Скорость химической реакции

Скорость машины – это расстояние, которое она проезжает за единицу времени.

А скорость реакции – это сколько продукта образуется или исходного вещества расходуется за единицу времени.

То, с какой скоростью будет образовываться продукт, зависит от того, насколько часто будут друг с другом встречаться молекулы реагирующих веществ. Ведь реакция может произойти только, если молекулы реагирующих веществ будут в непосредственной близости друг с другом.

Чтобы молекуле преобразоваться, то есть вступить в реакцию, она должна обладать некоторой энергией. Минимальная энергия, которая необходима для осуществления реакции называется энергией активации. Только молекула, обладающая энергией активации, может вступить в реакцию. То есть энергия активации – это барьер, который должны преодолеть молекулы исходных веществ, чтобы стать продуктами. Соответственно, чем больше молекул в данный момент времени обладают энергией активации, тем выше скорость реакции.

Это основной принцип. И с пониманием этого принципа мы сможем рассмотреть, как меняется скорость реакции при том или ином воздействии.

  1. При повышении концентрации исходного вещества скорость реакции увеличивается.

Во-первых, из-за того, что расстояние между реагирующими молекулами становится меньше и они с большей вероятностью провзаимодействуют.

А во-вторых, чем больше концентрация вещества, тем больше молекул в данный момент времени будут обладать энергией достаточной, чтобы преодолеть «барьер» и вступить в химическое превращение.

То есть элементарно возрастает вероятность превращения из-за увеличения «попыток».

Важное следствие: в начале химической реакции исходного вещества больше, чем в конце, потому что оно расходуется. В ходе химической реакции концентрация исходного вещества падает. Следовательно, с течением реакции ее скорость уменьшается.

  1. При повышении температуры скорость реакции возрастает.

Повышая температуру, мы сообщаем молекулам энергию. Молекулы приобретают энергию активации, преодолевают барьер и ступают в реакцию.

При повышении температуры, молекулы начинают двигаться быстрее и с большей вероятностью будут сталкиваться друг с другом.

Эмпирически даже было выведено, что увеличение температуры на каждые 10° скорость реакции возрастает в 2-4 раза. Это называется правило Вант-Гоффа.

  1. При увеличении площади контакта реагирующих веществ друг с другом скорость реакции увеличивается.

Логика такая же: чем больше площадь соприкосновения, тем больше реагирующих молекул будут в непосредственной близости друг с другом:

Поэтому для увеличения скорости реакции, твердые вещества-реагенты измельчают. Так достигается большая площадь соприкосновения.

Разберем на примере, возьмем кусочек сахара и внесем в пламя горелки – он обуглится. А если разотрем его в пудру и распылим в воздухе – получится взрывоопасная смесь. Потому что суммарная площадь поверхности сахара в измельченном виде больше.

  1. Следствие из 3 пункта:

Скорость реакции между веществами: газ – газ, жидкость – жидкость идет быстрее, чем при других комбинациях: газ – жидкость, газ – твердое тело, жидкость – твердое тело, твердое тело – твердое тело.

В системах газ – газ и жидкость – жидкость молекулы равномерно распределены друг относительно друга. Нет конкретной границы раздела фаз. Поэтому вероятность столкновения реагирующих молекул велика. Реакция идет по всему объему смеси.

А в системах газ – жидкость, газ – твердое тело, жидкость – твердое тело, твердое тело – твердое тело есть четкая граница раздела фаз, молекулы реагирующих веществ не так близко прилежат друг к другу. И реакция идет только на поверхности: в точках соприкосновения веществ.

Рассмотрим реакцию уксуса с содой, всем нам хорошо знакомую в быту. Если мы сыпем соду в уксус, реакция идет медленнее, чем если мы заранее соду растворим в воде.

  1. Если одно из исходных веществ – газ, то при повышении давления скорость реакции будет увеличиваться.

Из курса физики вам должно быть известно, что газ имеет способность сжиматься. При сжимании плотность газа увеличивается: между молекулами уменьшается расстояние. Поэтому при повышении давление возрастает концентрация газа. Молекулы будут находиться ближе друг к другу и, соответственно, увеличивается вероятность «встречи» реагирующих молекул. Скорость реакции увеличивается.

  1. Катализатор ускоряет химическую реакцию.

Катализаторы – это вещества, которые участвуют в реакции, но не расходуются и их участие заставляет протекать реакцию быстрее.

Механизмам действия катализа посвящен целый раздел химии (он называется химия катализа). Этих механизмов множество, но суть их одна: катализатор уменьшает энергию активации данной реакции.

Поэтому молекулам достаточно более низкой энергии, чтобы вступить в реакцию. Следовательно, в данный момент времени больше молекул обладают нужной энергией, следовательно, скорость реакции больше. Раз «барьер» ниже, то и преодолеть его могут больше молекул.

Если, например, просто оставить в пробирке перекись водорода Н2О2 на длительное время, она довольно нескоро вся разложится до воды и молекулярного кислорода. Но стоит добавить катализатор MnO2 реакция пойдет куда быстрее. И через считанные минуты от перекиси не останется и следа:

  1. Последний, но самый важный пункт.

С него следовало бы начать, но мы умышленно его поместили в конце, потому что про этот самый важный принцип чаще всего забывают. Первое, что должны мы ответить на вопрос: «от чего зависит скорость химической реакции?», прежде температуры и площади соприкосновения мы должны ответить: «от природы реагирующих веществ». Натрий с водой будет реагировать быстрее, чем железо. Бензин горит быстрее угля. Метиловый спирт убивает быстрее, чем водка.

И если другие параметры: температуру, давление, степень измельченности, агрегатное состояние мы можем изменять, то с природой реагирующих веществ мы ничего поделать не можем. Нам всегда нужно иметь ввиду свойства самого вещества.

Вот эти нехитрые принципы, которые нужно понять и запомнить, чтобы успешно справляться с заданиями по теме «скорость химической реакции».

Авторизация
*
*

Регистрация
*
*
*
Пароль не введен
*
Генерация пароля

himiyaklas.ru cможет принять любую посещаемость благодаря кешированию WP Super Cache