể, các sản phẩm trung gian được hình thành giữa chất xúc tác và chất phản ứng là kết quả của phản ứng có năng lượng hoạt hóa thấp hơn. Trong xúc tác dị thể, tốc độ tăng được giải thích là do sự hấp phụ của các chất phản ứng trên bề mặt xúc tác. Kết quả là nồng độ của chúng tăng lên và tốc độ phản ứng tăng.

Một trường hợp đặc biệt của xúc tác là thẩm phân tự động.Ý nghĩa của nó nằm ở chỗ, quá trình hóa học được tăng tốc bởi một trong các sản phẩm phản ứng.

Trong cuộc sống, chúng ta phải đối mặt với những phản ứng hóa học khác nhau. Một số trong số chúng, giống như gỉ sắt, có thể tồn tại trong vài năm. Một số khác, chẳng hạn như quá trình lên men đường thành rượu, mất vài tuần. Củi trong bếp cháy hết trong vài giờ, và xăng trong động cơ cháy hết trong tích tắc.

Để giảm chi phí thiết bị, các nhà máy hóa chất tăng tốc độ phản ứng. Và một số quá trình, chẳng hạn như hư hỏng thực phẩm, ăn mòn kim loại, cần được làm chậm lại.

Tốc độ của một phản ứng hóa học có thể được diễn đạt như thay đổi lượng vật chất (n, modulo) trên một đơn vị thời gian (t) - so sánh tốc độ của một vật chuyển động trong vật lý với sự thay đổi tọa độ trên một đơn vị thời gian: υ = Δx / Δt. Để tốc độ không phụ thuộc vào thể tích của bình mà phản ứng xảy ra, ta chia biểu thức cho thể tích các chất tham gia (v), tức là ta thu được thay đổi số lượng của một chất trên một đơn vị thời gian trên một đơn vị thể tích, hoặc thay đổi nồng độ của một trong các chất trên một đơn vị thời gian:

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

trong đó c = n / v là nồng độ của chất,

Δ (phát âm là "delta") là ký hiệu thường được chấp nhận cho sự thay đổi về độ lớn.

Nếu các chất có hệ số khác nhau trong phương trình, tốc độ phản ứng của mỗi chất, được tính theo công thức này, sẽ khác nhau. Ví dụ, 2 mol lưu huỳnh đioxit phản ứng hoàn toàn với 1 mol oxi trong 10 giây trong 1 lít:

2SO 2 + O 2 \ u003d 2SO 3

Vận tốc oxy sẽ là: υ \ u003d 1: (10 1) \ u003d 0,1 mol / l s

Tốc độ khí chua: υ \ u003d 2: (10 1) \ u003d 0,2 mol / l s- điều này không cần phải ghi nhớ và nói trong kỳ thi, một ví dụ được đưa ra để không bị nhầm lẫn nếu câu hỏi này phát sinh.

Tốc độ phản ứng dị thể (liên quan đến chất rắn) thường được biểu thị trên một đơn vị diện tích bề mặt tiếp xúc:

Δn
υ = –––––– (2)
Δt S

Các phản ứng được gọi là dị thể khi các chất phản ứng ở các pha khác nhau:

• một chất rắn với một chất rắn, chất lỏng hoặc chất khí khác,
• hai chất lỏng không thể trộn lẫn
• chất lỏng khí.

Phản ứng đồng thể xảy ra giữa các chất trong cùng một pha:

• giữa các chất lỏng dễ trộn lẫn,
• khí,
• chất trong dung dịch.

Các điều kiện ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng hóa học

1) Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào bản chất của các chất phản ứng. Nói một cách đơn giản, các chất khác nhau phản ứng với tốc độ khác nhau. Ví dụ, kẽm phản ứng mạnh với axit clohydric, trong khi sắt phản ứng khá chậm.

2) Tốc độ phản ứng càng lớn, càng cao nồng độ vật liệu xây dựng. Với một axit quá loãng, kẽm sẽ mất nhiều thời gian hơn để phản ứng.

3) Tốc độ phản ứng tăng đáng kể khi tăng nhiệt độ. Ví dụ, để đốt cháy nhiên liệu, cần phải đốt cháy nó, tức là phải tăng nhiệt độ. Đối với nhiều phản ứng, việc tăng nhiệt độ thêm 10 ° C đi kèm với việc tăng tốc độ theo hệ số 2-4.

4) Tốc độ không đồng nhất phản ứng tăng khi tăng bề mặt của chất phản ứng. Chất rắn cho việc này thường được nghiền nhỏ. Ví dụ, để bột sắt và lưu huỳnh phản ứng khi nung nóng, sắt phải ở dạng mùn cưa nhỏ.

Lưu ý rằng công thức (1) được ngụ ý trong trường hợp này! Công thức (2) biểu thị tốc độ trên một đơn vị diện tích, do đó nó không thể phụ thuộc vào diện tích.

5) Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào sự có mặt của chất xúc tác hoặc chất ức chế.

Chất xúc tác Các chất làm tăng tốc độ phản ứng hóa học nhưng bản thân chúng không bị tiêu hao. Một ví dụ là sự phân hủy nhanh chóng của hydrogen peroxide với việc bổ sung chất xúc tác - mangan (IV) oxit:

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

Mangan (IV) oxit vẫn còn ở dưới đáy và có thể được tái sử dụng.

Chất ức chế- chất làm chậm phản ứng. Ví dụ, để kéo dài tuổi thọ của đường ống và pin, chất ức chế ăn mòn được thêm vào hệ thống đun nước. Trong ô tô, chất ức chế ăn mòn được thêm vào dầu phanh.

Thêm một vài ví dụ.

Hệ thống. Nhưng giá trị này không phản ánh khả năng thực sự của phản ứng, tốc độ, vận tốc và cơ chế.

Để biểu diễn đầy đủ một phản ứng hóa học, người ta phải có kiến ​​thức về những dạng thời gian tồn tại trong quá trình thực hiện nó, tức là tốc độ phản ứng hóa học và cơ chế chi tiết của nó. Tốc độ và cơ chế của các nghiên cứu phản ứng động học hóa học khoa học về quá trình hóa học.

Về mặt động học hóa học, phản ứng có thể được phân loại thành đơn giản và phức tạp.

phản ứng đơn giản- các quá trình xảy ra mà không có sự hình thành các hợp chất trung gian. Theo số lượng các hạt tham gia vào nó, chúng được chia thành một phân tử, hai phân tử, ba phân tử. Sự va chạm của nhiều hơn 3 hạt là không thể xảy ra, vì vậy các phản ứng 3 phân tử là khá hiếm, còn các phản ứng 4 phân tử thì chưa biết. Phản ứng phức tạp- các quá trình bao gồm một số phản ứng cơ bản.

Bất kỳ quá trình nào cũng diễn ra với tốc độ vốn có của nó, có thể được xác định bởi những thay đổi xảy ra trong một khoảng thời gian nhất định. ở giữa tốc độ phản ứng hóa họcđược biểu thị bằng sự thay đổi về lượng của một chất N chất tiêu thụ hoặc nhận được trên một đơn vị thể tích V trên một đơn vị thời gian t.

υ = ± dn/ dt· V

Nếu chất bị tiêu hao thì ta đặt dấu "-", nếu chất tích tụ - "+"

Ở khối lượng không đổi:

υ = ± DC/ dt,

Tốc độ phản ứng đơn vị mol / l s

Nói chung, υ là một giá trị không đổi và không phụ thuộc vào chất nào chúng ta đang theo dõi trong phản ứng.

Sự phụ thuộc của nồng độ thuốc thử hoặc sản phẩm vào thời gian phản ứng được trình bày như đường cong động học, trông giống như:

Sẽ thuận tiện hơn khi tính υ từ dữ liệu thực nghiệm nếu các biểu thức trên được chuyển thành biểu thức sau:

Quy luật quần chúng tích cực. Thứ tự và hằng số tốc độ của phản ứng

Một trong những từ ngữ Luật hành động tập thể nghe như thế này: Tốc độ của một phản ứng hóa học đồng đẳng cơ bản tỷ lệ thuận với tích nồng độ của các chất phản ứng.

Nếu quá trình đang nghiên cứu được trình bày như sau:

a A + b B = sản phẩm

thì tốc độ của một phản ứng hóa học có thể được biểu thị phương trình động học:

υ = k [A] a [B] b hoặc

υ = k C a A C b B

Nơi đây [ Một] và [B] (C A vàC B) - nồng độ của thuốc thử,

a vàb là các hệ số cân bằng của một phản ứng đơn giản,

k là hằng số tốc độ phản ứng.

Ý nghĩa hóa học của đại lượng k- đây là phản ứng tốc độở các nồng độ đơn lẻ. Tức là nếu nồng độ của các chất A và B bằng 1 thì υ = k.

Cần lưu ý rằng trong các quá trình hóa học phức tạp, hệ số a vàb không phù hợp với những người đo phân vị.

Quy luật hành động của quần chúng được thực hiện trong một số điều kiện:

• Phản ứng được kích hoạt bằng nhiệt, tức là năng lượng chuyển động nhiệt.
• Nồng độ thuốc thử phân bố đều.
• Các thuộc tính và điều kiện của môi trường không thay đổi trong suốt quá trình.
• Thuộc tính môi trường không nên ảnh hưởng đến k.

Đối với các quy trình phức tạp Luật hành động tập thể không thể được áp dụng. Điều này có thể được giải thích bởi thực tế là một quá trình phức tạp bao gồm một số giai đoạn cơ bản và tốc độ của nó sẽ không được xác định bởi tổng tốc độ của tất cả các giai đoạn, mà bởi một trong những giai đoạn chậm nhất, được gọi là hạn chế.

Mỗi phản ứng đều có gọi món. Mục đích đơn đặt hàng riêng (một phần) bằng thuốc thử và đơn đặt hàng chung (đầy đủ). Ví dụ, trong biểu thức cho tốc độ của một phản ứng hóa học cho một quá trình

a A + b B = sản phẩm

υ = k·[ Một] một·[ B] b

một- sắp xếp bằng thuốc thử NHƯNG

b — đặt hàng bằng thuốc thử TẠI

Đơn hàng chung một + b = N

Vì quy trình đơn giản thứ tự phản ứng cho biết số lượng hạt phản ứng (trùng với hệ số phân tử) và nhận các giá trị nguyên. Vì quy trình phức tạp bậc của phản ứng không trùng với hệ số phân vị và có thể là bất kỳ.

Hãy xác định các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ của một phản ứng hóa học υ.

1. Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nồng độ của chất phản ứng

   được xác định bởi luật hành động của quần chúng: υ = k[ Một] một·[ B] b

Rõ ràng, với việc tăng nồng độ của các chất phản ứng, υ tăng lên, bởi vì số lần va chạm giữa các chất tham gia quá trình hoá học tăng lên. Hơn nữa, điều quan trọng là phải xem xét thứ tự của phản ứng: nếu nó n = 1đối với một số thuốc thử, thì tốc độ của nó tỷ lệ thuận với nồng độ của chất này. Nếu cho bất kỳ thuốc thử nào n = 2, sau đó tăng gấp đôi nồng độ của nó sẽ dẫn đến tốc độ phản ứng tăng 2 2 \ u003d 4 lần, và tăng nồng độ lên 3 lần sẽ làm tăng tốc độ phản ứng lên 3 2 \ u003d 9 lần.

Các phản ứng hóa học diễn ra ở các tốc độ khác nhau: ở tốc độ thấp - trong quá trình hình thành thạch nhũ và măng đá, ở tốc độ trung bình - khi nấu thức ăn, ngay lập tức - trong khi nổ. Các phản ứng trong dung dịch nước diễn ra rất nhanh.

Việc xác định tốc độ của một phản ứng hóa học, cũng như làm sáng tỏ sự phụ thuộc của nó vào các điều kiện của quá trình, là nhiệm vụ của động học hóa học - khoa học về các quy luật chi phối quá trình phản ứng hóa học trong thời gian.

Nếu phản ứng hóa học xảy ra trong môi trường đồng nhất, ví dụ, trong dung dịch hoặc trong pha khí, thì tương tác của các chất tham gia phản ứng xảy ra trong toàn bộ thể tích. Những phản ứng như vậy được gọi là đồng nhất.

(v homog) được định nghĩa là sự thay đổi lượng chất trong một đơn vị thời gian trên một đơn vị thể tích:

trong đó Δn là sự thay đổi số mol của một chất (thường là chất ban đầu, nhưng cũng có thể là sản phẩm phản ứng); Δt - khoảng thời gian (s, min); V là thể tích của khí hoặc dung dịch (l).

Vì tỉ số giữa lượng chất và thể tích là nồng độ mol C nên

Do đó, tốc độ của một phản ứng đồng thể được định nghĩa là sự thay đổi nồng độ của một trong các chất trên một đơn vị thời gian:

nếu khối lượng của hệ thống không thay đổi.

Nếu phản ứng xảy ra giữa các chất ở các trạng thái tập hợp khác nhau (ví dụ, giữa chất rắn và chất khí hoặc chất lỏng), hoặc giữa các chất không thể tạo thành môi trường đồng nhất (ví dụ, giữa các chất lỏng không trộn lẫn) thì phản ứng đó chỉ xảy ra. trên bề mặt tiếp xúc của các chất. Những phản ứng như vậy được gọi là không đồng nhất.

Nó được định nghĩa là sự thay đổi lượng chất trong một đơn vị thời gian trên một đơn vị bề mặt.

trong đó S là diện tích bề mặt tiếp xúc của các chất (m 2, cm 2).

Sự thay đổi về lượng của một chất mà tốc độ phản ứng được xác định là một yếu tố bên ngoài được quan sát bởi nhà nghiên cứu. Trên thực tế, tất cả các quá trình đều được thực hiện ở cấp độ vi mô. Rõ ràng, để một số hạt có thể phản ứng, trước hết chúng phải va chạm và va chạm hiệu quả: không phải để phân tán như những quả bóng theo các hướng khác nhau, nhưng theo cách mà các “liên kết cũ” trong các hạt bị phá hủy hoặc yếu đi và “ những cái mới "có thể hình thành.", và đối với điều này, các hạt phải có đủ năng lượng.

Dữ liệu được tính toán cho thấy, ví dụ, trong chất khí, va chạm của các phân tử ở áp suất khí quyển là hàng tỷ trên 1 giây, tức là tất cả các phản ứng lẽ ra phải diễn ra ngay lập tức. Nhưng nó không phải. Nó chỉ ra rằng chỉ một phần rất nhỏ của các phân tử có năng lượng cần thiết để tạo ra một vụ va chạm hiệu quả.

Năng lượng dư thừa tối thiểu mà một hạt (hoặc một cặp hạt) phải có để xảy ra va chạm hiệu quả được gọi là năng lương̣̣ kich hoaṭ Ea.

Như vậy, trên đường đi của tất cả các hạt tham gia phản ứng đều tồn tại một hàng rào năng lượng bằng năng lượng hoạt hóa E a. Khi nó nhỏ, có nhiều hạt có thể vượt qua nó, và tốc độ phản ứng cao. Nếu không, một "cú hích" là bắt buộc. Khi bạn mang một que diêm để thắp sáng đèn thần, bạn đã truyền thêm năng lượng, E a, cần thiết cho sự va chạm hiệu quả của các phân tử rượu với các phân tử oxy (vượt qua rào cản).

Tốc độ của một phản ứng hóa học phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Những yếu tố chính bao gồm: bản chất và nồng độ của chất phản ứng, áp suất (trong phản ứng có chất khí), nhiệt độ, tác dụng của chất xúc tác và bề mặt của chất phản ứng trong trường hợp phản ứng dị thể.

Nhiệt độ

Khi nhiệt độ tăng, trong hầu hết các trường hợp, tốc độ của một phản ứng hóa học tăng lên đáng kể. Trong thế kỷ 19 Nhà hóa học Hà Lan J. X. Van't Hoff đã đưa ra quy tắc:

Sự gia tăng nhiệt độ cứ sau mỗi 10 ° C dẫn đến sự gia tăngtốc độ phản ứng gấp 2-4 lần(giá trị này được gọi là hệ số nhiệt độ của phản ứng).

Khi nhiệt độ tăng, vận tốc trung bình của các phân tử, năng lượng của chúng và số lần va chạm tăng nhẹ, nhưng tỷ lệ các phân tử "tích cực" tham gia vào các va chạm hiệu quả vượt qua hàng rào năng lượng của phản ứng tăng mạnh. Về mặt toán học, sự phụ thuộc này được biểu thị bằng quan hệ:

trong đó v t 1 và v t 2 lần lượt là tốc độ phản ứng ở nhiệt độ cuối cùng t 2 và nhiệt độ ban đầu, và γ là hệ số nhiệt độ của tốc độ phản ứng, cho biết tốc độ phản ứng tăng bao nhiêu lần với mỗi lần tăng 10 ° C trong nhiệt độ.

Tuy nhiên, để tăng tốc độ phản ứng, không phải lúc nào cũng áp dụng được việc tăng nhiệt độ, vì nguyên liệu ban đầu có thể bắt đầu bị phân hủy, dung môi hoặc bản thân các chất có thể bay hơi, v.v.

Các phản ứng tỏa nhiệt và tỏa nhiệt

Phản ứng của metan với oxy trong khí quyển được biết là kèm theo sự tỏa ra một lượng lớn nhiệt. Vì vậy, nó được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày để nấu ăn, đun nước và sưởi ấm. Khí tự nhiên cung cấp cho các ngôi nhà thông qua các đường ống là 98% khí metan. Phản ứng của canxi oxit (CaO) với nước cũng kèm theo sự tỏa ra một lượng lớn nhiệt.

Những sự thật này có thể nói gì? Khi các liên kết hóa học mới được hình thành trong các sản phẩm phản ứng, hơn năng lượng cần thiết để phá vỡ các liên kết hóa học trong các chất phản ứng. Năng lượng dư thừa được giải phóng dưới dạng nhiệt và đôi khi là ánh sáng.

CH 4 + 2O 2 \ u003d CO 2 + 2H 2 O + Q (năng lượng (ánh sáng, nhiệt));

CaO + H 2 O \ u003d Ca (OH) 2 + Q (năng lượng (nhiệt)).

Những phản ứng như vậy sẽ diễn ra dễ dàng (như một viên đá dễ dàng lăn xuống dốc).

Các phản ứng trong đó năng lượng được giải phóng được gọi là EXOTHERMIC(từ tiếng Latinh "exo" - ra ngoài).

Ví dụ, nhiều phản ứng oxy hóa khử tỏa nhiệt. Một trong những phản ứng tuyệt vời này là quá trình oxy hóa-khử nội phân tử xảy ra bên trong cùng một muối - amoni dicromat (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 (năng lượng).

Một điều khác là phản ứng dữ dội. Chúng tương tự như lăn một hòn đá lên dốc. Người ta vẫn không thu được khí metan từ CO 2 và nước, cần đun nóng mạnh để thu được vôi sống CaO từ canxi hiđroxit Ca (OH) 2. Phản ứng như vậy chỉ xảy ra với một dòng năng lượng không đổi từ bên ngoài:

Ca (OH) 2 \ u003d CaO + H 2 O - Q (năng lượng (nhiệt))

Điều này cho thấy rằng việc phá vỡ các liên kết hóa học trong Ca (OH) 2 cần nhiều năng lượng hơn mức có thể được giải phóng trong quá trình hình thành các liên kết hóa học mới trong phân tử CaO và H 2 O.

Các phản ứng trong đó năng lượng được hấp thụ được gọi là ENDOTHERMIC(từ "endo" - bên trong).

Nồng độ chất phản ứng

Sự thay đổi áp suất với sự tham gia của các chất ở thể khí trong phản ứng cũng dẫn đến sự thay đổi nồng độ của các chất này.

Để tương tác hóa học xảy ra giữa các hạt, chúng phải va chạm hiệu quả. Nồng độ chất phản ứng càng lớn thì va chạm càng nhiều và theo đó, tốc độ phản ứng càng cao. Ví dụ, axetilen cháy rất nhanh trong oxi nguyên chất. Điều này tạo ra một nhiệt độ đủ để làm nóng chảy kim loại. Trên cơ sở một lượng lớn vật liệu thí nghiệm, vào năm 1867, K. Guldenberg và P. Waage người Na Uy, và độc lập với họ vào năm 1865, nhà khoa học Nga N. I. Beketov đã xây dựng định luật cơ bản của động học hóa học, thiết lập sự phụ thuộc của phản ứng. tỷ lệ về nồng độ của các chất tham gia phản ứng.

Tốc độ của một phản ứng hóa học tỷ lệ với tích của nồng độ của các chất phản ứng, được tính theo lũy thừa bằng hệ số của chúng trong phương trình phản ứng.

Luật này còn được gọi là quy luật hành động của quần chúng.

Đối với phản ứng A + B \ u003d D, định luật này sẽ được biểu diễn như sau:

Đối với phản ứng 2A + B = D, định luật này được biểu diễn như sau:

Ở đây C A, C B là nồng độ của các chất A, B (mol / l); k 1 và k 2 - hệ số tỉ lệ thuận, gọi là hằng số tốc độ của phản ứng.

Ý nghĩa vật lý của hằng số tốc độ phản ứng rất dễ thiết lập - nó về mặt số học bằng tốc độ phản ứng trong đó nồng độ của các chất phản ứng là 1 mol / l hoặc sản phẩm của chúng bằng một. Trong trường hợp này, rõ ràng hằng số tốc độ của phản ứng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và không phụ thuộc vào nồng độ các chất.

Quy luật của khối lượng hành động không tính đến nồng độ của chất phản ứng ở trạng thái rắn, vì chúng phản ứng trên bề mặt và nồng độ của chúng thường không đổi.

Ví dụ, đối với phản ứng cháy của than đá, biểu thức tốc độ phản ứng phải được viết như sau:

tức là, tốc độ phản ứng chỉ tỷ lệ với nồng độ oxy.

Nếu phương trình phản ứng chỉ mô tả phản ứng hóa học tổng thể, diễn ra trong nhiều giai đoạn, thì tốc độ của phản ứng đó có thể phụ thuộc một cách phức tạp vào nồng độ của các chất ban đầu. Sự phụ thuộc này được xác định bằng thực nghiệm hoặc lý thuyết dựa trên cơ chế phản ứng đã đề xuất.

Hoạt động của chất xúc tác

Có thể tăng tốc độ phản ứng bằng cách sử dụng các chất đặc biệt làm thay đổi cơ chế phản ứng và hướng nó theo một con đường thuận lợi hơn về mặt năng lượng với năng lượng hoạt hóa thấp hơn. Chúng được gọi là chất xúc tác (từ tiếng Latinh katallysis - sự phá hủy).

Chất xúc tác hoạt động như một hướng dẫn viên có kinh nghiệm, hướng dẫn một nhóm khách du lịch không vượt qua một con đèo cao trên núi (việc vượt qua nó đòi hỏi nhiều nỗ lực và thời gian và không phải ai cũng có thể tiếp cận được), mà đi dọc theo những con đường vòng mà anh ta biết đến, dọc theo đó bạn có thể vượt qua ngọn núi dễ dàng hơn và nhanh hơn nhiều.

Đúng vậy, trên một con đường vòng, bạn có thể không đến được nơi mà đường chuyền chính dẫn đến. Nhưng đôi khi đó chính xác là những gì bạn cần! Đây là cách các chất xúc tác, được gọi là chọn lọc, hoạt động. Rõ ràng là không cần đốt amoniac và nitơ, nhưng oxit nitric (II) được sử dụng trong sản xuất axit nitric.

Chất xúc tác- Là những chất tham gia một phản ứng hoá học và thay đổi tốc độ hoặc hướng của nó, nhưng khi kết thúc phản ứng vẫn không thay đổi về lượng và chất.

Thay đổi tốc độ của một phản ứng hóa học hoặc hướng của nó với sự trợ giúp của chất xúc tác được gọi là xúc tác. Chất xúc tác được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau và trong giao thông vận tải (chất xúc tác chuyển đổi oxit nitơ trong khí thải ô tô thành nitơ vô hại).

Có hai loại xúc tác.

xúc tác đồng nhất, trong đó cả chất xúc tác và chất phản ứng đều ở trạng thái tập hợp (pha) giống nhau.

xúc tác không đồng nhất trong đó chất xúc tác và chất phản ứng ở các pha khác nhau. Ví dụ, sự phân hủy hydro peroxit khi có mặt chất xúc tác oxit mangan (IV) rắn:

Bản thân chất xúc tác không bị tiêu hao do kết quả của phản ứng, nhưng nếu các chất khác bị hấp phụ trên bề mặt của nó (chúng được gọi là chất độc xúc tác), thì bề mặt đó trở nên không hoạt động được và cần phải tái sinh chất xúc tác. Vì vậy, trước khi thực hiện phản ứng xúc tác, các nguyên liệu ban đầu được tinh chế kỹ lưỡng.

Ví dụ, trong sản xuất axit sunfuric bằng phương pháp tiếp xúc, người ta sử dụng chất xúc tác rắn - vanadi (V) oxit V 2 O 5:

Trong sản xuất metanol, chất xúc tác rắn "kẽm-crom" được sử dụng (8ZnO Cr 2 O 3 x CrO 3):

Chất xúc tác sinh học - enzym - hoạt động rất hiệu quả. Theo bản chất hóa học, đây là các protein. Nhờ chúng, các phản ứng hóa học phức tạp diễn ra với tốc độ cao trong cơ thể sống ở nhiệt độ thấp.

Các chất thú vị khác đã được biết đến - chất ức chế (từ tiếng La tinh là ức chế - để trì hoãn). Chúng phản ứng với các hạt hoạt động với tốc độ cao để tạo thành các hợp chất không hoạt động. Kết quả là, phản ứng chậm lại mạnh và sau đó dừng lại. Các chất ức chế thường được thêm vào các chất khác nhau để ngăn chặn các quá trình không mong muốn.

Ví dụ, dung dịch hydrogen peroxide được ổn định bằng chất ức chế.

Bản chất của các chất phản ứng (thành phần, cấu trúc của chúng)

Nghĩa năng lương̣̣ kich hoaṭ là yếu tố mà thông qua đó ảnh hưởng của tính chất của các chất tham gia phản ứng.

Nếu năng lượng hoạt hóa thấp (< 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.

Nếu năng lượng hoạt hóa cao(> 120 kJ / mol), điều này có nghĩa là chỉ một phần không đáng kể của va chạm giữa các hạt tương tác dẫn đến phản ứng. Tốc độ của một phản ứng như vậy là rất chậm. Ví dụ, tiến trình của phản ứng tổng hợp amoniac ở nhiệt độ thường hầu như không thể nhận thấy.

Nếu năng lượng hoạt hóa của các phản ứng hóa học có giá trị trung bình (40120 kJ / mol), thì tốc độ của các phản ứng đó sẽ là trung bình. Các phản ứng như vậy bao gồm tương tác của natri với nước hoặc rượu etylic, sự khử màu của nước brom với etylen, tương tác của kẽm với axit clohydric, v.v.

Bề mặt tiếp xúc của chất phản ứng

Tốc độ của các phản ứng xảy ra trên bề mặt của các chất, tức là không đồng nhất, phụ thuộc, những thứ khác bằng nhau, vào các tính chất của bề mặt này. Người ta biết rằng phấn bột hòa tan trong axit clohiđric nhanh hơn nhiều so với một viên phấn có khối lượng bằng nhau.

Tốc độ phản ứng tăng chủ yếu là do tăng bề mặt tiếp xúc của các chất ban đầu, cũng như một số lý do khác, ví dụ, vi phạm cấu trúc của mạng tinh thể "đúng". Điều này dẫn đến thực tế là các hạt trên bề mặt của các vi tinh thể được hình thành phản ứng mạnh hơn nhiều so với các hạt giống nhau trên bề mặt “nhẵn”.

Trong công nghiệp, để thực hiện các phản ứng dị thể, “tầng sôi” được sử dụng để tăng bề mặt tiếp xúc của các chất phản ứng, cung cấp nguyên liệu ban đầu và loại bỏ sản phẩm. Ví dụ, trong sản xuất axit sunfuric với sự trợ giúp của "tầng sôi", pyrit được rang.

Tài liệu tham khảo để vượt qua bài kiểm tra:

bảng tuần hoàn

Bảng độ hòa tan