Tốc độ của một phản ứng hóa học

Tốc độ của một phản ứng hóa học- thay đổi lượng của một trong các chất tham gia phản ứng trên một đơn vị thời gian trong một đơn vị không gian phản ứng. Nó là một khái niệm chính của động học hóa học. Tốc độ của một phản ứng hóa học luôn luôn là số dương, do đó, nếu nó được xác định bởi chất ban đầu (nồng độ của chất này giảm trong quá trình phản ứng), thì giá trị thu được sẽ nhân với −1.

Ví dụ cho một phản ứng:

biểu thức cho tốc độ sẽ giống như sau:

. Tốc độ của một phản ứng hóa học tại mỗi thời điểm tỷ lệ với nồng độ của các chất phản ứng, được nâng lên lũy thừa bằng hệ số phân vị của chúng.

Đối với các phản ứng cơ bản, số mũ ở giá trị nồng độ của mỗi chất thường bằng hệ số góc của nó; đối với các phản ứng phức tạp, quy tắc này không được tuân theo. Ngoài nồng độ, các yếu tố sau đây ảnh hưởng đến tốc độ của một phản ứng hóa học:

• bản chất của các chất phản ứng,
• sự hiện diện của một chất xúc tác
• nhiệt độ (quy tắc van't Hoff),
• sức ép,
• diện tích bề mặt của các chất phản ứng.

Nếu chúng ta coi phản ứng hóa học đơn giản nhất A + B → C, thì chúng ta nhận thấy rằng lập tức tốc độ của một phản ứng hóa học không phải là hằng số.

Văn chương

• Kubasov A. A. Động học hóa học và xúc tác.
• Prigogine I., Defey R. Nhiệt động lực học hóa học. Novosibirsk: Nauka, 1966. 510 tr.
• Yablonsky G. S., Bykov V. I., Gorban A. N., Mô hình động học của phản ứng xúc tác, Novosibirsk: Nauka (Chi nhánh Siberi), 1983.- 255 tr.

Quỹ Wikimedia. Năm 2010.

• Phương ngữ xứ Wales của tiếng Anh
• Saw (phim bộ)

Xem "Tốc độ phản ứng hóa học" trong các từ điển khác là gì:

TỶ LỆ PHẢN ỨNG HÓA HỌC- khái niệm cơ bản của động học hóa học. Đối với các phản ứng đồng đẳng đơn giản, tốc độ của một phản ứng hóa học được đo bằng sự thay đổi số mol của chất đã phản ứng (ở thể tích không đổi của hệ) hoặc bằng sự thay đổi nồng độ của bất kỳ chất ban đầu nào ... Từ điển Bách khoa toàn thư lớn

TỶ LỆ PHẢN ỨNG HÓA HỌC- khái niệm cơ bản về chem. động học, biểu thị tỉ số giữa lượng chất đã phản ứng (tính bằng mol) với khoảng thời gian xảy ra tương tác. Vì nồng độ của các chất phản ứng thay đổi trong quá trình tương tác, tốc độ thường là ... Đại từ điển bách khoa bách khoa

tốc độ phản ứng hóa học- một giá trị đặc trưng cho cường độ của một phản ứng hóa học. Tốc độ hình thành sản phẩm phản ứng là lượng sản phẩm này là kết quả của phản ứng trên một đơn vị thời gian trên một đơn vị thể tích (nếu phản ứng là đồng nhất) hoặc trên ... ...

tốc độ phản ứng hóa học- khái niệm cơ bản của động học hóa học. Đối với các phản ứng đồng đẳng đơn giản, tốc độ của một phản ứng hóa học được đo bằng sự thay đổi số mol của chất đã phản ứng (ở thể tích không đổi của hệ) hoặc bằng sự thay đổi nồng độ của bất kỳ chất ban đầu nào ... từ điển bách khoa

Tốc độ của một phản ứng hóa học- giá trị đặc trưng cho cường độ của phản ứng hóa học (Xem phần Phản ứng hóa học). Tốc độ tạo thành sản phẩm phản ứng là lượng sản phẩm này tạo thành từ phản ứng trên một đơn vị thời gian tính theo đơn vị thể tích (nếu ... ...

TỶ LỆ PHẢN ỨNG HÓA HỌC- chính khái niệm về chem. động học. Cho các phản ứng đồng đẳng đơn giản S. x. R. được đo bằng sự thay đổi số mol va đã phản ứng (ở thể tích không đổi của hệ) hoặc bằng sự thay đổi nồng độ của bất kỳ sản phẩm đầu vào hoặc phản ứng ban đầu (nếu thể tích của hệ ...

CƠ CHẾ PHẢN ỨNG HÓA HỌC- Đối với phản ứng phức tạp gồm một số. các giai đoạn (phản ứng đơn giản, hoặc cơ bản), cơ chế là một tập hợp các giai đoạn, kết quả của nó là những chất ban đầu trong va được chuyển thành sản phẩm. Chất trung gian trong bạn trong các phản ứng này có thể hoạt động như các phân tử, ... ... Khoa học Tự nhiên. từ điển bách khoa

Phản ứng thay thế nucleophin- (Tiếng Anh phản ứng thay thế nucleophilic) phản ứng thay thế trong đó sự tấn công được thực hiện bởi thuốc thử nucleophile mang một cặp điện tử không chia sẻ. Nhóm rời khỏi phản ứng thay thế nucleophin được gọi là nucleofug. Tất cả ... Wikipedia

Phản ứng hoá học- sự biến đổi của một số chất thành chất khác, khác với chất ban đầu về thành phần hóa học hoặc cấu trúc. Tổng số nguyên tử của mỗi nguyên tố đã cho, cũng như các nguyên tố hóa học tạo nên các chất giữ nguyên trong R. x. không thay đổi; R. x này ... Bách khoa toàn thư Liên Xô vĩ đại

tốc độ vẽ- tốc độ chuyển động thẳng của kim loại khi ra khỏi khuôn, m / s. Trên các máy vẽ hiện đại, tốc độ vẽ đạt 50-80 m / s. Tuy nhiên, ngay cả trong quá trình kéo dây, tốc độ, theo quy luật, không vượt quá 30–40 m / s. Tại… … Từ điển bách khoa về luyện kim

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 ở thể tích của không gian phản ứng thì 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), thì 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 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 một 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 tạo 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 sự 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, ngay tại thời điểm 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 các chất phụ gia của chúng lại 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 chất 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.

Tốc độ phản ứng hóa học được hiểu là sự thay đổi nồng độ của một trong các chất tham gia trong một đơn vị thời gian với thể tích của hệ không đổi.

Thông thường, nồng độ được biểu thị bằng mol / L và thời gian tính bằng giây hoặc phút. Ví dụ, nếu nồng độ ban đầu của một trong các chất phản ứng là 1 mol / l và sau 4 s kể từ khi bắt đầu phản ứng, nó trở thành 0,6 mol / l, thì tốc độ phản ứng trung bình sẽ bằng (1-0,6) / 4 \ u003d 0, 1 mol / (l * s).

Tốc độ phản ứng trung bình được tính theo công thức:

Tốc độ của một phản ứng hóa học phụ thuộc vào:

Bản chất của các chất phản ứng.

Các chất có liên kết phân cực trong dung dịch tương tác nhanh hơn, điều này là do các chất đó trong dung dịch tạo thành các ion dễ dàng tương tác với nhau.

Các chất có liên kết cộng hóa trị không phân cực và ít phân cực phản ứng với tốc độ khác nhau, điều này phụ thuộc vào hoạt tính hóa học của chúng.

H 2 + F 2 = 2HF (nổ rất nhanh ở nhiệt độ phòng)

H 2 + Br 2 \ u003d 2HBr (đi chậm, kể cả khi đun nóng)

Giá trị tiếp xúc bề mặt của chất phản ứng (đối với không đồng nhất)

Nồng độ chất phản ứng

Tốc độ phản ứng 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.

Nhiệt độ

Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nhiệt độ được xác định theo quy tắc van't Hoff:

với sự gia tăng nhiệt độ cứ sau 10 0 tốc độ của hầu hết các phản ứng tăng lên 2-4 lần.

Sự hiện diện của một chất xúc tác

Chất xúc tác là chất làm thay đổi tốc độ phản ứng hóa học.

Sự thay đổi tốc độ của phản ứng khi có chất xúc tác được gọi là xúc tác.

Sức ép

Khi tăng áp suất, tốc độ phản ứng tăng (đối với đồng nhất)

Câu hỏi số 26. Luật hành động quần chúng. Tốc độ không đổi. Năng lương̣̣ kich hoaṭ.

Luật hành động quần chúng.

tốc độ các chất phản ứng với nhau phụ thuộc vào nồng độ của chúng

Tốc độ không đổi.

Hệ số tỉ đối trong phương trình động học của phản ứng hóa học, biểu thị sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nồng độ

Hằng số tốc độ phụ thuộc vào bản chất của các chất phản ứng và nhiệt độ, nhưng không phụ thuộc vào nồng độ của chúng.

Năng lương̣̣ kich hoaṭ.

năng lượng phải được truyền cho các phân tử (hạt) của các chất phản ứng để biến chúng thành hoạt động

Năng lượng hoạt hóa phụ thuộc vào bản chất của chất phản ứng và sự thay đổi khi có mặt chất xúc tác.

Sự gia tăng nồng độ làm tăng tổng số phân tử, và do đó, các hạt hoạt động.

Câu hỏi số 27. Phản ứng thuận nghịch và không thể đảo ngược. Cân bằng hóa học, hằng số cân bằng. Nguyên tắc của Le Chatelier.

Các phản ứng chỉ tiến hành theo một hướng và kết thúc bằng sự biến đổi hoàn toàn các nguyên liệu ban đầu thành các nguyên liệu cuối cùng được gọi là không thể thuận nghịch.

Phản ứng thuận nghịch là phản ứng xảy ra đồng thời theo hai hướng ngược nhau.

Trong phương trình phản ứng thuận nghịch, hai mũi tên chỉ hướng ngược nhau được đặt giữa hai bên trái và phải. Một ví dụ về phản ứng như vậy là sự tổng hợp amoniac từ hydro và nitơ:

3H 2 + N 2 \ u003d 2NH 3

Không thể đảo ngược là những phản ứng như vậy, trong quá trình đó:

Các sản phẩm tạo thành kết tủa, hoặc được giải phóng dưới dạng khí, ví dụ:

BaCl 2 + H 2 SO 4 \ u003d BaSO 4 + 2HCl

Na 2 CO 3 + 2HCl \ u003d 2NaCl + CO 2 + H 2 O

Sự hình thành nước:

HCl + NaOH = H 2 O + NaCl

Phản ứng thuận nghịch không đạt đến cuối cùng và kết thúc với cơ sở cân bằng hóa học.

Cân bằng hoá học là trạng thái của một hệ các chất tham gia phản ứng, trong đó tốc độ của các phản ứng thuận và nghịch bằng nhau.

Trạng thái cân bằng hóa học bị ảnh hưởng bởi nồng độ của chất phản ứng, nhiệt độ và đối với chất khí - áp suất. Khi một trong những thông số này thay đổi, cân bằng hóa học bị xáo trộn.

Không đổi thế cân bằng.

Tham số quan trọng nhất đặc trưng cho phản ứng hóa học thuận nghịch là hằng số cân bằng K. Nếu chúng ta viết cho phản ứng thuận nghịch được coi là A + D C + D điều kiện bằng nhau về tốc độ của phản ứng thuận và nghịch ở trạng thái cân bằng - k1 [A] bằng [B] bằng = k2 [C] bằng [D] bằng, khi đó [C] bằng [D] bằng / [A] bằng [B] bằng = k1 / k2 = K, khi đó giá trị của K được gọi là cân bằng hằng số của một phản ứng hóa học.

Vì vậy, ở trạng thái cân bằng, tỷ số giữa nồng độ của sản phẩm phản ứng với tích của nồng độ của chất phản ứng là không đổi nếu nhiệt độ không đổi (các hằng số tốc độ k1 và k2 và do đó, hằng số cân bằng K phụ thuộc vào nhiệt độ, nhưng không phụ thuộc vào nồng độ chất phản ứng). Nếu một số phân tử của các chất ban đầu tham gia phản ứng và một số phân tử của sản phẩm (hoặc các sản phẩm) được tạo thành, thì nồng độ của các chất trong biểu thức cho hằng số cân bằng được nâng lên lũy thừa tương ứng với hệ số cân bằng của chúng. Vì vậy, đối với phản ứng 3H2 + N2 2NH3, biểu thức hằng số cân bằng được viết là K = 2 bằng / 3 bằng nhau. Phương pháp mô tả để tính hằng số cân bằng, dựa trên tốc độ của phản ứng thuận và nghịch, không thể được sử dụng trong trường hợp chung, vì đối với các phản ứng phức tạp, sự phụ thuộc của tốc độ vào nồng độ thường không được biểu thị bằng một phương trình đơn giản hoặc không được biết trước. ở tất cả. Tuy nhiên, trong nhiệt động lực học, người ta chứng minh rằng công thức cuối cùng cho hằng số cân bằng hóa ra là đúng.

Đối với các hợp chất ở thể khí, thay vì nồng độ, có thể dùng áp suất khi viết hằng số cân bằng; Rõ ràng, giá trị số của hằng số có thể thay đổi trong trường hợp này nếu số phân tử thể khí ở vế phải và vế trái của phương trình không giống nhau.

Nguyên tắc Le Chatelier.

Nếu bất kỳ ảnh hưởng bên ngoài nào được tạo ra trên một hệ ở trạng thái cân bằng, thì cân bằng chuyển dịch theo hướng của phản ứng chống lại ảnh hưởng này.

Cân bằng hóa học bị ảnh hưởng bởi:

Thay đổi nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng, cân bằng chuyển dịch theo hướng phản ứng thu nhiệt. Khi nhiệt độ giảm, cân bằng chuyển dịch theo phản ứng tỏa nhiệt.

Thay đổi áp suất. Khi áp suất tăng, cân bằng chuyển dịch theo hướng giảm số lượng phân tử. Khi áp suất giảm, cân bằng chuyển dịch theo chiều tăng số lượng phân tử.

Các chủ đề của bộ mã hóa USE:Tốc độ phản ứng. Sự phụ thuộc của nó vào các yếu tố khác nhau.

Tốc độ của một phản ứng hóa học cho biết phản ứng xảy ra nhanh như thế nào. Tương tác xảy ra khi các hạt va chạm trong không gian. Trong trường hợp này, phản ứng không xảy ra với mọi va chạm mà chỉ xảy ra khi các hạt có năng lượng thích hợp.

Phản ứng tốc độ là số va chạm cơ bản của các hạt tương tác, kết thúc bằng một sự biến đổi hóa học, trên một đơn vị thời gian.

Việc xác định tốc độ của một phản ứng hóa học gắn liền với các điều kiện thực hiện phản ứng đó. Nếu phản ứng đồng nhất- I E. các sản phẩm và chất phản ứng ở cùng một pha - khi đó tốc độ của một phản ứng hóa học được định nghĩa là sự thay đổi chất trong một đơn vị thời gian:

υ = ∆C / ∆t.

Nếu các chất hoặc sản phẩm phản ứng ở các pha khác nhau và sự va chạm của các hạt chỉ xảy ra ở mặt phân cách thì phản ứng đó được gọi là không đồng nhất, và tốc độ của nó được xác định bởi sự thay đổi lượng chất trong một đơn vị thời gian trên một đơn vị bề mặt phản ứng:

υ = Δν / (S Δt).

Làm thế nào để các hạt va chạm thường xuyên hơn, tức là thế nào tăng tốc độ của một phản ứng hóa học?

1. Cách dễ nhất là tăng nhiệt độ . Như bạn đã biết từ khóa học vật lý của mình, nhiệt độ là thước đo động năng trung bình của chuyển động của các hạt vật chất. Nếu chúng ta tăng nhiệt độ, thì các hạt của bất kỳ chất nào bắt đầu chuyển động nhanh hơn, và do đó va chạm thường xuyên hơn.

Tuy nhiên, với việc tăng nhiệt độ, tốc độ phản ứng hóa học tăng chủ yếu do thực tế là số lượng va chạm hiệu quả tăng lên. Khi nhiệt độ tăng, số lượng các hạt hoạt động có thể vượt qua hàng rào năng lượng của phản ứng tăng mạnh. Nếu chúng ta giảm nhiệt độ, các hạt bắt đầu chuyển động chậm hơn, số lượng các hạt hoạt động giảm, và số lần va chạm hiệu quả trong một giây giảm. Bằng cách này, Khi nhiệt độ tăng, tốc độ phản ứng hóa học tăng, và khi giảm nhiệt độ, tốc độ phản ứng hóa học giảm..

Ghi chú! Quy tắc này hoạt động giống nhau đối với tất cả các phản ứng hóa học (bao gồm cả phản ứng tỏa nhiệt và thu nhiệt). Tốc độ phản ứng không phụ thuộc vào hiệu ứng nhiệt. Tốc độ của các phản ứng tỏa nhiệt tăng khi nhiệt độ tăng và giảm khi nhiệt độ giảm. Tốc độ của các phản ứng thu nhiệt cũng tăng khi nhiệt độ tăng và giảm khi nhiệt độ giảm.

Hơn nữa, vào thế kỷ 19, nhà vật lý người Hà Lan van't Hoff đã thực nghiệm phát hiện ra rằng hầu hết các phản ứng đều tăng với tốc độ xấp xỉ nhau (khoảng 2-4 lần) khi nhiệt độ tăng thêm 10 ° C. Quy tắc của Van't Hoff nghe có vẻ như vậy. như thế này: nhiệt độ tăng thêm 10 ° C dẫn đến tốc độ phản ứng hóa học tăng lên 2-4 lần (giá trị này được gọi là hệ số nhiệt độ của tốc độ phản ứng hóa học γ). Giá trị chính xác của hệ số nhiệt độ được xác định cho mỗi phản ứng.

Nơi đây v 2 - tốc độ phản ứng ở nhiệt độ T 2, v 1 - tốc độ phản ứng ở nhiệt độ T 1, γ là hệ số nhiệt độ của tốc độ phản ứng, hệ số van't Hoff.

Trong một số tình huống, không phải lúc nào cũng có thể tăng tốc độ phản ứng với sự trợ giúp của nhiệt độ, bởi vì. một số chất bị phân hủy khi nhiệt độ tăng, một số chất hoặc dung môi bay hơi ở nhiệt độ cao, v.v., tức là điều kiện quy trình bị vi phạm.

2. Nồng độ. Bạn cũng có thể tăng số lần va chạm hiệu quả bằng cách thay đổi nồng độ chất phản ứng . thường được sử dụng cho khí và chất lỏng, như Trong chất khí và chất lỏng, các hạt chuyển động nhanh và được trộn lẫn với nhau. Nồng độ các chất tham gia phản ứng (chất lỏng, chất khí) càng lớn thì số va chạm hữu hiệu càng lớn và tốc độ phản ứng hoá học càng cao.

Dựa trên một số lượng lớn các thí nghiệm vào năm 1867 trong các công trình của các nhà khoa học Na Uy P. Guldenberg và P. Waage và, một cách độc lập với họ, vào năm 1865 bởi nhà khoa học Nga N.I. Beketov rút ra định luật cơ bản của động học hóa học, định luật này thiết lập sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng hóa học vào nồng độ của chất phản ứng:

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

Đối với phản ứng hóa học có dạng: aA + bB = cC + dD, định luật tác dụng của khối lượng được viết như sau:

ở đây v là tốc độ của phản ứng hóa học,

C A và C B - nồng độ của các chất A và B tương ứng, mol / l

k là hệ số tỉ đối, hằng số tốc độ của phản ứng.

Ví dụ, cho phản ứng hình thành amoniac:

N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3

Quy luật của hành động hàng loạt có dạng như sau:

Hằng số tốc độ phản ứng cho biết các chất sẽ phản ứng nhanh như thế nào nếu nồng độ của chúng là 1 mol / l, hoặc sản phẩm của chúng là 1. Hằng số tốc độ của phản ứng hóa học phụ thuộc vào nhiệt độ và không phụ thuộc vào nồng độ của các chất tham gia phản ứng.

Định luật hành động của khối lượng không tính đến nồng độ của chất rắn, bởi vì chúng phản ứng, như một quy luật, trên bề mặt, và số lượng các hạt phản ứng trên một đơn vị bề mặt không thay đổi.

Trong hầu hết các trường hợp, một phản ứng hóa học bao gồm một số bước đơn giản, trong trường hợp đó, phương trình phản ứng hóa học chỉ hiển thị tổng hoặc phương trình cuối cùng của các quá trình đang diễn ra. Đồng thời, tốc độ của một phản ứng hóa học phụ thuộc (hoặc không) một cách phức tạp vào nồng độ của chất phản ứng, chất trung gian hoặc chất xúc tác, do đó, dạng chính xác của phương trình động học được xác định bằng thực nghiệm hoặc dựa trên phân tích cơ chế phản ứng được đề xuất. Nói chung, tốc độ của một phản ứng hóa học phức tạp được xác định bằng tốc độ của bước chậm nhất của nó ( giai đoạn hạn chế).

3. Áp suất.Đối với chất khí, nồng độ phụ thuộc trực tiếp vào sức ép. Khi áp suất tăng, nồng độ của các chất khí tăng lên. Biểu thức toán học của sự phụ thuộc này (đối với khí lý tưởng) là phương trình Mendeleev-Clapeyron:

pV = νRT

Do đó, nếu trong số các chất phản ứng có một chất ở thể khí thì ở Khi tăng áp suất, tốc độ phản ứng hóa học tăng, khi giảm áp suất, tốc độ phản ứng hóa học giảm. .

Ví dụ. Tốc độ của phản ứng tổng hợp vôi tôi với oxit silic sẽ thay đổi như thế nào:

CaCO 3 + SiO 2 ↔ CaSiO 3 + CO 2

với áp suất ngày càng tăng?

Câu trả lời chính xác sẽ là - không thể nào, bởi vì. Không có khí nào trong số các thuốc thử và canxi cacbonat là muối rắn, không tan trong nước, oxit silic là chất rắn. Khí sẽ là sản phẩm - carbon dioxide. Nhưng mà sản phẩm không ảnh hưởng đến tốc độ của phản ứng thuận.

Một cách khác để tăng tốc độ của phản ứng hóa học là hướng nó theo một con đường khác, thay thế tương tác trực tiếp, ví dụ, của các chất A và B bằng một chuỗi phản ứng liên tiếp với chất thứ ba K, đòi hỏi ít năng lượng hơn nhiều ( có hàng rào năng lượng hoạt hóa thấp hơn) và tiến hành ở các điều kiện đã cho nhanh hơn phản ứng trực tiếp. Chất thứ ba này được gọi là chất xúc tác .

- Đây là những hóa chất tham gia vào một phản ứng hóa học, thay đổi tốc độ và hướng của nó, nhưng không thể tiêu dùng trong quá trình phản ứng (khi kết thúc phản ứng, chúng không thay đổi cả về lượng và thành phần). Cơ chế gần đúng cho hoạt động của chất xúc tác cho phản ứng kiểu A + B có thể được mô tả như sau:

A + K = AK

AK + B = AB + K

Quá trình thay đổi tốc độ phản ứng khi tương tác với chất xúc tác được gọi là xúc tác. Chất xúc tác được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp khi cần tăng tốc độ của một phản ứng hoặc hướng nó theo một con đường nhất định.

Theo trạng thái pha của chất xúc tác, xúc tác đồng thể và không đồng nhất được phân biệt.

xúc tác đồng nhất - đây là khi các chất phản ứng và chất xúc tác ở cùng một pha (khí, dung dịch). Chất xúc tác đồng thể điển hình là axit và bazơ. amin hữu cơ, v.v.

xúc tác không đồng nhất - đây là khi các chất phản ứng và chất xúc tác ở trong các pha khác nhau. Theo quy định, chất xúc tác dị thể là chất rắn. Tại vì tương tác trong chất xúc tác như vậy chỉ xảy ra trên bề mặt của chất, yêu cầu quan trọng đối với chất xúc tác là diện tích bề mặt lớn. Chất xúc tác dị thể có đặc điểm là có độ xốp cao, làm tăng diện tích bề mặt của chất xúc tác. Do đó, tổng diện tích bề mặt của một số chất xúc tác đôi khi lên tới 500 mét vuông trên 1 g chất xúc tác. Diện tích và độ xốp lớn đảm bảo tương tác hiệu quả với thuốc thử. Chất xúc tác dị thể bao gồm kim loại, zeolit ​​- khoáng chất kết tinh của nhóm aluminosilicat (hợp chất silic và nhôm), và những chất khác.

Thí dụ xúc tác dị thể - tổng hợp amoniac:

N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3

Sắt xốp có lẫn tạp chất Al 2 O 3 và K 2 O được dùng làm chất xúc tác.

Bản thân chất xúc tác không bị tiêu hao trong quá trình phản ứng hóa học, nhưng các chất khác tích tụ trên bề mặt chất xúc tác, liên kết các tâm hoạt động của chất xúc tác và ngăn chặn hoạt động của nó ( chất độc xúc tác). Chúng phải được loại bỏ thường xuyên bằng cách tái sinh chất xúc tác.

Chất xúc tác rất hiệu quả trong các phản ứng sinh hóa. enzim. Chất xúc tác enzym hoạt động có hiệu quả và chọn lọc cao, với độ chọn lọc là 100%. Thật không may, các enzym rất nhạy cảm với sự tăng nhiệt độ, độ axit trung bình và các yếu tố khác, do đó, có một số hạn chế đối với việc thực hiện quy mô công nghiệp với sự xúc tác của enzym.

Chất xúc tác không nên nhầm lẫn với người khởi xướng quy trình và chất ức chế. Ví dụ, để bắt đầu phản ứng clo hóa metan triệt để, cần phải chiếu tia cực tím. Nó không phải là chất xúc tác. Một số phản ứng cấp tiến được bắt đầu bởi các gốc peroxit. Chúng cũng không phải là chất xúc tác.

Chất ức chế là những chất làm chậm phản ứng hóa học. Chất ức chế có thể được tiêu thụ và tham gia vào một phản ứng hóa học. Trong trường hợp này, chất ức chế không phải là chất xúc tác, ngược lại. Xúc tác ngược về nguyên tắc là không thể - phản ứng trong mọi trường hợp sẽ cố gắng đi theo con đường nhanh nhất.

5. Diện tích tiếp xúc của các chất phản ứng. Đối với phản ứng dị thể, một cách để tăng số lượng va chạm hiệu quả là tăng diện tích bề mặt phản ứng . Diện tích bề mặt tiếp xúc của các pha phản ứng càng lớn thì tốc độ phản ứng hóa học dị thể càng lớn. Kẽm dạng bột hòa tan trong axit nhanh hơn nhiều so với kẽm dạng hạt có cùng khối lượng.

Trong công nghiệp, để tăng diện tích bề mặt tiếp xúc của các chất phản ứng, họ sử dụng phương pháp tầng sôi. Ví dụ, trong sản xuất axit sunfuric theo phương pháp lớp sôi, pyrit được rang.

6. Bản chất của các chất phản ứng . Tốc độ phản ứng hóa học, những thứ khác bằng nhau, cũng bị ảnh hưởng bởi các tính chất hóa học, tức là bản chất của các chất phản ứng. Các chất ít hoạt tính hơn sẽ có hàng rào hoạt hóa cao hơn và phản ứng chậm hơn các chất hoạt động nhiều hơn. Các chất hoạt tính hơn có năng lượng hoạt hóa thấp hơn, và dễ tham gia vào các phản ứng hóa học hơn.

Ở năng lượng hoạt hóa thấp (nhỏ hơn 40 kJ / mol), phản ứng xảy ra rất nhanh và dễ dàng. Một phần đáng kể của sự va chạm giữa các hạt kết thúc bằng một sự biến đổi hóa học. Ví dụ, phản ứng trao đổi ion xảy ra rất nhanh ở điều kiện thường.

Ở năng lượng hoạt hóa cao (hơn 120 kJ / mol), chỉ có một số lượng nhỏ va chạm kết thúc trong một biến đổi hóa học. Tốc độ của các phản ứng như vậy là không đáng kể. Ví dụ, nitơ thực tế không tương tác với oxy trong điều kiện bình thường.

Ở năng lượng hoạt hóa trung bình (từ 40 đến 120 kJ / mol), tốc độ phản ứng sẽ trung bình. Những phản ứng như vậy cũng diễn ra trong điều kiện bình thường, nhưng không nhanh lắm nên có thể quan sát được bằng mắt thường. Những phản ứng này bao gồm tương tác của natri với nước, tương tác của sắt với axit clohydric, v.v.

Các chất ổn định trong điều kiện bình thường có xu hướng có năng lượng hoạt hóa cao.

Tốc độ của các phản ứng hóa học. Cân bằng hóa học

Kế hoạch:

1. Khái niệm về tốc độ của một phản ứng hóa học.

2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ của một phản ứng hóa học.

3. Cân bằng hóa học. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự chuyển dịch cân bằng. Nguyên tắc của Le Chatelier.

Các phản ứng hóa học diễn ra với tốc độ khác nhau. Các phản ứng trong dung dịch nước diễn ra rất nhanh. Ví dụ, nếu cô cạn dung dịch bari clorua và natri sunfat thì lập tức kết tủa trắng bari sunfat kết tủa. Etylen khử màu nước brom nhanh chóng, nhưng không phải ngay lập tức. Rỉ sét từ từ hình thành trên các đồ vật bằng sắt, xuất hiện mảng bám trên đồng và các sản phẩm bằng đồng, các tán lá bị thối rữa.

Khoa học tham gia vào việc nghiên cứu tốc độ của một phản ứng hóa học, cũng như xác định sự phụ thuộc của nó vào các điều kiện của quá trình - động học hóa học.

Nếu các phản ứng xảy ra trong môi trường đồng nhất, ví dụ, trong dung dịch hoặc 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.

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 có khả năng tạo thành môi trường đồng nhất (ví dụ, giữa hai chất lỏng không thể trộn lẫn) thì chỉ diễn ra trên bề mặt tiếp xúc của các chất. Những phản ứng như vậy được gọi là không đồng nhất.

υ của phản ứng đồng thể được xác định bằng sự thay đổi lượng chất trên một đơn vị trên một đơn vị thể tích:

υ \ u003d Δ n / Δt ∙ V

trong đó Δ n là sự thay đổi số mol của một trong các chất (thường là chất ban đầu, nhưng cũng có thể là sản phẩm của phản ứng), (mol);

V - thể tích khí hoặc dung dịch (l)

Vì Δ n / V = ​​ΔC (thay đổi nồng độ) nên

υ \ u003d Δ C / Δt (mol / l ∙ s)

υ của phản ứng dị thể được xác định bằng sự thay đổi lượng của một chất trong một đơn vị thời gian trên một đơn vị bề mặt tiếp xúc của các chất.

υ \ u003d Δ n / Δt ∙ S

trong đó Δ n là sự thay đổi lượng của một chất (thuốc thử hoặc sản phẩm), (mol);

Δt là khoảng thời gian (s, min);

S - diện tích bề mặt tiếp xúc của các chất (cm 2, m 2)

Tại sao tốc độ của các phản ứng khác nhau không giống nhau?

Để một phản ứng hóa học bắt đầu, các phân tử của các chất phản ứng phải va chạm với nhau. Nhưng không phải mọi va chạm đều dẫn đến phản ứng hóa học. Để xảy ra va chạm dẫn đến phản ứng hóa học, các phân tử phải có năng lượng đủ lớn. Các hạt va chạm với nhau để trải qua một phản ứng hóa học được gọi là tích cực. Chúng có năng lượng dư thừa so với năng lượng trung bình của hầu hết các hạt - năng lượng hoạt hóa E hành động. Trong một chất có ít hạt hoạt động hơn nhiều so với năng lượng trung bình, do đó, để bắt đầu nhiều phản ứng, hệ phải được cung cấp một số năng lượng (tia sáng, sự đốt nóng, cú sốc cơ học).

Rào cản năng lượng (giá trị E hành động) của các phản ứng khác nhau là khác nhau, càng thấp thì phản ứng tiến hành càng dễ dàng và nhanh chóng.

2. Các yếu tố ảnh hưởng đến υ(số vụ va chạm của các hạt và hiệu suất của chúng).

1) Bản chất của các chất phản ứng: thành phần, cấu trúc của chúng => năng lượng hoạt hóa

▪ càng ít E hành động, càng υ;

Nếu một E hành động < 40 кДж/моль, то это значит, 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, т.к. в этих реакциях участвуют разноименнозаряженные частицы, и энергия активации в этих случаях ничтожно мала.

Nếu một E hành động> 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. Tỷ lệ phản ứng như vậy là rất thấp. Ví dụ, gỉ sắt, hoặc

Quá trình của phản ứng tổng hợp amoniac ở nhiệt độ thường hầu như không thể nhận thấy.

Nếu một E hành động có giá trị trung bình (40 - 120 kJ / mol) thì tốc độ của các phản ứng như vậy sẽ ở mức trung bình. Các phản ứng như vậy bao gồm tương tác của natri với nước hoặc etanol, khử màu của nước brom bằng etylen, v.v.

2) Nhiệt độ: tại t với mỗi 10 0 C, υ 2-4 lần (quy tắc van't Hoff).

υ 2 \ u003d υ 1 ∙ γ Δt / 10

Tại t, số hạt hoạt động (s E hành động) và sự va chạm tích cực của chúng.

Nhiệm vụ 1. Tốc độ của một phản ứng nào đó ở 0 0 C là 1 mol / l ∙ h, hệ số nhiệt độ của phản ứng là 3. Tốc độ của phản ứng này ở 30 0 C sẽ là bao nhiêu?

υ 2 \ u003d υ 1 ∙ γ Δt / 10

υ 2 \ u003d 1 ∙ 3 30-0 / 10 \ u003d 3 3 \ u003d 27 mol / l ∙ h

3) Nồng độ: càng nhiều, va chạm và υ càng thường xuyên xảy ra. Ở nhiệt độ không đổi cho mA + nB = C phản ứng theo định luật khối lượng:

υ = k ∙ C A m ∙ C B n

với k là hằng số tốc độ;

С - nồng độ (mol / l)

Quy luật của các khối lượng tác động:

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.

W.d.m. không tính đến nồng độ của các chất tham gia phản ứng ở trạng thái rắn, vì chúng phản ứng trên bề mặt và nồng độ của chúng thường không đổi.

Nhiệm vụ 2. Phản ứng tiến hành theo phương trình A + 2B → C. Tốc độ phản ứng sẽ thay đổi bao nhiêu lần và như thế nào khi nồng độ chất B tăng lên 3 lần?

Lời giải: υ = k ∙ C A m ∙ C B n

υ \ u003d k ∙ C A ∙ C B 2

υ 1 = k ∙ a ∙ trong 2

υ 2 \ u003d k ∙ a ∙ 3 trong 2

υ 1 / υ 2 \ u003d a ∙ trong 2 / a ∙ 9 trong 2 \ u003d 1/9

Trả lời: tăng lên 9 lần

Đối với các chất ở thể khí, tốc độ phản ứng phụ thuộc vào áp suất

Càng nhiều áp lực, tốc độ càng cao.

4) Chất xúc tác Các chất thay đổi cơ chế của phản ứng E hành động => υ .

▪ Chất xúc tác không thay đổi khi kết thúc phản ứng

▪ Enzyme là chất xúc tác sinh học, bản chất là protein.

▪ Chất ức chế - những chất ↓ υ

5) Đối với phản ứng dị thể, υ cũng phụ thuộc vào:

▪ về trạng thái của bề mặt tiếp xúc của các chất phản ứng.

So sánh: người ta đổ vào 2 ống nghiệm những thể tích bằng nhau của dung dịch axit sunfuric và hạ đồng thời vào một - đinh sắt, vào kia - mạt sắt. Nghiền một chất rắn làm tăng số phân tử của nó có thể phản ứng đồng thời. Do đó, tốc độ phản ứng ở ống nghiệm thứ hai sẽ cao hơn ở ống nghiệm thứ nhất.