1) Естеството на реагентите . Важна роля играят естеството на химичните връзки и структурата на молекулите на реагентите. Реакциите протичат в посока на разрушаване на по-малко силни връзки и образуване на вещества с по-силни връзки. И така, за разрушаване на връзки в молекулите з 2 и н 2 изискват се високи енергии; такива молекули не са много реактивни. За разрушаване на връзки в силно полярни молекули ( НС1, з 2 О) изисква по-малко енергия и скоростта на реакцията е много по-бърза. Реакциите между йони в електролитни разтвори протичат почти мигновено.

Примери

Флуорът реагира експлозивно с водорода при стайна температура; бромът реагира бавно с водорода дори при нагряване.

Калциевият оксид реагира енергично с водата, отделяйки топлина; меден оксид - не реагира.

2) Концентрация . С увеличаване на концентрацията (броя на частиците в единица обем), сблъсъците на молекулите на реагентите се появяват по-често - скоростта на реакцията се увеличава.

Законът за активните маси (K. Guldberg, p. Waage, 1867)

Един от основните закони на физикохимията; задава скоростна зависимост химическа реакциявърху концентрациите на реагиращите вещества и съотношението между концентрациите (или активностите) на реакционните продукти и изходните вещества в състояние на химично равновесие. Норвежките учени K. Guldberg и P. Vaage, които формулират D. m. през 1864-67 г. те наричат ​​„действащата маса“ на веществото неговото количество на единица обем, т.е. концентрация, откъдето идва и името на закона.

При постоянна температура скоростта на химичната реакция е право пропорционална на произведението на концентрациите на реагентите, взети в степени, равни на стехиометричните коефициенти в уравнението на реакцията.

За мономолекулна реакцияскоростта на реакцията  се определя от концентрацията на молекулите на веществото А:

където ке коефициентът на пропорционалност, който се нарича скоростна константа реакция; [A] - моларна концентрация на вещество А.

В случай на бимолекулярна реакция, скоростта му се определя от концентрацията на молекулите не само на вещество А, но и на вещество Б:

В случай на тримолекулна реакция,скоростта на реакцията се изразява с уравнението:

Като цяло, ако реакцията протича едновременно Tмолекули на вещество А и n молекули на вещество В, т.е.

tA + pV = C,

уравнението на скоростта на реакцията е:

Формата на уравнението се определя от факта, че необходимо условие за елементарен акт на реакция е сблъсъкът на молекулите на изходните вещества, т.е. срещата им в определен малък обем (от порядъка на размера на молекули). Вероятността за намиране на молекула A в даден момент в даден малък обем е пропорционална на [A], т.е. колкото по-голяма е концентрацията на реагиращите вещества, толкова по-голяма е скоростта на реакцията в даден момент.

Константа на скоростта на реакцията кзависи от природата на реагентите, температурата и катализатора, а в случай на течен разтвор, също и от налягането; последната зависимост е значима само при високи налягания, но не зависи от концентрациите на реагентите.

Физическото значение на константата на скоростта е, че тя е равна на скоростта на реакцията при единични концентрации на реагентите.

За хетерогенни реакции концентрацията на твърдата фаза не е включена в израза за скоростта на реакцията.

Пример

Запишете израза за закона за действието на масите за следните реакции:

а) н 2(г) + 3 з 2(г) = 2 NH 3(d)

б) 2 ° С (да се) + О 2(г) = 2 CO (G)

Раздели: Химия

Целта на урока

• образователен:продължете формирането на концепцията за "скорост на химичните реакции", изведете формули за изчисляване на скоростта на хомогенни и хетерогенни реакции, помислете от какви фактори зависи скоростта на химичните реакции;
• развитие:да се научат да обработват и анализират експериментални данни; да може да открива връзката между скоростта на химичните реакции и външните фактори;
• образователен:да продължи развитието на комуникационните умения в хода на двойната и колективната работа; да насочи вниманието на учениците към значението на знанията за скоростта на химичните реакции, протичащи в ежедневието (корозия на метал, вкисване на мляко, гниене и др.)

Учебни помагала: Д.мултимедиен проектор, компютър, слайдове по основните въпроси на урока, CD-ROM "Кирил и Методий", таблици на масите, протоколи от лабораторни упражнения, лабораторно оборудване и реактиви;

Методи на обучение:репродуктивни, изследователски, частично търсещи;

Форма на организация на занятията:разговор, практическа работа, самостоятелна работа, тестване;

Форма на организация на работа на учениците:фронтален, индивидуален, групов, колективен.

1. Организация на класа

Готовност на класа за работа.

2. Подготовка за основния етап на усвояване на учебния материал. Активиране на основни знания и умения(Слайд 1, вижте презентацията към урока).

Темата на урока е „Скоростта на химичните реакции. Фактори, влияещи върху скоростта на химичната реакция.

Задача: да разберете каква е скоростта на химичната реакция и от какви фактори зависи тя. В хода на урока ще се запознаем с теорията на въпроса по горната тема. На практика ще потвърдим някои от нашите теоретични предположения.

Прогнозна активност на учениците

Активната работа на учениците показва тяхната готовност да възприемат темата на урока. Учениците се нуждаят от знания за скоростта на химичната реакция от курса за 9. клас (вътрешнопредметна комуникация).

Нека обсъдим следните въпроси (фронтално, слайд 2):

1. Защо се нуждаем от знания за скоростта на химичните реакции?
2. Какви примери могат да потвърдят, че химичните реакции протичат с различна скорост?
3. Как се определя скоростта? механично движение? Каква е мерната единица за тази скорост?
4. Как се определя скоростта на химичната реакция?
5. Какви условия трябва да се създадат, за да започне химична реакция?

Разгледайте два примера (експериментът се провежда от учителя).

На масата има две епруветки, в едната е разтвор на основа (КОН), в другата е пирон; Добавете разтвор на CuSO4 към двете епруветки. какво виждаме

Прогнозна активност на учениците

Използвайки примери, учениците преценяват скоростта на реакциите и правят подходящи изводи. Записване на дъската на направените реакции (двама ученика).

В първата епруветка реакцията настъпи моментално, във втората - все още няма видими промени.

Съставете уравненията на реакцията (двама ученика пишат уравнения на дъската):

1. CuSO 4 + 2KOH \u003d Cu (OH) 2 + K 2 SO 4; Cu 2+ + 2OH - \u003d Cu (OH) 2
2. Fe + CuSO 4 \u003d FeSO 4 + Cu; Fe 0 + Cu 2+ = Fe 2+ + Cu 0

Какъв извод можем да направим от проведените реакции? Защо едната реакция е моментална, а другата бавна? За да направите това, е необходимо да запомните, че има химични реакции, които протичат в целия обем на реакционното пространство (в газове или разтвори), а има и други, които протичат само на контактната повърхност на веществата (горене твърдо тялов газ, взаимодействието на метал с киселина, сол на по-малко активен метал).

Прогнозна активност на учениците

Въз основа на резултатите от демонстрирания експеримент учениците правят заключение:реакция 1 е хомогенна и реакция

2 - разнородни.

Скоростите на тези реакции ще бъдат математически определени по различни начини.

Изучаването на скоростите и механизмите на химичните реакции се нарича химична кинетика.

3. Усвояване на нови знания и начини на действие(Слайд 3)

Скоростта на реакцията се определя от промяната в количеството на веществото за единица време

В блок V

(за хомогенни)

На единица контактна повърхност на вещества S (за хетерогенни)

Очевидно с това определение стойността на скоростта на реакцията не зависи от обема в хомогенна система и от зоната на контакт на реагентите - в хетерогенна.

Прогнозна активност на учениците

Активни действия на учениците с обекта на изследване. Въвеждане на таблицата в тетрадка.

От това следват две важни моменти(слайд 4):

2) изчислената стойност на скоростта ще зависи от това от какво вещество се определя, а изборът на последното зависи от удобството и лекотата на измерване на нейното количество.

Например, за реакцията 2H 2 + O 2 = 2H 2 O: υ (за H 2) = 2 υ (за O 2) = υ (за H 2 O)

4. Затвърдяване на първичните знания за скоростта на химичната реакция

За да консолидираме разглеждания материал, ще решим проблема с изчислението.

Прогнозна активност на учениците

Първично осмисляне на усвоените знания за скоростта на реакцията. Правилността на решението на проблема.

Задача (слайд 5).Химическата реакция протича в разтвор съгласно уравнението: A + B = C. Начални концентрации: вещества А - 0,80 mol / l, вещества B - 1,00 mol / l. След 20 минути концентрацията на вещество А намалява до 0,74 mol/L. Определете: а) средната скорост на реакция за този период от време;

б) концентрацията на вещество С след 20 минути. Решение (Приложение 4, слайд 6).

5. Усвояване на нови знания и начини на действие(извършване на лабораторна работа в хода на повторение и изучаване на нов материал, стъпка по стъпка, Приложение 2).

Знаем, че различни фактори влияят върху скоростта на химичната реакция. Който?

Прогнозна активност на учениците

Разчитане на знанията от 8-9 клас, писане в тетрадка в хода на изучаване на материала. Списък (слайд 7):

Естеството на реагентите;

температура;

Концентрацията на реагентите;

Действието на катализаторите;

Контактна повърхност на реагенти (при хетерогенни реакции).

Влиянието на всички тези фактори върху скоростта на реакцията може да се обясни с помощта на проста теория – теория на сблъсъка (слайд 8).Основната му идея е следната: реакциите възникват, когато частици от реагенти, които имат определена енергия, се сблъскат.

От това можем да направим следните изводи:

1. Колкото повече частици реагент, колкото по-близо са една до друга, толкова по-вероятно е да се сблъскат и да реагират.
2. Води само до реакция ефективни сблъсъци,тези. тези, при които "старите връзки" са разрушени или отслабени и следователно могат да се образуват "нови". Но за това частиците трябва да имат достатъчна енергия.

Минималният енергиен излишък (над средната енергия на частиците в системата), необходим за ефективен сблъсък на частици в системата), необходим за ефективен сблъсък на реагентни частици, се наричаактивираща енергия да.

Прогнозна активност на учениците

Разбиране на понятието и записване на определението в тетрадка.

Така по пътя на всички частици, влизащи в реакцията, има някаква енергийна бариера, равна на енергията на активиране. Ако е малък, значи има много частици, които успешно го преодоляват. При голяма енергийна бариера е необходима допълнителна енергия за преодоляването й, понякога е достатъчен добър „тласък“. Запалвам спиртната лампа - давам допълнителна енергия да,необходим за преодоляване на енергийната бариера при реакцията на взаимодействието на алкохолни молекули с кислородни молекули.

Обмисли фактори, които влияят на скоростта на реакцията.

1) Естеството на реагентите(слайд 9) Природата на реагиращите вещества се разбира като техния състав, структура, взаимно влияние на атомите в неорганични и органични вещества.

Големината на енергията на активиране на веществата е фактор, чрез който се влияе влиянието на природата на реагиращите вещества върху скоростта на реакцията.

Брифинг.

Самостоятелно формулиране на заключения (Приложение 3 у дома)

Във физическата химия има област, която се занимава с анализ на скоростта на химичните процеси, определяйки условията, които влияят върху увеличаването или намаляването на скоростта. Тази област се нарича химична кинетика. Тази област на науката изучава механизмите на провеждане и термодинамичните характеристики на процесите. Получените знания се използват за научни цели, в производството на химикали, когато е важно да се контролира взаимодействието на съставките в реакторите.

Терминът "скорост на реакцията" означава еквивалентната промяна в концентрациите на съставките, участващи в реакцията, за определената единица време. За изчисляване на скоростта се използва специална формула: ᴠ = ±C/t.

Единицата за измерване на скоростта е mol/l*s по време на хомогенен процес, когато целият обем реагира. За многоетапна реакция, когато има ясно определени фази, се използва друга мерна единица - mol / m2 * s.

Химични процеси с различна скорост

Химическите компоненти могат да взаимодействат помежду си с различна скорост. Например сталактитите се образуват в резултат на увеличаване на калциевия карбонат. Скоростта на растеж на образованието е половин милиметър за 100 години. Други биохимични реакции протичат също толкова бавно. Процесите на протеинов синтез и корозия на метали се отличават с доста ниска скорост.

Други процеси, които отнемат един или повече часа, са по-бързи. Тези реакции включват готвене, когато се извършва разлагането и трансформацията на съединенията, присъстващи в хранителните продукти.

За определен период от време реакционният състав, който се използва за синтеза на определени полимери, трябва да се нагрява.

Бързите химични реакции включват неутрализация, контакт на разредена оцетна киселина с обикновена сода за хляб, което води до освобождаване на въглероден диоксид. Към списъка може да се добави реакцията на натриеви соли с бариев нитрат, след което се утаява неразтворим бариев сулфат.

важно!Има огромен брой химични процеси, които протичат много бързо и завършват с експлозия. Ярък пример е комбинацията от калий и вода.

Фактори, влияещи върху скоростта на реакцията

Чрез комбиниране на химикали се получава реакция, която в различни условиятече с различна скорост. Например, при комбинация от водород и кислород в газообразно състояние, сместа е неактивна за дълго време, но ако контейнерът се разклати или удари, реакцията ще завърши с експлозия.

Във връзка с подобни характеристики специалистите по химическа кинетика са идентифицирали редица фактори, които имат способността да повлияят на скоростта на химичната реакция.

Сред тези условия са:

• естествени свойства на реагиращите компоненти;
• концентрация на реагенти;
• температурни колебания;
• използването на катализатор;
• скокове на налягането (при използване на газообразни компоненти);
• зоната на взаимодействие на веществата.

Природни свойства на реактивите

Голяма разлика в скоростите на химичните реакции се дължи на различни коефициенти на енергия на активиране - излишно количество енергия, чието количество надвишава средните стойности, необходими за сблъсък и взаимодействие на частиците. Параметърът има собствена единица kJ/mol. Тези стойности варират от 50 до 250.

При излишък на енергия в размер на 150 kJ / mol реакцията не протича при нормални условия. Количеството освободена енергия ще бъде изразходвано за предотвратяване на отблъскването на молекулите, минимизиране на връзките в веществото. Силата на химичните връзки в съставките зависи от енергията на активиране. Енергийната стойност отразява активността на реакцията:

• по-малко от 40 - взаимодействието е бързо, всички молекулярни удари завършват с реакция;
• повече от 40, но по-малко от 120 - средна скорост, само половината от сблъсъците са ефективни;
• повече от 120 - бавно взаимодействие, тъй като незначителна част от сблъсъците на частици завършват с реакция.

Концентрация на веществото

Броят на молекулите на единица обем влияе върху скоростта на взаимодействие. Процесът попада под закона за масовото действие. Законът важи за най-простите реакции, протичащи на един етап. Също така подходящ за многоетапни реакции, при които процесът протича на определен етап.

Скоростта на химичния процес, като се вземат предвид условията на закона, се определя по формулата V=k·[A]a·[B]b. В математическото уравнение a и b действат като стехиометрични коефициенти, [A] и [B] са концентрациите на реагентите, k е константата на скоростта.

Стойността на скоростта показва идентичен коефициент, ако концентрациите на реагиращите съставки са равни на единица. За правилни изчисления по формулата трябва да се вземе предвид агрегатното състояние на компонентите. Концентрацията на твърдата съставка е равна на единица, следователно не е включена в уравнението, тъй като не се променя по време на реакцията.

За да се определи коефициентът на скоростта, във формулата се включват само компонентите на течното и газообразното състояние.

Температурен режим

Ходът на химичната реакция зависи и от температурните условия. Експериментално е установено, че активността на някои химични процеси се увеличава няколко пъти, ако температурата се повиши с поне 10 градуса. Следващите 10 градуса също провокират повишаване на активността 2-4 пъти.

За съжаление, механизмът на влиянието на температурата върху скоростта на една реакция не е проучен. Освен това списъкът с закономерности не е определен. От гледна точка на логиката може да се приеме, че повишаването на температурата допринася за увеличаване на хаотичното движение на молекулите и атомите, в резултат на което броят на техните сблъсъци значително се увеличава.

Тази характеристика на удара обаче не повишава ефективността на сблъсъка на частиците, тъй като основният катализатор на този процес е енергията на активиране. Също така, за ефективността на взаимодействието на молекулите е необходимо тяхното пространствено съответствие.

Приложение на катализатори

Активността на реакцията в химията се изучава и от друга посока, която се нарича катализа. Неговата задача е да разбере как и по какъв алгоритъм малки обеми от определени вещества увеличават скоростта на изтегляне на реагента. Тези вещества се наричат ​​катализатори. Освен това самият катализатор, ускоряващ реакцията, практически не се изразходва.

Ускорителите са в състояние да променят механизма на химичния процес и да провокират образуването на такива преходни състояния на веществото, които имат по-ниска енергийна бариера. Катализаторът може да намали енергията на активиране, да увеличи броя на ефективните сблъсъци на молекули. Ако взаимодействието е енергийно невъзможно, тогава използването на ускорител е безсмислено.

Контактна зона на компонента

При смесване на вещества, които са в различни агрегатни състояния, или компоненти, които не могат да се комбинират в хомогенна смес, скоростта на химичната реакция до голяма степен се влияе от зоната на взаимодействие на съставките.

Това се дължи на възникването на хетерогенна реакция на контактната граница на реагентите. Тоест, колкото по-широка е тази граница, толкова повече частици се сблъскват и предизвикват бърза реакция.

Ярки примери за такива свойства:

• малките чипове изгарят много по-активно от цели трупи;
• натрошените твърди вещества се разтварят по-добре в течност, отколкото цяло парче.

важно!При смилането на твърда съставка се получава произволно разрушаване кристална решеткареагент, така че реактивните свойства на частиците се увеличават.

Влияние на налягането

Падането на налягането по време на реакция може да повлияе на активността само когато като реагенти се използват газообразни вещества. Високо наляганедопринася за увеличаване на броя на съставните молекули на единица обем, плътността на реагента се увеличава. При ниско налягане броят на частиците намалява, следователно концентрацията намалява.

Скоростта на химичното взаимодействие е количеството и ефективността на сблъсъка на молекулите на реагентите.Този процес може да бъде по-бърз или по-бавен, ако се създадат подходящи условия. Увеличаването на скоростта може да бъде повлияно от фактори, които могат да бъдат контролирани в различна степен:

• температурен режим;
• ниво на концентрация на реагиращите компоненти;
• повишаване или намаляване на налягането;
• трансформация на разнородни компоненти в едно и също състояние на агрегиране.

Полезно видео

Обобщаване

До голяма степен скоростта на реагиране на веществата зависи от стартовата енергия и геометричните характеристики на молекулите. Тези два параметъра не могат да се контролират и регулират. Изследването на отговорните реакции на химичните компоненти към въздействието на тези фактори е от голяма стойност за много индустрии. Данните се използват в лабораторни изследвания, във фармакологичната област, металургията, кулинарията, в ядрени предприятия, в производството на бои и лакове, полимери.

Във връзка с

Механизмите на химичните превръщания и техните скорости се изучават от химичната кинетика. Химическите процеси протичат във времето с различна скорост. Някои се случват бързо, почти мигновено, докато други отнемат много време, за да се появят.

Във връзка с

Бърза реакция- скоростта, с която се изразходват реагенти (концентрацията им намалява) или се образуват реакционни продукти на единица обем.

Фактори, които могат да повлияят на скоростта на химичната реакция

Следните фактори могат да повлияят на това колко бързо протича химичното взаимодействие:

• концентрация на вещества;
• естеството на реагентите;
• температура;
• наличието на катализатор;
• налягане (за реакции в газова среда).

По този начин, чрез промяна на определени условия за протичане на химичен процес, е възможно да се повлияе колко бързо ще протича процесът.

В процеса на химично взаимодействие частиците на реагиращите вещества се сблъскват една с друга. Броят на тези съвпадения е пропорционален на броя на частиците вещества в обема на реагиращата смес и следователно пропорционален на моларните концентрации на реагентите.

Закон за действащите масиописва зависимостта на скоростта на реакцията от моларните концентрации на реагиращите вещества.

За елементарна реакция (A + B → ...), този закон се изразява с формулата:

υ \u003d k ∙С A ∙С B,

където k е константата на скоростта; C A и C B са моларните концентрации на реагентите A и B.

Ако едно от реагиращите вещества е в твърдо състояние, тогава взаимодействието възниква на фазовата граница и следователно концентрацията на твърдото вещество не е включена в уравнението на кинетичния закон на действащите маси. За да разберем физическия смисъл на константата на скоростта, е необходимо да вземем C, A и C B равни на 1. Тогава става ясно, че константата на скоростта е равна на скоростта на реакцията при концентрации на реагента, равни на единица.

Естеството на реагентите

Тъй като в процеса на взаимодействие те се унищожават химически връзкиреагентите и се образуват нови връзки на продуктите на реакцията, тогава естеството на връзките, участващи в реакцията на съединенията, и структурата на молекулите на реагиращите вещества ще играят голяма роля.

Повърхностна площ на контакт на реагентите

Такава характеристика като повърхността на контакт на твърдите реагенти, понякога доста значително, влияе върху хода на реакцията. Смилането на твърдо вещество ви позволява да увеличите повърхността на контакт на реагентите и по този начин да ускорите процеса. Площта на контакт на разтворените вещества лесно се увеличава чрез разтваряне на веществото.

Реакционна температура

С повишаването на температурата енергията на сблъскващите се частици ще се увеличи, очевидно е, че с повишаване на температурата самият химичен процес ще се ускори. добър примеркак повишаването на температурата влияе върху процеса на взаимодействие на веществата, можем да разгледаме данните, дадени в таблицата.

Таблица 1. Ефект от промяната на температурата върху скоростта на образуване на вода (О 2 +2Н 2 → 2Н 2 О)

За количествено описание на това как температурата може да повлияе на скоростта на взаимодействие на веществата се използва правилото на van't Hoff. Правилото на Вант Хоф е, че при повишаване на температурата с 10 градуса има ускорение 2-4 пъти.

Математическата формула, описваща правилото на van't Hoff е следната:

Където γ е температурният коефициент на скоростта на химичната реакция (γ = 2−4).

Но уравнението на Арениус описва температурната зависимост на константата на скоростта много по-точно:

Където R е универсалната газова константа, A е фактор, определен от вида на реакцията, E, A е енергията на активиране.

Енергията на активиране е енергията, която една молекула трябва да придобие, за да настъпи химическа трансформация. Тоест, това е един вид енергийна бариера, която ще трябва да бъде преодоляна от молекули, които се сблъскват в реакционния обем, за да преразпределят връзките.

Енергията на активиране не зависи от външни фактори, но зависи от естеството на веществото. Стойността на енергията на активиране до 40 - 50 kJ / mol позволява на веществата да реагират помежду си доста активно. Ако енергията на активиране надвишава 120 kJ/mol, тогава веществата (при обикновени температури) ще реагират много бавно. Промяната в температурата води до промяна в броя на активните молекули, т.е. молекулите, които са достигнали енергия, по-голяма от енергията на активиране, и следователно способни на химични трансформации.

Катализиращо действие

Катализаторът е вещество, което може да ускори процес, но не е част от неговите продукти. Катализата (ускоряване на хода на химичната трансформация) се разделя на · хомогенна, · хетерогенна. Ако реагентите и катализаторът са в едно и също състояние на агрегиране, тогава катализата се нарича хомогенна, ако е в различни състояния, тогава хетерогенна. Механизмите на действие на катализаторите са разнообразни и доста сложни. Освен това трябва да се отбележи, че катализаторите се характеризират със селективност на действие. Тоест един и същ катализатор, ускорявайки една реакция, може да не промени по никакъв начин скоростта на друга.

налягане

Ако в трансформацията участват газообразни вещества, тогава скоростта на процеса ще бъде повлияна от промяна в налягането в системата . Това се случва, защоточе за газообразните реагенти промяната в налягането води до промяна в концентрацията.

Експериментално определяне на скоростта на химична реакция

Възможно е експериментално да се определи скоростта на химическата трансформация, като се получат данни за това как концентрацията на реагиращите вещества или продукти се променя за единица време. Методите за получаване на такива данни са разделени на

• химически,
• физични и химични.

Химическите методи са доста прости, достъпни и точни. С тяхна помощ скоростта се определя чрез директно измерване на концентрацията или количеството на вещество на реагенти или продукти. В случай на бавна реакция се вземат проби, за да се следи как се изразходва реагентът. След това се определя съдържанието на реагента в пробата. Чрез вземане на проби на редовни интервали е възможно да се получат данни за промяната в количеството на дадено вещество по време на взаимодействието. Най-често използваните видове анализи са титриметрия и гравиметрия.

Ако реакцията протича бързо, тогава, за да се вземе проба, тя трябва да бъде спряна. Това може да стане чрез охлаждане рязко отстраняване на катализатора, също така е възможно да се разреди или прехвърли един от реагентите в нереактивно състояние.

Методите за физикохимичен анализ в съвременната експериментална кинетика се използват по-често от химичните. С тяхна помощ можете да наблюдавате промяната в концентрациите на веществата в реално време. Не е необходимо да се спира реакцията и да се вземат проби.

Физико-химичните методи се основават на измерването физическа собственост, в зависимост от количественото съдържание на дадено съединение в системата и променящо се с времето. Например, ако в реакцията участват газове, тогава налягането може да бъде такова свойство. Измерват се също електропроводимостта, индексът на пречупване и спектрите на поглъщане на веществата.

Кинетика- наука за скоростите на химичните реакции.

Скоростта на химична реакция- броя на елементарните актове на химично взаимодействие, възникващи за единица време на единица обем (хомогенни) или на единица повърхност (хетерогенни).

Истинска скорост на реакция:

За хомогенни, хетерогенни реакции:

1) концентрация на реагиращи вещества;

2) температура;

3) катализатор;

4) инхибитор.

Само за разнородни:

1) скоростта на подаване на реагенти към интерфейса;

2) повърхностна площ.

Основният фактор - естеството на реагиращите вещества - естеството на връзката между атомите в молекулите на реагентите.

NO 2 - азотен оксид (IV) - лисича опашка, CO - въглероден оксид, въглероден оксид.

Ако се окисляват с кислород, тогава в първия случай реакцията ще протече незабавно, струва си да отворите запушалката на съда, във втория случай реакцията се удължава във времето.

Концентрацията на реагентите ще бъде обсъдена по-долу.

Синята опалесценция показва момента на утаяване на сярата, колкото по-висока е концентрацията, толкова по-висока е скоростта.

Ориз. десет

Колкото по-голяма е концентрацията на Na 2 S 2 O 3, толкова по-малко време отнема реакцията. Графиката (фиг. 10) показва правопропорционална зависимост. Количествената зависимост на скоростта на реакцията от концентрацията на реагентите се изразява чрез ММА (закона за масовото действие), който гласи: скоростта на химичната реакция е правопропорционална на произведението на концентрациите на реагентите.

Така, основен закон на кинетикатасе установява емпиричнозакон: скоростта на реакцията е пропорционална на концентрацията на реагентите, пример: (т.е. за реакцията)

За тази реакция H 2 + J 2 = 2HJ - скоростта може да се изрази като промяна в концентрацията на всяко от веществата. Ако реакцията протича отляво надясно, тогава концентрацията на H 2 и J 2 ще намалее, концентрацията на HJ ще се увеличи в хода на реакцията. За моментната скорост на реакциите можете да напишете израза:

квадратните скоби показват концентрация.

физически смисъл к–молекулите са в непрекъснато движение, сблъскват се, разпръскват се, удрят се в стените на съда. За да се осъществи химическата реакция на образуване на HJ, молекулите H 2 и J 2 трябва да се сблъскат. Броят на такива сблъсъци ще бъде толкова по-голям, колкото повече молекули H 2 и J 2 се съдържат в обема, т.е. толкова по-големи ще бъдат стойностите на [Н 2 ] и . Но молекулите се движат с различна скорост и общата кинетична енергиядве сблъскващи се молекули ще бъдат различни. Ако най-бързите молекули H 2 и J 2 се сблъскат, тяхната енергия може да бъде толкова висока, че молекулите да се разпаднат на йодни и водородни атоми, които се разлитат и след това взаимодействат с други молекули H 2 + J 2 > 2H+2J, след това H + J 2 > HJ + J. Ако енергията на сблъскващите се молекули е по-малка, но достатъчно висока, за да отслаби връзките H - H и J - J, ще настъпи реакцията на образуване на йодоводород:

За повечето сблъскващи се молекули енергията е по-малка от необходимата за отслабване на връзките в H 2 и J 2 . Такива молекули "тихо" се сблъскват и също така "тихо" се разпръскват, оставайки това, което са били, H 2 и J 2 . Така не всички, а само част от сблъсъците водят до химическа реакция. Коефициентът на пропорционалност (k) показва броя на ефективните сблъсъци, водещи до реакцията при концентрации [H 2 ] = = 1 mol. Стойност к–постоянна скорост. Как може скоростта да е постоянна? Да, скоростта на равномерното праволинейно движение се нарича постоянно векторно количество, равно на съотношението на движението на тялото за всеки период от време към стойността на този интервал. Но молекулите се движат произволно, така че как скоростта може да бъде постоянна? Но постоянна скорост може да има само при постоянна температура. С повишаването на температурата делът на бързите молекули, чиито сблъсъци водят до реакция, се увеличава, т.е. константата на скоростта се увеличава. Но нарастването на константата на скоростта не е неограничено. При определена температура енергията на молекулите ще стане толкова голяма, че почти всички сблъсъци на реагентите ще бъдат ефективни. Когато две бързи молекули се сблъскат, ще настъпи обратна реакция.

Ще дойде момент, когато скоростите на образуване на 2HJ от H 2 и J 2 и разлагане ще бъдат равни, но това вече е химично равновесие. Зависимостта на скоростта на реакцията от концентрацията на реагентите може да се проследи с помощта на традиционната реакция на взаимодействие на разтвор на натриев тиосулфат с разтвор на сярна киселина.

Na 2 S 2 O 3 + H 2 SO 4 \u003d Na 2 SO 4 + H 2 S 2 O 3, (1)

H 2 S 2 O 3 \u003d Sv + H 2 O + SO 2 ^. (2)

Реакция (1) протича почти мигновено. Скоростта на реакцията (2) зависи при постоянна температура от концентрацията на реагента H 2 S 2 O 3 . Именно тази реакция наблюдавахме - в случая скоростта се измерва с времето от началото на изливането на разтворите до появата на опалесценция. В статията Л. М. Кузнецова описана е реакцията на взаимодействие на натриев тиосулфат със солна киселина. Тя пише, че когато разтворите се източват, се получава опалесценция (мътност). Но това твърдение на Л. М. Кузнецова е погрешно, тъй като опалесценцията и помътняването са различни неща. Опалесценция (от опал и лат есенция- наставка, означаваща слабо действие) - разсейване на светлината от мътни среди поради тяхната оптична нехомогенност. разсейване на светлината- отклонение на светлинните лъчи, разпространяващи се в средата във всички посоки от първоначалната посока. Колоидните частици са способни да разпръскват светлина (ефект на Тиндал-Фарадей) - това обяснява опалесценцията, леката мътност на колоидния разтвор. При провеждането на този експеримент е необходимо да се вземе предвид синята опалесценция и след това коагулацията на колоидната суспензия на сярата. Същата плътност на суспензията се отбелязва чрез видимото изчезване на всякакъв модел (например решетка на дъното на чашата), наблюдаван отгоре през слоя разтвор. Времето се отчита с хронометър от момента на източване.

Разтвори Na 2 S 2 O 3 x 5H 2 O и H 2 SO 4.

Първият се приготвя чрез разтваряне на 7,5 g сол в 100 ml Н2О, което съответства на концентрация от 0,3 М. За да се приготви разтвор на H 2 SO 4 със същата концентрация, е необходимо да се измери 1,8 ml H 2 SO 4 (k), ? = = 1,84 g / cm 3 и го разтворете в 120 ml H 2 O. Изсипете приготвения разтвор на Na 2 S 2 O 3 в три чаши: в първата - 60 ml, във втората - 30 ml, в третата - 10 мл. Добавете 30 ml дестилирана Н2О към втората чаша и 50 ml към третата. Така и в трите чаши ще има 60 ml течност, но в първата концентрацията на сол условно е = 1, във втората - ½, а в третата - 1/6. След като разтворите се приготвят, изсипете 60 ml разтвор на H 2 SO 4 в първата чаша със солен разтвор и включете хронометъра и т.н. Като се има предвид, че скоростта на реакцията намалява с разреждането на разтвора на Na 2 S 2 O 3, това може да се определи като стойност, обратно пропорционална на времето v=един/? и изградете графика, като нанесете концентрацията върху абсцисата и скоростта на реакцията върху ординатата. От това заключение - скоростта на реакцията зависи от концентрацията на веществата. Получените данни са изброени в таблица 3. Този експеримент може да се извърши с помощта на бюрети, но това изисква много практика от изпълнителя, тъй като графикът понякога е неправилен.

Таблица 3

Скорост и време за реакция

Законът на Гулдберг-Вааге е потвърден – професорът по химия Гулдерг и младият учен Вааге).

Помислете за следващия фактор - температурата.

С повишаването на температурата скоростта на повечето химични реакции се увеличава. Тази зависимост се описва от правилото на van't Hoff: "Когато температурата се повишава на всеки 10 ° C, скоростта на химичните реакции се увеличава 2-4 пъти."

където ? – температурен коефициент, показващ колко пъти се увеличава скоростта на реакцията с повишаване на температурата с 10 ° C;

v 1 - скорост на реакцията при температура t 1;

v 2 -скорост на реакция при температура t2.

Например, реакцията при 50 °C протича за две минути, колко време ще завърши процесът при 70 °C, ако температурният коефициент ? = 2?

t 1 = 120 s = 2 минути; t 1 = 50 °С; t 2 = 70 °C.

Дори леко повишаване на температурата предизвиква рязко увеличаване на скоростта на реакцията на активните молекулярни сблъсъци. Според теорията на активирането в процеса участват само тези молекули, чиято енергия е с определено количество по-голяма от средната енергия на молекулите. Тази излишна енергия е енергията на активиране. Физическото му значение е енергията, необходима за активния сблъсък на молекулите (пренареждане на орбиталите). Броят на активните частици, а оттам и скоростта на реакцията, нараства с температурата по експоненциален закон, съгласно уравнението на Арениус, което отразява зависимостта на константата на скоростта от температурата

където НО -коефициент на пропорционалност на Арениус;

к–константа на Болцман;

E A -активираща енергия;

Р-газова константа;

T-температура.

Катализаторът е вещество, което ускорява скоростта на реакцията, но само по себе си не се изразходва.

Катализа- феноменът на промяна в скоростта на реакцията в присъствието на катализатор. Разграничете хомогенна и хетерогенна катализа. Хомогенна- ако реагентите и катализаторът са в едно и също агрегатно състояние. Разнородни– ако реагентите и катализаторът са в различни агрегатни състояния. За катализата вижте отделно (по-нататък).

инхибиторВещество, което забавя скоростта на реакцията.

Следващият фактор е повърхността. Колкото по-голяма е повърхността на реагента, толкова по-голяма е скоростта. Помислете например за влиянието на степента на дисперсност върху скоростта на реакцията.

CaCO 3 - мрамор. Спускаме облицования мрамор в солна киселина HCl, изчакайте пет минути, ще се разтвори напълно.

Мрамор на прах - ще направим същата процедура с него, той се разтвори за тридесет секунди.

Уравнението и за двата процеса е едно и също.

CaCO 3 (tv) + HCl (g) \u003d CaCl 2 (tv) + H 2 O (l) + CO 2 (g) ^.

Така че, когато добавяте мрамор на прах, времето е по-малко, отколкото когато добавяте мрамор за плочки, със същата маса.

С увеличаване на интерфейса между фазите скоростта на хетерогенните реакции се увеличава.