La velocitat de reacció és un valor que mostra el canvi en la concentració de reactius durant un període de temps. Per estimar la seva mida, cal canviar les condicions inicials del procés.
Interaccions homogènies
La velocitat de reacció entre alguns compostos que es troben en la mateixa forma agregada depèn del volum de les substàncies preses. Des d'un punt de vista matemàtic, és possible expressar la relació entre la velocitat d'un procés homogeni i el canvi de concentració per unitat de temps.
Un exemple d'aquesta interacció és l'oxidació de l'òxid nítric (2) a òxid nítric (4).
Processos heterogenis
La velocitat de reacció de les substàncies inicials en diferents estats d'agregació es caracteritza pel nombre de mols de reactius inicials per unitat d'àrea i unitat de temps.
Les interaccions heterogènies són característiques dels sistemes que tenen diferents estats agregats.
Resumint, observem que la velocitat de reacció demostra el canvi en el nombre de mols dels reactius inicials (productes de reacció) perperíode de temps, per interfície per unitat o per unitat de volum.
Concentració
Considerem els principals factors que afecten la velocitat de reacció. Comencem per la concentració. Aquesta dependència s'expressa per la llei de l'acció de masses. Hi ha una relació directament proporcional entre el producte de les concentracions de substàncies que interaccionen, en funció dels seus coeficients estereoquímics, i la velocitat de la reacció.
Considereu l'equació aA + bB=cC + dD, on A, B, C, D són líquids o gasos. Per al procés anterior, l'equació cinètica es pot escriure tenint en compte el coeficient de proporcionalitat, que té el seu propi valor per a cada interacció.
Com a motiu principal de l'augment de la velocitat, es pot observar un augment en el nombre de col·lisions de partícules que reaccionen per unitat de volum.
Temperatura
Considereu l'efecte de la temperatura sobre la velocitat de reacció. Els processos que es produeixen en sistemes homogenis només són possibles quan les partícules xoquen. Però no totes les col·lisions donen lloc a la formació de productes de reacció. Només en el cas que les partícules tinguin una energia augmentada. Quan els reactius s'escalfen, s'observa un augment de l'energia cinètica de les partícules, augmenta el nombre de molècules actives, per tant, s'observa un augment de la velocitat de reacció. La relació entre l'índex de temperatura i la velocitat del procés ve determinada per la regla de Van't Hoff: cada augment de temperatura de 10 °C comporta un augment de la velocitat del procés de 2 a 4 vegades.
Catalitzador
Tenint en compte els factors que afecten la velocitat de reacció, centrem-nos en les substàncies que poden augmentar la velocitat del procés, és a dir, en els catalitzadors. En funció de l'estat d'agregació del catalitzador i dels reactius, es distingeixen diversos tipus de catàlisi:
- forma homogènia, en què els reactius i el catalitzador tenen el mateix estat d'agregació;
- heterogeni quan els reactius i el catalitzador es troben en la mateixa fase.
El níquel, el platí, el rodi i el pal·ladi es poden distingir com a exemples de substàncies que acceleren les interaccions.
Els inhibidors són substàncies que frenen una reacció.
Àrea de contacte
Què més determina la velocitat de reacció? La química es divideix en diverses seccions, cadascuna de les quals tracta de la consideració de determinats processos i fenòmens. El curs de química física examina la relació entre l'àrea de contacte i la velocitat del procés.
Per augmentar l'àrea de contacte dels reactius, es trituren a una mida determinada. La interacció més ràpida es produeix en les solucions, per això moltes reaccions es duen a terme en un medi aquós.
Quan tritureu sòlids, s'ha d'observar la mesura. Per exemple, quan la pirita (sulfit de ferro) es converteix en pols, les seves partícules es sintereixen en un forn, la qual cosa afecta negativament la velocitat del procés d'oxidació d'aquest compost i el rendiment de diòxid de sofre disminueix.
Reactius
Intentem entendre com determinar la velocitat de reacció en funció de quins reactius interactuen? Per exemple, els metalls actius situats a la sèrie electroquímica de Beketov abans de l'hidrogen són capaços d'interaccionar amb solucions àcides, i els que estan després de H2 no tenen aquesta capacitat. El motiu d'aquest fenomen rau en la diferent activitat química dels metalls.
Pressió
Com es relaciona la velocitat de reacció amb aquest valor? La química és una ciència molt relacionada amb la física, per tant la dependència és directament proporcional, està regulada per les lleis dels gasos. Hi ha una relació directa entre les quantitats. I per entendre quina llei determina la velocitat d'una reacció química, cal conèixer l'estat d'agregació i la concentració dels reactius.
Tipus de velocitats en química
S'acostuma a destacar els valors instantanis i mitjans. La velocitat mitjana d'interacció química es defineix com la diferència en les concentracions de reactius durant un període de temps.
El valor obtingut és negatiu quan la concentració disminueix, positiu quan augmenta la concentració de productes d'interacció.
El valor real (instantani) és una relació d'aquest tipus en una unitat de temps determinada.
Al sistema SI, la velocitat d'un procés químic s'expressa en [mol×m-3×s-1].
Problemes de química
Mirem alguns exemples de problemes relacionats amb la determinació de la velocitat.
Exemple 1. AEl clor i l'hidrogen es barregen en un recipient i després s'escalfa la mescla. Després de 5 segons, la concentració de clorur d'hidrogen va adquirir un valor de 0,05 mol/dm3. Calcula la velocitat mitjana de formació de clorur d'hidrogen (mol/dm3 s).
Cal determinar el canvi en la concentració de clorur d'hidrogen 5 segons després de la interacció, restant el valor inicial de la concentració final:
C(HCl)=c2 - c1=0,05 - 0=0,05 mol/dm3.
Calculeu la taxa mitjana de formació de clorur d'hidrogen:
V=0,05/5=0,010 mol/dm3 ×s.
Exemple 2. En un vaixell amb un volum de 3 dm3, es produeix el procés següent:
C2H2 + 2H2=C2 H6.
La massa inicial d'hidrogen és 1 g. Dos segons després de l'inici de la interacció, la massa d'hidrogen ha adquirit un valor de 0,4 g. Calcula la taxa mitjana de producció d'etan (mol/dm 3×s).
La massa d'hidrogen que va reaccionar es defineix com la diferència entre el valor inicial i el nombre final. És 1 - 0,4=0,6 (g). Per determinar el nombre de mols d'hidrogen, cal dividir-lo per la massa molar d'un gas donat: n \u003d 0,6/2 \u003d 0,3 mol. Segons l'equació, 1 mol d'etan es forma a partir de 2 mols d'hidrogen, per tant, a partir de 0,3 mols d'H2 obtenim 0,15 mols d'etan.
Determineu la concentració de l'hidrocarbur resultant, obtenim 0,05 mol/dm3. A continuació, podeu calcular la velocitat mitjana de la seva formació:=0,025 mol/dm3 ×s.
Conclusió
Diversos factors influeixen en la velocitat d'interacció química: la naturalesa de les substàncies que reaccionen (energia d'activació), la seva concentració, la presència d'un catalitzador, el grau de trituració, la pressió, el tipus de radiació.
A la segona meitat del segle XIX, el professor N. N. Beketov va suggerir que hi ha una connexió entre les masses dels reactius inicials i la durada del procés. Aquesta hipòtesi va ser confirmada a la llei d'acció de masses, establerta el 1867 pels químics noruecs: P. Wage i K. Guldberg.
La química física estudia el mecanisme i la velocitat de diversos processos. Els processos més simples que tenen lloc en una etapa s'anomenen processos monomoleculars. Les interaccions complexes impliquen diverses interaccions seqüencials elementals, de manera que cada etapa es considera per separat.
Per obtenir el màxim rendiment de productes de reacció amb uns costos energètics mínims, és important tenir en compte els principals factors que afecten el transcurs del procés.
Per exemple, per accelerar el procés de descomposició de l'aigua en substàncies simples, es necessita un catalitzador, la funció del qual és realitzada per l'òxid de manganès (4).
Tots els matisos associats a l'elecció dels reactius, la selecció de la pressió i temperatura òptimes, la concentració de reactius es tenen en compte en la cinètica química.
