Stalno se suočavamo sa raznim hemijskim interakcijama. Sagorevanje prirodnog gasa, rđanje gvožđa, kiseljenje mleka su daleko od svih procesa koji se detaljno proučavaju u školskom kursu hemije.
Neke reakcije traju djeliće sekunde, dok neke interakcije traju danima ili sedmicama.
Pokušajmo identificirati ovisnost brzine reakcije o temperaturi, koncentraciji i drugim faktorima. U novom obrazovnom standardu za ovo pitanje je predviđena minimalna količina vremena učenja. U testovima jedinstvenog državnog ispita nalaze se zadaci o zavisnosti brzine reakcije od temperature, koncentracije, pa čak i računski zadaci. Mnogi srednjoškolci imaju određene poteškoće u pronalaženju odgovora na ova pitanja, pa ćemo ovu temu detaljno analizirati.
Relevantnost pitanja koje se razmatra
Informacije o brzini reakcije su od velikog praktičnog i naučnog značaja. Na primjer, u specifičnoj proizvodnji tvari i proizvoda iz datevrijednost direktno zavisi od performansi opreme, cijene robe.
Klasifikacija tekućih reakcija
Postoji direktna veza između stanja agregacije početnih komponenti i proizvoda nastalih tokom hemijskog procesa: heterogene interakcije.
Sistem se u hemiji obično shvata kao supstanca ili njihova kombinacija.
Homogen sistem je onaj koji se sastoji od jedne faze (istog agregacionog stanja). Kao primjer možemo spomenuti mješavinu plinova, nekoliko različitih tekućina.
Heterogen je sistem u kojem su reaktanti u obliku gasova i tečnosti, čvrstih materija i gasova.
Ne postoji samo zavisnost brzine reakcije od temperature, već i od faze u kojoj se koriste komponente uključene u analiziranu interakciju.
Homogenu kompoziciju karakteriše tok procesa kroz celu zapreminu, što značajno poboljšava njen kvalitet.
Ako su početne supstance u različitim faznim stanjima, u ovom slučaju, maksimalna interakcija se opaža na granici faze. Na primjer, kada je aktivni metal otopljen u kiselini, formiranje proizvoda (soli) se opaža samo na površini njihovog kontakta.
Matematički odnos između brzine procesa i različitih faktora
Kako izgleda jednadžba za brzinu hemijske reakcije u odnosu na temperaturu? Za homogeni proces, stopa je određena količinomsupstanca koja stupa u interakciju ili se formira tokom reakcije u zapremini sistema u jedinici vremena.
Za heterogeni proces, brzina se određuje kroz količinu supstance koja reaguje ili proizvodi u procesu po jedinici površine za minimalni vremenski period.
Faktori koji utiču na brzinu hemijske reakcije
Priroda supstanci koje reaguju jedan je od razloga za različite brzine procesa. Na primjer, alkalni metali formiraju alkalije s vodom na sobnoj temperaturi, a proces je praćen intenzivnom evolucijom plinovitog vodonika. Plemeniti metali (zlato, platina, srebro) nisu sposobni za takve procese ni na sobnoj temperaturi ni kada su zagrijani.
Priroda reaktanata je faktor koji se uzima u obzir u hemijskoj industriji kako bi se povećala profitabilnost proizvodnje.
Otkrivena je veza između koncentracije reagensa i brzine hemijske reakcije. Što je veći, to će se više čestica sudariti, stoga će se proces odvijati brže.
Zakon djelovanja masa u matematičkom obliku opisuje direktno proporcionalnu vezu između koncentracije polaznih supstanci i brzine procesa.
Formulisao ga je sredinom devetnaestog veka ruski hemičar N. N. Beketov. Za svaki proces se određuje konstanta reakcije, koja nije povezana s temperaturom, koncentracijom ili prirodom reaktanata.
Zada biste ubrzali reakciju koja uključuje čvrstu supstancu, morate je samljeti u prah.
U ovom slučaju povećava se površina, što pozitivno utiče na brzinu procesa. Za dizel gorivo se koristi poseban sistem ubrizgavanja, zbog čega se, kada dođe u kontakt sa vazduhom, brzina sagorevanja mešavine ugljovodonika značajno povećava.
Grijanje
Zavisnost brzine hemijske reakcije o temperaturi objašnjava se molekularno-kinetičkom teorijom. Omogućava vam da izračunate broj sudara između molekula reagensa pod određenim uvjetima. Naoružani takvim informacijama, pod normalnim uslovima, svi procesi bi trebalo da se odvijaju trenutno.
Ali ako uzmemo u obzir konkretan primjer ovisnosti brzine reakcije o temperaturi, ispada da je za interakciju potrebno prvo prekinuti kemijske veze između atoma kako bi se od njih formirale nove tvari. Za to je potrebna značajna količina energije. Koja je zavisnost brzine reakcije od temperature? Energija aktivacije određuje mogućnost rupture molekula, karakteriše realnost procesa. Njegove jedinice su kJ/mol.
Ako je energija nedovoljna, sudar će biti neefikasan, tako da nije praćen stvaranjem novog molekula.
Grafički prikaz
Zavisnost brzine hemijske reakcije o temperaturi može se prikazati grafički. Kada se zagrije, povećava se broj sudara između čestica, što doprinosi ubrzanju interakcije.
Kako izgleda grafik brzine reakcije u odnosu na temperaturu? Energija molekula je prikazana horizontalno, a broj čestica sa velikom rezervom energije je označen vertikalno. Grafikon je kriva koja se može koristiti za procjenu brzine određene interakcije.
Što je veća energetska razlika od prosjeka, to je tačka krive dalje od maksimuma, a manji procenat molekula ima takvu rezervu energije.
Važni aspekti
Da li je moguće napisati jednačinu za zavisnost konstante brzine reakcije od temperature? Njegovo povećanje se ogleda u povećanju brzine procesa. Takvu zavisnost karakteriše određena vrijednost, nazvana temperaturni koeficijent brzine procesa.
Za bilo koju interakciju, otkrivena je zavisnost konstante brzine reakcije od temperature. Ako se poveća za 10 stepeni, brzina procesa se povećava za 2-4 puta.
Zavisnost brzine homogenih reakcija od temperature može se predstaviti u matematičkom obliku.
Za većinu interakcija na sobnoj temperaturi, koeficijent je u rasponu od 2 do 4. Na primjer, sa temperaturnim koeficijentom od 2,9, povećanje temperature od 100 stepeni ubrzava proces za skoro 50.000 puta.
Zavisnost brzine reakcije od temperature može se lako objasniti različitim vrijednostima energije aktivacije. Ima minimalnu vrijednost tokom jonskih procesa, koji su određeni samo interakcijom katjona i anjona. Brojni eksperimenti svjedoče o trenutnoj pojavi ovakvih reakcija.
Kada je energija aktivacije visoka, samo mali broj sudara između čestica će dovesti do implementacije interakcije. Uz prosječnu energiju aktivacije, reaktanti će komunicirati prosječnom brzinom.
Zadaci o zavisnosti brzine reakcije od koncentracije i temperature razmatraju se samo na višem nivou obrazovanja, često uzrokujući ozbiljne poteškoće kod djece.
Mjerenje brzine procesa
Oni procesi koji zahtijevaju značajnu energiju aktivacije uključuju početni prekid ili slabljenje veza između atoma u originalnim supstancama. U tom slučaju prelaze u određeno međustanje, koje se naziva aktivirani kompleks. To je nestabilno stanje, prilično brzo se raspada na produkte reakcije, proces je praćen oslobađanjem dodatne energije.
U svom najjednostavnijem obliku, aktivirani kompleks je konfiguracija atoma sa oslabljenim starim vezama.
Inhibitori i katalizatori
Hajde da analiziramo zavisnost brzine enzimske reakcije od temperature medija. Takve tvari djeluju kao akceleratoriproces.
Oni sami nisu učesnici u interakciji, njihov broj nakon završetka procesa ostaje nepromijenjen. Ako katalizatori povećavaju brzinu reakcije, onda inhibitori, naprotiv, usporavaju ovaj proces.
Suština ovoga je formiranje intermedijarnih spojeva, zbog čega se uočava promjena brzine procesa.
Zaključak
Različite hemijske interakcije se dešavaju svake minute u svijetu. Kako utvrditi zavisnost brzine reakcije od temperature? Arrheniusova jednadžba je matematičko objašnjenje odnosa između konstante brzine i temperature. Daje predstavu o onim vrijednostima energije aktivacije pri kojima je moguće uništavanje ili slabljenje veza između atoma u molekulima, raspodjela čestica u nove kemikalije.
Zahvaljujući molekularno-kinetičkoj teoriji, moguće je predvidjeti vjerovatnoću interakcije između početnih komponenti, izračunati brzinu procesa. Među onim faktorima koji utiču na brzinu reakcije, od posebnog značaja je promena temperaturnog indeksa, procentualne koncentracije interakcijskih supstanci, površina kontakta, prisustvo katalizatora (inhibitora), kao i priroda komponenti koje deluju u interakciji..
