Ang bilis ng isang kemikal na reaksyon- pagbabago sa dami ng isa sa mga tumutugong sangkap sa bawat yunit ng oras sa isang yunit ng espasyo ng reaksyon.

Ang mga sumusunod na salik ay nakakaimpluwensya sa bilis ng isang kemikal na reaksyon:

• ang likas na katangian ng mga reactant;
• konsentrasyon ng mga reactant;
• contact surface ng reactants (sa heterogenous reactions);
• temperatura;
• ang pagkilos ng mga catalyst.

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 konsentrasyon ng mga reactant sa rate ng reaksyon

Habang tumataas ang konsentrasyon ng mga reactant, tumataas ang rate ng reaksyon. Upang makapasok sa isang reaksyon, ang dalawang particle ng kemikal ay dapat lumapit sa isa't isa, kaya ang rate ng reaksyon ay nakasalalay sa bilang ng mga banggaan sa pagitan nila. Ang pagtaas sa bilang ng mga particle sa isang naibigay na volume ay humahantong sa mas madalas na banggaan at sa pagtaas ng rate ng reaksyon.

Ang pagtaas sa presyur o pagbaba sa volume na inookupahan ng halo ay hahantong sa pagtaas ng rate ng reaksyon na nagaganap sa gas phase.

Sa batayan ng pang-eksperimentong data noong 1867, ang mga siyentipikong Norwegian na sina K. Guldberg at P Vaage, at nang nakapag-iisa sa kanila noong 1865, ang Russian scientist na si N.I. Binumula ni Beketov ang pangunahing batas ng kinetika ng kemikal, na nagtatatag pag-asa ng rate ng reaksyon sa mga konsentrasyon ng mga tumutugon na sangkap -

Batas ng mass action (LMA):

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. ("acting mass" ay isang kasingkahulugan para sa modernong konsepto ng "konsentrasyon")

aA +bB =cC +DD, saan k ay pare-pareho ang rate ng reaksyon

Ang ZDM ay ginagawa lamang para sa elementarya na mga reaksiyong kemikal na nagaganap sa isang yugto. Kung ang reaksyon ay nagpapatuloy nang sunud-sunod sa maraming yugto, ang kabuuang rate ng buong proseso ay tinutukoy ng pinakamabagal na bahagi nito.

Mga expression para sa mga rate ng iba't ibang uri ng mga reaksyon

Ang ZDM ay tumutukoy sa mga homogenous na reaksyon. Kung ang reaksyon ay heterogenous (ang mga reagents ay nasa iba't ibang mga estado ng pagsasama-sama), kung gayon ang likido o mga gas na reagents lamang ang pumapasok sa equation ng MDM, at ang mga solid ay hindi kasama, na nakakaapekto lamang sa rate constant k.

Molekularidad ng reaksyon ay ang pinakamababang bilang ng mga molekula na kasangkot sa isang elementarya na proseso ng kemikal. Sa pamamagitan ng molecularity, ang elementarya na kemikal na reaksyon ay nahahati sa molekular (A →) at bimolecular (A + B →); Ang mga trimolecular na reaksyon ay napakabihirang.

Rate ng mga heterogenous na reaksyon

• Depende sa ibabaw na lugar ng contact ng mga sangkap, ibig sabihin. sa antas ng paggiling ng mga sangkap, ang pagkakumpleto ng paghahalo ng mga reagents.
• Ang isang halimbawa ay ang pagsunog ng kahoy. Ang isang buong log ay mabagal na nasusunog sa hangin. Kung dagdagan mo ang ibabaw ng pakikipag-ugnay ng kahoy na may hangin, paghahati ng log sa mga chips, ang rate ng pagkasunog ay tataas.
• Ang pyrophoric iron ay ibinubuhos sa isang sheet ng filter na papel. Sa panahon ng taglagas, ang mga particle ng bakal ay nagiging mainit at nagliliyab sa papel.

Ang epekto ng temperatura sa rate ng reaksyon

Noong ika-19 na siglo, natuklasan ng Dutch scientist na si Van't Hoff na kapag tumaas ang temperatura ng 10 ° C, ang mga rate ng maraming reaksyon ay tumataas ng 2-4 na beses.

Ang panuntunan ni Van't Hoff

Para sa bawat 10 ◦ C pagtaas ng temperatura, ang rate ng reaksyon ay tumataas ng isang factor na 2–4.

Dito γ (Griyego na titik na "gamma") - ang tinatawag na koepisyent ng temperatura o koepisyent ng van't Hoff, ay kumukuha ng mga halaga mula 2 hanggang 4.

Para sa bawat tiyak na reaksyon, ang koepisyent ng temperatura ay tinutukoy nang empirically. Ito ay eksaktong nagpapakita kung gaano karaming beses ang rate ng isang ibinigay na kemikal na reaksyon (at ang rate nito pare-pareho) ay tumataas sa bawat 10 degrees na pagtaas ng temperatura.

Ang panuntunan ng van't Hoff ay ginagamit upang tantiyahin ang pagbabago sa rate constant ng isang reaksyon na may pagtaas o pagbaba ng temperatura. Ang isang mas tumpak na ugnayan sa pagitan ng rate constant at temperatura ay itinatag ng Swedish chemist na si Svante Arrhenius:

Paano higit pa E isang tiyak na reaksyon, ang mas mababa(sa isang naibigay na temperatura) ang magiging rate constant k (at ang rate) ng reaksyong ito. Ang pagtaas sa T ay humahantong sa isang pagtaas sa pare-pareho ang rate, ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng ang katunayan na ang isang pagtaas sa temperatura ay humahantong sa isang mabilis na pagtaas sa bilang ng mga "energetic" molecule na may kakayahang pagtagumpayan ang activation barrier E a .

Impluwensya ng isang katalista sa rate ng reaksyon

Posibleng baguhin 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 energetically mas kanais-nais na landas na may mas mababang activation energy.

Mga katalista- Ito ay mga sangkap na lumalahok sa isang kemikal na reaksyon at nagpapataas ng bilis nito, ngunit sa dulo ng reaksyon ay nananatiling hindi nagbabago sa qualitatively at quantitatively.

Inhibitor- Mga sangkap na nagpapabagal sa mga reaksiyong kemikal.

Ang pagbabago ng rate ng isang kemikal na reaksyon o direksyon nito sa tulong ng isang katalista ay tinatawag catalysis .

Mga paksa ng USE codifier:Bilis ng reaksyon. Ang pag-asa nito sa iba't ibang mga kadahilanan.

Ang rate ng isang kemikal na reaksyon ay nagpapahiwatig kung gaano kabilis ang isang reaksyon ay nangyayari. Ang interaksyon ay nangyayari kapag ang mga particle ay nagbanggaan sa kalawakan. Sa kasong ito, ang reaksyon ay hindi nangyayari sa bawat banggaan, ngunit kapag ang mga particle ay may naaangkop na enerhiya.

Bilis ng reaksyon ay ang bilang ng elementarya na banggaan ng mga partikulo na nakikipag-ugnayan, na nagtatapos sa pagbabagong kemikal, bawat yunit ng oras.

Ang pagpapasiya ng rate ng isang kemikal na reaksyon ay nauugnay sa mga kondisyon para sa pagpapatupad nito. Kung ang reaksyon homogenous– ibig sabihin. ang mga produkto at reactant ay nasa parehong yugto - pagkatapos ay ang rate ng isang kemikal na reaksyon ay tinukoy bilang ang pagbabago sa sangkap sa bawat yunit ng oras:

υ = ∆C / ∆t.

Kung ang mga reactant o produkto ay nasa iba't ibang yugto, at ang banggaan ng mga particle ay nangyayari lamang sa interface, kung gayon ang reaksyon ay tinatawag na magkakaiba, at ang bilis nito ay natutukoy sa pamamagitan ng pagbabago sa dami ng sangkap sa bawat yunit ng oras bawat yunit ng ibabaw ng reaksyon:

υ = Δν / (S Δt).

Paano gawing mas madalas ang pagbangga ng mga particle, i.e. paano taasan ang bilis ng isang kemikal na reaksyon?

1. Ang pinakamadaling paraan ay ang pagtaas temperatura . Tulad ng dapat na alam mo mula sa iyong kurso sa pisika, ang temperatura ay isang sukatan ng average na kinetic energy ng paggalaw ng mga particle ng bagay. Kung itataas natin ang temperatura, ang mga particle ng anumang sangkap ay magsisimulang gumalaw nang mas mabilis, at samakatuwid ay mas madalas na nagbanggaan.

Gayunpaman, sa pagtaas ng temperatura, ang rate ng mga reaksiyong kemikal ay tumataas pangunahin dahil sa ang katunayan na ang bilang ng mga epektibong banggaan ay tumataas. Habang tumataas ang temperatura, ang bilang ng mga aktibong particle na maaaring madaig ang energy barrier ng reaksyon ay tumataas nang husto. Kung babaan natin ang temperatura, ang mga particle ay magsisimulang gumalaw nang mas mabagal, ang bilang ng mga aktibong particle ay bumababa, at ang bilang ng mga epektibong banggaan bawat segundo ay bumababa. Sa ganitong paraan, Kapag tumaas ang temperatura, tumataas ang bilis ng isang reaksiyong kemikal, at kapag bumaba ang temperatura, bumababa ito..

Tandaan! Gumagana ang panuntunang ito para sa lahat ng mga reaksiyong kemikal (kabilang ang mga exothermic at endothermic). Ang rate ng reaksyon ay hindi nakasalalay sa thermal effect. Ang rate ng mga exothermic na reaksyon ay tumataas sa pagtaas ng temperatura at bumababa sa pagbaba ng temperatura. Ang rate ng mga endothermic na reaksyon ay tumataas din sa pagtaas ng temperatura, at bumababa sa pagbaba ng temperatura.

Bukod dito, noong ika-19 na siglo, natuklasan ng Dutch physicist na si van't Hoff na ang karamihan sa mga reaksyon ay tumataas sa humigit-kumulang sa parehong rate (sa pamamagitan ng humigit-kumulang 2-4 na beses) na may pagtaas ng temperatura ng 10 ° C. Tunog ang panuntunan ni Van't Hoff tulad nito: ang pagtaas ng temperatura ng 10 ° C ay humahantong sa pagtaas ng rate ng isang kemikal na reaksyon ng 2-4 na beses (ang halagang ito ay tinatawag na koepisyent ng temperatura ng rate ng reaksyon ng kemikal γ). Ang eksaktong halaga ng koepisyent ng temperatura ay tinutukoy para sa bawat reaksyon.

dito v ay ang rate ng kemikal na reaksyon,

C A at C B — mga konsentrasyon ng mga sangkap A at B, ayon sa pagkakabanggit, mol/l

k ay ang koepisyent ng proporsyonalidad, ang rate ng pare-pareho ng reaksyon.

Halimbawa, para sa reaksyon ng pagbuo ng ammonia:

N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3

Ang batas ng aksyong masa ay ganito:

- ito ay mga kemikal na sangkap nakikilahok sa isang reaksiyong kemikal, binabago ang bilis at direksyon nito, ngunit hindi magastos sa panahon ng reaksyon (sa dulo ng reaksyon, hindi sila nagbabago alinman sa dami o sa komposisyon). Ang isang tinatayang mekanismo para sa pagpapatakbo ng isang katalista para sa isang reaksyon ng uri A + B ay maaaring ilarawan bilang mga sumusunod:

A+K=AK

AK + B = AB + K

Ang proseso ng pagbabago ng rate ng reaksyon kapag nakikipag-ugnayan sa isang katalista ay tinatawag catalysis. Ang mga catalyst ay malawakang ginagamit sa industriya kapag kinakailangan upang taasan ang rate ng isang reaksyon o idirekta ito sa isang tiyak na landas.

Ayon sa estado ng phase ng katalista, ang homogenous at heterogenous catalysis ay nakikilala.

homogenous catalysis - ito ay kapag ang mga reactant at ang katalista ay nasa parehong yugto (gas, solusyon). Ang mga karaniwang homogenous catalyst ay mga acid at base. mga organikong amine, atbp.

heterogenous catalysis - ito ay kapag ang mga reactant at ang katalista ay nasa magkaibang mga yugto. Bilang isang patakaran, ang mga heterogenous catalysts ay solids. kasi Ang pakikipag-ugnayan sa naturang mga catalyst ay nangyayari lamang sa ibabaw ng sangkap, isang mahalagang kinakailangan para sa mga catalyst ay isang malaking lugar sa ibabaw. Ang mga heterogenous catalyst ay nailalarawan sa pamamagitan ng mataas na porosity, na nagpapataas ng ibabaw na lugar ng catalyst. Kaya, ang kabuuang lugar ng ibabaw ng ilang mga catalyst kung minsan ay umabot sa 500 metro kuwadrado bawat 1 g ng katalista. Tinitiyak ng malaking lugar at porosity ang mahusay na pakikipag-ugnayan sa mga reagents. Kabilang sa mga heterogenous catalyst ang mga metal, zeolite - mga kristal na mineral ng grupong aluminosilicate (silicon at aluminum compound), at iba pa.

Halimbawa heterogenous catalysis - synthesis ng ammonia:

N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3

Ang buhaghag na bakal na may mga dumi ng Al 2 O 3 at K 2 O ay ginagamit bilang isang katalista.

Ang katalista mismo ay hindi natupok sa panahon ng reaksyon ng kemikal, ngunit ang iba pang mga sangkap ay naipon sa ibabaw ng katalista, na nagbubuklod sa mga aktibong sentro ng katalista at hinaharangan ang operasyon nito ( catalytic poisons). Dapat silang tanggalin nang regular sa pamamagitan ng pagbabagong-buhay ng katalista.

Ang mga katalista ay napaka-epektibo sa mga reaksiyong biochemical. mga enzyme. Ang mga enzymatic catalyst ay kumikilos nang lubos na mahusay at pili, na may selectivity na 100%. Sa kasamaang palad, ang mga enzyme ay napaka-sensitibo sa pagtaas ng temperatura, katamtamang kaasiman, at iba pang mga kadahilanan; samakatuwid, mayroong isang bilang ng mga limitasyon para sa pagpapatupad ng pang-industriya na sukat ng mga proseso na may enzymatic catalysis.

Ang mga katalista ay hindi dapat malito mga nagpasimula proseso at mga inhibitor. Halimbawa, upang simulan ang isang radikal na reaksyon ng methane chlorination, kinakailangan ang ultraviolet irradiation. Ito ay hindi isang katalista. Ang ilang mga radikal na reaksyon ay pinasimulan ng mga radikal na peroxide. Hindi rin sila katalista.

Inhibitor ay mga sangkap na nagpapabagal sa isang kemikal na reaksyon. Ang mga inhibitor ay maaaring kainin at lumahok sa isang kemikal na reaksyon. Sa kasong ito, ang mga inhibitor ay hindi mga catalyst, vice versa. Ang reverse catalysis ay imposible sa prinsipyo - ang reaksyon ay sa anumang kaso ay susubukan na sundin ang pinakamabilis na landas.

5. Lugar ng contact ng mga reactant. Para sa mga heterogenous na reaksyon, isang paraan upang madagdagan ang bilang ng mga epektibong banggaan ay ang pagtaas lugar ng ibabaw ng reaksyon . Paano mas maraming lugar ang contact surface ng mga reacting phase, mas malaki ang rate ng isang heterogenous na kemikal na reaksyon. Ang powdered zinc ay mas mabilis na natutunaw sa acid kaysa sa granular zinc na may parehong timbang.

Sa industriya, upang madagdagan ang lugar ng contacting surface ng mga reactant, ginagamit nila paraan ng fluidized bed. Halimbawa, sa paggawa ng sulfuric acid sa pamamagitan ng pamamaraan ng kumukulo na layer, ang pyrite ay inihaw.

6. Ang likas na katangian ng mga reactant . Ang iba pang mga bagay ay pantay, ang rate ng mga reaksiyong kemikal ay naiimpluwensyahan din ng Mga katangian ng kemikal, ibig sabihin. ang likas na katangian ng mga reactant. Ang mga hindi gaanong aktibong sangkap ay magkakaroon ng mas mataas na activation barrier at mas mabagal ang reaksyon kaysa sa mas aktibong substance. Ang mas maraming aktibong substance ay may mas mababang activation energy, at mas madali at mas malamang na pumasok sa mga kemikal na reaksyon.

Sa mababang activation energies (mas mababa sa 40 kJ/mol), ang reaksyon ay nagpapatuloy nang napakabilis at madali. Ang isang makabuluhang bahagi ng mga banggaan sa pagitan ng mga particle ay nagtatapos sa isang pagbabagong kemikal. Halimbawa, ang mga reaksyon ng pagpapalitan ng ion ay nangyayari nang napakabilis sa ilalim ng normal na mga kondisyon.

Sa mataas na activation energies (higit sa 120 kJ/mol), maliit na bilang lamang ng mga banggaan ang nagtatapos sa isang kemikal na pagbabago. Ang rate ng naturang mga reaksyon ay bale-wala. Halimbawa, ang nitrogen ay halos hindi nakikipag-ugnayan sa oxygen sa ilalim ng normal na mga kondisyon.

Sa medium activation energies (mula 40 hanggang 120 kJ/mol), magiging average ang rate ng reaksyon. Ang ganitong mga reaksyon ay nagpapatuloy din sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ngunit hindi masyadong mabilis, upang sila ay maobserbahan sa mata. Kasama sa mga reaksyong ito ang pakikipag-ugnayan ng sodium sa tubig, ang pakikipag-ugnayan ng iron sa hydrochloric acid, atbp.

Ang mga sangkap na stable sa ilalim ng normal na mga kondisyon ay may posibilidad na magkaroon ng mataas na activation energies.

Ang ilang mga reaksiyong kemikal ay nangyayari halos kaagad (pagsabog ng isang halo ng oxygen-hydrogen, mga reaksyon ng pagpapalitan ng ion sa isang may tubig na solusyon), ang pangalawa - mabilis (pagkasunog ng mga sangkap, pakikipag-ugnayan ng zinc sa acid), at iba pa - dahan-dahan (pagkakalawang ng bakal, pagkabulok ng mga organikong nalalabi). Kaya't ang mga mabagal na reaksyon ay kilala na ang isang tao ay hindi mapapansin ang mga ito. Halimbawa, ang pagbabago ng granite sa buhangin at luwad ay nagaganap sa loob ng libu-libong taon.

Sa madaling salita, ang mga reaksiyong kemikal ay maaaring magpatuloy sa iba't ibang paraan bilis.

Ngunit ano ang bilis ng reaksyon? Ano ang tumpak na kahulugan ibinigay na halaga at, higit sa lahat, ang mathematical expression nito?

Ang rate ng isang reaksyon ay ang pagbabago sa dami ng isang sangkap sa isang yunit ng oras sa isang yunit ng volume. Sa matematika, ang expression na ito ay nakasulat bilang:

saan n 1 at n 2- ang halaga ng sangkap (mol) sa oras t 1 at t 2, ayon sa pagkakabanggit, sa isang sistema na may dami V.

Aling plus o minus sign (±) ang tatayo bago ang pagpapahayag ng bilis ay depende sa kung titingnan natin ang pagbabago sa dami ng kung aling substance - isang produkto o isang reactant.

Malinaw, sa panahon ng reaksyon, ang mga reagents ay natupok, iyon ay, ang kanilang bilang ay bumababa, samakatuwid, para sa mga reagents, ang expression (n 2 - n 1) ay palaging may halaga na mas mababa sa zero. Dahil ang bilis ay hindi maaaring negatibong halaga, sa kasong ito, dapat ilagay ang isang minus sign bago ang expression.

Kung tinitingnan natin ang pagbabago sa dami ng produkto, at hindi ang reactant, kung gayon ang minus sign ay hindi kinakailangan bago ang expression para sa pagkalkula ng rate, dahil ang expression (n 2 - n 1) sa kasong ito ay palaging positibo. , dahil ang dami ng produkto bilang resulta ng reaksyon ay maaari lamang tumaas.

Ang ratio ng dami ng sangkap n sa volume kung saan ang dami ng substance na ito, na tinatawag na molar concentration MULA SA:

Kaya, gamit ang konsepto ng molar concentration at ang mathematical expression nito, maaari tayong sumulat ng isa pang paraan upang matukoy ang rate ng reaksyon:

Ang rate ng reaksyon ay ang pagbabago sa konsentrasyon ng molar ng isang sangkap bilang resulta ng isang kemikal na reaksyon sa isang yunit ng oras:

Mga salik na nakakaapekto sa rate ng reaksyon

Kadalasan ay napakahalagang malaman kung ano ang tumutukoy sa bilis ng isang partikular na reaksyon at kung paano ito maimpluwensyahan. Halimbawa, literal na nakikipaglaban ang industriya ng pagdadalisay ng langis para sa bawat karagdagang kalahating porsyento ng produkto sa bawat yunit ng oras. Pagkatapos ng lahat, dahil sa malaking halaga ng langis na naproseso, kahit kalahating porsyento ay dumadaloy sa isang malaking taunang kita sa pananalapi. Sa ilang mga kaso, napakahalaga na pabagalin ang anumang reaksyon, lalo na, ang kaagnasan ng mga metal.

Kaya ano ang nakasalalay sa rate ng isang reaksyon? Depende ito, kakaiba, sa maraming iba't ibang mga parameter.

Upang maunawaan ang isyung ito, una sa lahat, isipin natin kung ano ang mangyayari bilang resulta ng isang kemikal na reaksyon, halimbawa:

Ang equation na nakasulat sa itaas ay sumasalamin sa proseso kung saan ang mga molekula ng mga sangkap A at B, na nagbabanggaan sa isa't isa, ay bumubuo ng mga molekula ng mga sangkap na C at D.

Iyon ay, walang alinlangan, upang ang reaksyon ay maganap, hindi bababa sa isang banggaan ng mga molekula ng mga panimulang sangkap ay kinakailangan. Malinaw, kung dagdagan natin ang bilang ng mga molekula sa bawat volume ng yunit, tataas ang bilang ng mga banggaan sa parehong paraan kung paano tataas ang dalas ng iyong mga banggaan sa mga pasahero sa isang masikip na bus kumpara sa kalahating walang laman.

Sa ibang salita, tumataas ang rate ng reaksyon sa pagtaas ng konsentrasyon ng mga reactant.

Sa kaso kung ang isa o ilan sa mga reactant ay mga gas, ang rate ng reaksyon ay tumataas sa pagtaas ng presyon, dahil ang presyon ng isang gas ay palaging direktang proporsyonal sa konsentrasyon ng mga bumubuo nito molecule.

Gayunpaman, ang banggaan ng mga particle ay isang kinakailangan ngunit hindi sapat na kondisyon para magpatuloy ang reaksyon. Ang katotohanan ay, ayon sa mga kalkulasyon, ang bilang ng mga banggaan ng mga molekula ng mga tumutugon na sangkap sa kanilang makatwirang konsentrasyon ay napakalaki na ang lahat ng mga reaksyon ay dapat magpatuloy sa isang iglap. Gayunpaman, hindi ito nangyayari sa pagsasanay. Anong problema?

Ang katotohanan ay hindi lahat ng banggaan ng mga reactant molecule ay kinakailangang maging epektibo. Maraming banggaan ang nababanat - ang mga molekula ay tumalbog sa isa't isa tulad ng mga bola. Upang maganap ang reaksyon, ang mga molekula ay dapat magkaroon ng sapat na kinetic energy. Ang pinakamababang enerhiya na dapat taglayin ng mga molekula ng mga reactant upang maganap ang reaksyon ay tinatawag na activation energy at tinutukoy bilang E a. Sa isang sistema na binubuo ng isang malaking bilang ng mga molekula, mayroong isang pamamahagi ng enerhiya ng mga molekula, ang ilan sa kanila ay may mababang enerhiya, ang ilan ay may mataas at katamtamang enerhiya. Sa lahat ng mga molekulang ito, isang maliit na bahagi lamang ng mga molekula ang may enerhiya na mas malaki kaysa sa enerhiya ng pag-activate.

Tulad ng nalalaman mula sa kurso ng pisika, ang temperatura ay talagang isang sukatan ng kinetic energy ng mga particle na bumubuo sa substance. Ibig sabihin, mas mabilis ang paggalaw ng mga particle na bumubuo sa substance, mas mataas ang temperatura nito. Kaya, malinaw naman, sa pamamagitan ng pagtaas ng temperatura, mahalagang pinatataas natin ang kinetic energy ng mga molekula, bilang isang resulta kung saan ang proporsyon ng mga molekula na may mga enerhiya na lumampas sa E a ay tumataas, at ang kanilang banggaan ay hahantong sa isang kemikal na reaksyon.

Katotohanan magandang dulot Ang temperatura sa bilis ng reaksyon noong ika-19 na siglo ay empirically itinatag ng Dutch chemist na si Van't Hoff. Batay sa kanyang pagsasaliksik, gumawa siya ng isang panuntunan na nagtataglay pa rin ng kanyang pangalan, at parang ganito:

Ang rate ng anumang kemikal na reaksyon ay tumataas ng 2-4 beses na may pagtaas sa temperatura ng 10 degrees.

Ang matematikal na representasyon ng panuntunang ito ay nakasulat bilang:

saan V 2 at V 1 ay ang bilis sa temperatura t 2 at t 1, ayon sa pagkakabanggit, at ang γ ay ang koepisyent ng temperatura ng reaksyon, ang halaga kung saan kadalasan ay nasa saklaw mula 2 hanggang 4.

Kadalasan ang rate ng maraming mga reaksyon ay maaaring tumaas sa pamamagitan ng paggamit mga katalista.

Ang mga katalista ay mga sangkap na nagpapabilis ng isang reaksyon nang hindi natupok.

Ngunit paano pinamamahalaan ng mga catalyst na taasan ang rate ng isang reaksyon?

Alalahanin ang activation energy E a . Ang mga molekula na may mga enerhiya na mas mababa kaysa sa enerhiya ng pag-activate ay hindi maaaring makipag-ugnayan sa isa't isa sa kawalan ng isang katalista. Binabago ng mga catalyst ang landas kung saan nagpapatuloy ang reaksyon, katulad ng kung paano ihahanda ng isang may karanasan na gabay ang ruta ng ekspedisyon hindi direkta sa bundok, ngunit sa tulong ng mga bypass path, bilang isang resulta kung saan kahit na ang mga satellite na walang sapat enerhiya upang umakyat sa bundok ay magagawang ilipat sa isa pang kanyang gilid.

Sa kabila ng katotohanan na ang katalista ay hindi natupok sa panahon ng reaksyon, gayunpaman ito ay tumatagal ng isang aktibong bahagi sa loob nito, na bumubuo ng mga intermediate compound na may mga reagents, ngunit sa pagtatapos ng reaksyon ay bumalik ito sa orihinal na estado nito.

Bilang karagdagan sa mga salik sa itaas na nakakaapekto sa rate ng reaksyon, kung mayroong isang interface sa pagitan ng mga reacting substance (heterogeneous reaction), ang rate ng reaksyon ay depende din sa contact area ng mga reactant. Halimbawa, isipin ang isang butil ng metal na aluminyo na ibinagsak sa isang test tube na naglalaman ng isang may tubig na solusyon ng hydrochloric acid. Ang aluminyo ay isang aktibong metal na maaaring tumugon sa mga non-oxidizing acid. Sa hydrochloric acid, ang equation ng reaksyon ay ang mga sumusunod:

2Al + 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2

Ang aluminyo ay isang solid, na nangangahulugang ito ay tumutugon lamang sa hydrochloric acid sa ibabaw nito. Malinaw, kung dagdagan natin ang ibabaw na lugar sa pamamagitan ng unang pag-roll sa aluminum granule sa foil, sa gayon ay nagbibigay tayo ng mas malaking bilang ng mga aluminum atom na magagamit para sa reaksyon sa acid. Bilang resulta, tataas ang rate ng reaksyon. Katulad nito, ang pagtaas sa ibabaw ng isang solid ay maaaring makamit sa pamamagitan ng paggiling nito sa isang pulbos.

Gayundin, ang rate ng isang heterogenous na reaksyon, kung saan ang isang solid ay tumutugon sa isang gas o likido, ay madalas na positibong apektado ng pagpapakilos, na dahil sa ang katunayan na bilang isang resulta ng pagpapakilos, ang mga naipon na molekula ng mga produkto ng reaksyon ay tinanggal mula sa ang zone ng reaksyon at isang bagong bahagi ng mga molekula ng reagent ay "naitaas".

Ang huling bagay na dapat tandaan ay din ang malaking impluwensya sa rate ng reaksyon at ang likas na katangian ng mga reagents. Halimbawa, mas mababa ang alkali metal sa periodic table, mas mabilis itong tumutugon sa tubig, ang fluorine sa lahat ng mga halogens ay pinakamabilis na tumutugon sa hydrogen gas, atbp.

Sa buod, ang rate ng reaksyon ay nakasalalay sa mga sumusunod na kadahilanan:

1) ang konsentrasyon ng mga reagents: mas mataas, mas malaki ang rate ng reaksyon.

2) temperatura: sa pagtaas ng temperatura, ang rate ng anumang reaksyon ay tumataas.

3) ang contact area ng mga reactant: mas malaki ang contact area ng mga reactant, mas mataas ang reaction rate.

4) pagpapakilos, kung ang reaksyon ay nangyayari sa pagitan ng isang solid at isang likido o gas, ang pagpapakilos ay maaaring mapabilis ito.

Ang rate ng isang kemikal na reaksyon ay nakasalalay sa maraming mga kadahilanan, kabilang ang likas na katangian ng mga reactant, ang konsentrasyon ng mga reactant, temperatura, at ang pagkakaroon ng mga catalyst. Isaalang-alang natin ang mga salik na ito.

1). Ang likas na katangian ng mga reactant. Kung mayroong isang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga sangkap na may isang ionic na bono, kung gayon ang reaksyon ay nagpapatuloy nang mas mabilis kaysa sa pagitan ng mga sangkap na may isang covalent bond.

2.) Konsentrasyon ng reactant. Upang maganap ang isang kemikal na reaksyon, ang mga molekula ng mga reactant ay dapat magbanggaan. Iyon ay, ang mga molekula ay dapat na malapit sa isa't isa na ang mga atomo ng isang particle ay nakakaranas ng pagkilos ng mga electric field ng isa pa. Sa kasong ito lamang magiging posible ang mga paglipat ng mga electron at ang kaukulang muling pagsasaayos ng mga atomo, bilang isang resulta kung saan nabuo ang mga molekula ng mga bagong sangkap. Kaya, ang rate ng mga reaksiyong kemikal ay proporsyonal sa bilang ng mga banggaan na nagaganap sa pagitan ng mga molekula, at ang bilang ng mga banggaan, naman, ay proporsyonal sa konsentrasyon ng mga reactant. Sa batayan ng pang-eksperimentong materyal, ang mga siyentipikong Norwegian na sina Guldberg at Waage at, nang nakapag-iisa sa kanila, ang siyentipikong Ruso na si Beketov noong 1867 ay bumalangkas ng pangunahing batas ng kinetika ng kemikal - batas ng aksyong masa(ZDM): sa isang pare-parehong temperatura, ang rate ng isang kemikal na reaksyon ay direktang proporsyonal sa produkto ng mga konsentrasyon ng mga reactant sa kapangyarihan ng kanilang mga stoichiometric coefficient. Para sa pangkalahatang kaso:

ang batas ng aksyong masa ay may anyo:

Ang batas ng mass action para sa isang ibinigay na reaksyon ay tinatawag ang pangunahing kinetic equation ng reaksyon. Sa pangunahing kinetic equation, ang k ay ang rate ng reaksyon na pare-pareho, na nakasalalay sa likas na katangian ng mga reactant at temperatura.

Karamihan sa mga reaksiyong kemikal ay nababaligtad. Sa kurso ng naturang mga reaksyon, ang kanilang mga produkto, habang sila ay naipon, ay tumutugon sa isa't isa upang mabuo ang mga panimulang sangkap:

Pasulong na rate ng reaksyon:

Rate ng feedback:

Sa oras ng ekwilibriyo:

Mula dito, ang batas ng kumikilos na masa sa isang estado ng ekwilibriyo ay magkakaroon ng anyo:

kung saan ang K ay ang equilibrium constant ng reaksyon.

3) Ang epekto ng temperatura sa rate ng reaksyon. Ang rate ng mga reaksiyong kemikal, bilang panuntunan, ay tumataas kapag lumampas ang temperatura. Isaalang-alang natin ito gamit ang halimbawa ng pakikipag-ugnayan ng hydrogen sa oxygen.

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

Sa 20 0 C, ang rate ng reaksyon ay halos zero at aabutin ng 54 bilyong taon bago ang pakikipag-ugnayan ay pumasa ng 15%. Sa 500 0 C, tumatagal ng 50 minuto upang makabuo ng tubig, at sa 700 0 C, ang reaksyon ay nagpapatuloy kaagad.

Ang pag-asa ng rate ng reaksyon sa temperatura ay ipinahayag ang panuntunan ni van't Hoff: na may pagtaas sa temperatura ng 10 tungkol sa pagtaas ng rate ng reaksyon ng 2 - 4 na beses. Ang panuntunan ni Van't Hoff ay nakasulat:

4) Impluwensya ng mga katalista. Ang bilis ng mga reaksiyong kemikal ay maaaring kontrolin ng mga katalista- mga sangkap na nagbabago sa bilis ng reaksyon at nananatiling hindi nagbabago pagkatapos ng reaksyon. Ang pagbabago sa rate ng isang reaksyon sa pagkakaroon ng isang katalista ay tinatawag na catalysis. Makilala positibo(tumataas ang rate ng reaksyon) at negatibo(bumababa ang rate ng reaksyon) catalysis. Minsan ang katalista ay nabuo sa panahon ng reaksyon, ang mga naturang proseso ay tinatawag na autocatalytic. Pagkilala sa pagitan ng homogenous at heterogenous catalysis.

Sa homogenous Sa catalysis, ang catalyst at reactants ay nasa parehong yugto. Halimbawa:

Sa magkakaiba Sa catalysis, ang catalyst at reactants ay nasa iba't ibang yugto. Halimbawa:

Ang heterogenous catalysis ay nauugnay sa mga proseso ng enzymatic. Ang lahat ng mga kemikal na proseso na nagaganap sa mga buhay na organismo ay na-catalyzed ng mga enzyme, na mga protina na may ilang espesyal na function. Sa mga solusyon kung saan nagaganap ang mga proseso ng enzymatic, walang tipikal na heterogenous medium, dahil sa kawalan ng isang malinaw na tinukoy na interface ng phase. Ang ganitong mga proseso ay tinutukoy bilang microheterogeneous catalysis.

Bilis ng reaksyon ay tinutukoy ng pagbabago sa konsentrasyon ng molar ng isa sa mga reactant:

V \u003d ± ((C 2 - C 1) / (t 2 - t 1)) \u003d ± (DC / Dt)

Kung saan ang C 1 at C 2 ay ang mga molar na konsentrasyon ng mga sangkap sa mga oras na t 1 at t 2, ayon sa pagkakabanggit (sign (+) - kung ang rate ay tinutukoy ng produkto ng reaksyon, sign (-) - ng paunang sangkap).

Nagaganap ang mga reaksyon kapag nagbanggaan ang mga molekula ng mga reactant. Ang bilis nito ay tinutukoy ng bilang ng mga banggaan at ang posibilidad na sila ay humantong sa isang pagbabago. Ang bilang ng mga banggaan ay tinutukoy ng mga konsentrasyon ng mga tumutugon na sangkap, at ang posibilidad ng isang reaksyon ay tinutukoy ng enerhiya ng mga nagbabanggaang molekula.
Mga salik na nakakaapekto sa bilis ng mga reaksiyong kemikal.
1. Ang katangian ng mga reactant. Ang isang mahalagang papel ay nilalaro ng likas na katangian ng mga bono ng kemikal at ang istraktura ng mga molekula ng mga reagents. Ang mga reaksyon ay nagpapatuloy sa direksyon ng pagkasira ng hindi gaanong malakas na mga bono at ang pagbuo ng mga sangkap na may mas malakas na mga bono. Kaya, ang mataas na enerhiya ay kinakailangan upang masira ang mga bono sa H 2 at N 2 na mga molekula; ang mga naturang molekula ay hindi masyadong reaktibo. Upang masira ang mga bono sa mataas na polar na mga molekula (HCl, H 2 O), mas kaunting enerhiya ang kinakailangan, at ang rate ng reaksyon ay mas mataas. Ang mga reaksyon sa pagitan ng mga ion sa mga solusyon sa electrolyte ay nagpapatuloy halos kaagad.
Mga halimbawa
Ang fluorine ay sumasabog na tumutugon sa hydrogen temperatura ng silid, ang bromine ay nakikipag-ugnayan sa hydrogen nang dahan-dahan at kapag pinainit.
Ang kaltsyum oksido ay malakas na tumutugon sa tubig, naglalabas ng init; tansong oksido - hindi tumutugon.

2. Konsentrasyon. Sa pagtaas ng konsentrasyon (ang bilang ng mga particle sa bawat dami ng yunit), ang mga banggaan ng mga molekula ng reactant ay nangyayari nang mas madalas - ang pagtaas ng rate ng reaksyon.
Ang batas ng aktibong masa (K. Guldberg, P. Waage, 1867)
Ang rate ng isang kemikal na reaksyon ay direktang proporsyonal sa produkto ng mga konsentrasyon ng mga reactant.

AA + bB + . . . ® . . .

• [A] a [B] b . . .

Ang rate ng reaksyon na pare-pareho ay nakasalalay sa likas na katangian ng mga reactant, temperatura, at katalista, ngunit hindi nakasalalay sa mga konsentrasyon ng mga reactant.
Ang pisikal na kahulugan ng rate constant ay ito ay katumbas ng rate ng reaksyon sa mga konsentrasyon ng yunit ng mga reactant.
Para sa mga heterogenous na reaksyon, ang konsentrasyon ng solid phase ay hindi kasama sa expression ng rate ng reaksyon.

3. Temperatura. Para sa bawat 10°C na pagtaas ng temperatura, ang rate ng reaksyon ay tumataas ng isang salik na 2-4 (Van't Hoff's Rule). Sa pagtaas ng temperatura mula t 1 hanggang t 2, ang pagbabago sa rate ng reaksyon ay maaaring kalkulahin ng formula:

(kung saan ang Vt 2 at Vt 1 ay ang mga rate ng reaksyon sa mga temperatura t 2 at t 1, ayon sa pagkakabanggit; g ay ang koepisyent ng temperatura ng reaksyong ito).
Ang panuntunan ni Van't Hoff ay nalalapat lamang sa isang makitid na hanay ng temperatura. Mas tumpak ang Arrhenius equation:

• e-Ea/RT

saan
A ay isang pare-pareho depende sa likas na katangian ng mga reactants;
R ay ang unibersal na gas constant;

Ang Ea ay ang activation energy, i.e. ang enerhiya na dapat taglayin ng nagbabanggaan na mga molekula upang ang banggaan ay magresulta sa pagbabagong kemikal.
Energy diagram ng isang kemikal na reaksyon.

A - reagents, B - activated complex (transition state), C - mga produkto.
Kung mas malaki ang activation energy Ea, mas tumataas ang rate ng reaksyon sa pagtaas ng temperatura.

4. Ang contact surface ng mga reactant. Para sa mga heterogenous system (kapag ang mga substance ay nasa iba't ibang estado ng pagsasama-sama), mas malaki ang contact surface, mas mabilis ang reaksyon. Ang ibabaw ng solids ay maaaring tumaas sa pamamagitan ng paggiling sa kanila, at para sa mga natutunaw na sangkap sa pamamagitan ng pagtunaw sa kanila.

5. Catalysis. Ang mga sangkap na nakikilahok sa mga reaksyon at nagpapataas ng rate nito, na nananatiling hindi nagbabago sa pagtatapos ng reaksyon, ay tinatawag na mga katalista. Ang mekanismo ng pagkilos ng mga catalyst ay nauugnay sa isang pagbawas sa activation energy ng reaksyon dahil sa pagbuo ng mga intermediate compound. Sa homogenous catalysis ang mga reagents at ang katalista ay bumubuo ng isang yugto (sila ay nasa parehong estado ng pagsasama-sama), na may heterogenous catalysis- iba't ibang mga yugto (sila ay nasa iba't ibang mga estado ng pagsasama-sama). Sa ilang mga kaso, posibleng pabagalin nang husto ang kurso ng mga hindi kanais-nais na proseso ng kemikal sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga inhibitor sa medium ng reaksyon (ang phenomenon " negatibong catalysis").