Tốc độ phản ứng là giá trị thể hiện sự thay đổi nồng độ của chất phản ứng trong một khoảng thời gian. Để ước tính kích thước của nó, cần phải thay đổi các điều kiện ban đầu của quá trình.
Tương tác đồng nhất
Tốc độ phản ứng giữa một số hợp chất ở cùng dạng tập hợp phụ thuộc vào khối lượng của các chất được lấy. Từ quan điểm toán học, có thể biểu thị mối quan hệ giữa tốc độ của một quá trình đồng nhất và sự thay đổi nồng độ trên một đơn vị thời gian.
Một ví dụ về sự tương tác như vậy là quá trình oxy hóa oxit nitric (2) thành oxit nitric (4).
Quy trình không đồng nhất
Tốc độ phản ứng đối với các chất ban đầu ở các trạng thái tập hợp khác nhau được đặc trưng bởi số mol thuốc thử ban đầu trên một đơn vị diện tích trên một đơn vị thời gian.
Tương tác không đồng nhất là đặc trưng của các hệ thống có các trạng thái tổng hợp khác nhau.
Tóm lại, chúng ta lưu ý rằng tốc độ phản ứng thể hiện sự thay đổi số mol của các thuốc thử ban đầu (sản phẩm phản ứng) đối vớikhoảng thời gian, trên mỗi đơn vị giao diện hoặc trên mỗi đơn vị âm lượng.
Nồng
Hãy xem xét các yếu tố chính ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng. Hãy bắt đầu với sự tập trung. Sự phụ thuộc như vậy được thể hiện bằng quy luật hành động của quần chúng. Có một mối quan hệ tỷ lệ thuận giữa tích của nồng độ các chất tương tác, được tính theo hệ số lập thể của chúng và tốc độ của phản ứng.
Xét phương trình aA + bB=cC + dD, trong đó A, B, C, D là chất lỏng hoặc chất khí. Đối với quá trình trên, phương trình động học có thể được viết có tính đến hệ số tỷ lệ, có giá trị riêng cho mỗi tương tác.
Là lý do chính của sự gia tăng tốc độ, người ta có thể ghi nhận sự gia tăng số vụ va chạm của các hạt phản ứng trên một đơn vị thể tích.
Nhiệt độ
Xem xét ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng. Các quá trình xảy ra trong hệ đồng nhất chỉ có thể xảy ra khi các hạt va chạm. Nhưng không phải sự va chạm nào cũng dẫn đến sự hình thành các sản phẩm của phản ứng. Chỉ trong trường hợp khi các hạt có năng lượng tăng dần. Khi đun nóng thuốc thử, động năng của các hạt tăng lên, số phân tử hoạt động tăng, do đó, tốc độ phản ứng tăng. Mối quan hệ giữa chỉ số nhiệt độ và tốc độ quá trình được xác định bởi quy tắc van't Hoff: mỗi lần tăng nhiệt độ thêm 10 ° C dẫn đến tốc độ quá trình tăng lên 2-4 lần.
Chất xúc tác
Xét các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng, chúng ta hãy tập trung vào các chất có thể làm tăng tốc độ của quá trình, tức là chất xúc tác. Tùy thuộc vào trạng thái tập hợp của chất xúc tác và chất phản ứng, một số loại xúc tác được phân biệt:
- dạng đồng thể, trong đó các chất phản ứng và chất xúc tác có cùng trạng thái tập hợp;
- không đồng nhất khi chất phản ứng và chất xúc tác ở cùng pha.
Niken, bạch kim, rhodi, palađi có thể được phân biệt như những ví dụ về các chất tăng tốc độ tương tác.
Chất ức chế là những chất làm chậm phản ứng.
Khu vực liên hệ
Điều gì khác xác định tốc độ phản ứng? Hóa học được chia thành nhiều phần, mỗi phần liên quan đến việc xem xét các quá trình và hiện tượng nhất định. Khóa học hóa lý kiểm tra mối quan hệ giữa diện tích tiếp xúc và tốc độ của quá trình.
Để tăng diện tích tiếp xúc của thuốc thử, chúng được nghiền nhỏ đến một kích thước nhất định. Tương tác nhanh nhất xảy ra trong các dung dịch, đó là lý do tại sao nhiều phản ứng được thực hiện trong môi trường nước.
Khi nghiền chất rắn, phải quan sát biện pháp đo. Ví dụ, khi pyrit (sulfit sắt) được chuyển thành bụi, các hạt của nó được thiêu kết trong lò nung, điều này ảnh hưởng tiêu cực đến tốc độ của quá trình ôxy hóa của hợp chất này, và sản lượng của lưu huỳnh đioxit giảm.
Thuốc thử
Chúng ta hãy thử tìm hiểu cách xác định tốc độ phản ứng phụ thuộc vào việc tương tác với thuốc thử nào? Ví dụ, các kim loại hoạt động trong dãy điện hóa Beketov trước hydro có thể tương tác với các dung dịch axit, và những kim loại đứng sau H2không có khả năng như vậy. Lý do cho hiện tượng này là do hoạt động hóa học khác nhau của các kim loại.
Áp
Tốc độ phản ứng liên quan đến giá trị này như thế nào? Hóa học là một môn khoa học liên quan mật thiết đến vật lý nên sự phụ thuộc tỉ lệ thuận, nó được quy định bởi các định luật chất khí. Có một mối quan hệ trực tiếp giữa các đại lượng. Và để hiểu định luật nào xác định tốc độ của một phản ứng hóa học, cần phải biết trạng thái tập hợp và nồng độ của thuốc thử.
Các loại tốc độ trong hóa học
Thông thường là đơn lẻ các giá trị tức thời và giá trị trung bình. Tốc độ tương tác hóa học trung bình được định nghĩa là sự khác biệt về nồng độ của các chất phản ứng trong một khoảng thời gian.
Giá trị nhận được là âm khi nồng độ giảm, dương khi tăng nồng độ của các sản phẩm tương tác.
Giá trị thực (tức thời) là một tỷ lệ như vậy trong một đơn vị thời gian nhất định.
Trong hệ SI, tốc độ của một quá trình hóa học được biểu thị bằng [mol × m-3× s-1].
Vấn đề trong hóa học
Hãy xem một số ví dụ về các vấn đề liên quan đến xác định tốc độ.
Ví dụ 1. Trongclo và hydro được trộn trong một bình, sau đó hỗn hợp được đun nóng. Sau 5 giây, nồng độ của hiđro clorua có giá trị là 0,05 mol / dm3. Tính tốc độ trung bình của sự tạo thành hiđro clorua (mol / dm3s).
Cần xác định sự thay đổi nồng độ của hydro clorua 5 giây sau khi tương tác, trừ đi giá trị ban đầu cho nồng độ cuối cùng:
C (HCl)=c2 - c1=0,05 - 0=0,05 mol / dm3.
Tính tốc độ trung bình của sự hình thành hydro clorua:
V=0,05 / 5=0,010 mol / dm3× s.
Ví dụ 2. Trong một bình có thể tích 3 dm3, quá trình sau xảy ra:
C2H2+ 2H2=C2 H6.
Khối lượng ban đầu của hiđro là 1 g. Hai giây sau khi bắt đầu tương tác, khối lượng của hiđro đã thu được giá trị là 0,4 g. Tính tốc độ trung bình của quá trình tạo etan (mol / dm3× s).
Khối lượng của hydro đã phản ứng được xác định là hiệu số giữa giá trị ban đầu và số cuối cùng. Nó là 1 - 0,4=0,6 (g). Để xác định số mol của hiđro, cần chia nó cho số mol của một khí đã cho: n \u003d 0,6 / 2 \u003d 0,3 mol. Theo phương trình, 1 mol etan được tạo thành từ 2 mol hydro, do đó, từ 0,3 mol H2ta thu được 0,15 mol etan.
Xác định nồng độ của hydrocacbon thu được, ta được 0,05 mol / dm3. Sau đó, bạn có thể tính tốc độ trung bình của sự hình thành nó:=0,025 mol / dm3× s.
Kết
Các yếu tố khác nhau ảnh hưởng đến tốc độ tương tác hóa học: bản chất của các chất phản ứng (năng lượng hoạt hóa), nồng độ của chúng, sự có mặt của chất xúc tác, mức độ nghiền, áp suất, loại bức xạ.
Vào nửa sau của thế kỷ 19, Giáo sư N. N. Beketov cho rằng có mối liên hệ giữa khối lượng của thuốc thử ban đầu và thời gian của quá trình. Giả thuyết này đã được xác nhận trong quy luật tác động của khối lượng, được thiết lập vào năm 1867 bởi các nhà hóa học Na Uy: P. Wage và K. Guldberg.
Hóa lý nghiên cứu cơ chế và tốc độ của các quá trình khác nhau. Các quá trình đơn giản nhất xảy ra trong một giai đoạn được gọi là quá trình đơn phân tử. Các tương tác phức tạp liên quan đến một số tương tác tuần tự cơ bản, vì vậy mỗi giai đoạn được xem xét riêng biệt.
Để thu được sản phẩm phản ứng tối đa với chi phí năng lượng tối thiểu, điều quan trọng là phải tính đến các yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình.
Ví dụ, để đẩy nhanh quá trình phân hủy nước thành các chất đơn giản, cần có chất xúc tác, vai trò của chất này được thực hiện bởi oxit mangan (4).
Tất cả các sắc thái liên quan đến việc lựa chọn thuốc thử, lựa chọn áp suất và nhiệt độ tối ưu, nồng độ của thuốc thử đều được xem xét trong động học hóa học.
