1) La natura dei reagenti . Un ruolo importante è svolto dalla natura dei legami chimici e dalla struttura delle molecole dei reagenti. Le reazioni procedono nella direzione della distruzione di legami meno forti e della formazione di sostanze con legami più forti. Quindi, per rompere i legami nelle molecole H 2 e N 2 sono richieste energie elevate; tali molecole non sono molto reattive. Per rompere i legami in molecole altamente polari ( HCl, H 2 o) richiede meno energia e la velocità di reazione è molto più veloce. Le reazioni tra gli ioni nelle soluzioni elettrolitiche procedono quasi istantaneamente.

Esempi

Il fluoro reagisce in modo esplosivo con l'idrogeno a temperatura ambiente; il bromo reagisce lentamente con l'idrogeno anche se riscaldato.

L'ossido di calcio reagisce vigorosamente con l'acqua, liberando calore; ossido di rame - non reagisce.

2) Concentrazione . Con un aumento della concentrazione (il numero di particelle per unità di volume), le collisioni delle molecole di reagente si verificano più spesso: la velocità di reazione aumenta.

La legge delle masse attive (K. Guldberg, p. Waage, 1867)

Una delle leggi fondamentali della chimica fisica; imposta la dipendenza dalla velocità reazione chimica sulle concentrazioni delle sostanze reagenti e sul rapporto tra le concentrazioni (o attività) dei prodotti di reazione e le sostanze di partenza in uno stato di equilibrio chimico. Gli scienziati norvegesi K. Guldberg e P. Vaage, che hanno formulato il D. m. nel 1864-67 chiamarono la “massa agente” di una sostanza la sua quantità per unità di volume, cioè concentrazione, da cui il nome della legge.

A temperatura costante, la velocità di una reazione chimica è direttamente proporzionale al prodotto delle concentrazioni dei reagenti, prese in potenze uguali ai coefficienti stechiometrici nell'equazione di reazione.

Per una reazione monomolecolare la velocità di reazione  è determinata dalla concentrazione delle molecole della sostanza A:

dove Kè il coefficiente di proporzionalità, che viene chiamato tasso costante reazione; [A] - concentrazione molare della sostanza A.

Nel caso di una reazione bimolecolare, la sua velocità è determinata dalla concentrazione di molecole non solo della sostanza A, ma anche della sostanza B:

Nel caso di una reazione trimolecolare, la velocità di reazione è espressa dall'equazione:

In generale, se la reazione avviene contemporaneamente t molecole di sostanza A e n molecole di sostanza B, cioè

tA + pV = C,

l'equazione della velocità di reazione è:

La forma dell'equazione è determinata dal fatto che una condizione necessaria per un atto elementare di una reazione è l'urto delle molecole delle sostanze di partenza, cioè il loro incontro in un piccolo volume (nell'ordine della dimensione delle molecole ). La probabilità di trovare una molecola A in un dato momento in un dato piccolo volume è proporzionale ad [A], cioè, maggiore è la concentrazione delle sostanze reagenti, maggiore è la velocità di reazione in un dato momento.

Costante di velocità di reazione K dipende dalla natura dei reagenti, dalla temperatura e dal catalizzatore e, nel caso di una soluzione liquida, anche dalla pressione; quest'ultima dipendenza è significativa solo ad alte pressioni, ma non dipende dalle concentrazioni dei reagenti.

Il significato fisico della costante di velocità è che è uguale alla velocità di reazione a concentrazioni unitarie dei reagenti.

Per reazioni eterogenee, la concentrazione della fase solida non è inclusa nell'espressione della velocità di reazione.

Esempio

Scrivi l'espressione per la legge dell'azione di massa per le seguenti reazioni:

un) N 2(d) + 3 H 2(d) = 2 NH 3(d)

b) 2 C (a) + o 2(d) = 2 CO (G)

Sezioni: Chimica

Lo scopo della lezione

• educativo: continuare la formazione del concetto di "velocità delle reazioni chimiche", ricavare formule per calcolare la velocità delle reazioni omogenee ed eterogenee, considerare da quali fattori dipende la velocità delle reazioni chimiche;
• sviluppando: imparare a elaborare e analizzare i dati sperimentali; essere in grado di scoprire la relazione tra la velocità delle reazioni chimiche e fattori esterni;
• educativo: continuare lo sviluppo delle capacità comunicative nel corso del lavoro di coppia e collettivo; focalizzare l'attenzione degli studenti sull'importanza della conoscenza della velocità delle reazioni chimiche che si verificano nella vita quotidiana (corrosione dei metalli, inacidimento del latte, decomposizione, ecc.)

Sussidi didattici: D. proiettore multimediale, computer, diapositive sui principali temi della lezione, cd-rom “Cirillo e Metodio”, tavole sui tavoli, protocolli di lavoro di laboratorio, attrezzature di laboratorio e reagenti;

Metodi di insegnamento: riproduttivo, di ricerca, di ricerca parziale;

Forma di organizzazione delle classi: conversazione, lavoro pratico, lavoro indipendente, test;

Forma di organizzazione del lavoro degli studenti: frontale, individuale, di gruppo, collettivo.

1. Organizzazione di classe

Classe prontezza al lavoro.

2. Preparazione per la fase principale di padronanza del materiale didattico. Attivazione delle conoscenze e abilità di base(Diapositiva 1, vedere la presentazione della lezione).

L'argomento della lezione è “La velocità delle reazioni chimiche. Fattori che influenzano la velocità di una reazione chimica.

Compito: scoprire qual è la velocità di una reazione chimica e da quali fattori dipende. Nel corso della lezione, faremo conoscenza con la teoria della domanda sull'argomento sopra. In pratica, confermeremo alcune delle nostre ipotesi teoriche.

Attività prevista per gli studenti

Il lavoro attivo degli studenti mostra la loro disponibilità a percepire l'argomento della lezione. Gli studenti devono conoscere la velocità di una reazione chimica dal corso di 9° grado (comunicazione intra-soggetto).

Discutiamo le seguenti domande (frontalmente, diapositiva 2):

1. Perché abbiamo bisogno di conoscenze sulla velocità delle reazioni chimiche?
2. Quali esempi possono confermare che le reazioni chimiche procedono a velocità diverse?
3. Come viene determinata la velocità? movimento meccanico? Qual è l'unità per questa velocità?
4. Come viene determinata la velocità di una reazione chimica?
5. Quali condizioni devono essere create perché una reazione chimica abbia inizio?

Considera due esempi (l'esperimento è condotto dall'insegnante).

Sul tavolo ci sono due provette, in una c'è una soluzione di alcali (KOH), nell'altra c'è un chiodo; Aggiungere la soluzione di CuSO4 a entrambe le provette. Cosa stiamo vedendo?

Attività prevista per gli studenti

Utilizzando esempi, gli studenti giudicano la velocità delle reazioni e traggono conclusioni appropriate. Registrazione alla lavagna delle reazioni fatte (due studenti).

Nella prima provetta, la reazione è avvenuta istantaneamente, nella seconda non ci sono ancora cambiamenti visibili.

Componi le equazioni di reazione (due studenti scrivono le equazioni alla lavagna):

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

Quale conclusione possiamo trarre dalle reazioni svolte? Perché una reazione è istantanea e l'altra lenta? Per fare ciò, è necessario ricordare che esistono reazioni chimiche che si verificano in tutto il volume dello spazio di reazione (in gas o soluzioni) e ve ne sono altre che si verificano solo sulla superficie di contatto delle sostanze (combustione corpo solido in un gas, l'interazione di un metallo con un acido, un sale di un metallo meno attivo).

Attività prevista per gli studenti

Sulla base dei risultati dell'esperimento dimostrato, gli studenti concludono: la reazione 1 è omogenea e la reazione

2 - eterogeneo.

Le velocità di queste reazioni saranno determinate matematicamente in modi diversi.

Viene chiamato lo studio delle velocità e dei meccanismi delle reazioni chimiche cinetica chimica.

3. Assimilazione di nuove conoscenze e modalità di azione(Diapositiva 3)

La velocità di reazione è determinata dalla variazione della quantità di una sostanza per unità di tempo

Nell'unità V

(per omogeneo)

Per unità di superficie di contatto delle sostanze S (per eterogenee)

Ovviamente, con questa definizione, il valore della velocità di reazione non dipende dal volume in un sistema omogeneo e dall'area di contatto dei reagenti - in uno eterogeneo.

Attività prevista per gli studenti

Azioni attive degli studenti con l'oggetto di studio. Entrare in tavola in un quaderno.

Da questo ne derivano due momenti importanti(diapositiva 4):

2) il valore calcolato della velocità dipenderà dalla sostanza da cui è determinata e la scelta di quest'ultima dipende dalla comodità e facilità di misurarne la quantità.

Ad esempio, per la reazione 2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O: υ (per H 2) \u003d 2 υ (per O 2) \u003d υ (per H 2 O)

4. Consolidamento delle conoscenze primarie sulla velocità di una reazione chimica

Per consolidare il materiale considerato, risolveremo il problema di calcolo.

Attività prevista per gli studenti

Comprensione primaria delle conoscenze acquisite sulla velocità di reazione. La correttezza della soluzione del problema.

Un compito (diapositiva 5). La reazione chimica procede in soluzione secondo l'equazione: A + B = C. Concentrazioni iniziali: sostanze A - 0,80 mol / l, sostanze B - 1,00 mol / l. Dopo 20 minuti, la concentrazione della sostanza A è scesa a 0,74 mol/l. Determinare: a) la velocità di reazione media per questo periodo di tempo;

b) la concentrazione della sostanza C dopo 20 minuti. Soluzione (appendice 4, diapositiva 6).

5. Assimilazione di nuove conoscenze e modalità di azione(svolgimento del lavoro di laboratorio nel corso della ripetizione e dello studio di nuovo materiale, passo dopo passo, Appendice 2).

Sappiamo che diversi fattori influenzano la velocità di una reazione chimica. Quale?

Attività prevista per gli studenti

Affidarsi alla conoscenza dei gradi 8-9, scrivere su un quaderno nel corso dello studio del materiale. Elenco (diapositiva 7):

La natura dei reagenti;

Temperatura;

La concentrazione dei reagenti;

L'azione dei catalizzatori;

Superficie di contatto dei reagenti (in reazioni eterogenee).

L'influenza di tutti questi fattori sulla velocità di reazione può essere spiegata utilizzando teoria semplice – teoria delle collisioni (diapositiva 8). La sua idea principale è questa: le reazioni si verificano quando particelle di reagenti che hanno una certa energia si scontrano.

Da ciò possiamo trarre le seguenti conclusioni:

1. Più particelle di reagente sono, più vicine sono l'una all'altra, più è probabile che si scontrino e reagiscano.
2. Porta solo a una reazione collisioni effettive, quelli. quelli in cui i "vecchi legami" vengono distrutti o indeboliti e quindi se ne possono formare di "nuovi". Ma per questo, le particelle devono avere energia sufficiente.

Viene chiamata l'energia in eccesso minima (oltre l'energia media delle particelle nel sistema) richiesta per una collisione efficiente delle particelle nel sistema) richiesta per una collisione efficiente delle particelle di reagenteenergia di attivazione e un.

Attività prevista per gli studenti

Comprendere il concetto e scrivere la definizione su un quaderno.

Quindi, lungo il percorso di tutte le particelle che entrano nella reazione, c'è una barriera energetica uguale all'energia di attivazione. Se è piccolo, allora ci sono molte particelle che lo superano con successo. Con una grande barriera energetica è necessaria ulteriore energia per superarla, a volte basta una buona “spinta”. Accendo la lampada dello spirito - do ulteriore energia e un, necessario per superare la barriera energetica nella reazione dell'interazione delle molecole di alcol con le molecole di ossigeno.

Ritenere fattori, che influiscono sulla velocità di reazione.

1) La natura dei reagenti(diapositiva 9) La natura delle sostanze reagenti è intesa come la loro composizione, struttura, influenza reciproca degli atomi nelle sostanze inorganiche e organiche.

L'entità dell'energia di attivazione delle sostanze è un fattore attraverso il quale viene influenzata l'influenza della natura delle sostanze reagenti sulla velocità di reazione.

Riunione.

Autoformulazione delle conclusioni (Appendice 3 a casa)

C'è un'area nella chimica fisica che si occupa dell'analisi della velocità dei processi chimici, determinando le condizioni che influenzano l'aumento o la diminuzione della velocità. Quest'area è chiamata cinetica chimica. Quest'area della scienza studia i meccanismi di conduzione e le caratteristiche termodinamiche dei processi. Le conoscenze acquisite vengono utilizzate a fini scientifici, nella produzione di sostanze chimiche, quando è importante controllare l'interazione degli ingredienti nei reattori.

Il termine "velocità di reazione" indica la variazione equivalente nelle concentrazioni degli ingredienti coinvolti nella reazione, per l'unità di tempo designata. Per il calcolo della velocità viene utilizzata una formula speciale: ᴠ = ±C/t.

L'unità di misura della velocità è mol/l*s durante un processo omogeneo, quando l'intero volume reagisce. Per una reazione a più stadi, quando ci sono fasi chiaramente definite, viene utilizzata un'altra unità di misura: mol / m2 * s.

Processi chimici a velocità diverse

I componenti chimici possono interagire tra loro a velocità diverse. Ad esempio, le stalattiti si formano a causa di un aumento del carbonato di calcio. Il tasso di crescita dell'istruzione è di mezzo millimetro in 100 anni. Altre reazioni biochimiche hanno luogo altrettanto lentamente. I processi di sintesi proteica e corrosione dei metalli si distinguono per una velocità piuttosto bassa.

Altri processi che richiedono una o più ore per essere completati sono più veloci. Queste reazioni includono la cottura, quando avviene la decomposizione e la trasformazione dei composti presenti nei prodotti alimentari.

Per un certo periodo di tempo, la composizione di reazione, che viene utilizzata per la sintesi di alcuni polimeri, deve essere riscaldata.

Le reazioni chimiche rapide includono la neutralizzazione, il contatto dell'acido acetico diluito con il normale bicarbonato di sodio, con conseguente rilascio di anidride carbonica. All'elenco può essere aggiunta la reazione dei sali di sodio con il nitrato di bario, dopodiché precipita il solfato di bario insolubile.

Importante! Esiste un numero enorme di processi chimici che procedono molto rapidamente e terminano con un'esplosione. Un esempio lampante è la combinazione di potassio e acqua.

Fattori che influenzano la velocità di reazione

Combinando sostanze chimiche si ottiene una reazione, che in condizioni diverse scorre a velocità diverse. Ad esempio, con una combinazione di idrogeno e ossigeno allo stato gassoso, la miscela rimane inattiva per molto tempo, ma se il contenitore viene scosso o colpito, la reazione terminerà con un'esplosione.

In connessione con tali caratteristiche, gli specialisti in cinetica chimica hanno identificato una serie di fattori che hanno la capacità di influenzare la velocità di una reazione chimica.

Tra queste condizioni ci sono:

• proprietà naturali dei componenti reagenti;
• concentrazione di reagenti;
• sbalzi di temperatura;
• l'uso di un catalizzatore;
• picchi di pressione (quando si utilizzano componenti gassosi);
• l'area di interazione delle sostanze.

Proprietà naturali dei reagenti

Una grande differenza nelle velocità delle reazioni chimiche è dovuta ai diversi coefficienti di energia di attivazione: una quantità eccessiva di energia, la cui quantità supera i valori medi necessari affinché le particelle si scontrino e interagiscano. Il parametro ha una propria unità kJ/mol. Questi valori vanno da 50 a 250.

Con un eccesso di energia nella quantità di 150 kJ/mol, la reazione non procede in condizioni normali. La quantità di energia rilasciata verrà spesa per prevenire la repulsione delle molecole, riducendo al minimo i legami all'interno della sostanza. La forza dei legami chimici negli ingredienti dipende dall'energia di attivazione. Il valore energetico riflette l'attività della reazione:

• meno di 40 - l'interazione è veloce, tutti gli impatti molecolari terminano in una reazione;
• più di 40, ma meno di 120 - velocità media, solo la metà delle collisioni è efficace;
• più di 120 - interazione lenta, poiché una parte insignificante delle collisioni di particelle finisce in una reazione.

Concentrazione di sostanza

Il numero di molecole per unità di volume influisce sulla velocità di interazione. Il processo rientra nella legge dell'azione di massa. La legge si applica alle reazioni più semplici che si verificano in una fase. Adatto anche per reazioni multifase in cui il processo avviene in una fase specifica.

La velocità del processo chimico, tenendo conto delle condizioni di legge, è determinata dalla formula V=k·[A]a·[B]b. Nell'equazione matematica, aeb agiscono come coefficienti stechiometrici, [A] e [B] sono le concentrazioni dei reagenti, k è la costante di velocità.

Il valore della velocità mostra un coefficiente identico se le concentrazioni degli ingredienti reagenti sono uguali a uno. Per calcoli corretti utilizzando la formula, è necessario tenere conto dello stato aggregato dei componenti. La concentrazione dell'ingrediente solido è uguale a uno, quindi non è inclusa nell'equazione, poiché non cambia durante la reazione.

Per determinare il coefficiente di velocità, nella formula sono incluse solo le componenti dello stato liquido e gassoso.

Regime di temperatura

Il corso della reazione chimica dipende anche dalle condizioni di temperatura. È stato sperimentalmente rivelato che l'attività di alcuni processi chimici aumenta più volte se la temperatura viene aumentata di almeno 10 gradi. Anche i successivi 10 gradi provocano un aumento dell'attività di 2-4 volte.

Sfortunatamente, il meccanismo dell'effetto della temperatura sulla velocità di una singola reazione non è stato studiato. Inoltre, l'elenco delle regolarità non è definito. Si può presumere dal punto di vista logico che un aumento della temperatura contribuisca ad aumentare il movimento caotico di molecole e atomi, a seguito del quale il numero delle loro collisioni aumenta in modo significativo.

Tuttavia, questa caratteristica dell'impatto non aumenta l'efficienza della collisione delle particelle, perché il principale catalizzatore di questo processo è l'energia di attivazione. Inoltre, per l'efficacia dell'interazione delle molecole, è necessaria la loro corrispondenza spaziale.

Applicazione di catalizzatori

L'attività di una reazione in chimica è studiata anche da un'altra direzione, chiamata catalisi. Il suo compito è scoprire come e con quale algoritmo piccoli volumi di sostanze designate aumentano il tasso di prelievo del reagente. Queste sostanze sono chiamate catalizzatori. Inoltre, il catalizzatore stesso, accelerando la reazione, non viene praticamente consumato.

Gli acceleratori sono in grado di modificare il meccanismo di un processo chimico e provocare la formazione di tali stati di transizione di una sostanza che ha una barriera energetica inferiore. Il catalizzatore può ridurre l'energia di attivazione, aumentare il numero di collisioni effettive delle molecole. Se l'interazione è energeticamente impossibile, l'uso di un acceleratore è inutile.

Area di contatto dei componenti

Quando si mescolano sostanze che si trovano in diversi stati di aggregazione, o componenti che non sono in grado di combinarsi in una miscela omogenea, la velocità di reazione chimica è largamente influenzata dall'area di interazione degli ingredienti.

Ciò è dovuto al verificarsi di una reazione eterogenea al confine di contatto dei reagenti. Cioè, più ampio è questo confine, più particelle si scontrano e provocano una reazione rapida.

Esempi vividi di tali proprietà:

• i piccoli trucioli bruciano molto più attivamente dei tronchi interi;
• i solidi tritati si dissolvono meglio in un liquido che in un pezzo intero.

Importante! Quando si macina un ingrediente solido, si verifica una distruzione arbitraria reticolo cristallino reagente, quindi le proprietà reattive delle particelle aumentano.

Influenza della pressione

Le cadute di pressione durante una reazione possono influenzare l'attività solo quando si utilizzano sostanze gassose come reagenti. Alta pressione contribuisce ad aumentare il numero di molecole componenti per unità di volume, la densità del reagente aumenta. A bassa pressione, il numero di particelle diminuisce, quindi la concentrazione diminuisce.

La velocità di interazione chimica è la quantità e l'efficienza della collisione delle molecole reagenti. Questo processo può essere più veloce o più lento se vengono create le condizioni giuste. L'aumento della velocità può essere influenzato da fattori che possono essere controllati in varia misura:

• regime di temperatura;
• livello di concentrazione dei componenti reagenti;
• aumento o diminuzione della pressione;
• trasformazione di componenti eterogenee nello stesso stato di aggregazione.

Video utile

Riassumendo

In larga misura, la velocità di risposta delle sostanze dipende dall'energia di partenza e dalle caratteristiche geometriche delle molecole. Questi due parametri non possono essere controllati e regolati. Lo studio delle reazioni di risposta dei componenti chimici all'impatto di questi fattori è di grande valore per molte industrie. I dati vengono utilizzati nella ricerca di laboratorio, nel campo farmacologico, nella metallurgia, nella cucina, nelle imprese nucleari, nella produzione di pitture e vernici, polimeri.

In contatto con

I meccanismi delle trasformazioni chimiche e le loro velocità sono studiati dalla cinetica chimica. I processi chimici procedono nel tempo a velocità diverse. Alcuni accadono rapidamente, quasi istantaneamente, mentre altri impiegano molto tempo per verificarsi.

In contatto con

Velocità di reazione- la velocità con cui i reagenti vengono consumati (la loro concentrazione diminuisce) o si formano prodotti di reazione per unità di volume.

Fattori che possono influenzare la velocità di una reazione chimica

I seguenti fattori possono influenzare la velocità con cui si verifica un'interazione chimica:

• concentrazione di sostanze;
• la natura dei reagenti;
• temperatura;
• la presenza di un catalizzatore;
• pressione (per reazioni in un mezzo gassoso).

Pertanto, modificando determinate condizioni per il corso di un processo chimico, è possibile influenzare la velocità con cui procederà il processo.

Nel processo di interazione chimica, le particelle delle sostanze reagenti si scontrano tra loro. Il numero di tali coincidenze è proporzionale al numero di particelle di sostanze nel volume della miscela reagente, e quindi proporzionale alle concentrazioni molari dei reagenti.

Legge delle masse in azione descrive la dipendenza della velocità di reazione dalle concentrazioni molari delle sostanze reagenti.

Per una reazione elementare (A + B → ...), questa legge è espressa dalla formula:

υ \u003d k ∙С A ∙С B,

dove k è la costante di velocità; C A e C B sono le concentrazioni molari dei reagenti, A e B.

Se una delle sostanze reagenti è allo stato solido, l'interazione avviene all'interfaccia e quindi la concentrazione della sostanza solida non è inclusa nell'equazione della legge cinetica delle masse agenti. Per comprendere il significato fisico della costante di velocità, è necessario prendere C, A e C B uguali a 1. Quindi diventa chiaro che la costante di velocità è uguale alla velocità di reazione a concentrazioni di reagente pari all'unità.

La natura dei reagenti

Poiché nel processo di interazione vengono distrutti legami chimici si formano sostanze reagenti e nuovi legami di prodotti di reazione, quindi la natura dei legami che partecipano alla reazione dei composti e la struttura delle molecole delle sostanze reagenti giocheranno un ruolo importante.

Superficie di contatto dei reagenti

Una caratteristica come la superficie di contatto dei reagenti solidi, a volte in modo abbastanza significativo, influisce sul corso della reazione. La macinazione di un solido consente di aumentare la superficie di contatto dei reagenti e quindi di accelerare il processo. L'area di contatto dei soluti è facilmente aumentata dalla dissoluzione della sostanza.

Temperatura di reazione

All'aumentare della temperatura, l'energia delle particelle in collisione aumenterà, è ovvio che con un aumento della temperatura, il processo chimico stesso accelererà. buon esempio come un aumento della temperatura influisca sul processo di interazione delle sostanze, possiamo considerare i dati riportati nella tabella.

Tabella 1. Effetto della variazione di temperatura sulla velocità di formazione dell'acqua (О 2 +2Н 2 →2Н 2 О)

Per una descrizione quantitativa di come la temperatura può influenzare la velocità di interazione delle sostanze, viene utilizzata la regola di van't Hoff. La regola di Van't Hoff è che quando la temperatura aumenta di 10 gradi, c'è un'accelerazione di 2-4 volte.

La formula matematica che descrive la regola di van't Hoff è la seguente:

Dove γ è il coefficiente di temperatura della velocità di reazione chimica (γ = 2−4).

Ma l'equazione di Arrhenius descrive la dipendenza dalla temperatura della costante di velocità in modo molto più accurato:

Dove R è la costante universale del gas, A è un fattore determinato dal tipo di reazione, E, A è l'energia di attivazione.

L'energia di attivazione è l'energia che una molecola deve acquisire affinché avvenga una trasformazione chimica. Cioè, è una sorta di barriera energetica che dovrà essere superata dalle molecole che collidono nel volume di reazione per ridistribuire i legami.

L'energia di attivazione non dipende fattori esterni, ma dipende dalla natura della sostanza. Il valore dell'energia di attivazione fino a 40 - 50 kJ / mol consente alle sostanze di reagire tra loro in modo abbastanza attivo. Se l'energia di attivazione supera i 120 kJ/mol, allora le sostanze (a temperature normali) reagiranno molto lentamente. Una variazione di temperatura porta ad una variazione del numero di molecole attive, cioè molecole che hanno raggiunto un'energia maggiore dell'energia di attivazione, e quindi capaci di trasformazioni chimiche.

Azione catalizzatrice

Un catalizzatore è una sostanza che può accelerare un processo, ma non fa parte dei suoi prodotti. La catalisi (accelerazione del corso di una trasformazione chimica) è suddivisa in · omogenea, · eterogenea. Se i reagenti e il catalizzatore sono nello stesso stato di aggregazione, allora la catalisi è chiamata omogenea, se in stati diversi, quindi eterogenea. I meccanismi di azione dei catalizzatori sono diversi e abbastanza complessi. Inoltre, va notato che i catalizzatori sono caratterizzati da selettività d'azione. Cioè, lo stesso catalizzatore, accelerando una reazione, potrebbe non modificare in alcun modo la velocità di un'altra.

Pressione

Se nella trasformazione sono coinvolte sostanze gassose, la velocità del processo sarà influenzata da una variazione di pressione nel sistema . Questo accade perché che per i reagenti gassosi, una variazione di pressione porta ad una variazione di concentrazione.

Determinazione sperimentale della velocità di una reazione chimica

È possibile determinare sperimentalmente la velocità di una trasformazione chimica ottenendo dati su come la concentrazione di sostanze o prodotti reagenti cambia nell'unità di tempo. I metodi per ottenere tali dati sono suddivisi in

• chimica,
• fisico e chimico.

I metodi chimici sono abbastanza semplici, convenienti e accurati. Con il loro aiuto, la velocità viene determinata misurando direttamente la concentrazione o la quantità di una sostanza di reagenti o prodotti. Nel caso di una reazione lenta, vengono prelevati campioni per monitorare come viene consumato il reagente. Successivamente, viene determinato il contenuto del reagente nel campione. Campionando a intervalli regolari, è possibile ottenere dati sulla variazione della quantità di una sostanza durante l'interazione. I tipi di analisi più comunemente utilizzati sono la titrimetria e la gravimetria.

Se la reazione procede rapidamente, per prelevare un campione, è necessario interromperlo. Questo può essere fatto raffreddando brusca rimozione del catalizzatore, è anche possibile diluire o trasferire uno dei reagenti in uno stato non reattivo.

I metodi di analisi fisico-chimica nella moderna cinetica sperimentale sono usati più spesso di quelli chimici. Con il loro aiuto, puoi osservare il cambiamento delle concentrazioni di sostanze in tempo reale. Non è necessario interrompere la reazione e prelevare campioni.

I metodi fisico-chimici si basano sulla misurazione proprietà fisica, a seconda del contenuto quantitativo di un determinato composto nel sistema e che cambia nel tempo. Ad esempio, se i gas sono coinvolti nella reazione, la pressione può essere una tale proprietà. Vengono anche misurati la conduttività elettrica, l'indice di rifrazione e gli spettri di assorbimento delle sostanze.

Cinetica- la scienza delle velocità delle reazioni chimiche.

La velocità di una reazione chimica- il numero di atti elementari di interazione chimica che si verificano per unità di tempo per unità di volume (omogenea) o per unità di superficie (eterogenea).

Vero tasso di reazione:

Per reazioni omogenee ed eterogenee:

1) concentrazione di sostanze reagenti;

2) temperatura;

3) catalizzatore;

4) inibitore.

Solo per eterogenei:

1) la velocità di fornitura dei reagenti all'interfaccia;

2) superficie.

Il fattore principale - la natura delle sostanze reagenti - la natura del legame tra gli atomi nelle molecole dei reagenti.

NO 2 - ossido nitrico (IV) - coda di volpe, CO - monossido di carbonio, monossido di carbonio.

Se vengono ossidati con ossigeno, nel primo caso la reazione andrà istantaneamente, vale la pena aprire il tappo della nave, nel secondo caso la reazione si prolunga nel tempo.

La concentrazione dei reagenti sarà discussa di seguito.

L'opalescenza blu indica il momento della precipitazione dello zolfo, maggiore è la concentrazione, maggiore è il tasso.

Riso. dieci

Maggiore è la concentrazione di Na 2 S 2 O 3, minore è il tempo necessario per la reazione. Il grafico (Fig. 10) mostra una relazione direttamente proporzionale. La dipendenza quantitativa della velocità di reazione dalla concentrazione dei reagenti è espressa dalla MMA (legge dell'azione di massa), che afferma: la velocità di una reazione chimica è direttamente proporzionale al prodotto delle concentrazioni dei reagenti.

Così, legge fondamentale della cineticaè stabilito empiricamente legge: la velocità di reazione è proporzionale alla concentrazione dei reagenti, esempio: (cioè per la reazione)

Per questa reazione H 2 + J 2 = 2HJ - la velocità può essere espressa in termini di variazione della concentrazione di una qualsiasi delle sostanze. Se la reazione procede da sinistra a destra, la concentrazione di H 2 e J 2 diminuirà, la concentrazione di HJ aumenterà nel corso della reazione. Per la velocità istantanea delle reazioni, puoi scrivere l'espressione:

le parentesi quadre indicano la concentrazione.

significato fisico K- le molecole sono in continuo movimento, si scontrano, si disperdono, colpiscono le pareti del vaso. Affinché avvenga la reazione chimica della formazione di HJ, le molecole di H 2 e J 2 devono entrare in collisione. Il numero di tali collisioni sarà maggiore, più molecole H 2 e J 2 sono contenute nel volume, ovvero maggiori saranno i valori di [Н 2 ] e . Ma le molecole si muovono a velocità diverse, e il totale energia cinetica due molecole in collisione saranno diverse. Se le molecole di H 2 e J 2 più veloci si scontrano, la loro energia può essere così elevata che le molecole si rompono in atomi di iodio e idrogeno, che si separano e quindi interagiscono con altre molecole di H 2 + J 2 > 2H+2J, quindi H+J 2 > HJ + J. Se l'energia delle molecole in collisione è inferiore, ma sufficientemente alta da indebolire i legami H - H e J - J, si verificherà la reazione di formazione dell'idrogeno iodio:

Per la maggior parte delle molecole in collisione, l'energia è inferiore al necessario per indebolire i legami in H 2 e J 2 . Tali molecole si scontrano "tranquillamente" e anche "tranquillamente" si disperdono, rimanendo quello che erano, H 2 e J 2 . Pertanto, non tutte, ma solo una parte delle collisioni porta a una reazione chimica. Il coefficiente di proporzionalità (k) mostra il numero di collisioni effettive che portano alla reazione a concentrazioni [H 2 ] = = 1 mol. Valore K-velocità costante. Come può la velocità essere costante? Sì, la velocità del moto rettilineo uniforme è chiamata quantità vettoriale costante uguale al rapporto tra il movimento del corpo per un qualsiasi periodo di tempo e il valore di questo intervallo. Ma le molecole si muovono in modo casuale, quindi come può essere costante la velocità? Ma una velocità costante può essere solo a temperatura costante. All'aumentare della temperatura, la proporzione di molecole veloci le cui collisioni portano a una reazione aumenta, cioè la costante di velocità aumenta. Ma l'aumento della costante di velocità non è illimitato. Ad una certa temperatura, l'energia delle molecole diventerà così grande che quasi tutte le collisioni dei reagenti saranno efficaci. Quando due molecole veloci si scontrano, si verificherà una reazione inversa.

Verrà il momento in cui le velocità di formazione di 2HJ da H 2 e J 2 e la decomposizione saranno uguali, ma questo è già un equilibrio chimico. La dipendenza della velocità di reazione dalla concentrazione dei reagenti può essere tracciata utilizzando la tradizionale reazione dell'interazione di una soluzione di tiosolfato di sodio con una soluzione di acido solforico.

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)

La reazione (1) procede quasi istantaneamente. La velocità di reazione (2) dipende a temperatura costante dalla concentrazione del reagente H 2 S 2 O 3 . È questa reazione che abbiamo osservato: in questo caso, la velocità è misurata dal tempo dall'inizio del versamento delle soluzioni alla comparsa dell'opalescenza. Nell'articolo LM Kuznetsova viene descritta la reazione di interazione del tiosolfato di sodio con acido cloridrico. Scrive che quando le soluzioni vengono drenate, si verifica l'opalescenza (torbidità). Ma questa affermazione di L. M. Kuznetsova è errata, poiché l'opalescenza e l'opacità sono cose diverse. Opalescenza (da opale e latino escenza- suffisso che indica un'azione debole) - diffusione della luce da parte di mezzi torbidi a causa della loro disomogeneità ottica. dispersione di luce- deviazione dei raggi luminosi che si propagano nel mezzo in tutte le direzioni dalla direzione originaria. Le particelle colloidali sono in grado di disperdere la luce (effetto Tyndall-Faraday) - questo spiega l'opalescenza, la leggera torbidità della soluzione colloidale. Quando si esegue questo esperimento, è necessario tenere conto dell'opalescenza blu e quindi della coagulazione della sospensione colloidale di zolfo. La stessa densità della sospensione è rilevata dall'apparente scomparsa di qualsiasi disegno (ad esempio la griglia sul fondo della tazza), osservata dall'alto attraverso lo strato di soluzione. Il tempo è contato da un cronometro dal momento dello svuotamento.

Soluzioni Na 2 S 2 O 3 x 5H 2 O e H 2 SO 4.

Il primo si prepara sciogliendo 7,5 g di sale in 100 ml di H 2 O, che corrisponde ad una concentrazione di 0,3 M. Per preparare una soluzione di H 2 SO 4 della stessa concentrazione, è necessario misurare 1,8 ml di H 2 SO 4 (k), ? = = 1,84 g / cm 3 e scioglierlo in 120 ml di H 2 O. Versare la soluzione preparata di Na 2 S 2 O 3 in tre bicchieri: nel primo - 60 ml, nel secondo - 30 ml, nel terzo - 10 ml. Aggiungere 30 ml di H 2 O distillata nel secondo bicchiere e 50 ml nel terzo. Pertanto, in tutti e tre i bicchieri ci saranno 60 ml di liquido, ma nel primo la concentrazione di sale è condizionatamente = 1, nel secondo - ½ e nel terzo - 1/6. Dopo aver preparato le soluzioni, versare 60 ml di soluzione di H 2 SO 4 nel primo bicchiere con una soluzione salina e accendere il cronometro, ecc. Considerando che la velocità di reazione diminuisce con la diluizione della soluzione di Na 2 S 2 O 3, si può essere determinato come un valore inversamente proporzionale al tempo v= uno/? e costruisci un grafico tracciando la concentrazione sull'ascissa e la velocità della reazione sull'ordinata. Da questa conclusione: la velocità di reazione dipende dalla concentrazione di sostanze. I dati ottenuti sono elencati nella Tabella 3. Questo esperimento può essere eseguito utilizzando le burette, ma ciò richiede molta pratica da parte dell'esecutore, poiché la pianificazione a volte non è corretta.

Tabella 3

Velocità e tempo di reazione

Confermata la legge Guldberg-Waage - professore di chimica Gulderg e il giovane scienziato Waage).

Considera il fattore successivo: la temperatura.

All'aumentare della temperatura, aumenta la velocità della maggior parte delle reazioni chimiche. Questa dipendenza è descritta dalla regola di van't Hoff: "Quando la temperatura aumenta ogni 10°C, la velocità delle reazioni chimiche aumenta di 2-4 volte".

dove ? – coefficiente di temperatura, che mostra quante volte aumenta la velocità di reazione con un aumento della temperatura di 10 ° C;

v 1 - velocità di reazione a temperatura t 1 ;

v 2 - velocità di reazione a temperatura t2.

Ad esempio, la reazione a 50 °C procede in due minuti, per quanto tempo finirà il processo a 70 °C se il coefficiente di temperatura ? = 2?

t 1 = 120 s = 2 minuti; t 1 = 50°C; t2 = 70°C.

Anche un leggero aumento della temperatura provoca un forte aumento della velocità di reazione delle collisioni molecolari attive. Secondo la teoria dell'attivazione, solo quelle molecole partecipano al processo, la cui energia è maggiore dell'energia media delle molecole di una certa quantità. Questa energia in eccesso è l'energia di attivazione. Il suo significato fisico è l'energia necessaria per la collisione attiva delle molecole (riorganizzazione degli orbitali). Il numero di particelle attive, e quindi la velocità di reazione, aumenta con la temperatura secondo una legge esponenziale, secondo l'equazione di Arrhenius, che riflette la dipendenza della costante di velocità dalla temperatura

dove MA - fattore di proporzionalità di Arrhenius;

K- costante di Boltzmann;

E A - energia di attivazione;

R- costante del gas;

T- temperatura.

Un catalizzatore è una sostanza che accelera la velocità di una reazione ma non viene consumata di per sé.

Catalisi- il fenomeno di variazione della velocità di reazione in presenza di un catalizzatore. Distinguere tra catalisi omogenea ed eterogenea. Omogeneo- se i reagenti ed il catalizzatore sono nello stesso stato di aggregazione. Eterogeneo– se i reagenti e il catalizzatore si trovano in diversi stati di aggregazione. Sulla catalisi vedere separatamente (più avanti).

Inibitore Una sostanza che rallenta la velocità di una reazione.

Il prossimo fattore è la superficie. Maggiore è la superficie del reagente, maggiore è la velocità. Si consideri, ad esempio, l'influenza del grado di dispersione sulla velocità di reazione.

CaCO 3 - marmo. Abbassiamo il marmo piastrellato acido cloridrico HCl, attendere cinque minuti, si dissolverà completamente.

Marmo in polvere: faremo la stessa procedura con esso, si è sciolto in trenta secondi.

L'equazione per entrambi i processi è la stessa.

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

Quindi, quando si aggiunge il marmo in polvere, il tempo è inferiore rispetto a quando si aggiunge il marmo per piastrelle, con la stessa massa.

Con un aumento dell'interfaccia tra le fasi, aumenta la velocità delle reazioni eterogenee.