1) Natura reactanților . Un rol important îl joacă natura legăturilor chimice și structura moleculelor reactivilor. Reacțiile se desfășoară în direcția distrugerii legăturilor mai puțin puternice și a formării de substanțe cu legături mai puternice. Deci, pentru a rupe legăturile din molecule H 2 Și N 2 sunt necesare energii mari; astfel de molecule nu sunt foarte reactive. Pentru a rupe legăturile în molecule foarte polare ( acid clorhidric, H 2 O) necesită mai puțină energie și viteza de reacție este mult mai rapidă. Reacțiile dintre ionii din soluțiile de electroliți au loc aproape instantaneu.

Exemple

Fluorul reacționează exploziv cu hidrogenul la temperatura camerei; bromul reacționează lent cu hidrogenul chiar și atunci când este încălzit.

Oxidul de calciu reactioneaza energic cu apa, eliberand caldura; oxid de cupru - nu reacționează.

2) Concentraţie . Odată cu creșterea concentrației (numărul de particule pe unitate de volum), ciocnirile moleculelor reactante apar mai des - viteza de reacție crește.

Legea maselor active (K. Guldberg, p. Waage, 1867)

Una dintre legile de bază ale chimiei fizice; stabilește dependența de viteză reactie chimica asupra concentraţiilor substanţelor care reacţionează şi a raportului dintre concentraţiile (sau activităţile) produşilor de reacţie şi substanţele iniţiale în stare de echilibru chimic. Oamenii de știință norvegieni K. Guldberg și P. Vaage, care au formulat D. m. în 1864-67, ei au numit „masa activă” a unei substanțe cantitatea ei pe unitatea de volum, adică concentrație, de unde și numele legii.

La o temperatură constantă, viteza unei reacții chimice este direct proporțională cu produsul concentrațiilor reactanților, luate în puteri egale cu coeficienții stoichiometrici din ecuația reacției.

Pentru o reacție monomoleculară viteza de reacție  este determinată de concentrația moleculelor de substanță A:

Unde k este coeficientul de proporționalitate, care se numește constantă de viteză reacție; [A] - concentrația molară a substanței A.

În cazul unei reacţii bimoleculare, viteza sa este determinată de concentrația moleculelor nu numai ale substanței A, ci și ale substanței B:

În cazul unei reacții trimoleculare, viteza de reacție este exprimată prin ecuația:

În general, dacă reacția are loc în același timp T molecule de substanță A și n molecule de substanță B, adică.

tA + pV = C,

ecuația vitezei de reacție este:

Forma ecuației este determinată de faptul că o condiție necesară pentru un act elementar al unei reacții este ciocnirea moleculelor substanțelor inițiale, adică întâlnirea lor într-un anumit volum mic (de ordinul mărimii molecule). Probabilitatea de a găsi o moleculă A la un moment dat într-un volum mic dat este proporțională cu [A], adică cu cât concentrația de substanțe care reacţionează este mai mare, cu atât viteza de reacție este mai mare la un moment dat.

Constanta vitezei de reactie k depinde de natura reactanților, temperatură și catalizator, iar în cazul unei soluții lichide, și de presiune; această din urmă dependență este semnificativă doar la presiuni mari, dar nu depinde de concentrațiile reactivilor.

Sensul fizic al constantei de viteză este că este egală cu viteza de reacție la concentrațiile unitare ale reactanților.

Pentru reacțiile eterogene, concentrația fazei solide nu este inclusă în exprimarea vitezei de reacție.

Exemplu

Scrieți expresia legii acțiunii în masă pentru următoarele reacții:

A) N 2 litera (d) + 3 H 2 litera (d) = 2 NH 3(d)

b) 2 C (La) + O 2 litera (d) = 2 CO (G)

Secțiuni: Chimie

Scopul lecției

• educational: continuați formarea conceptului de „viteză a reacțiilor chimice”, obțineți formule pentru calcularea vitezei reacțiilor omogene și eterogene, luați în considerare de ce factori depinde viteza reacțiilor chimice;
• în curs de dezvoltare: să învețe să proceseze și să analizeze datele experimentale; să poată afla relația dintre viteza reacțiilor chimice și factorii externi;
• educational: să continue dezvoltarea abilităților de comunicare în cursul muncii în pereche și colectiv; să concentreze atenția elevilor asupra importanței cunoștințelor despre viteza reacțiilor chimice care apar în viața de zi cu zi (coroziunea metalelor, acrișarea laptelui, putrezirea etc.)

Mijloace de predare: D. proiector multimedia, calculator, diapozitive pe problemele principale ale lecției, CD-ROM „Chiril și Metodiu”, tabele pe mese, protocoale de lucru de laborator, echipamente de laborator și reactivi;

Metode de predare: reproductivă, cercetare, căutare parțială;

Forma de organizare a cursurilor: conversaţie, munca practica, muncă independentă, testare;

Forma de organizare a muncii elevilor: frontal, individual, grup, colectiv.

1. Organizarea clasei

Pregătirea clasei pentru muncă.

2. Pregătirea pentru etapa principală de însuşire a materialului educaţional. Activarea cunoștințelor și abilităților de bază(Diapozitivul 1, vezi prezentarea pentru lecție).

Tema lecției este „Viteza reacțiilor chimice. Factorii care afectează viteza unei reacții chimice.

Sarcină: să aflați care este viteza unei reacții chimice și de ce factori depinde aceasta. Pe parcursul lecției, ne vom familiariza cu teoria întrebării pe tema de mai sus. În practică, vom confirma unele dintre ipotezele noastre teoretice.

Activitatea preconizată a elevilor

Munca activă a elevilor arată disponibilitatea lor de a percepe subiectul lecției. Elevii au nevoie de cunoștințe despre viteza unei reacții chimice de la cursul de clasa a IX-a (comunicare intra-disciplină).

Să discutăm următoarele întrebări (în față, diapozitivul 2):

1. De ce avem nevoie de cunoștințe despre viteza reacțiilor chimice?
2. Ce exemple pot confirma că reacțiile chimice au loc cu viteze diferite?
3. Cum se determină viteza? mișcare mecanică? Care este unitatea pentru această viteză?
4. Cum se determină viteza unei reacții chimice?
5. Ce condiții trebuie create pentru ca o reacție chimică să înceapă?

Luați în considerare două exemple (experimentul este condus de profesor).

Pe masă sunt două eprubete, într-una este o soluție de alcali (KOH), în cealaltă este un cui; Adăugați soluție de CuSO4 în ambele tuburi. Ce vedem?

Activitatea preconizată a elevilor

Folosind exemple, elevii judecă viteza reacțiilor și trag concluziile adecvate. Înregistrarea pe tablă a reacțiilor efectuate (doi elevi).

În prima eprubetă, reacția a avut loc instantaneu, în a doua - încă nu există modificări vizibile.

Compuneți ecuațiile reacției (doi elevi scriu ecuații pe tablă):

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

Ce concluzie putem trage din reacțiile efectuate? De ce o reacție este instantanee și cealaltă lentă? Pentru a face acest lucru, este necesar să ne amintim că există reacții chimice care apar pe întregul volum al spațiului de reacție (în gaze sau soluții) și există altele care apar numai pe suprafața de contact a substanțelor (combustie). corp solidîntr-un gaz, interacțiunea unui metal cu un acid, o sare a unui metal mai puțin activ).

Activitatea preconizată a elevilor

Pe baza rezultatelor experimentului demonstrat, elevii concluzionează: reacția 1 este omogenă, iar reacția

2 - eterogen.

Vitezele acestor reacții vor fi determinate matematic în moduri diferite.

Studiul vitezei și mecanismelor reacțiilor chimice se numește cinetica chimică.

3. Asimilarea noilor cunoștințe și modalități de acțiune(Diapozitivul 3)

Viteza de reacție este determinată de modificarea cantității de substanță pe unitatea de timp

În unitatea V

(pentru omogen)

Pe unitatea de suprafață de contact a substanțelor S (pentru eterogene)

Evident, cu această definiție, valoarea vitezei de reacție nu depinde de volumul dintr-un sistem omogen și de zona de contact a reactivilor - într-unul eterogen.

Activitatea preconizată a elevilor

Acțiuni active ale elevilor cu obiectul de studiu. Introducerea tabelului într-un caiet.

Din aceasta rezultă două momente importante(diapozitivul 4):

2) valoarea calculată a vitezei va depinde de ce substanță este determinată, iar alegerea acesteia din urmă depinde de comoditatea și ușurința de a măsura cantitatea acesteia.

De exemplu, pentru reacția 2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O: υ (pentru H 2) \u003d 2 υ (pentru O 2) \u003d υ (pentru H 2 O)

4. Consolidarea cunoștințelor primare despre viteza unei reacții chimice

Pentru consolidarea materialului considerat, vom rezolva problema de calcul.

Activitatea preconizată a elevilor

Înțelegerea primară a cunoștințelor dobândite despre viteza de reacție. Corectitudinea soluționării problemei.

Sarcină (diapozitivul 5). Reacția chimică se desfășoară în soluție conform ecuației: A + B = C. Concentrații inițiale: substanțe A - 0,80 mol/l, substanțe B - 1,00 mol/l. După 20 de minute, concentrația substanței A a scăzut la 0,74 mol/l. Determinaţi: a) viteza medie de reacţie pentru această perioadă de timp;

b) concentraţia substanţei C după 20 de minute. Soluție (Anexa 4, slide 6).

5. Asimilarea noilor cunoștințe și modalități de acțiune(efectuarea lucrărilor de laborator în curs de repetare și studiu de material nou, pas cu pas, Anexa 2).

Știm că diferiți factori afectează viteza unei reacții chimice. Care?

Activitatea preconizată a elevilor

Bazarea pe cunoștințele claselor 8-9, scrierea într-un caiet în cursul studierii materialului. Lista (diapozitivul 7):

Natura reactanților;

Temperatura;

Concentrația reactanților;

Acțiunea catalizatorilor;

Suprafața de contact a reactanților (în reacții eterogene).

Influența tuturor acestor factori asupra vitezei de reacție poate fi explicată folosind teorie simplă – teoria coliziunii (diapozitivul 8). Ideea sa principală este aceasta: reacțiile apar atunci când particulele de reactanți care au o anumită energie se ciocnesc.

Din aceasta putem trage următoarele concluzii:

1. Cu cât sunt mai multe particule de reactiv, cu atât sunt mai aproape una de cealaltă, cu atât este mai probabil să se ciocnească și să reacționeze.
2. Nu duc decât la o reacție coliziuni eficiente, acestea. cele în care „legăturile vechi” sunt distruse sau slăbite și de aceea se pot forma „legături noi”. Dar pentru aceasta, particulele trebuie să aibă suficientă energie.

Excesul minim de energie (peste energia medie a particulelor din sistem) necesar pentru o coliziune eficientă a particulelor din sistem) necesar pentru o coliziune eficientă a particulelor reactante se numeșteenergie activatoare E A.

Activitatea preconizată a elevilor

Înțelegerea conceptului și scrierea definiției într-un caiet.

Astfel, pe calea tuturor particulelor care intră în reacție, există o barieră energetică egală cu energia de activare. Dacă este mic, atunci există multe particule care îl depășesc cu succes. Cu o barieră energetică mare, este nevoie de energie suplimentară pentru a o depăși, uneori este suficientă o „împingere” bună. Aprind lampa cu spirit - dau energie suplimentară E A, necesar pentru a depăși bariera energetică în reacția de interacțiune a moleculelor de alcool cu ​​moleculele de oxigen.

Considera factori, care afectează viteza reacției.

1) Natura reactanților(diapozitivul 9) Natura substanţelor care reacţionează este înţeleasă ca fiind compoziţia, structura, influenţa reciprocă a atomilor în substanţele anorganice şi organice.

Mărimea energiei de activare a substanțelor este un factor prin care este afectată influența naturii substanțelor care reacţionează asupra vitezei de reacţie.

Briefing.

Autoformularea concluziilor (Anexa 3 acasă)

Există o zonă în chimia fizică care se ocupă cu analiza vitezei proceselor chimice, determinând condițiile care afectează creșterea sau scăderea vitezei. Această zonă se numește cinetică chimică. Această zonă de știință studiază mecanismele de conducere și caracteristicile termodinamice ale proceselor. Cunoștințele acumulate sunt folosite în scopuri științifice, în producția de substanțe chimice, atunci când este important să se controleze interacțiunea ingredientelor din reactoare.

Termenul „viteză de reacție” înseamnă modificarea echivalentă a concentrațiilor ingredientelor implicate în reacție, pentru unitatea de timp desemnată. Pentru calculele vitezei se folosește o formulă specială: ᴠ = ±C/t.

Unitatea de masura a vitezei este mol/l*s in timpul unui proces omogen, cand intregul volum reactioneaza. Pentru o reacție în mai multe etape, când există faze clar definite, se utilizează o altă unitate de măsură - mol / m2 * s.

Procese chimice cu viteză diferită

Componentele chimice pot interacționa între ele la viteze diferite. De exemplu, stalactitele se formează ca urmare a creșterii carbonatului de calciu. Rata de creștere a educației este de o jumătate de milimetru în 100 de ani. Alte reacții biochimice au loc la fel de încet. Procesele de sinteză a proteinelor și coroziunea metalelor se disting printr-o viteză destul de scăzută.

Alte procese care durează una sau mai multe ore sunt mai rapide. Aceste reacții includ gătitul, când are loc descompunerea și transformarea compușilor prezenți în produsele alimentare.

Pentru o anumită perioadă de timp, compoziția de reacție, care este utilizată pentru sinteza anumitor polimeri, trebuie încălzită.

Reacțiile chimice rapide includ neutralizarea, contactul acidului acetic diluat cu bicarbonat de sodiu obișnuit, rezultând eliberarea de dioxid de carbon. Pe listă poate fi adăugată reacția sărurilor de sodiu cu azotat de bariu, după care precipită sulfatul de bariu insolubil.

Important! Există un număr mare de procese chimice care se desfășoară foarte repede și se termină cu o explozie. Un exemplu izbitor este combinația de potasiu și apă.

Factori care afectează viteza de reacție

Prin combinarea substanțelor chimice se obține o reacție care în conditii diferite curge cu viteze diferite. De exemplu, cu o combinație de hidrogen și oxigen în stare gazoasă, amestecul este inactiv pentru o lungă perioadă de timp, dar dacă recipientul este scuturat sau lovit, reacția se va termina cu o explozie.

În legătură cu astfel de caracteristici, specialiștii în cinetică chimică au identificat o serie de factori care au capacitatea de a afecta viteza unei reacții chimice.

Printre aceste conditii se numara:

• proprietățile naturale ale componentelor de reacție;
• concentrația de reactivi;
• fluctuații de temperatură;
• utilizarea unui catalizator;
• supratensiuni (la utilizarea componentelor gazoase);
• zona de interacțiune a substanțelor.

Proprietățile naturale ale reactivilor

O diferență mare în ratele reacțiilor chimice se datorează diferiților coeficienți de energie de activare - o cantitate în exces de energie, a cărei cantitate depășește valorile medii necesare pentru ca particulele să se ciocnească și să interacționeze. Parametrul are propria unitate kJ/mol. Aceste valori variază de la 50 la 250.

Cu un exces de energie în cantitate de 150 kJ/mol, reacția nu are loc în condiții normale. Cantitatea de energie eliberată va fi cheltuită pentru prevenirea respingerii moleculelor, minimizând legăturile în interiorul substanței. Puterea legăturilor chimice din ingrediente depinde de energia de activare. Valoarea energetică reflectă activitatea reacției:

• mai puțin de 40 - interacțiunea este rapidă, toate impacturile moleculare se termină într-o reacție;
• mai mult de 40, dar mai puțin de 120 - viteza medie, doar jumătate din coliziuni sunt eficiente;
• mai mult de 120 - interacțiune lentă, deoarece o parte nesemnificativă a ciocnirilor de particule se termină într-o reacție.

Concentrația substanței

Numărul de molecule pe unitatea de volum afectează viteza de interacțiune. Procesul intră sub incidența legii acțiunii în masă. Legea se aplică celor mai simple reacții care au loc într-o singură etapă. De asemenea, potrivit pentru reacții în mai multe etape în care procesul are loc într-o etapă specifică.

Viteza procesului chimic, ținând cont de condițiile legii, este determinată de formula V=k·[A]a·[B]b. În ecuația matematică, a și b acționează ca coeficienți stoichiometrici, [A] și [B] sunt concentrațiile reactanților, k este constanta de viteză.

Valoarea ratei afișează un coeficient identic dacă concentrațiile ingredientelor care reacţionează sunt egale cu unu. Pentru calcule corecte folosind formula, trebuie luată în considerare starea agregată a componentelor. Concentrația ingredientului solid este egală cu unu, prin urmare nu este inclusă în ecuație, deoarece nu se modifică în timpul reacției.

Pentru a determina coeficientul de viteză, numai componentele stărilor lichide și gazoase sunt incluse în formulă.

Regimul de temperatură

Cursul reacției chimice depinde și de condițiile de temperatură. S-a dezvăluit experimental că activitatea unor procese chimice crește de câteva ori dacă temperatura este crescută cu cel puțin 10 grade. Următoarele 10 grade provoacă și o creștere a activității de 2-4 ori.

Din păcate, mecanismul efectului temperaturii asupra vitezei unei singure reacții nu a fost studiat. De asemenea, lista de regularități nu este definită. Din punct de vedere al logicii se poate presupune că o creștere a temperaturii contribuie la o creștere a mișcării haotice a moleculelor și atomilor, în urma căreia numărul de ciocniri a acestora crește semnificativ.

Cu toate acestea, această caracteristică a impactului nu crește eficiența ciocnirii particulelor, deoarece principalul catalizator al acestui proces este energia de activare. De asemenea, pentru eficacitatea interacțiunii moleculelor este necesară corespondența lor spațială.

Aplicarea catalizatorilor

Activitatea unei reacții în chimie este studiată și printr-o altă direcție, care se numește cataliză. Sarcina sa este de a afla cum și prin ce algoritm volumele mici de substanțe desemnate cresc rata de retragere a reactivului. Aceste substanțe se numesc catalizatori. Mai mult decât atât, catalizatorul în sine, accelerând reacția, practic nu este consumat.

Acceleratoarele sunt capabile să schimbe mecanismul unui proces chimic și să provoace formarea unor astfel de stări de tranziție ale unei substanțe care au o barieră energetică mai mică. Catalizatorul poate reduce energia de activare, poate crește numărul de ciocniri efective de molecule. Dacă interacțiunea este imposibilă din punct de vedere energetic, atunci utilizarea unui accelerator este inutilă.

Zona de contact a componentelor

Atunci când amestecați substanțe care se află în diferite stări de agregare sau componente care nu se pot combina într-un amestec omogen, viteza reacției chimice este afectată în mare măsură de zona de interacțiune a ingredientelor.

Acest lucru se datorează apariției unei reacții eterogene la limita de contact a reactivilor. Adică, cu cât această limită este mai largă, cu atât mai multe particule se ciocnesc și provoacă o reacție rapidă.

Exemple vii de astfel de proprietăți:

• chipsurile mici ard mult mai activ decât buștenii întregi;
• solidele zdrobite se dizolvă mai bine într-un lichid decât într-o bucată întreagă.

Important! La măcinarea unui ingredient solid, are loc o distrugere arbitrară rețea cristalină reactiv, astfel încât proprietățile reactive ale particulelor cresc.

Influența presiunii

Scăderile de presiune în timpul unei reacții pot afecta activitatea numai atunci când substanțele gazoase sunt utilizate ca reactanți. Presiune ridicata contribuie la creșterea numărului de molecule componente pe unitatea de volum, densitatea reactivului crește. La presiune scăzută, numărul de particule scade, deci concentrația scade.

Rata interacțiunii chimice este cantitatea și eficiența ciocnirii moleculelor reactante. Acest proces poate fi mai rapid sau mai lent dacă sunt create condițiile potrivite. Creșterea vitezei poate fi influențată de factori care pot fi controlați în diferite grade:

• regimul de temperatură;
• nivelul de concentrație al componentelor de reacție;
• creșterea sau scăderea presiunii;
• transformarea componentelor eterogene în aceeași stare de agregare.

Video util

Rezumând

În mare măsură, viteza de răspuns a substanțelor depinde de energia de pornire și de caracteristicile geometrice ale moleculelor. Acești doi parametri nu pot fi controlați și ajustați. Studiul reacțiilor de răspuns ale componentelor chimice la impactul acestor factori este de mare valoare pentru multe industrii. Datele sunt utilizate în cercetări de laborator, în domeniul farmacologic, metalurgie, gătit, la întreprinderile nucleare, în producția de vopsele și lacuri, polimeri.

In contact cu

Mecanismele transformărilor chimice și ratele acestora sunt studiate prin cinetică chimică. Procesele chimice se desfășoară în timp cu viteze diferite. Unele se întâmplă rapid, aproape instantaneu, în timp ce altele durează foarte mult să apară.

In contact cu

Reacția rapidă- viteza cu care se consumă reactivii (concentrația lor scade) sau se formează produse de reacție pe unitate de volum.

Factori care pot afecta viteza unei reacții chimice

Următorii factori pot afecta cât de repede are loc o interacțiune chimică:

• concentrația de substanțe;
• natura reactivilor;
• temperatura;
• prezența unui catalizator;
• presiune (pentru reacții în mediu gazos).

Astfel, prin modificarea anumitor condiții pentru desfășurarea unui proces chimic, este posibil să se influențeze cât de repede va decurge procesul.

În procesul de interacțiune chimică, particulele substanțelor care reacţionează se ciocnesc unele cu altele. Numărul de astfel de coincidențe este proporțional cu numărul de particule de substanțe din volumul amestecului de reacție și, prin urmare, proporțional cu concentrațiile molare ale reactivilor.

Legea maselor care actioneaza descrie dependența vitezei de reacție de concentrațiile molare ale substanțelor care reacţionează.

Pentru o reacție elementară (A + B → ...), această lege se exprimă prin formula:

υ \u003d k ∙С A ∙С B,

unde k este constanta vitezei; C A și C B sunt concentrațiile molare ale reactanților, A și B.

Dacă una dintre substanțele care reacționează este în stare solidă, atunci interacțiunea are loc la interfața de fază și, prin urmare, concentrația substanței solide nu este inclusă în ecuația legii cinetice a maselor care acționează. Pentru a înțelege semnificația fizică a constantei de viteză, este necesar să luăm C, A și C B egal cu 1. Apoi devine clar că constanta de viteză este egală cu viteza de reacție la concentrații de reactiv egale cu unitatea.

Natura reactivilor

Deoarece în procesul de interacţiune sunt distruse legături chimice Se formează reactanți și noi legături ale produselor de reacție, atunci natura legăturilor care participă la reacția compușilor și structura moleculelor substanțelor care reacţionează vor juca un rol important.

Suprafața de contact a reactivilor

O astfel de caracteristică precum suprafața de contact a reactivilor solizi, uneori destul de semnificativ, afectează cursul reacției. Măcinarea unui solid vă permite să creșteți suprafața de contact a reactivilor și, prin urmare, să accelerați procesul. Zona de contact a substanțelor dizolvate este ușor crescută prin dizolvarea substanței.

Temperatura de reacție

Pe măsură ce temperatura crește, energia particulelor care se ciocnesc va crește, este evident că, odată cu creșterea temperaturii, procesul chimic în sine se va accelera. bun exemplu modul în care o creștere a temperaturii afectează procesul de interacțiune a substanțelor, putem lua în considerare datele prezentate în tabel.

Tabelul 1. Efectul schimbării temperaturii asupra ratei de formare a apei (О 2 +2Н 2 →2Н 2 О)

Pentru o descriere cantitativă a modului în care temperatura poate afecta rata de interacțiune a substanțelor, se folosește regula van't Hoff. Regula lui Van't Hoff este că atunci când temperatura crește cu 10 grade, are loc o accelerație de 2-4 ori.

Formula matematică care descrie regula van't Hoff este următoarea:

Unde γ este coeficientul de temperatură al vitezei de reacție chimică (γ = 2−4).

Dar ecuația lui Arrhenius descrie mult mai precis dependența de temperatură a constantei vitezei:

Unde R este constanta universală a gazului, A este un factor determinat de tipul de reacție, E, A este energia de activare.

Energia de activare este energia pe care o moleculă trebuie să o dobândească pentru a avea loc o transformare chimică. Adică, este un fel de barieră energetică care va trebui depășită de molecule care se ciocnesc în volumul de reacție pentru a redistribui legăturile.

Energia de activare nu depinde de factori externi, dar depinde de natura substanței. Valoarea energiei de activare de până la 40 - 50 kJ / mol permite substanțelor să reacționeze între ele destul de activ. Dacă energia de activare depăşeşte 120 kJ/mol, atunci substanțele (la temperaturi obișnuite) vor reacționa foarte lent. O modificare a temperaturii duce la o modificare a numărului de molecule active, adică molecule care au atins o energie mai mare decât energia de activare și, prin urmare, capabile de transformări chimice.

Acțiune catalizatoare

Un catalizator este o substanță care poate accelera un proces, dar nu face parte din produsele sale. Cataliza (accelerarea cursului unei transformări chimice) se împarte în · omogenă, · eterogenă. Dacă reactanții și catalizatorul sunt în aceeași stare de agregare, atunci cataliza se numește omogenă, dacă se află în stări diferite, atunci eterogenă. Mecanismele de acțiune ale catalizatorilor sunt diverse și destul de complexe. În plus, trebuie remarcat faptul că catalizatorii sunt caracterizați prin selectivitatea acțiunii. Adică, același catalizator, care accelerează o reacție, poate să nu modifice viteza alteia în niciun fel.

Presiune

Dacă în transformare sunt implicate substanțe gazoase, atunci viteza procesului va fi afectată de o schimbare a presiunii în sistem. . Acest lucru se întâmplă pentru că că pentru reactanții gazoși, o modificare a presiunii duce la o modificare a concentrației.

Determinarea experimentală a vitezei unei reacții chimice

Este posibil să se determine viteza unei transformări chimice în mod experimental, obținând date despre modul în care se modifică concentrația substanțelor sau a produselor care reacţionează pe unitatea de timp. Metodele de obținere a unor astfel de date sunt împărțite în

• chimic,
• fizice si chimice.

Metodele chimice sunt destul de simple, accesibile și precise. Cu ajutorul lor, viteza este determinată prin măsurarea directă a concentrației sau cantității unei substanțe de reactanți sau produse. În cazul unei reacții lente, se prelevează probe pentru a monitoriza modul în care este consumat reactivul. După aceea, se determină conținutul de reactiv din probă. Prin prelevarea de probe la intervale regulate, este posibil să se obțină date despre modificarea cantității unei substanțe în timpul interacțiunii. Cele mai utilizate tipuri de analiză sunt titrimetria și gravimetria.

Dacă reacția decurge rapid, atunci pentru a preleva o probă, aceasta trebuie oprită. Acest lucru se poate face prin răcire îndepărtarea bruscă a catalizatorului, este de asemenea posibil să se dilueze sau să se transfere unul dintre reactivi într-o stare nereactivă.

Metodele de analiză fizico-chimică în cinetica experimentală modernă sunt utilizate mai des decât cele chimice. Cu ajutorul lor, puteți observa schimbarea concentrațiilor de substanțe în timp real. Nu este nevoie să opriți reacția și să luați probe.

Metodele fizico-chimice se bazează pe măsurare proprietate fizică, în funcție de conținutul cantitativ al unui anumit compus din sistem și modificându-se în timp. De exemplu, dacă gazele sunt implicate în reacție, atunci presiunea poate fi o astfel de proprietate. Conductivitatea electrică, indicele de refracție și spectrele de absorbție ale substanțelor sunt, de asemenea, măsurate.

Cinetica- știința vitezei reacțiilor chimice.

Viteza unei reacții chimice- numărul de acte elementare de interacțiune chimică care au loc pe unitatea de timp pe unitatea de volum (omogen) sau pe unitatea de suprafață (eterogen).

Viteza reală de reacție:

Pentru reacții omogene, eterogene:

1) concentrația substanțelor care reacţionează;

2) temperatura;

3) catalizator;

4) inhibitor.

Numai pentru eterogene:

1) rata de alimentare cu reactanți la interfață;

2) suprafata.

Factorul principal - natura substanțelor care reacţionează - natura legăturii dintre atomi din moleculele reactivilor.

NO 2 - oxid nitric (IV) - coada de vulpe, CO - monoxid de carbon, monoxid de carbon.

Dacă sunt oxidați cu oxigen, atunci în primul caz reacția va merge instantaneu, merită să deschideți dopul vasului, în al doilea caz reacția este prelungită în timp.

Concentrația reactanților va fi discutată mai jos.

Opalescența albastră indică momentul precipitării sulfului, cu cât concentrația este mai mare, cu atât rata este mai mare.

Orez. 10

Cu cât concentrația de Na 2 S 2 O 3 este mai mare, cu atât reacția durează mai puțin. Graficul (Fig. 10) arată o relație direct proporțională. Dependența cantitativă a vitezei de reacție de concentrația reactanților este exprimată prin MMA (legea acțiunii masei), care spune: viteza unei reacții chimice este direct proporțională cu produsul concentrațiilor reactanților.

Asa de, legea de bază a cineticii este stabilit empiric legea: viteza de reacție este proporțională cu concentrația reactanților, exemplu: (adică pentru reacție)

Pentru această reacție H 2 + J 2 = 2HJ - viteza poate fi exprimată în termeni de modificare a concentrației oricăreia dintre substanțe. Dacă reacția se desfășoară de la stânga la dreapta, atunci concentrația de H2 și J2 va scădea, concentrația de HJ va crește în cursul reacției. Pentru viteza instantanee a reacțiilor, puteți scrie expresia:

parantezele pătrate indică concentrarea.

sens fizic k– moleculele sunt în mișcare continuă, se ciocnesc, se împrăștie, lovesc pereții vasului. Pentru ca reacția chimică de formare a HJ să aibă loc, moleculele H 2 și J 2 trebuie să se ciocnească. Numărul de astfel de ciocniri va fi cu atât mai mare, cu cât mai multe molecule de H 2 și J 2 sunt conținute în volum, adică, cu atât vor fi mai mari valorile [Н 2 ] și . Dar moleculele se mișcă cu viteze diferite și total energie kinetică două molecule care se ciocnesc vor fi diferite. Dacă cele mai rapide molecule de H 2 și J 2 se ciocnesc, energia lor poate fi atât de mare încât moleculele se descompun în atomi de iod și hidrogen, care zboară separat și apoi interacționează cu alte molecule de H 2 + J 2 > 2H+2J, apoi H + J 2 > HJ + J. Dacă energia moleculelor care se ciocnesc este mai mică, dar suficient de mare pentru a slăbi legăturile H - H și J - J, va avea loc reacția de formare a iodului de hidrogen:

Pentru majoritatea moleculelor care se ciocnesc, energia este mai mică decât este necesară pentru a slăbi legăturile din H2 și J2. Astfel de molecule se ciocnesc „liniștit” și, de asemenea, se dispersează „liniștit”, rămânând ceea ce erau, H2 și J2. Astfel, nu toate, ci doar o parte din ciocnirile duc la o reacție chimică. Coeficientul de proporționalitate (k) arată numărul de ciocniri efective care duc la reacția la concentrații [H 2 ] = = 1 mol. Valoare k–viteza const. Cum poate fi viteza constantă? Da, viteza mișcării rectilinie uniforme se numește mărime vectorială constantă egală cu raportul dintre mișcarea corpului pentru orice perioadă de timp și valoarea acestui interval. Dar moleculele se mișcă aleatoriu, deci cum poate fi constantă viteza? Dar o viteză constantă poate fi doar la o temperatură constantă. Pe măsură ce temperatura crește, proporția de molecule rapide ale căror ciocniri conduc la o reacție crește, adică constanta de viteză crește. Dar creșterea constantă a ratei nu este nelimitată. La o anumită temperatură, energia moleculelor va deveni atât de mare încât aproape toate ciocnirile reactanților vor fi eficiente. Când două molecule rapide se ciocnesc, va avea loc o reacție inversă.

Va veni un moment în care ratele de formare a 2HJ din H 2 și J 2 și de descompunere vor fi egale, dar acesta este deja un echilibru chimic. Dependența vitezei de reacție de concentrația reactanților poate fi urmărită folosind reacția tradițională de interacțiune a unei soluții de tiosulfat de sodiu cu o soluție de acid sulfuric.

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)

Reacția (1) are loc aproape instantaneu. Viteza de reacție (2) depinde la o temperatură constantă de concentrația reactantului H2S2O3. Este această reacție pe care am observat-o - în acest caz, viteza este măsurată în timpul de la începutul turnării soluțiilor până la apariția opalescenței. In articol L. M. Kuznetsova este descrisă reacția de interacțiune a tiosulfatului de sodiu cu acidul clorhidric. Ea scrie că atunci când soluțiile sunt scurse, apare opalescența (turbiditatea). Dar această afirmație a lui L. M. Kuznetsova este eronată, deoarece opalescența și întunecarea sunt lucruri diferite. Opalescență (din opal și latină escentia- sufix care înseamnă acțiune slabă) - împrăștierea luminii de către mediile tulburi din cauza neomogenității lor optice. difuzia luminii- abaterea razelor de lumină care se propagă în mediu în toate direcțiile de la direcția inițială. Particulele coloidale sunt capabile să împrăștie lumina (efectul Tyndall-Faraday) - aceasta explică opalescența, ușoară turbiditate a soluției coloidale. La efectuarea acestui experiment, este necesar să se țină cont de opalescența albastră și apoi de coagularea suspensiei coloidale de sulf. Aceeași densitate a suspensiei se remarcă prin dispariția aparentă a oricărui model (de exemplu, o grilă în fundul cupei), observată de sus prin stratul de soluție. Timpul este numărat de un cronometru din momentul golirii.

Soluții Na2S2O3x 5H2O și H2SO4.

Primul se prepară prin dizolvarea a 7,5 g de sare în 100 ml de H 2 O, ceea ce corespunde unei concentrații de 0,3 M. Pentru a prepara o soluție de H 2 SO 4 de aceeași concentrație, este necesar să se măsoare 1,8 ml de H 2 SO 4 (k), ? = = 1,84 g / cm 3 și se dizolvă în 120 ml de H 2 O. Se toarnă soluția preparată de Na 2 S 2 O 3 în trei pahare: în primul - 60 ml, în al doilea - 30 ml, în al treilea - 10 ml. Se adaugă 30 ml de H2O distilat în al doilea pahar și 50 ml în al treilea. Astfel, în toate cele trei pahare vor fi 60 ml de lichid, dar în primul concentrația de sare este condiționată = 1, în al doilea - ½, iar în al treilea - 1/6. După prepararea soluţiilor, se toarnă 60 ml soluţie de H 2 SO 4 în primul pahar cu o soluţie de sare şi se porneşte cronometrul etc. Având în vedere că viteza de reacţie scade odată cu diluarea soluţiei de Na 2 S 2 O 3, se poate fi determinată ca o valoare invers proporţională cu timpul v= 1/? și construiți un grafic prin reprezentarea grafică a concentrației pe abscisă și a vitezei de reacție pe ordonată. Din această concluzie - viteza de reacție depinde de concentrația substanțelor. Datele obținute sunt enumerate în Tabelul 3. Acest experiment poate fi realizat folosind biurete, dar acest lucru necesită multă practică din partea executantului, deoarece orarul este uneori incorect.

Tabelul 3

Viteza si timpul de reactie

Se confirmă legea Guldberg-Waage - profesor de chimie Gulderg și tânărul om de știință Waage).

Luați în considerare următorul factor - temperatura.

Pe măsură ce temperatura crește, viteza majorității reacțiilor chimice crește. Această dependență este descrisă de regula van't Hoff: „Când temperatura crește la fiecare 10 ° C, viteza reacțiilor chimice crește de 2-4 ori”.

Unde ? – coeficient de temperatură, care arată de câte ori crește viteza de reacție cu o creștere a temperaturii cu 10 ° C;

v 1 - viteza de reacție la temperatură t1;

v 2 - viteza de reacție la temperatură t2.

De exemplu, reacția la 50 °C are loc în două minute, cât timp se va termina procesul la 70 °C dacă coeficientul de temperatură ? = 2?

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

Chiar și o ușoară creștere a temperaturii determină o creștere bruscă a vitezei de reacție a ciocnirilor moleculare active. Conform teoriei activării, doar acele molecule participă la proces, a căror energie este mai mare decât energia medie a moleculelor cu o anumită cantitate. Această energie în exces este energia de activare. Sensul său fizic este energia necesară pentru ciocnirea activă a moleculelor (rearanjarea orbitalilor). Numărul de particule active și, prin urmare, viteza de reacție, crește cu temperatura conform unei legi exponențiale, conform ecuației Arrhenius, care reflectă dependența constantei de viteză de temperatură.

Unde A - factorul de proporționalitate Arrhenius;

k– constanta lui Boltzmann;

E A - energie activatoare;

R- constanta de gaz;

T- temperatura.

Un catalizator este o substanță care accelerează viteza unei reacții, dar nu este consumată în sine.

Cataliză- fenomenul de modificare a vitezei de reacție în prezența unui catalizator. Distingeți între cataliza omogenă și eterogenă. Omogen- dacă reactanţii şi catalizatorul sunt în aceeaşi stare de agregare. Eterogen– dacă reactanţii şi catalizatorul sunt în stări diferite de agregare. Despre cataliză vezi separat (mai departe).

Inhibitor O substanță care încetinește viteza unei reacții.

Următorul factor este suprafața. Cu cât suprafața reactantului este mai mare, cu atât viteza este mai mare. Luați în considerare, de exemplu, influența gradului de dispersie asupra vitezei de reacție.

CaCO 3 - marmură. Coborâm marmura cu gresie în acid clorhidric HCl, așteptați cinci minute, se va dizolva complet.

Marmură pulbere - vom face aceeași procedură cu ea, s-a dizolvat în treizeci de secunde.

Ecuația pentru ambele procese este aceeași.

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

Deci, la adăugarea de marmură pudră, timpul este mai mic decât la adăugarea de marmură de plăci, cu aceeași masă.

Odată cu creșterea interfeței dintre faze, crește viteza reacțiilor eterogene.