Rata de reacție în chimie: definiția și dependența ei de diferiți factori

Rata de reacție este o valoare care indică modificarea concentrației reactanților pe o perioadă de timp. Pentru a estima mărimea acesteia, este necesar să se schimbe condițiile inițiale ale procesului.

Interacțiuni omogene

Rata de reacție dintre anumiți compuși în aceeași formă agregată depinde de volumul de substanțe luate. Din punct de vedere matematic, putem exprima relația dintre viteza unui proces omogen și schimbarea concentrației pe unitatea de timp.

Un exemplu de astfel de interacțiune este oxidarea oxidului nitric (2) la oxidul de azot (4).

Procese heterogene

Rata de reacție pentru substanțele inițiale în diferite stări agregate este caracterizată de cantitatea de moli de reactivi inițiali pe unitate de suprafață pe unitate de timp.

Interacțiunile heterogene sunt caracteristice sistemelor care au o stare agregată diferită.

Pentru a rezuma, observăm că viteza de reacție demonstrează schimbări în cantitatea de moli de reactant inițial (produși de reacție) pe o perioadă la unitatea de interfață sau per unitate de volum.

concentrare

Să luăm în considerare factorii de bază care influențează viteza de reacție. Să începem cu concentrarea. O asemenea dependență este exprimată de legea maselor care acționează. Între produsul concentrațiilor de substanțe care intră în interacțiune, luate la gradul de coeficienți stereochimici și viteza reacției, există o relație direct proporțională.

Luați în considerare ecuația aA + bB = cC + dA, unde A, B, C, D - sunt lichide sau gaze. Pentru procesul de mai sus, ecuația cinetică poate fi scrisă ținând cont de coeficientul de proporționalitate, care pentru fiecare interacțiune are semnificație proprie.

Ca principal motiv al ratei de creștere, se poate observa o creștere a numărului de coliziuni ale particulelor de reacție pe unitatea de volum.

temperatură

Să luăm în considerare efectul temperaturii asupra ratei de reacție. Procesele care apar în sistemele omogene sunt posibile numai când particulele se ciocnesc. Dar nu toate coliziunile conduc la formarea de produse de reacție. Numai în cazul în care particulele au crescut de energie. Când reactivii sunt încălziți, energia cinetică a particulelor este crescută, numărul moleculelor active crește, deci se observă o creștere a ratei de reacție. Relația dintre indicele de temperatură și viteza procesului este determinată de regula Van`t Hoff: fiecare creștere a temperaturii cu 10 ° C duce la o creștere a vitezei procesului cu un factor de 2-4.

catalizator

Având în vedere factorii care influențează rata de reacție, să ne concentram asupra substanțelor care pot crește viteza procesului, adică pe catalizatori. În funcție de starea agregată a catalizatorului și a reactanților, se disting câteva tipuri de cataliză:

• o formă omogenă în care reactivii și catalizatorul au o stare agregată;
• forme heterogene, când reactanții și catalizatorul sunt în aceeași fază.

Ca exemple de substanțe care accelerează interacțiunile, se pot distinge între nichel, platină, rodiu, paladiu.

Inhibitorii iau în considerare substanțele care încetinesc reacția.

Zonă de contact

De ce depinde rata de reacție? Chimia este împărțită în mai multe secțiuni, fiecare dintre care se referă la anumite procese și fenomene. În cursul chimiei fizice, se are în vedere relația dintre zona de contact și viteza procesului.

Pentru a mări zona de contact a reactivilor, acestea sunt zdrobite la o anumită dimensiune. Cea mai rapidă interacțiune are loc în soluții, motiv pentru care se fac multe reacții în mediul acvatic.

Atunci când se macină solide, trebuie respectată o măsură. De exemplu, conversia piritei (sulfit de fier), în praful din cuptorul de sinterizare are loc particulelor sale, care afectează în mod negativ debitul de oxidare a acestui compus, randamentul dioxidului de sulf scade.

reactivii

Să încercăm să înțelegem cum să determinăm rata de reacție în funcție de ce reactivi intră în interacțiune? De exemplu, metalele active amplasate în seria electrochimică Beketov la hidrogen sunt capabile să interacționeze cu soluțiile acide, iar cele care sunt după H₂, nu au această abilitate. Motivul pentru acest fenomen este activitatea chimică diferită a metalelor.

presiunea

Cum este asociată rata de reacție cu această valoare? Chimia este o știință care este strâns legată de fizică, deci dependența este direct proporțională, este reglementată de legile privind gazele. Există o relație directă între cantități. Și pentru a înțelege ce lege determină rata reacției chimice, este necesar să se cunoască starea agregată și concentrația reactivilor.

Tipuri de viteze în chimie

Se acceptă alocarea valorilor instant și medii. Rata medie a interacțiunii chimice este definită ca diferența de concentrație a reactanților în intervalul de timp.

Valoarea obținută are o valoare negativă în cazul în care concentrația scade, valoarea pozitivă când crește concentrația produselor de interacțiune.

Valoarea reală (instantanee) este un astfel de raport într-o anumită unitate de timp.

În sistemul SI, viteza chimic se exprimă în [moli × m^-3× s^-1].

Probleme în chimie

Să analizăm mai multe exemple de probleme legate de definirea vitezei.

Exemplul 1. Clorul și hidrogenul sunt amestecate într-un vas, apoi amestecul este încălzit. După 5 secunde, concentrația de acid clorhidric a obținut o valoare de 0,05 mol / dm³. Se calculează rata medie de formare a acidului clorhidric (mol / dm³ c).

Este necesar să se determine modificarea concentrației de acid clorhidric după 5 secunde după interacțiune, scăzând valoarea inițială din concentrația finală:

C (HCI) = c2-c1 = 0,05-0 = 0,05 mol / dm³.

Să calculăm rata medie a formării acidului clorhidric:

V = 0,05 / 5 = 0,010 mol / dm³ × s.

Exemplul 2. într-un vas având un volum de 3 dm³, se produce următorul proces:

C₂H₂ + 2H₂= C₂H₆.

Masa inițială de hidrogen a fost de 1 g. Două secunde după inițierea interacțiunii, masa de hidrogen a atins o valoare de 0,4 g. Se calculează rata medie a producției de etan (mol / dm³X s).

Masa hidrogenului care a intrat în reacție este definită ca diferența dintre valoarea inițială și numărul finit. Este 1 - 0,4 = 0,6 (g). Pentru a determina cantitatea de mol de hidrogen, este necesar să se împartă cu masa molară a gazului: n = 0,6 / 2 = 0,3 mol. Conform ecuației de 2 moli de hidrogen, se formează 1 mol de etan, deci de 0,3 moli de H₂ Se obține 0,15 mol de etan.

Determinați concentrația de hidrocarburi formate, obținem 0,05 mol / dm³. Mai mult, putem calcula rata medie a formării sale: = 0,025 mol / dm³ × s.

concluzie

Viteza interacțiunii chimice este influențată de diferiți factori: natura substanței care reacționează (energia de activare), concentrația acestora, prezența catalizatorului, gradul de măcinare, presiunea, tipul de radiație.

În a doua jumătate a secolului al XIX-lea, profesorul N. N. Beketov a presupus că există o legătură între masele reactivilor inițiali și durata procesului. Această ipoteză a fost confirmată de legea maselor acționând, înființată în 1867 de către chimiștii norvegieni: P. Vahe și K. Guldberg.

Studiul mecanismului și vitezei diferitelor procese se realizează prin chimie fizică. Cele mai simple procese care apar într-o etapă se numesc procese monomoleculare. Interacțiunile complexe presupun mai multe interacțiuni elementare consecutive, prin urmare fiecare etapă este considerată separat.

Pentru a putea conta pe obținerea randamentului maxim al produselor de reacție cu costuri energetice minime, este important să țineți cont de principalii factori care influențează cursul procesului.

De exemplu, pentru a accelera procesul de descompunere a apei în substanțe simple, este nevoie de un catalizator, al cărui rol este efectuat de oxid de mangan (4).

Toate nuanțele asociate cu alegerea reactivilor, selecția presiunii și temperaturii optime, concentrația reactivilor sunt considerate în cinetica chimică.