Reactiesnelheid is een waarde die de verandering in de concentratie van reactanten over een tijdsperiode weergeeft. Om de omvang ervan in te schatten, moeten de beginvoorwaarden van het proces worden gewijzigd.
Homogene interacties
De reactiesnelheid tussen sommige verbindingen die zich in dezelfde aggregaatvorm bevinden, hangt af van het volume van de genomen stoffen. Wiskundig gezien is het mogelijk om de relatie tussen de snelheid van een homogeen proces en de verandering in concentratie per tijdseenheid uit te drukken.
Een voorbeeld van zo'n interactie is de oxidatie van stikstofmonoxide (2) tot stikstofmonoxide (4).
Heterogene processen
De reactiesnelheid voor uitgangsstoffen in verschillende aggregatietoestanden wordt gekenmerkt door het aantal mol uitgangsreagentia per oppervlakte-eenheid per tijdseenheid.
Heterogene interacties zijn kenmerkend voor systemen die verschillende geaggregeerde toestanden hebben.
Samenvattend merken we op dat de reactiesnelheid de verandering in het aantal mol van de initiële reagentia (reactieproducten) voortijdsperiode, per eenheidsinterface of per eenheidsvolume.
Concentratie
Laten we eens kijken naar de belangrijkste factoren die de reactiesnelheid beïnvloeden. Laten we beginnen met concentratie. Een dergelijke afhankelijkheid wordt uitgedrukt door de wet van massale actie. Er is een direct evenredig verband tussen het product van de concentraties van stoffen die een wisselwerking hebben, genomen in termen van hun stereochemische coëfficiënten, en de reactiesnelheid.
Beschouw de vergelijking aA + bB=cC + dD, waarbij A, B, C, D vloeistoffen of gassen zijn. Voor het bovenstaande proces kan de kinetische vergelijking worden geschreven rekening houdend met de evenredigheidscoëfficiënt, die zijn eigen waarde heeft voor elke interactie.
Als belangrijkste reden voor de snelheidstoename kan men een toename opmerken in het aantal botsingen van reagerende deeltjes per volume-eenheid.
Temperatuur
Overweeg het effect van temperatuur op de reactiesnelheid. Processen die plaatsvinden in homogene systemen zijn alleen mogelijk als deeltjes botsen. Maar niet alle botsingen leiden tot de vorming van reactieproducten. Alleen in het geval dat de deeltjes een verhoogde energie hebben. Wanneer de reagentia worden verwarmd, wordt een toename van de kinetische energie van de deeltjes waargenomen, neemt het aantal actieve moleculen toe, daarom wordt een toename van de reactiesnelheid waargenomen. De relatie tussen de temperatuurindex en de processnelheid wordt bepaald door de van't Hoff-regel: elke temperatuurstijging met 10°C leidt tot een verhoging van de processnelheid met 2-4 keer.
Katalysator
Laten we, gezien de factoren die de reactiesnelheid beïnvloeden, ons concentreren op stoffen die de snelheid van het proces kunnen verhogen, dat wil zeggen op katalysatoren. Afhankelijk van de aggregatietoestand van de katalysator en de reactanten worden verschillende soorten katalyse onderscheiden:
- homogene vorm, waarin de reactanten en de katalysator dezelfde aggregatietoestand hebben;
- heterogeen wanneer reactanten en katalysator zich in dezelfde fase bevinden.
Nikkel, platina, rhodium, palladium kunnen worden onderscheiden als voorbeelden van stoffen die interacties versnellen.
Remmers zijn stoffen die een reactie vertragen.
Contactgebied
Wat bepa alt nog meer de reactiesnelheid? Chemie is onderverdeeld in verschillende secties, die elk betrekking hebben op de beschouwing van bepaalde processen en verschijnselen. De cursus fysische chemie onderzoekt de relatie tussen het contactgebied en de snelheid van het proces.
Om het contactoppervlak van de reagentia te vergroten, worden ze tot een bepaalde grootte geplet. De snelste interactie vindt plaats in oplossingen, daarom worden veel reacties uitgevoerd in een waterig medium.
Bij het malen van vaste stoffen moet de maat worden aangehouden. Wanneer bijvoorbeeld pyriet (ijzersulfiet) wordt omgezet in stof, worden de deeltjes gesinterd in een oven, wat de snelheid van het oxidatieproces van deze verbinding negatief beïnvloedt, en de opbrengst aan zwaveldioxide neemt af.
Reagentia
Laten we proberen te begrijpen hoe we de reactiesnelheid kunnen bepalen, afhankelijk van welke reagentia op elkaar inwerken? Actieve metalen die zich vóór waterstof in de elektrochemische reeks van Beketov bevinden, kunnen bijvoorbeeld een interactie aangaan met zure oplossingen, en die na H2 hebben dat vermogen niet. De reden voor dit fenomeen ligt in de verschillende chemische activiteit van metalen.
Druk
Hoe is de reactiesnelheid gerelateerd aan deze waarde? Scheikunde is een wetenschap die nauw verwant is aan de natuurkunde, dus de afhankelijkheid is recht evenredig, het wordt gereguleerd door gaswetten. Er is een directe relatie tussen de hoeveelheden. En om te begrijpen welke wet de snelheid van een chemische reactie bepa alt, is het noodzakelijk om de aggregatietoestand en de concentratie van reagentia te kennen.
Soorten snelheden in de chemie
Het is gebruikelijk om momentane en gemiddelde waarden te onderscheiden. De gemiddelde snelheid van chemische interactie wordt gedefinieerd als het verschil in de concentraties van reactanten over een tijdsperiode.
De verkregen waarde is negatief wanneer de concentratie afneemt, positief wanneer de concentratie van interactieproducten toeneemt.
De echte (momentane) waarde is zo'n verhouding in een bepaalde tijdseenheid.
In het SI-systeem wordt de snelheid van een chemisch proces uitgedrukt in [mol×m-3×s-1].
Problemen in de chemie
Laten we eens kijken naar enkele voorbeelden van problemen met betrekking tot snelheidsbepaling.
Voorbeeld 1. Inchloor en waterstof worden in een vat gemengd, waarna het mengsel wordt verwarmd. Na 5 seconden bereikte de concentratie waterstofchloride een waarde van 0,05 mol/dm3. Bereken de gemiddelde vormingssnelheid van waterstofchloride (mol/dm3 s).
Het is noodzakelijk om de verandering in de concentratie van waterstofchloride 5 seconden na de interactie te bepalen, door de beginwaarde af te trekken van de eindconcentratie:
C(HCl)=c2 - c1=0,05 - 0=0,05 mol/dm3.
Bereken de gemiddelde vormingssnelheid van waterstofchloride:
V=0,05/5=0,010 mol/dm3 ×s.
Voorbeeld 2. In een vat met een volume van 3 dm3 vindt het volgende proces plaats:
C2H2 + 2H2=C2 H6.
De beginmassa van waterstof is 1 g. Twee seconden na het begin van de interactie heeft de waterstofmassa een waarde van 0,4 g gekregen. Bereken de gemiddelde snelheid van de ethaanproductie (mol/dm 3×s).
De massa waterstof die reageerde, wordt gedefinieerd als het verschil tussen de beginwaarde en het uiteindelijke getal. Het is 1 - 0,4=0,6 (g). Om het aantal mol waterstof te bepalen, is het noodzakelijk om het te delen door de molmassa van een bepaald gas: n \u003d 0,6/2 \u003d 0,3 mol. Volgens de vergelijking wordt 1 mol ethaan gevormd uit 2 mol waterstof, dus uit 0,3 mol H2 krijgen we 0,15 mol ethaan.
Bepaal de concentratie van de resulterende koolwaterstof, we krijgen 0,05 mol/dm3. Dan kun je de gemiddelde snelheid van zijn vorming berekenen:=0,025 mol/dm3 ×s.
Conclusie
Verschillende factoren beïnvloeden de snelheid van chemische interactie: de aard van de reagerende stoffen (activeringsenergie), hun concentratie, de aanwezigheid van een katalysator, de mate van malen, druk, type straling.
In de tweede helft van de negentiende eeuw suggereerde professor N. N. Beketov dat er een verband bestaat tussen de massa's van de initiële reagentia en de duur van het proces. Deze hypothese werd bevestigd in de wet van massale actie, opgesteld in 1867 door Noorse chemici: P. Wage en K. Guldberg.
Fysische chemie bestudeert het mechanisme en de snelheid van verschillende processen. De eenvoudigste processen die in één fase plaatsvinden, worden monomoleculaire processen genoemd. Complexe interacties omvatten verschillende elementaire opeenvolgende interacties, dus elke fase wordt afzonderlijk beschouwd.
Om de maximale opbrengst aan reactieproducten te verkrijgen met minimale energiekosten, is het belangrijk om rekening te houden met de belangrijkste factoren die het verloop van het proces beïnvloeden.
Om bijvoorbeeld het proces van ontleding van water in eenvoudige stoffen te versnellen, is een katalysator nodig, waarvan de rol wordt vervuld door mangaanoxide (4).
Alle nuances die samenhangen met de keuze van reagentia, de selectie van de optimale druk en temperatuur, de concentratie van reagentia worden beschouwd in de chemische kinetiek.
