Вещество, което променя скоростта на химична реакция. Химична кинетика

Бърза реакциясе определя от промяната в моларната концентрация на един от реагентите:

V \u003d ± ((C 2 - C 1) / (t 2 - t 1)) \u003d ± (DC / Dt)

Където C 1 и C 2 са моларните концентрации на веществата в моменти t 1 и t 2, съответно (знак (+) - ако скоростта се определя от реакционния продукт, знак (-) - от изходното вещество).

Реакциите възникват, когато молекулите на реагентите се сблъскат. Скоростта му се определя от броя на сблъсъците и вероятността те да доведат до трансформация. Броят на сблъсъците се определя от концентрациите на реагиращите вещества, а вероятността от реакция се определя от енергията на сблъскващите се молекули.
Фактори, влияещи върху скоростта на химичните реакции.
1. Природата на реагентите. Характерът играе голяма роля химически връзкии структурата на молекулите на реагентите. Реакциите протичат в посока на разрушаване на по-малко силни връзки и образуване на вещества с по-силни връзки. По този начин са необходими високи енергии, за да се разрушат връзките в молекулите на Н2 и N2; такива молекули не са много реактивни. За разрушаване на връзки в силно полярни молекули (HCl, H 2 O) е необходима по-малко енергия и скоростта на реакцията е много по-висока. Реакциите между йони в електролитни разтвори протичат почти мигновено.
Примери
Флуорът реагира експлозивно с водорода при стайна температура; бромът реагира бавно с водорода дори при нагряване.
Калциевият оксид реагира енергично с водата, отделяйки топлина; меден оксид - не реагира.

2. Концентрация. С увеличаване на концентрацията (броя на частиците в единица обем), сблъсъците на молекулите на реагентите се появяват по-често - скоростта на реакцията се увеличава.
Законът за активните маси (K. Guldberg, P. Waage, 1867)
Скорост химическа реакцияе право пропорционална на произведението на концентрациите на реагентите.

AA + bB + . . . ® . . .

[A] a [B] b . . .

Константата на скоростта на реакцията k зависи от природата на реагентите, температурата и катализатора, но не зависи от концентрациите на реагентите.
Физическото значение на константата на скоростта е, че тя е равна на скоростта на реакцията при единични концентрации на реагентите.
За хетерогенни реакции концентрацията на твърдата фаза не е включена в израза за скоростта на реакцията.

3. Температура. За всяко повишаване на температурата с 10°C скоростта на реакцията се увеличава с коефициент 2-4 (правилото на Ван'т Хоф). С повишаване на температурата от t 1 до t 2, промяната в скоростта на реакцията може да се изчисли по формулата:

		(t 2 - t 1) / 10
Vt 2 / Vt 1	= ж

(където Vt 2 и Vt 1 са скоростите на реакцията при температури t 2 и t 1, съответно; g е температурният коефициент на тази реакция).
Правилото на Вант Хоф е приложимо само в тесен температурен диапазон. По-точно е уравнението на Арениус:

e-Ea/RT

където
А е константа в зависимост от природата на реагентите;
R е универсалната газова константа;

Ea е енергията на активиране, т.е. енергията, която трябва да притежават сблъскващите се молекули, за да може сблъсъкът да доведе до химическа трансформация.
Енергийна диаграма на химична реакция.


екзотермична реакция	Ендотермична реакция

A - реактиви, B - активиран комплекс (преходно състояние), C - продукти.
Колкото по-висока е енергията на активиране Ea, толкова повече се увеличава скоростта на реакцията с повишаване на температурата.

4. Контактната повърхност на реагентите. За хетерогенни системи (когато веществата са в различни агрегатни състояния), колкото по-голяма е контактната повърхност, толкова по-бързо протича реакцията. Повърхността на твърдите вещества може да се увеличи чрез смилането им, а на разтворимите вещества чрез разтварянето им.

5. Катализа. Веществата, които участват в реакциите и увеличават скоростта им, оставайки непроменени до края на реакцията, се наричат катализатори. Механизмът на действие на катализаторите е свързан с намаляване на енергията на активиране на реакцията поради образуването на междинни съединения. При хомогенна катализареагентите и катализаторът представляват една фаза (те са в едно и също агрегатно състояние), с хетерогенна катализа- различни фази (те са в различно агрегатно състояние). В някои случаи протичането на нежелани химични процеси може драстично да се забави чрез добавяне на инхибитори към реакционната среда (феноменът отрицателна катализа").

Нека дефинираме основната концепция на химичната кинетика - скоростта на химичната реакция:

Скоростта на химическа реакция е броят на елементарните актове на химическа реакция, протичащи за единица време на единица обем (за хомогенни реакции) или на единица повърхност (за хетерогенни реакции).

Скоростта на химичната реакция е промяната в концентрацията на реагентите за единица време.

Първото определение е най-строгото; от това следва, че скоростта на химическа реакция може да се изрази и като промяна във времето на всеки параметър на състоянието на системата, в зависимост от броя на частиците на всяко реагиращо вещество, отнесено към единица обем или повърхност - електропроводимост, оптична плътност, диелектрична константа и др. и т.н. Въпреки това, най-често в химията се разглежда зависимостта на концентрацията на реагентите от времето. В случай на едностранни (необратими) химични реакции (по-нататък се разглеждат само едностранни реакции) е очевидно, че концентрациите на изходните вещества постоянно намаляват с времето (ΔС реф.< 0), а концентрации продуктов реакции увеличиваются (ΔС прод >0). Скоростта на реакция се приема за положителна, така че математическата дефиниция е такава средна скорост на реакция във времевия интервал Δt се записва, както следва:

(II.1)

В различните интервали от време средната скорост на химичната реакция има различни стойности; истинска (мигновена) скорост на реакция се определя като производна на концентрацията по отношение на времето:

(II.2)

Графично представяне на зависимостта на концентрацията на реагентите от времето е кинетична крива (Фигура 2.1).

Ориз. 2.1 Кинетични криви за изходни материали (A) и реакционни продукти (B).

Истинската скорост на реакцията може да се определи графично чрез начертаване на допирателна към кинетичната крива (фиг. 2.2); истинската скорост на реакция в даден момент е равна по абсолютна стойност на тангенса на наклона на тангенса:

Ориз. 2.2 Графична дефиниция V ist.

(II.3)

Трябва да се отбележи, че в случай, че стехиометричните коефициенти в уравнението на химичната реакция не са еднакви, скоростта на реакцията ще зависи от промяната в концентрацията на кой реагент е определен. Очевидно в реакцията

2H 2 + O 2 → 2H 2 O

концентрациите на водород, кислород и вода варират в различна степен:

ΔC (H 2) \u003d ΔC (H 2 O) \u003d 2 ΔC (O 2).

Скоростта на химичната реакция зависи от много фактори: естеството на реагентите, тяхната концентрация, температура, естеството на разтворителя и др.

Една от задачите, пред които е изправена химическата кинетика, е да се определи съставът на реакционната смес (т.е. концентрациите на всички реагенти) по всяко време, за което е необходимо да се знае зависимостта на скоростта на реакцията от концентрациите. AT общ случайКолкото по-голяма е концентрацията на реагентите, толкова по-голяма е скоростта на химичната реакция. В основата на химичната кинетика е т.нар. основен постулат на химичната кинетика:

Скоростта на химичната реакция е право пропорционална на произведението на концентрациите на реагентите, взети до известна степен.

за реакцията

AA + bB + dD + ... → eE + ...

Може да се пише

(II.4)

Коефициентът на пропорционалност k е константа на скоростта на химичната реакция. Константата на скоростта е числено равна на скоростта на реакцията при концентрации на всички реагенти, равни на 1 mol/L.

Зависимостта на скоростта на реакцията от концентрациите на реагентите се определя експериментално и се нарича кинетично уравнение химическа реакция. Очевидно, за да се напише кинетичното уравнение, е необходимо експериментално да се определят скоростната константа и експонентите при концентрациите на реагентите. Показателят на концентрацията на всеки от реагентите в кинетичното уравнение на химична реакция (в уравнение (II.4) x, y и z, съответно) е реакция на частна поръчка за този компонент. Сумата от показателите в кинетичното уравнение за химическа реакция (x + y + z) е общ ред на реакция . Трябва да се подчертае, че редът на реакцията се определя само от експериментални данни и не е свързан със стехиометричните коефициенти на реагентите в уравнението на реакцията. Стехиометричното уравнение на реакцията е уравнение на материалния баланс и по никакъв начин не може да определи характера на протичането на тази реакция във времето.

В химическата кинетика е обичайно реакциите да се класифицират според величината общ редреакции. Нека разгледаме зависимостта на концентрацията на реагентите от времето за необратими (еднопосочни) реакции от нулев, първи и втори ред.

В живота се сблъскваме с различни химични реакции. Някои от тях, като ръждясването на желязото, могат да продължат няколко години. Други, като ферментацията на захар в алкохол, отнемат няколко седмици. Дървата за огрев в печката изгарят за няколко часа, а бензинът в двигателя изгаря за част от секундата.

За да намалят разходите за оборудване, химическите заводи увеличават скоростта на реакциите. А някои процеси, като разваляне на храни, корозия на метали, трябва да се забавят.

Скоростта на химична реакцияможе да се изрази като промяна в количеството материя (n, модул) за единица време (t) - сравнете скоростта на движещо се тяло във физиката като промяна в координатите за единица време: υ = Δx/Δt . Така че скоростта не зависи от обема на съда, в който протича реакцията, разделяме израза на обема на реагиращите вещества (v), т.е. получавамепромяна в количеството вещество за единица време на единица обем, или промяна на концентрацията на едно от веществата за единица време:

n 2 − n 1
υ = –––––––––– = –––––––– = Δс/Δt (1)
(t 2 − t 1) v Δt v

където c = n / v - концентрация на веществото,

Δ (произнася се "делта") е общоприетото обозначение за промяна в величината.

Ако веществата имат различни коефициенти в уравнението, скоростта на реакцията за всяко от тях, изчислена по тази формула, ще бъде различна. Например 2 мола серен диоксид реагират напълно с 1 мол кислород за 10 секунди в 1 литър:

2SO 2 + O 2 \u003d 2SO 3

Скоростта на кислорода ще бъде: υ \u003d 1: (10 1) \u003d 0,1 mol / l s

Скорост на кисел газ: υ \u003d 2: (10 1) \u003d 0,2 mol / l s- това не е нужно да се учи наизуст и да се говори на изпита, дава се пример, за да не се объркате, ако възникне този въпрос.

Скоростта на хетерогенните реакции (включващи твърди вещества) често се изразява на единица площ от контактни повърхности:

Δn
υ = –––––– (2)
Δt S

Реакциите се наричат хетерогенни, когато реагентите са в различни фази:

твърдо вещество с друго твърдо вещество, течност или газ,
две несмесващи се течности
газ течност.

Протичат хомогенни реакции между вещества в една и съща фаза:

между добре смесими течности,
газове,
вещества в разтвори.

Условия, влияещи върху скоростта на химичните реакции

1) Скоростта на реакция зависи от природата на реагентите. Просто казано, различните вещества реагират с различна скорост. Например, цинкът реагира бурно с солна киселина, а желязото е доста бавно.

2) Скоростта на реакция е по-голяма, толкова по-висока концентрациявещества. При силно разредена киселина на цинка ще му трябва значително повече време, за да реагира.

3) Скоростта на реакция се увеличава значително с увеличаване температура. Например, за да изгори горивото, е необходимо да го запалите, тоест да повишите температурата. За много реакции повишаването на температурата с 10°C се придружава от увеличаване на скоростта с фактор 2-4.

4) Скорост разнородниреакциите нарастват с увеличаване повърхности на реагенти. Твърдите вещества за това обикновено се натрошават. Например, за да реагират желязото и серните прахове при нагряване, желязото трябва да бъде под формата на малки дървени стърготини.

Обърнете внимание, че формула (1) се подразбира в този случай! Формула (2) изразява скоростта на единица площ, следователно не може да зависи от площта.

5) Скоростта на реакцията зависи от наличието на катализатори или инхибитори.

КатализаториВещества, които ускоряват химичните реакции, но сами по себе си не се изразходват. Пример за това е бързото разлагане на водороден пероксид с добавяне на катализатор - манганов (IV) оксид:

2H 2 O 2 \u003d 2H 2 O + O 2

Мангановият (IV) оксид остава на дъното и може да се използва повторно.

инхибитори- вещества, които забавят реакцията. Например, за да се удължи живота на тръбите и батериите, към системата за отопление на водата се добавят инхибитори на корозията. В автомобилите към спирачната течност се добавят инхибитори на корозията.

Още няколко примера.

Бърза реакциясе определя от промяната в моларната концентрация на един от реагентите:

V \u003d ± ((C 2 - C 1) / (t 2 - t 1)) \u003d ± (DC / Dt)

Реакциите възникват, когато молекулите на реагентите се сблъскат. Скоростта му се определя от броя на сблъсъците и вероятността те да доведат до трансформация. Броят на сблъсъците се определя от концентрациите на реагиращите вещества, а вероятността от реакция се определя от енергията на сблъскващите се молекули.
Фактори, влияещи върху скоростта на химичните реакции.
1. Природата на реагентите. Важна роля играят естеството на химичните връзки и структурата на молекулите на реагентите. Реакциите протичат в посока на разрушаване на по-малко силни връзки и образуване на вещества с по-силни връзки. По този начин са необходими високи енергии, за да се разрушат връзките в молекулите на Н2 и N2; такива молекули не са много реактивни. За разрушаване на връзки в силно полярни молекули (HCl, H 2 O) е необходима по-малко енергия и скоростта на реакцията е много по-висока. Реакциите между йони в електролитни разтвори протичат почти мигновено.
Примери
Флуорът реагира експлозивно с водорода при стайна температура; бромът реагира бавно с водорода дори при нагряване.
Калциевият оксид реагира енергично с водата, отделяйки топлина; меден оксид - не реагира.

2. Концентрация. С увеличаване на концентрацията (броя на частиците в единица обем), сблъсъците на молекулите на реагентите се появяват по-често - скоростта на реакцията се увеличава.
Законът за активните маси (K. Guldberg, P. Waage, 1867)
Скоростта на химичната реакция е право пропорционална на произведението на концентрациите на реагентите.

AA + bB + . . . ® . . .

[A] a [B] b . . .

		(t 2 - t 1) / 10
Vt 2 / Vt 1	= ж

e-Ea/RT

където
А е константа в зависимост от природата на реагентите;
R е универсалната газова константа;


екзотермична реакция	Ендотермична реакция

Изследването на скоростта на химичната реакция и условията, влияещи върху нейната промяна, е една от областите на физическата химия - химичната кинетика. Тя също така разглежда механизмите на тези реакции и тяхната термодинамична валидност. Тези изследвания са важни не само за научни цели, но и за контролиране на взаимодействието на компонентите в реакторите при производството на всякакви вещества.

Концепцията за скорост в химията

Скоростта на реакцията е обичайно да се нарича определена промяна в концентрациите на съединенията, които са влезли в реакцията (ΔС) за единица време (Δt). Математическата формула за скоростта на химичната реакция е следната:

ᴠ = ±∆C/∆t.

Скоростта на реакцията се измерва в mol / l s, ако протича в целия обем (т.е. реакцията е хомогенна) и в mol / m 2 s, ако взаимодействието се извършва на повърхността, разделяща фазите (т.е. реакцията е разнородни). Знакът "-" във формулата се отнася до промяната в стойностите на концентрациите на изходните реагенти, а знакът "+" - до променящите се стойности на концентрациите на продуктите от същата реакция.

Примери за реакции с различни скорости

Взаимодействия химически веществаможе да се направи с различни скорости. По този начин скоростта на растеж на сталактитите, тоест образуването на калциев карбонат, е само 0,5 mm на 100 години. Някои биохимични реакции са бавни, като фотосинтезата и протеиновия синтез. Корозията на металите протича с доста ниска скорост.

Средната скорост може да се характеризира с реакции, изискващи от един до няколко часа. Такъв пример е готвенето, което е съпроводено с разлагане и трансформация на съдържащите се в продуктите съединения. Синтезът на отделни полимери изисква нагряване на реакционната смес за определено време.

Пример за химични реакции, чиято скорост е доста висока, могат да служат като реакции на неутрализация, взаимодействието на натриев бикарбонат с разтвор на оцетна киселина, придружено от отделяне на въглероден диоксид. Можем да споменем и взаимодействието на бариев нитрат с натриев сулфат, при което се наблюдава утаяване на неразтворим бариев сулфат.

Голям брой реакции могат да протичат със светкавична скорост и да бъдат придружени от експлозия. Класически пример е взаимодействието на калий с вода.

Фактори, влияещи върху скоростта на химичната реакция

Струва си да се отбележи, че едни и същи вещества могат да реагират помежду си с различна скорост. Така например смес от газообразен кислород и водород може да бъде доста дълго времене показват признаци на взаимодействие, но когато контейнерът се разклати или удари, реакцията става експлозивна. Следователно химическата кинетика е идентифицирала определени фактори, които имат способността да влияят на скоростта на химичната реакция. Те включват:

естеството на взаимодействащите вещества;
концентрация на реагенти;
промяна на температурата;
наличието на катализатор;
промяна на налягането (за газообразни вещества);
зоната на контакт на веществата (ако говорим за хетерогенни реакции).

Влияние на природата на материята

Такава значителна разлика в скоростите на химичните реакции се обяснява с различни стойностиенергия на активиране (E a). Разбира се като определено излишно количество енергия в сравнение със средната й стойност, необходима на молекула по време на сблъсък, за да настъпи реакция. Измерва се в kJ / mol и стойностите обикновено са в диапазона 50-250.

Общоприето е, че ако E a \u003d 150 kJ / mol за всяка реакция, тогава при n. г. практически не тече. Тази енергия се изразходва за преодоляване на отблъскването между молекулите на веществата и за отслабване на връзките в изходните вещества. С други думи, енергията на активиране характеризира силата на химичните връзки във веществата. По стойността на енергията на активиране може предварително да се оцени скоростта на химичната реакция:

E а< 40, взаимодействие веществ происходят довольно быстро, поскольку почти все столкнове-ния частиц при-водят к их реакции;
40-<Е а <120, предполагается средняя реакция, поскольку эффективными будет лишь половина соударений молекул (например, реакция цинка с соляной кислотой);
E a >120, само много малка част от сблъсъците на частици ще доведат до реакция и нейната скорост ще бъде ниска.

Влияние на концентрацията

Зависимостта на скоростта на реакцията от концентрацията се характеризира най-точно от закона за масовото действие (LMA), който гласи:

Скоростта на химичната реакция е право пропорционална на произведението на концентрациите на реагиращите вещества, чиито стойности се вземат в степени, съответстващи на техните стехиометрични коефициенти.

Този закон е подходящ за елементарни едноетапни реакции или всеки етап от взаимодействието на веществата, характеризиращ се със сложен механизъм.

Ако искате да определите скоростта на химична реакция, чието уравнение може условно да се напише като:

αА+ bB = ϲС, тогава,

в съответствие с посочената по-горе формулировка на закона скоростта може да се намери по уравнението:

V=k [A] a [B] b , където

a и b са стехиометрични коефициенти,

[A] и [B] - концентрации на изходните съединения,

k е константата на скоростта на въпросната реакция.

Значението на коефициента на скоростта на химичната реакция е, че неговата стойност ще бъде равна на скоростта, ако концентрациите на съединенията са равни на единици. Трябва да се отбележи, че за правилното изчисление по тази формула е необходимо да се вземе предвид агрегатното състояние на реагентите. Концентрацията на твърдо вещество се приема за единица и не е включена в уравнението, тъй като остава постоянна по време на реакцията. По този начин само концентрациите на течни и газообразни вещества са включени в изчислението според MDM. И така, за реакцията на получаване на силициев диоксид от прости вещества, описана с уравнението

Si (TV) + Ο 2 (g) \u003d SiO 2 (TV),

скоростта се определя по формулата:

Типична задача

Как би се променила скоростта на химичната реакция на азотния оксид с кислорода, ако концентрациите на изходните съединения се удвоят?

Решение: Този процес съответства на уравнението на реакцията:

2ΝΟ + Ο 2 = 2ΝΟ 2 .

Нека напишем изразите за началната (ᴠ 1) и крайната (ᴠ 2) скорости на реакция:

ᴠ 1 = k [ΝΟ] 2 [Ο 2 ] и

ᴠ 2 = k·(2·[ΝΟ]) 2 ·2·[Ο 2 ] = k·4[ΝΟ] 2 ·2[Ο 2 ].

ᴠ 1 / ᴠ 2 = (k 4[ΝΟ] 2 2[Ο 2 ]) / (k ・[ΝΟ] 2 [Ο 2 ]).

ᴠ 2 / ᴠ 1 = 4 2/1 = 8.

Отговор: увеличен с 8 пъти.

Температурен ефект

Зависимостта на скоростта на химичната реакция от температурата е определена експериментално от холандския учен J. H. Van't Hoff. Той установява, че скоростта на много реакции се увеличава 2-4 пъти на всеки 10 градуса повишаване на температурата. За това правило има математически израз, който изглежда така:

ᴠ 2 = ᴠ 1 γ (Τ2-Τ1)/10 , където

ᴠ 1 и ᴠ 2 - съответните скорости при температури Τ 1 и Τ 2;

γ - температурен коефициент, равен на 2-4.

В същото време това правило не обяснява механизма на влиянието на температурата върху стойността на скоростта на определена реакция и не описва целия набор от закономерности. Логично е да се заключи, че с повишаване на температурата хаотичното движение на частиците се увеличава и това провокира по-голям брой техни сблъсъци. Това обаче не засяга особено ефективността на молекулярните сблъсъци, тъй като зависи главно от енергията на активиране. Също така, значителна роля в ефективността на сблъсъка на частици играе тяхното пространствено съответствие помежду си.

Зависимостта на скоростта на химичната реакция от температурата, като се вземе предвид естеството на реагентите, се подчинява на уравнението на Арениус:

k \u003d A 0 e -Ea / RΤ, където

A o е множител;

E a - енергия на активиране.

Примерна задача по закона на ван'т Хоф

Как трябва да се промени температурата, така че скоростта на химична реакция, чийто температурен коефициент е числено равен на 3, да се увеличи 27 пъти?

Решение. Нека използваме формулата

ᴠ 2 = ᴠ 1 γ (Τ2-Τ1)/10 .

От условието ᴠ 2 / ᴠ 1 = 27 и γ = 3. Трябва да намерите ΔΤ = Τ 2 -Τ 1.

Трансформирайки оригиналната формула, получаваме:

V 2 /V 1 \u003d γ ΔΤ / 10.

Заменяме стойностите: 27=3 ΔΤ/10.

От това става ясно, че ΔΤ/10 = 3 и ΔΤ = 30.

Отговор: температурата трябва да се увеличи с 30 градуса.

Влияние на катализаторите

Във физическата химия скоростта на химичните реакции също се изучава активно от раздел, наречен катализа. Той се интересува от това как и защо относително малки количества от определени вещества значително увеличават скоростта на взаимодействие на други. Веществата, които могат да ускорят реакцията, но сами по себе си не се изразходват, се наричат катализатори.

Доказано е, че катализаторите променят механизма на самото химично взаимодействие, допринасят за появата на нови преходни състояния, които се характеризират с по-ниска височина на енергийната бариера. Тоест, те допринасят за намаляване на енергията на активиране, а оттам и за увеличаване на броя на ефективните удари на частиците. Катализаторът не може да предизвика реакция, която е енергийно невъзможна.

Така че водородният пероксид може да се разложи с образуването на кислород и вода:

H 2 0 2 \u003d H 2 0 + 0 2.

Но тази реакция е много бавна и в нашите аптечки тя съществува непроменена доста дълго време. Когато отваряте само много стари флакони с пероксид, можете да видите малко пукане, причинено от налягането на кислорода по стените на съда. Добавянето само на няколко зрънца магнезиев оксид ще провокира активно отделяне на газ.

Същата реакция на разлагане на пероксида, но под действието на каталаза, възниква при лечението на рани. В живите организми има много различни вещества, които увеличават скоростта на биохимичните реакции. Те се наричат ензими.

Инхибиторите имат обратен ефект върху хода на реакциите. Това обаче не винаги е лошо. Инхибиторите се използват за защита на метални продукти от корозия, за удължаване на срока на годност на храните, например за предотвратяване на окисляването на мазнините.

Контактна зона с веществото

В случай, че взаимодействието възниква между съединения с различни агрегатни състояния или между вещества, които не са в състояние да образуват хомогенна среда (несмесващи се течности), тогава този фактор също значително влияе върху скоростта на химичната реакция. Това се дължи на факта, че хетерогенните реакции се извършват директно на границата между фазите на взаимодействащите вещества. Очевидно колкото по-широка е тази граница, толкова повече частици имат възможност да се сблъскат и толкова по-бърза е реакцията.

Например, той върви много по-бързо под формата на малки чипове, отколкото под формата на труп. За същата цел много твърди вещества се смилат на фин прах, преди да се добавят към разтвор. И така, креда на прах (калциев карбонат) действа по-бързо със солна киселина, отколкото парче със същата маса. Но освен увеличаване на площта, тази техника води и до хаотично разкъсване на кристалната решетка на веществото, което означава, че увеличава реактивността на частиците.

Математически, скоростта на хетерогенна химическа реакция се намира като промяна в количеството вещество (Δν), възникващо за единица време (Δt) на единица повърхност

(S): V = Δν/(S Δt).

Влияние на налягането

Промяната в налягането в системата има ефект само когато в реакцията участват газове. Увеличаването на налягането се придружава от увеличаване на молекулите на веществото на единица обем, т.е. концентрацията му се увеличава пропорционално. Обратно, намаляването на налягането води до еквивалентно намаляване на концентрацията на реагента. В този случай формулата, съответстваща на ZDM, е подходяща за изчисляване на скоростта на химична реакция.

Задача. Как ще се увеличи скоростта на реакцията, описана от уравнението

2ΝΟ + Ο 2 = 2ΝΟ 2,

ако обемът на затворена система се намали трикратно (T=const)?

Решение. Когато обемът намалява, налягането се увеличава пропорционално. Нека запишем изразите за началната (V 1) и крайната (V 2) скорости на реакция:

V 1 = k 2 [Ο 2 ] и

V 2 = k·(3·) 2 ·3·[Ο 2 ] = k·9[ΝΟ] 2 ·3[O 2 ].

За да намерите колко пъти новата скорост е по-голяма от първоначалната, трябва да разделите лявата и дясната част на изразите:

V 1 /V 2 = (k 9[ΝΟ] 2 3[Ο 2 ]) / (k ? [ΝΟ] 2 [Ο 2 ]).

Стойностите на концентрацията и константите на скоростта се намаляват и остават:

V 2 /V 1 \u003d 9 3/1 \u003d 27.

Отговор: скоростта се е увеличила 27 пъти.

Обобщавайки, трябва да се отбележи, че скоростта на взаимодействие на веществата, или по-скоро броят и качеството на сблъсъци на техните частици, се влияе от много фактори. На първо място, това е енергията на активиране и геометрията на молекулите, които са почти невъзможни за коригиране. Що се отнася до останалите условия, за увеличаване на скоростта на реакцията следва:

повишаване на температурата на реакционната среда;
увеличаване на концентрацията на оригиналните съединения;
увеличаване на налягането в системата или намаляване на нейния обем, ако говорим за газове;
привеждане на различни вещества в едно агрегатно състояние (например чрез разтваряне във вода) или увеличаване на площта на техния контакт.