Реакцията в химията: определението и зависимостта му от различни фактори

Реакционната скорост е стойност, която показва промяна в концентрацията на реагентите за определен период от време. За да се оцени неговият размер, е необходимо да се променят първоначалните условия на процеса.

Хомогенни взаимодействия

Скоростта на реакция между определени съединения в същата агрегатна форма зависи от обема на взетите вещества. От математическа гледна точка можем да изразим връзката между скоростта на хомогенен процес и промяната в концентрацията на единица време.

Пример за такова взаимодействие е окислението на азотен оксид (2) до азотен оксид (4).

Хетерогенни процеси

Реакционната скорост за първоначалните вещества в различни агрегатни състояния се характеризира с количеството молове на първоначалните реагенти на единица площ за единица време.

Хетерогенните взаимодействия са характерни за системи, които имат различно агрегатно състояние.

За да обобщим, ние се отбележи, че скоростта на реакцията показва промени в размера на първоначалните мола реагент (реакционни продукта) в продължение на интерфейсния блок или за единица обем.

концентрация

Нека разгледаме основните фактори, влияещи върху скоростта на реакцията. Нека започнем с концентрация. Такава зависимост се изразява в закона на действащите маси. Между продукта на концентрациите на вещества, влизащи в взаимодействието, взети до степента на техните стереохимични коефициенти, и скоростта на реакцията, има директно пропорционално отношение.

Помислете за уравнението aA + bB = cC + dA, където A, B, C, D - са течности или газове. За горния процес кинетичното уравнение може да бъде написано, като се вземе предвид коефициентът на пропорционалност, който за всяко взаимодействие има своето значение.

Като основна причина за темпа на растеж може да се отбележи увеличение в броя на сблъсъците на реагиращите частици на единица обем.

температура

Нека разгледаме ефекта на температурата върху скоростта на реакцията. Процесите, които се случват в хомогенни системи, са възможни само когато частиците се сблъскат. Но не всички сблъсъци водят до образуване на реакционни продукти. Само в случаите, когато частиците са увеличили енергията. Когато реагентите се нагорещят, кинетичната енергия на частиците се увеличава, броят на активните молекули се увеличава, така се наблюдава повишаване на реакционната скорост. Връзката между температурния индекс и скоростта на процеса се определя от правилото на Van`t Hoff: всяко увеличение на температурата с 10 ° C води до увеличаване на скоростта на процеса с фактор 2-4.

катализатор

Имайки предвид факторите, влияещи върху скоростта на реакция, нека да се занимаваме с вещества, които могат да увеличат скоростта на процеса, т.е. на катализаторите. В зависимост от агрегатното състояние на катализатора и реагентите се разграничават няколко вида катализа:

• хомогенна форма, в която реагентите и катализаторът имат едно агрегатно състояние;
• хетерогенна форма, когато реагентите и катализаторът са в една и съща фаза.

Като примери за вещества, които ускоряват взаимодействията, може да се разграничат никел, платина, родий, паладий.

Инхибиторите разглеждат вещества, които забавят реакцията.

Област на контакт

От какво зависи зависимостта на реакцията? Химията е разделена на няколко раздела, всеки от които се занимава с определени процеси и явления. В хода на физическата химия се разглежда връзката между зоната на контакт и скоростта на процеса.

За да се увеличи контактната площ на реагентите, те се смачкват до определен размер. Най-бързото взаимодействие се осъществява в решения, поради което се извършват много реакции във водната среда.

При смилането на твърди вещества трябва да се спазват мерки. Например, превръщането на пирит (железен сулфит) в пръстта в пещта се случва му агломерация на частиците, което влияе неблагоприятно върху скоростта на потока на окисляване на това съединение, добивът на серен диоксид намалява.

реагенти

Нека се опитаме да разберем как да определим скоростта на реакцията в зависимост от това кои реагенти влизат в взаимодействие? Например, активните метали, намиращи се в електрохимичните серии на Бекетов до водород, могат да взаимодействат с киселинни разтвори, а тези, които следват Н₂, нямат тази възможност. Причината за това явление е различната химическа активност на металите.

налягането

Как е свързана с тази стойност реакционната скорост? Химията е наука, тясно свързана с физиката, така че зависимостта е пряко пропорционална, тя се регулира от газовите закони. Има пряка връзка между количествата. И за да разберем кой закон определя скоростта на химичната реакция, е необходимо да се знае общото състояние и концентрацията на реагентите.

Видове скорости в химията

Приема се да се разпределят мигновени и средни стойности. Средната степен на химическо взаимодействие се определя като разликата в концентрациите на реагентите за времевия интервал.

Получената стойност има отрицателна стойност в случая, когато концентрацията намалява, положителната стойност, когато се повиши концентрацията на продуктите за взаимодействие.

Истинската (моментна) стойност е такова съотношение в определена единица време.

В системата SI, скоростта химически процес се изразява в [молове × m^-3× s^-1].

Проблеми в химия

Нека разгледаме няколко примера за проблеми, свързани с определянето на скоростта.

ПРИМЕР 1 Хлор и водород се смесват в съд, след което сместа се нагрява. След 5 секунди концентрацията на хлороводорода придобива стойност от 0,05 mol / dm³. Изчислява се средната скорост на образуване на хлороводород (mol / dm³ в).

Необходимо е да се определи промяната в концентрацията на хлороводорода след 5 секунди след взаимодействието, като се извади първоначалната стойност от крайната концентрация:

С (НС1) = с2-с1 = 0,05-0 = 0,05 mol / dm³.

Нека изчислим средната скорост на образуване на хлороводород:

V = 0,05 / 5 = 0,010 mol / dm³ × s.

Пример 2. В съд с обем 3 dm³, възниква следният процес:

C₂Н₂ + 2H₂= С₂Н₆.

Първоначалната маса на водорода е 1 g. Две секунди след началото на взаимодействието водородната маса придобива стойност от 0,4 g. Изчислява се средната скорост на производство на етан (mol / dm³× s).

Масата на водорода, която е влязла в реакцията, се определя като разликата между началната стойност и крайното число. Тя е 1 - 0.4 = 0.6 (g). За да се определи количеството мол от водород, е необходимо да се дели с моларната маса на газа: n = 0,6 / 2 = 0,3 мола. Съгласно уравнението на 2 мола водород, се образува 1 мол етан, следователно от 0,3 мола Н₂ Получават се 0.15 мола етан.

Определя се концентрацията на образуваните въглеводороди, получаваме 0.05 mol / dm³. Освен това можем да изчислим средната скорост на образуване: = 0.025 mol / dm³ × s.

заключение

Скоростта на химическо взаимодействие се влияе от различни фактори: природата на взаимодействие вещество (активиране на енергия), тяхната концентрация, присъствието на катализатор, степента на смилане, налягане, вид на радиация.

През втората половина на деветнадесети век професор Н. Бекетов направи предположението, че съществува връзка между масите на първоначалните реагенти и продължителността на процеса. Тази хипотеза е потвърдена в закона за действащите маси, създаден през 1867 г. от норвежки химици: П. Вахе и К. Гулдберг.

Изследването на механизма и скоростта на различните процеси се извършва чрез физическа химия. Най-простите процеси, настъпващи в един етап, се наричат ​​мономолекулни процеси. Сложните взаимодействия предполагат няколко елементарни последователни взаимодействия, поради което всеки етап се разглежда отделно.

За да може да се разчита на получаване на максимален добив на реакционни продукти с минимални енергийни разходи, е важно да се вземат предвид основните фактори, които влияят върху хода на процеса.

Например, за да се ускори процесът на разлагане на водата в прости вещества, е необходим катализатор, чиято роля се изпълнява от манганов оксид (4).

Всичките нюанси, свързани с избора на реагенти, избора на оптималното налягане и температура, концентрацията на реагентите, се разглеждат в химическата кинетика.