Reaktsioonikiirus on väärtus, mis näitab reagentide kontsentratsiooni muutust teatud aja jooksul. Selle suuruse hindamiseks on vaja muuta protsessi algtingimusi.
Homogeensed vastasmõjud
Mõnede samas agregaadivormis olevate ühendite vahelise reaktsiooni kiirus sõltub võetud ainete mahust. Matemaatilisest vaatenurgast on võimalik väljendada seost homogeense protsessi kiiruse ja kontsentratsiooni muutuse vahel ajaühikus.
Sellise interaktsiooni näiteks on lämmastikoksiidi (2) oksüdeerimine lämmastikoksiidiks (4).
Heterogeensed protsessid
Erinevate agregatsiooniastmetega lähteainete reaktsioonikiirust iseloomustab lähtereaktiivide moolide arv pindalaühiku kohta ajaühikus.
Heterogeensed vastasmõjud on iseloomulikud süsteemidele, millel on erinevad koondseisundid.
Kokkuvõttes märgime, et reaktsioonikiirus näitab algsete reaktiivide (reaktsiooniproduktide) moolide arvu muutustajavahemik ühiku liidese või mahuühiku kohta.
Keskendumine
Mõtleme peamisi reaktsioonikiirust mõjutavaid tegureid. Alustame keskendumisest. Sellist sõltuvust väljendab massitegevuse seadus. Interakteeruvate ainete stereokeemiliste koefitsientide alusel saadud kontsentratsioonide korrutise ja reaktsiooni kiiruse vahel on otsene seos.
Vaatleme võrrandit aA + bB=cC + dD, kus A, B, C, D on vedelikud või gaasid. Ül altoodud protsessi jaoks saab kineetilise võrrandi kirjutada, võttes arvesse proportsionaalsuskoefitsienti, millel on iga interaktsiooni jaoks oma väärtus.
Kiiruse suurenemise peamise põhjusena võib märkida reageerivate osakeste kokkupõrgete arvu suurenemist ruumalaühiku kohta.
Temperatuur
Kaaluge temperatuuri mõju reaktsioonikiirusele. Homogeensetes süsteemides toimuvad protsessid on võimalikud ainult osakeste põrkumisel. Kuid mitte kõik kokkupõrked ei põhjusta reaktsiooniproduktide moodustumist. Ainult juhul, kui osakestel on suurenenud energia. Reaktiivide kuumutamisel täheldatakse osakeste kineetilise energia suurenemist, aktiivsete molekulide arvu suurenemist, mistõttu täheldatakse reaktsioonikiiruse suurenemist. Temperatuuriindeksi ja protsessi kiiruse vaheline seos määratakse van't Hoffi reegliga: iga temperatuuri tõus 10 °C võrra suurendab protsessi kiirust 2–4 korda.
Katalüsaator
Võttes arvesse reaktsioonikiirust mõjutavaid tegureid, keskendume ainetele, mis võivad protsessi kiirust suurendada, st katalüsaatoritele. Sõltuv alt katalüsaatori ja reaktiivide agregatsiooni olekust eristatakse mitut tüüpi katalüüsi:
- homogeenne vorm, milles reaktiividel ja katalüsaatoril on sama agregatsiooni olek;
- heterogeenne, kui reagendid ja katalüsaator on samas faasis.
Niklit, plaatinat, roodiumit ja pallaadiumi võib eristada kui aineid, mis kiirendavad koostoimeid.
Inhibiitorid on ained, mis aeglustavad reaktsiooni.
Kontaktpiirkond
Mis veel määrab reaktsioonikiiruse? Keemia on jagatud mitmeks osaks, millest igaüks käsitleb teatud protsesside ja nähtuste käsitlemist. Füüsikalise keemia kursusel uuritakse kokkupuuteala ja protsessi kiiruse vahelist seost.
Reaktiivide kokkupuutepinna suurendamiseks purustatakse need teatud suuruseni. Kiireim interaktsioon toimub lahustes, mistõttu paljud reaktsioonid viiakse läbi vesikeskkonnas.
Tahkeainete jahvatamisel tuleb järgida mõõtmist. Näiteks kui püriit (raudsulfit) muudetakse tolmuks, paagutatakse selle osakesed ahjus, mis mõjutab negatiivselt selle ühendi oksüdatsiooniprotsessi kiirust ja vääveldioksiidi saagis väheneb.
Reaktiivid
Proovime aru saada, kuidas määrata reaktsioonikiirust sõltuv alt sellest, millised reaktiivid interakteeruvad? Näiteks Beketovi elektrokeemilises seerias enne vesinikku asuvad aktiivsed metallid on võimelised interakteeruma happelahustega ja need, mis on pärast H2, sellist võimet ei oma. Selle nähtuse põhjus peitub metallide erinevas keemilises aktiivsuses.
Rõhk
Kuidas on reaktsioonikiirus selle väärtusega seotud? Keemia on teadus, mis on füüsikaga tihed alt seotud, seega on sõltuvus otseselt proportsionaalne, seda reguleerivad gaasiseadused. Koguste vahel on otsene seos. Ja selleks, et mõista, milline seadus määrab keemilise reaktsiooni kiiruse, on vaja teada agregatsiooni olekut ja reaktiivide kontsentratsiooni.
Kiiruste tüübid keemias
Tavab välja tuua hetke- ja keskmised väärtused. Keemilise interaktsiooni keskmine kiirus on määratletud kui reagentide kontsentratsioonide erinevus teatud aja jooksul.
Saadud väärtus on negatiivne, kui kontsentratsioon väheneb, positiivne, kui interaktsiooniproduktide kontsentratsioon suureneb.
Tõeline (hetkeline) väärtus on selline suhe teatud ajaühikus.
SI-süsteemis väljendatakse keemilise protsessi kiirust [mol×m-3×s-1].
Keemiaprobleemid
Vaatame mõningaid näiteid kiiruse määramisega seotud probleemidest.
Näide 1. Sisseanumas segatakse kloor ja vesinik, seejärel segu kuumutatakse. 5 sekundi pärast saavutas vesinikkloriidi kontsentratsioon väärtuse 0,05 mol/dm3. Arvutage vesinikkloriidi moodustumise keskmine kiirus (mol/dm3 s).
Vesi on vaja määrata vesinikkloriidi kontsentratsiooni muutus 5 sekundit pärast interaktsiooni, lahutades lõppkontsentratsioonist algväärtuse:
C(HCl)=c2 - c1=0,05 - 0=0,05 mol/dm3.
Arvutage vesinikkloriidi moodustumise keskmine kiirus:
V=0,05/5=0,010 mol/dm3 × s.
Näide 2. Anumas mahuga 3 dm3 toimub järgmine protsess:
C2H2 + 2H2=C2 H6.
Vesiniku algmass on 1 g. Kaks sekundit pärast interaktsiooni algust on vesiniku mass saanud väärtuseks 0,4 g. Arvutage etaani tootmise keskmine kiirus (mol/dm 3×s).
Reageeritud vesiniku mass on defineeritud kui erinevus algväärtuse ja lõpparvu vahel. See on 1–0,4=0,6 (g). Vesiniku moolide arvu määramiseks on vaja see jagada antud gaasi molaarmassiga: n \u003d 0,6/2 \u003d 0,3 mol. Võrrandi kohaselt moodustub 2 moolist vesinikust 1 mool etaani, seega 0,3 moolist H2 saame 0,15 mooli etaani.
Määrake saadud süsivesiniku kontsentratsioon, saame 0,05 mol/dm3. Seejärel saate arvutada selle keskmise moodustumise kiiruse:=0,025 mol/dm3 ×s.
Järeldus
Keemilise interaktsiooni kiirust mõjutavad mitmesugused tegurid: reageerivate ainete olemus (aktivatsioonienergia), nende kontsentratsioon, katalüsaatori olemasolu, jahvatusaste, rõhk, kiirguse tüüp.
19. sajandi teisel poolel pakkus professor N. N. Beketov välja, et algsete reaktiivide masside ja protsessi kestuse vahel on seos. See hüpotees leidis kinnitust massitegevuse seaduses, mille kehtestasid 1867. aastal Norra keemikud: P. Wage ja K. Guldberg.
Füüsikaline keemia uurib erinevate protsesside mehhanisme ja kiirust. Lihtsamaid ühes etapis toimuvaid protsesse nimetatakse monomolekulaarseteks protsessideks. Komplekssed interaktsioonid hõlmavad mitut elementaarset järjestikust interaktsiooni, seega vaadeldakse iga etappi eraldi.
Reaktsiooniproduktide maksimaalse saagise saamiseks minimaalsete energiakuludega on oluline arvestada peamiste protsessi kulgu mõjutavate teguritega.
Näiteks vee lihtaineteks lagunemise protsessi kiirendamiseks on vaja katalüsaatorit, mille rolli täidab mangaanoksiid (4).
Kõik nüansid, mis on seotud reaktiivide valiku, optimaalse rõhu ja temperatuuri valiku ning reaktiivide kontsentratsiooniga, võetakse arvesse keemilises kineetikas.
