We worden voortdurend geconfronteerd met verschillende chemische interacties. De verbranding van aardgas, het roesten van ijzer, het verzuren van melk zijn lang niet alle processen die in een scheikundecursus op school in detail worden bestudeerd.
Sommige reacties duren fracties van seconden, terwijl sommige interacties dagen of weken duren.
Laten we proberen de afhankelijkheid van de reactiesnelheid van temperatuur, concentratie en andere factoren te identificeren. In de nieuwe onderwijsnorm wordt hiervoor een minimum aan studietijd toegekend. In de tests van het verenigde staatsexamen worden taken aangeboden over de afhankelijkheid van de reactiesnelheid op temperatuur, concentratie en zelfs rekentaken. Veel middelbare scholieren ondervinden bepaalde moeilijkheden bij het vinden van antwoorden op deze vragen, dus we zullen dit onderwerp in detail analyseren.
Relevantie van het onderwerp dat wordt overwogen
Informatie over de reactiesnelheid is van groot praktisch en wetenschappelijk belang. Bijvoorbeeld bij een specifieke productie van stoffen en producten uit een gegevende waarde hangt direct af van de prestaties van de apparatuur, de kosten van goederen.
Classificatie van lopende reacties
Er is een directe relatie tussen de aggregatietoestand van de oorspronkelijke componenten en producten die tijdens het chemische proces worden gevormd: heterogene interacties.
Een systeem wordt in de scheikunde meestal begrepen als een stof of een combinatie daarvan.
Een homogeen systeem is een systeem dat uit één fase bestaat (dezelfde aggregatietoestand). Als voorbeeld kunnen we een mengsel van gassen noemen, verschillende vloeistoffen.
Heterogeen is een systeem waarin reactanten de vorm hebben van gassen en vloeistoffen, vaste stoffen en gassen.
Er is niet alleen een afhankelijkheid van de reactiesnelheid van de temperatuur, maar ook van de fase waarin de componenten die betrokken zijn bij de geanalyseerde interactie worden gebruikt.
Een homogene samenstelling wordt gekenmerkt door de stroom van het proces door het volume, wat de kwaliteit aanzienlijk verbetert.
Als de initiële stoffen zich in verschillende fasetoestanden bevinden, wordt in dit geval de maximale interactie waargenomen bij de fasegrens. Wanneer bijvoorbeeld een actief metaal wordt opgelost in een zuur, wordt de vorming van een product (zout) alleen waargenomen op het oppervlak van hun contact.
Wiskundige relatie tussen processnelheid en verschillende factoren
Hoe ziet de vergelijking voor de snelheid van een chemische reactie versus temperatuur eruit? Voor een homogeen proces wordt het tarief bepaald door de hoeveelheideen stof die interageert of wordt gevormd tijdens een reactie in het volume van het systeem per tijdseenheid.
Voor een heterogeen proces wordt de snelheid bepaald door de hoeveelheid van een stof die in het proces reageert of geproduceerd wordt per oppervlakte-eenheid gedurende een minimale tijdsperiode.
Factoren die de snelheid van een chemische reactie beïnvloeden
De aard van de reagerende stoffen is een van de redenen voor de verschillende snelheden van processen. Alkalimetalen vormen bijvoorbeeld alkaliën met water bij kamertemperatuur, en het proces gaat gepaard met een intense ontwikkeling van gasvormige waterstof. Edelmetalen (goud, platina, zilver) zijn niet in staat tot dergelijke processen, noch bij kamertemperatuur, noch bij verhitting.
De aard van de reactanten is een factor waarmee in de chemische industrie rekening wordt gehouden om de winstgevendheid van de productie te vergroten.
De relatie tussen de concentratie van reagentia en de snelheid van een chemische reactie is onthuld. Hoe hoger het is, hoe meer deeltjes zullen botsen, daarom zal het proces sneller verlopen.
De wet van massa's in wiskundige vorm beschrijft een direct evenredig verband tussen de concentratie van uitgangsstoffen en de snelheid van het proces.
Het werd in het midden van de negentiende eeuw geformuleerd door de Russische chemicus N. N. Beketov. Voor elk proces wordt een reactieconstante bepaald, die niet gerelateerd is aan temperatuur, concentratie of de aard van de reactanten.
Naarom een reactie met een vaste stof te versnellen, moet je deze tot poeder vermalen.
In dit geval neemt het oppervlak toe, wat een positief effect heeft op de snelheid van het proces. Voor dieselbrandstof wordt een speciaal injectiesysteem gebruikt, waardoor, wanneer het in contact komt met lucht, de verbrandingssnelheid van een mengsel van koolwaterstoffen aanzienlijk toeneemt.
Verwarming
De afhankelijkheid van de snelheid van een chemische reactie van de temperatuur wordt verklaard door de moleculaire kinetische theorie. Hiermee kunt u onder bepaalde omstandigheden het aantal botsingen tussen de moleculen van de reagentia berekenen. Gewapend met dergelijke informatie zouden alle processen onder normale omstandigheden onmiddellijk moeten doorgaan.
Maar als we een specifiek voorbeeld beschouwen van de afhankelijkheid van de reactiesnelheid van de temperatuur, blijkt dat het voor interactie nodig is om eerst de chemische bindingen tussen atomen te verbreken om er nieuwe stoffen uit te vormen. Dit vereist een aanzienlijke hoeveelheid energie. Wat is de afhankelijkheid van de reactiesnelheid van de temperatuur? De activeringsenergie bepa alt de mogelijkheid van breuk van moleculen, het kenmerkt de realiteit van processen. De eenheden zijn kJ/mol.
Als de energie onvoldoende is, zal de botsing niet effectief zijn, dus het gaat niet gepaard met de vorming van een nieuw molecuul.
Grafische weergave
De afhankelijkheid van de snelheid van een chemische reactie van de temperatuur kan grafisch worden weergegeven. Bij verhitting neemt het aantal botsingen tussen deeltjes toe, wat bijdraagt aan de versnelling van de interactie.
Hoe ziet een grafiek van reactiesnelheid versus temperatuur eruit? De energie van moleculen wordt horizontaal uitgezet en het aantal deeltjes met een hoge energiereserve wordt verticaal aangegeven. Een grafiek is een curve die kan worden gebruikt om de snelheid van een bepaalde interactie te beoordelen.
Hoe groter het energieverschil met het gemiddelde, hoe verder het punt van de curve van het maximum verwijderd is, en hoe kleiner het percentage moleculen met zo'n energiereserve.
Belangrijke aspecten
Is het mogelijk om een vergelijking te schrijven voor de afhankelijkheid van de reactiesnelheidsconstante van de temperatuur? De toename wordt weerspiegeld in de toename van de snelheid van het proces. Een dergelijke afhankelijkheid wordt gekenmerkt door een bepaalde waarde, de temperatuurcoëfficiënt van de processnelheid genoemd.
Voor elke interactie is de afhankelijkheid van de reactiesnelheidsconstante van de temperatuur onthuld. Als deze met 10 graden wordt verhoogd, neemt de processnelheid 2-4 keer toe.
Afhankelijkheid van de snelheid van homogene reacties op temperatuur kan worden weergegeven in wiskundige vorm.
Voor de meeste interacties bij kamertemperatuur ligt de coëfficiënt in het bereik van 2 tot 4. Bijvoorbeeld, met een temperatuurcoëfficiënt van 2,9 versnelt een temperatuurstijging van 100 graden het proces met bijna 50.000 keer.
Afhankelijkheid van de reactiesnelheid van de temperatuur kan eenvoudig worden verklaard door verschillende waarden van activeringsenergie. Het heeft een minimale waarde tijdens ionische processen, die alleen worden bepaald door de interactie van kationen en anionen. Talrijke experimenten getuigen van het ogenblikkelijk optreden van dergelijke reacties.
Wanneer de activeringsenergie hoog is, zal slechts een klein aantal botsingen tussen deeltjes leiden tot de implementatie van de interactie. Met een gemiddelde activeringsenergie zullen de reactanten met een gemiddelde snelheid op elkaar inwerken.
Opdrachten over de afhankelijkheid van de reactiesnelheid van concentratie en temperatuur worden alleen overwogen in het hoger onderwijs, wat vaak ernstige problemen veroorzaakt voor kinderen.
De snelheid van een proces meten
De processen die een aanzienlijke activeringsenergie vereisen, omvatten een aanvankelijke breuk of verzwakking van bindingen tussen atomen in de oorspronkelijke stoffen. In dit geval gaan ze over in een bepaalde tussentoestand, het geactiveerde complex genoemd. Het is een onstabiele toestand, verv alt vrij snel in reactieproducten, het proces gaat gepaard met het vrijkomen van extra energie.
In zijn eenvoudigste vorm is een geactiveerd complex een configuratie van atomen met verzwakte oude bindingen.
Remmers en katalysatoren
Laten we de afhankelijkheid van de enzymatische reactiesnelheid van de mediumtemperatuur analyseren. Dergelijke stoffen werken als versnellersproces.
Ze nemen zelf geen deel aan de interactie, hun aantal blijft na voltooiing van het proces ongewijzigd. Als katalysatoren de reactiesnelheid verhogen, vertragen remmers daarentegen dit proces.
De essentie hiervan is de vorming van intermediaire verbindingen, waardoor een verandering in de snelheid van het proces wordt waargenomen.
Conclusie
Verschillende chemische interacties vinden elke minuut plaats in de wereld. Hoe bepaal je de afhankelijkheid van de reactiesnelheid van de temperatuur? De Arrhenius-vergelijking is een wiskundige verklaring van de relatie tussen de snelheidsconstante en de temperatuur. Het geeft een idee van die waarden van activeringsenergie waarbij de vernietiging of verzwakking van bindingen tussen atomen in moleculen, de verdeling van deeltjes in nieuwe chemicaliën mogelijk is.
Dankzij de moleculair-kinetische theorie is het mogelijk om de waarschijnlijkheid van interacties tussen de initiële componenten te voorspellen, om de snelheid van het proces te berekenen. Onder de factoren die de reactiesnelheid beïnvloeden, is van bijzonder belang de verandering in de temperatuurindex, de procentuele concentratie van interagerende stoffen, het contactoppervlak, de aanwezigheid van een katalysator (remmer), evenals de aard van de interagerende componenten.
