Скорость химической реакции — формула, условия и влияющие факторы

Скорость химической реакции — определение довольно древнее, но по-прежнему актуальное, так как является базовым понятием в химической науке и её прикладном значении. Сама возможность влияния человека на скорость и объем химического процесса позволила в свое время сделать резкий прорыв в этой и многих других областях, потому что больше не приходилось дожидаться результата так же долго, сколько он занимает в естественной природной среде. 

Соответственно, наличие катализаторов позволяет ученым и сейчас ускорять прогресс науки, достигать поставленных задач. Такой раздел знаний изучает химическая кинетика — наука, определяющая закономерности влияния физических и химических условий на протекание химических реакций.

Скорость химической реакции — изменение количества одного из реагентов за промежуток времени в реакционном пространстве. Эта скорость является фундаментальным понятием химической кинетики. Она измеряется путём изменения концентрации одного из веществ. Как правило, рассчитывается в молях (классическая единица измерения) на литр за единицу времени.

Стоит сказать, что абсолютно все химические реакции рассматриваются только в системе, т. е. в совокупности отдельно взятых веществ и объектов.

  • Скорость реакции в гомогенной системе
  • Скорость реакции в гетерогенной системе
  • Факторы, влияющие на скорость химической реакции
    • Температура
    • Соотношение концентраций реагентов
    • Катализаторы
    • Природа веществ
    • Площадь соприкосновения реагентов
    • Давление

Скорость реакции в гомогенной системе

Скорость химической реакции — формула, условия и влияющие факторы

В химии различают гомогенные (одинаковые фазы внешней среды) и гетерогенные (различающиеся фазы окружающей среды) реакции в зависимости от фаз среды.

Реакции в гомогенной системе происходят только в однородной фазе в общем объеме реакционной системы. Реакция происходит исключительно при взаимодействии растворов жидкостей или газов.

Скорость химической реакции в гомогенной системе — это изменение концентрации одного из веществ, участвующих в химической реакции, за единицу времени.

Ниже приведены примеры таких реакций и нужная формула:

  • NO2(г) + CO(г) = NO(г) + CO2(г);

  • NaOH(р-р) + HCl(р-р) = NaCl(р-р) + H2O.

Скорость химической реакции — формула, условия и влияющие факторы

Скорость реакции в гетерогенной системе

В гетерогенных же системах химические реакции протекают только на поверхности раздела разных фаз.

Скорость химической реакции — формула, условия и влияющие факторы

Поверхность раздела фаз — это граничная поверхность между двумя веществами, вступающими в реакцию, в контакт между собой.

Например, при взаимодействии железа с соляной кислотой: Fe + 2HCl → FeCl2 + H2.

Факторы, влияющие на скорость химической реакции

Как ранее было сказано, скорость химической реакции зависит от нескольких параметров:

  • температуры;

  • соотношения концентраций реагентов;

  • наличия катализаторов;

  • природы взятых реагентов;

  • площади соприкосновения реагентов;

  • давления (применимо, если в случае реагентов взяты газообразные вещества).

Скорость химической реакции — формула, условия и влияющие факторы

Температура

Правилом Вант-Гоффа и уравнением Аррениуса определяется скорость взаимодействия реагентов. Сванте Аррениус искал взаимосвязь скорости и температуры. Он установил, что химические процессы поддаются равенству константы скорости:

Скорость химической реакции — формула, условия и влияющие факторы

Пояснения:

  • Еа — min энергия для запуска реакции;

  • Т —температура;

  • R —постоянная газа;

  • A — постоянная, указывающая на вероятность возможного взаимодействия молекул.

Удобно пользоваться и правилом Якоба Вант-Гоффа, смысл которого гласит, что увеличивается v реакции от двух до четырех раз при росте температуры на десять градусов (по Цельсию). Для простоты расчётов было создано уравнение:

Скорость химической реакции — формула, условия и влияющие факторы

Соотношение концентраций реагентов

Обусловленность скорости от концентрации реагентов в системе известна в науке, как закон действующих масс. Его открыли Като Гульдберг и Петер Вааге.

Скорость этих реакций выражается уравнением:

Скорость химической реакции — формула, условия и влияющие факторы

Здесь:

  • v — скорость взаимодействия веществ;

  • cA и cB — концентрации реагентов;

  • k —коэффициент скорости.

Катализаторы

Самым распространённым способом изменить скорость реакции является добавление к ней катализатора (ускорителя) или ингибитора (замедлителя). 

Скорость химической реакции — формула, условия и влияющие факторы


Основное преимущество таких веществ в том, что они не являются расходным материалом и не влияют на равновесие в продуктах внутри системы. 

Для простоты возьмем реакцию разложения пероксида водорода: 2Н2О2 = 2Н2О + О2.

Без дополнительных веществ эта простая реакция протекает довольно медленно, но если добавить оксид марганца (MnO2), то сразу заметим наличие газа (O2).

Природа веществ

Скорость реакции также зависит от природы взятых веществ. Здесь тоже не все так просто, ведь имеет вес почти каждая мелочь этого вещества: характер и прочность кристаллической решетки и химических связей, строение оболочки атомов и расположения на ней электронов (согласно периодическому закону Д. И. Менделеева о порядке веществ в таблице).

Скорость химической реакции — формула, условия и влияющие факторы

Для простоты объяснения приведем пример: согласно строению веществ, натрий (Na) гораздо легче отдает свои электроны, чем олово (Sn), соответственно, реагировать с одним и тем же веществом он будет быстрее.

Площадь соприкосновения реагентов

Что касается смесей твердых и жидких фаз, то тут для увеличения скорости реакции поможет увеличение площади соприкосновения этих веществ.

Скорость химической реакции — формула, условия и влияющие факторы

Приведем пример: если мы возьмем часть щелочного метала в водном растворе, то реакция пойдет достаточно быстро, однако, если мы сделаем из кусочка металла порошок, то скорость взаимодействия увеличится.

Давление

В случае химической реакции, реагентами которой являются газы, то изменить скорость взаимодействия можно увеличением давления в системе, потому что таким образом повышается и концентрация газа. Зависимость скорости от давления будет прямо пропорциональной.

Беликова Ирина

Учитель физики, информатики и вычислительной техники. Победитель конкурса лучших учителей Российской Федерации в рамках Приоритетного Национального Проекта "Образование".

Оцените автора
Добавить комментарий

Вставить формулу как
Блок
Строка
Дополнительные настройки
Цвет формулы
Цвет текста
#333333
Используйте LaTeX для набора формулы
Предпросмотр
\({}\)
Формула не набрана
Вставить
Adblock
detector