Что такое скорость химической реакции 9 класс

Что такое скорость химической реакции 9 класс

Ключевые слова конспекта: Скорость химической реакции. Факторы, влияющие на скорость реакции: природа реагирующих веществ, площадь их соприкосновения, температура, концентрация, катализатор. Катализ. Ферменты. Ингибиторы.

Скорость — это отношение изменения какой-либо величины к промежутку времени, за которое это изменение произошло. Химические реакции протекают с разными скоростями. Одни практически мгновенно, например смесь водорода с кислородом (гремучая смесь) взрывается за доли секунды. Быстро протекает реакция нейтрализации, т. е. взаимодействие растворов кислоты со щёлочью (основанием):

Другие реакции протекают значительно медленнее, например брожение глюкозы или коррозия металлов:

Что же понимается под скоростью химической реакции? Предположим, некоторое взаимодействие протекает по схеме А + В = АВ. В ходе реакции вещества А и В расходуются, превращаясь в новое вещество АВ. Изменение количества веществ, участвующих в химической реакции, характеризует такая величина, как концентрация.

В ходе реакции концентрация исходных веществ (реагентов) уменьшается, а концентрация продукта реакции увеличивается. Изменение концентраций во времени и характеризует скорость химической реакции.

Математически эту закономерность можно выразить следующей формулой:

Если в приведённой формуле С₁ и С₂ — это начальная и конечная концентрации одного из реагентов, то разность С₂ – С₁ имеет отрицательное значение, ведь С₂ 0.

Размерность скорости реакции легко определить: концентрация измеряется в моль/л, время — в секундах, следовательно, единицей скорости реакции является 1 моль/(л • с).

Управление скоростью химической реакции имеет большое значение. Увеличение скорости реакции позволяет получить больше продуктов реакций: стали, пластмасс, химических удобрений, лекарств, топлива и др. Замедление скорости реакции позволяет уменьшать потери металла от коррозии, дольше сохранять продукты питания и т. д.

Рассмотрим, какие факторы влияют на скорость химической реакции.

✅ 1. Природа (состав и строение) реагирующих веществ. Реакции между органическими веществами протекают медленнее подобных реакций между неорганическими веществами. По-разному взаимодействуют галогены с водородом: фтор — со взрывом, хлор — со взрывом лишь при нагревании, бром — без взрыва, а реакция водорода с йодом является эндотермической и протекает медленно. Интенсивность взаимодействия щелочных металлов с водой зависит от их восстановительных свойств, которые усиливаются с увеличением радиуса атома.

✅ 2. Температура. Зависимость скорости химической реакции от температуры была установлена в конце 1884 г. голландским учёным Якобом Хендриком Вант-Гоффом.

Математическое выражение правила Вант-Гоффа записывают следующим образом:

где υ₂ — скорость реакции при температуре t₂;
υ₁ — скорость реакции при температуре t₁;
t₂ — конечная температура реакции;
t₁ — начальная температура реакции,
γ (греческая буква «гамма») — температурный коэффициент реакции, который соответствует изменению скорости химической реакции (увеличивает или уменьшает её) при изменении температуры на 10 градусов.

Например, температурный коэффициент какой–либо реакции близок к 3. Это означает, что при повышении температуры на 20 °С скорость реакции возрастёт в 9 раз:

✅ 3. Площадь соприкосновения реагирующих веществ. Этот фактор учитывается для гетерогенных реакций. Напомним, что гетерогенными (от греч. heteros — другой) называются реакции, идущие между веществами разного агрегатного состояния, т. е. имеющими поверхность раздела. Например, на поверхности соприкосновения жидкости или газа с твёрдым веществом и т. д.

Понятно, что, чем больше площадь соприкосновения реагирующих веществ, тем выше скорость химической реакции. Чтобы увеличить её, в промышленности используют особый метод, который называется «кипящий слой». Твёрдое вещество измельчают до очень мелких частиц, через которые затем пропускают снизу второй реагент, как правило, в газообразном состоянии. При прохождении этого реагента через слой измельчённого вещества наблюдается эффект, напоминающий кипение. Метод «кипящего слоя» используется при производстве серной кислоты для обжига серного колчедана, при каталитическом крекинге нефтепродуктов.

✅ 4. Концентрация реагирующих веществ. Зависимость была установлена норвежскими учёными Като Максимилианом Гульдбергом и Петером Вааге в 1867 г. и получила название закона действующих масс.

Математическое выражение закона действующих масс для реакции aА + bВ = dD выглядит так:

где υ — скорость химической реакции, С_А и С_B — концентрации реагентов А и В, а и b — коэффициенты в уравнении реакции, k — коэффициент пропорциональности — константа скорости реакции, которая показывает скорость химической реакции при концентрации реагирующих веществ, равных 1 моль/л.

Например, для второй стадии производства азотной кислоты, которая описывается уравнением 2NO + O₂ = 2NO₂↑, закон действующих масс отражает формула υ = k • C 2 (NO) • С(O₂)

Если в гетерогенной реакции принимает участие твёрдое вещество, его концентрация не входит в уравнение закона. Например, для реакции между раскалённым оксидом меди(II) и водородом СuО + Н₂ = Сu + Н₂O справедливо следующее выражение: υ = k • С(Н₂)

Это означает, что внесение дополнительного количества твёрдого вещества (оксида меди(II)) не оказывает влияния на скорость реакции.

✅ 5. Катализатор. Напомним, что катализаторами (от греч. katalysis — разрушение) называются вещества, изменяющие скорость химической реакции и не входящие в состав продуктов реакции.

Современную химическую промышленность невозможно представить без использования катализаторов. С их помощью ускоряют химические процессы, чтобы быстрее получить нужные вещества и уничтожить вредные (например, химические отходы). Производство минеральных кислот, аммиака и метанола, уксусной кислоты и полимеров, нефтепереработка и производство лекарственных препаратов — около 90 % всех химических производств основано на применении катализаторов.

С помощью катализаторов удаётся повысить производительность химических процессов и уменьшить себестоимость продукции. Катализаторы также позволяют сделать производство экологически более безопасным, т. е. уменьшить загрязнение окружающей среды вредными выбросами.

Катализаторы вошли в жизнь человека, когда он стал использовать процессы брожения для получения уксуса из виноградного сока, варить сыр и выпекать хлеб. Ведь все эти процессы протекают в присутствии биологических катализаторов, или ферментов (от лат. fermentum — закваска). Их также называют энзимами.

Ферменты содержатся во всех живых клетках. Они направляют, регулируют и многократно ускоряют биологические процессы, играя тем самым важную роль в обмене веществ и энергии.

Область применения биологических катализаторов шире, чем неорганических: ежегодный рост их производства в мире составляет 15%, а неорганических — всего 3%. Ферменты «трудятся» в медицине, сельском хозяйстве, пищевой промышленности, защищают окружающую среду, помогают в быту. Например, использование стирального порошка с ферментами — залог успешной стирки. Зная, что ферменты имеют белковую природу и под действием высокой температуры способны денатурировать, вы понимаете, насколько важно следовать инструкции по применению таких порошков.

Обратное влияние на скорость химической реакции оказывают ингибиторы (от лат. inhibere — сдерживать, останавливать) — вещества, подавляющие или задерживающие течение физиологических и физико-химических (главным образом, ферментативных) процессов. Такие вещества важны, как и катализаторы: ингибиторы коррозии, например, помогают сохранить металлы от разрушения.

Конспект урока по химии «Скорость химических реакций». В учебных целях использованы цитаты из пособия «Химия. 11 класс : учеб, для общеобразоват. организаций : базовый уровень / О. С. Габриелян, И. Г. Остроумов, С. А. Сладков. — М. : Просвещение». Выберите дальнейшее действие:

Источник

Урок №4. Скорость химических реакций. Первоначальные представления о катализе

Для оценки скорости необходимо изменение концентрации одного из веществ.

Гомогенные системы (однородные) – газ/газ, жидкость/жидкость – реакции идут во всём объёме.

Гетерогенные (неоднородные) системы – твёрдое/жидкость, газ/твёрдое, жидкость/газ – реакции идут на поверхности раздела фаз.

С корость химической реакции в гомогенной системе

Скорость химической реакции в гетерогенной системе

Таким образом, скорость химической реакции показывает изменение количества вещества в единицу времени, в единице объёма или на единице поверхности раздела фаз. Наибольший интерес представляют реакции, протекающие в однородной (гомогенной) среде.

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СКОРОСТЬ РЕАКЦИИ

Закон действующих масс: Скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ.

При повышении концентрации хотя бы одного из реагирующих веществ скорость химической реакции возрастает в соответствии с кинетическим уравнением.

aA + bB = cC + dD

, где A, B, C, D – газы, жидкости

Кинетическое уравнение примет вид:

υ=k‧C a (A) ‧C b (B)

, где k – коэффициент скорости реакции

Причиной повышения скорости является увеличение числа столкновений реагирующих частиц за счёт увеличения частиц в единице объёма.

КАТАЛИЗАТОРЫ И ИНГИБИТОРЫ

гомогенный катализ (катализатор образует с реагирующими веществами гомогенную систему, например, газовую смесь);

гетерогенный катализ (катализатор и реагирующие вещества находятся в разных фазах; катализ идет на поверхности раздела фаз).

Для увеличения площади соприкосновения реагирующих веществ, их измельчают. Наибольшей степени измельчения достигают путем растворения веществ. Быстрее всего вещества реагируют в растворах.

Например, металлы магний и железо реагируют с соляной кислотой одинаковой концентрации с различной скоростью. Это связано с разной химической активностью металлов.

ПЛОЩАДЬ СОПРИКОСНОВЕНИЯ РЕАГИРУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

Для увеличения площади соприкосновения реагирующих веществ, их измельчают. Наибольшей степени измельчения достигают путем растворения веществ. Быстрее всего вещества реагируют в растворах.

ПРИРОДА РЕАГИРУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

Например, металлы магний и железо реагируют с соляной кислотой одинаковой концентрации с различной скоростью. Это связано с разной химической активностью металлов.

Источник

Химическая кинетика. Скорость химических реакций

Темы кодификатора ЕГЭ: Скорость реакции. Ее зависимость от разных факторов.

Скорость химической реакции показывает, как быстро происходит та или иная реакция. Взаимодействие происходит при столкновении частиц в пространстве. При этом реакция происходит не при каждом столкновении, а только когда частица обладают соответствующей энергией.

Скорость реакции – количество элементарных соударений взаимодействующих частиц, заканчивающихся химическим превращением, за единицу времени.

Определение скорости химической реакции связано с условиями ее проведения. Если реакция гомогенная – т.е. продукты и реагенты находятся в одной фазе – то скорость химической реакции определяется, как изменение концентрации вещества в единицу времени:

υ = ΔC / Δt

Если реагенты, или продукты находятся в разных фазах, и столкновение частиц происходит только на границе раздела фаз, то реакция называется гетерогенной, и скорость ее определяется изменением количества вещества в единицу времени на единицу реакционной поверхности:

υ = Δν / (S·Δt)

Факторы, влияющие на скорость химической реакции

1. Температура

Обратите внимание! Это правило работает одинаково для всех химических реакций (в том числе для экзотермических и эндотермических). Скорость реакции не зависит от теплового эффекта. Скорость экзотермических реакций при повышении температуры возрастает, а при понижении температуры – уменьшается. Скорость эндотермических реакций также возрастает при повышении температуры, и уменьшается при понижении температуры.

Более того, еще в XIX веке голландский физик Вант-Гофф экспериментально установил, что скорость большинства реакций примерно одинаково изменяется (примерно в 2-4 раза) при изменении температуры на 10 о С.

Правило Вант-Гоффа звучит так: повышение температуры на 10 о С приводит к увеличению скорости химической реакции в 2-4 раза (эту величину называют температурный коэффициент скорости химической реакции γ).

Точное значение температурного коэффициента определяется для каждой реакции.

здесь v₂ — скорость реакции при температуре T₂,

v₁ — скорость реакции при температуре T₁,

γ — температурный коэффициент скорости реакции, коэффициент Вант-Гоффа.

В некоторых ситуациях повысить скорость реакции с помощью температуры не всегда удается, т.к. некоторые вещества разлагаются при повышении температуры, некоторые вещества или растворители испаряются при повышенной температуре, т.е. нарушаются условия проведения процесса.

2. Концентрация

На основании большого числа экспериментов в 1867 году в работах норвежских ученых П. Гульденберга и П. Вааге и, независимо от них, в 1865 году русским ученым Н.И. Бекетовым был выведен основной закон химической кинетики, устанавливающий зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ:

Скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степенях, равных их коэффициентам в уравнении химической реакции.

Для химической реакции вида: aA + bB = cC + dD закон действующих масс записывается так:

здесь v — скорость химической реакции,

C_A и C_B — концентрации веществ А и В, соответственно, моль/л

k – коэффициент пропорциональности, константа скорости реакции.

закон действующих масс выглядит так:

Константа скорости реакции k показывает, с какой скоростью будут реагировать вещества, если их концентрации равны 1 моль/л, или их произведение равно 1. Константа скорости химической реакции зависит от температуры и не зависит от концентрации реагирующих веществ.

В законе действующих масс не учитываются концентрации твердых веществ, т.к. они реагируют, как правило, на поверхности, и количество реагирующих частиц на единицу поверхности при этом не меняется.

В большинстве случаев химическая реакция состоит из нескольких простых этапов, в таком случае уравнение химической реакции показывает лишь суммарное или итоговое уравнение происходящих процессов. При этом скорость химической реакции сложным образом зависит (или не зависит) от концентрации реагирующих веществ, полупродуктов или катализатора, поэтому точная форма кинетического уравнения определяется экспериментально, или на основании анализа предполагаемого механизма реакции. Как правило, скорость сложной химической реакции определяется скоростью его самого медленного этапа (лимитирующей стадии).

3. Давление

pV = νRT

Например. Как изменится скорость реакции сплавления извести с оксидом кремния:

при повышении давления?

Правильным ответом будет – никак, т.к. среди реагентов нет газов, а карбонат кальция – твердая соль, нерастворимая в воде, оксид кремния – твердое вещество. Газом будет продукт – углекислый газ. Но продукты не влияют на скорость прямой реакции.

4. Катализатор

Катализаторы – это химические вещества, участвующие в химической реакции, изменяющие ее скорость и направление, но не расходующиеся в ходе реакции (по окончании реакции не изменяющиеся ни по количеству, ни по составу). Примерный механизм работы катализатора для реакции вида А + В можно представить так:

A + K = AK

AK + B = AB + K

Процесс изменения скорости реакции при взаимодействии с катализатором называют катализом. Катализаторы широко применяют в промышленности, когда необходимо увеличить скорость реакции, либо направить ее по определенному пути.

По фазовому состоянию катализатора различают гомогенный и гетерогенный катализ.

Гомогенный катализ – это когда реагирующие вещества и катализатор находятся в одной фазе (газ, раствор). Типичные гомогенные катализаторы – кислоты и основания. органические амины и др.

Гетерогенный катализ – это когда реагирующие вещества и катализатор находятся в разных фазах. Как правило, гетерогенные катализаторы – твердые вещества. Т.к. взаимодействие в таких катализаторах идет только на поверхности вещества, важным требованием для катализаторов является большая площадь поверхности. Гетерогенные катализаторы отличает высокая пористость, которая увеличивает площадь поверхности катализатора. Так, суммарная площадь поверхности некоторых катализаторов иногда достигает 500 квадратных метров на 1 г катализатора. Большая площадь и пористость обеспечивают эффективное взаимодействие с реагентами. К гетерогенным катализаторам относятся металлы, цеолиты — кристаллические минералы группы алюмосиликатов (соединений кремния и алюминия), и другие.

Пример гетерогенного катализа – синтез аммиака:

В качестве катализатора используется пористое железо с примесями Al₂O₃ и K₂O.

Сам катализатор не расходуется в ходе химической реакции, но на поверхности катализатора накапливаются другие вещества, связывающие активные центры катализатора и блокирующие его работу (каталитические яды). Их необходимо регулярно удалять, путем регенерации катализатора.

В биохимических реакция очень эффективными оказываются катализаторы – ферменты. Ферментативные катализаторы действуют эффективно и избирательно, с избирательностью 100%. К сожалению, ферменты очень чувствительны к повышению температуры, кислотности среды и другим факторам, поэтому есть ряд ограничений для реализации в промышленных масштабах процессов с ферментативным катализом.

Катализаторы не стоит путать с инициаторами процесса и ингибиторами.

Ингибиторы – это вещества, которые замедляют химическую реакцию. Ингибиторы могут расходоваться и участвовать в химической реакции. При этом ингибиторы не являются катализаторами наоборот. Обратный катализ в принципе невозможен – реакция в любом случае будет пытаться идти по наиболее быстрому пути.

5. Площадь соприкосновения реагирующих веществ

В промышленности для увеличения площади контактирующей поверхности реагирующих веществ используют метод «кипящего слоя».

6. Природа реагирующих веществ

На скорость химических реакций при прочих равных условиях также оказывают влияние химические свойства, т.е. природа реагирующих веществ.

Менее активные вещества будут имеют более высокий активационный барьер, и вступают в реакции медленнее, чем более активные вещества.

Более активные вещества имеют более низкую энергию активации, и значительно легче и чаще вступают в химические реакции.

Более стабильные вещества — это, например, те вещества, которые окружают нас в быту, либо существуют в природе.

Более активные вещества мы можем встретить в быту и природе сравнительно редко.

При небольших значениях энергии активации (менее 40 кДж/моль) реакция проходит очень быстро и легко. Значительная часть столкновений между частицами заканчивается химическим превращением. Например, реакции ионного обмена происходят при обычных условиях очень быстро.

При высоких значениях энергии активации (более 120 кДж/моль) лишь незначительное число столкновений заканчивается химическим превращением. Скорость таких реакций пренебрежимо мала. Например, азот с кислородом практически не взаимодействует при нормальных условиях.

При средних значениях энергии активации (от 40 до 120 кДж/моль) скорость реакции будет средней. Такие реакции также идут при обычных условиях, но не очень быстро, так, что их можно наблюдать невооруженным глазом. К таким реакциям относятся взаимодействие натрия с водой, взаимодействие железа с соляной кислотой и др.

Вещества, стабильные при нормальных условиях, как правило, имеют высокие значения энергии активации.

Источник

Химические реакции. Скорость химических реакций

Урок 5. Химия 9 класс ФГОС

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Химические реакции. Скорость химических реакций»

Химические реакции. Скорость химической реакции

Что же такое химическая реакция? Представьте, химическая реакция (от лат. реакция – противодействие, отпор) – это какое-то ответное действие веществ на воздействие других веществ и физических факторов: температуры, давления, излучения и т.д. При химических реакциях обязательно разрушаются одни химические связи и возникают новые, поэтому из одних веществ образуются новые.

Химические реакции протекают как внутри нас, так и в окружающем мире.

Давайте вспомним, какие же мы знаем признаки классификации химических реакций.

По числу и составу исходных веществ и продуктов, реакции делятся на:

К реакциям соединения относятся реакции, в результате которых из двух или нескольких простых или сложных веществ образуется одно сложное.

Например, в реакции магния с кислородом образуется оксид магния. Эта реакция сопровождаются выделением света и тепла. Поэтому её ещё называют реакцией горения.

В реакцию соединения могут вступать и два сложных вещества с образованием одного сложного. Например, в реакции двух сложных веществ оксида кальция с водой образуется новое сложное вещество – гидроксид кальция.

К реакциям разложения относятся реакции, в результате которых из одного сложного вещества образуется два или более новых веществ.

Например, реакция разложения оксида ртути (II). В результате этой реакции образуется ртуть и кислород. Или, например, при разложении воды в электролизёре образуется кислород и водород.

К реакциям замещения относятся реакции, в результате которых атомы простого вещества замещают атомы одного из элементов в сложном веществе, при этом образуется новое простое и новое сложное вещество.

К реакциям замещения относятся реакции взаимодействия металлов с кислотами и металлов с солями. Так, в реакции цинка с серной кислотой образуется новое сложное вещество – сульфат цинка и выделяется газ водород (новое простое вещество).

Или, как в реакции меди с раствором нитрата серебра (I) атомы меди замещают атомы серебра в сложном веществе, и образуется новое сложное вещество – нитрат меди (II) и новое простое – серебро.

В реакциях обмена обязательно участвуют два сложных вещества, которые обмениваются своими составными частями.

Так, в реакции сульфата натрия с хлоридом бария образуется две новые соли – хлорид натрия и сульфат бария.

По признаку выделения теплоты реакции делятся на:

Если реакции протекают с выделением теплоты, то такие реакции называются экзотермическими

Если реакции протекает с поглощением теплоты, то их называют эндотермическими.

К экзотермическим реакциям относится реакция горения магния, а реакция разложения ртути является эндотермической.

По признаку обратимости реакции делятся на:

Обратимые реакции всегда протекают одновременно в двух противоположных направлениях, как реакция получения аммиака их двух простых веществ – азота и водорода. В этих реакциях вместо знака равенства ставится знак обратимости.

Необратимые реакции идут до конца, т.е. в результате этих реакций образуется газ, осадок или слабый электролит. Например, в реакции соляной кислоты и карбоната калия образуется углекислый газ и вода, т.е. реакция прошла до конца.

По признаку участия катализатора реакции делятся на:

Каталитические реакции – это реакции, протекающие с участием катализатора. Например, реакция получения оксида серы (VI) из оксида серы (IV) является каталитической, т.к. необходимым условием её протекания является наличие катализатора оксида ванадия (V).

По признаку изменения степени окисления реакции делятся на:

· реакции, протекающие без изменения степени окисления

· реакции, протекающие с изменением степени окисления, или окислительно-восстановительные

Так, реакция разложения гидроксида меди (II) на оксид меди (II) и воду протекает без изменения степени окисления. Ни один элемент, в этой реакции, не изменил свою степень окисления.

А реакция взаимодействия цинка с серной кислотой является окислительно-восстановительной, т.к. цинк изменяет степень окисления с 0 до +2, а водород понижает свою степень окисления с +1 до 0. Цинк является восстановителем, а водород окислителем.

По агрегатному состоянию реагирующих веществ, реакции делятся на:

Гомо, означает одинаковый, поэтому в гомогенных реакциях вещества находятся в одинаковом агрегатном состоянии, т.е. только в жидком или газообразном.

Так, в реакции соляной кислоты и гидроксида натрия оба вещества находятся в жидком состоянии, поэтому эта гомогенная реакция.

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

Гетеро, означает разный, поэтому в этих реакциях вещества находятся в разных агрегатных состояниях.

Так, например, реакция горения серы является гетерегенной, т.к. вступающая в реакцию сера является твёрдым веществом, а кислород – газообразным.

Попробуем провести эксперимент. Поместим железный гвоздь в раствор сульфата меди (II). И что же наблюдаем? Через некоторое время на той части гвоздя, которая была помещена в раствор осела медь, раствор тоже поменял свою окраску с голубой на, жёлтую.

Охарактеризуем эту реакцию по всем признакам.

1. реакция замещения, потому что из исходного сложного вещества (сульфата меди (II)) и исходного простого (железа) образуется новое сложное (сульфат железа (II)) и новое простое вещество (медь).

2. реакция необратимая. Она протекает только в одном направлении (между левой и правой частью уравнения стоит знак равенства).

3. реакция экзотермическая, т.к. протекает с выделением незначительного количества теплоты, ведь в опыте не требуется нагревание.

4. реакция окислительно-восстановительная, потому что медь и железо изменили свои степени окисления: медь с +2 до 0, железо с 0 до +2, медь является окислителем, а железо восстановителем.

5. реакция гетерогенная. Она протекает между твёрдым веществом и раствором.

6. Реакция является некаталитической, т.к. катализатор не участвует в этой реакции.

Однако для того чтобы прошла химическая реакция, реагирующие частицы должны столкнуться друг с другом. Но не всегда это столкновение приводит к их взаимодействию. Для этого, частицы должны быть достаточно активными, т.е. обладать таким запасом энергии, который приводит к ослаблению химических связей, а потом и к разрыву их.

Например, у нас вступают в реакцию вещество А и вещество Б. На оси ординат отложена энергия. Для того чтобы у нас образовалось вещество В, исходные вещества А и Б должны преодолеть энергетический барьер. На вершине этой кривой – переходное состояние, т.е. здесь нет уже веществ А и Б, но и ещё не образовалось вещество В. Это состояние существует очень короткое время, после чего образуется вещество В и выделяется энергия.

Теперь мы плавно можем перейти к изучению и скорости химической реакции. Если энергия активации мала, то скорость реакции будет высокой, но если энергия активации велика, то реакции будут протекать медленно.

Известно, что некоторые химические реакции протекают очень быстро. Например, если добавить раствор нитрата серебра к раствору хлорида натрия, то практически мгновенно выпадает белый творожистый осадок, или если к раствору карбоната калия добавить соляной кислоты, то сразу же вы увидим выделение пузырьков газа, с огромной скоростью протекают реакции, сопровождающиеся взрывом.

Золотые украшения сохраняют свою красоту и блеск веками. А вот брошенный на улице старый автомобиль спустя несколько лет превращается в груду ржавого металлолома; долька яблока уже через несколько часов покрывается бурой пленкой. Такие реакции, как рост сталактитов и сталагмитов в пещерах, разрушение статуй под действием кислотных дождей, протекают очень медленно.

Любопытно, что с точки зрения химической термодинамики возможны все перечисленные процессы, даже окисление золота. Просто у них разные скорости. Одной реакции требуются для завершения микросекунды, другой – миллионы лет. Почему так? Термодинамика ответить на этот вопрос бессильна: в этой теории не учитывается время скорости химических реакций, которую изучает химическая кинетика. Более того, химическая кинетика дает ключ к управлению реакций.

Что же такое скорость?

Например, Бальзак прочитывал 200 страниц за полчаса

Наполеон читал со скоростью две тысячи слов в минуту, т.е. 12.000 знаков.

Археолог Р. Шлиман путём тренировок добился того, что очередной иностранный язык выучивал за 6-8 недель.

Ураган движется со скоростью 125 миль в час.

Как определить скорость, а в частности скорость химической реакции? Количественной характеристикой быстроты протекания химической реакции является скорость химической реакции, которую обозначают латинской буквой υ.

Скорость химической реакции определяется изменением концентрации исходных веществ или продуктов реакции в единицу времени.

От чего же зависит сама скорость химической реакции?

· она зависит от природы реагирующих веществ. Сейчас мы это докажем. Нальём в две пробирки 1-2 мл соляной кислоты, в одну поместим гранулу цинка, а во вторую кусочек железа такого же размера. Понаблюдаем, что же происходит? В первой пробирке реакция протекает быстрее, чем во второй, это видно по интенсивности выделения водорода. Почему? Да потому, что цинк более активный металл, чем железо и реакция буде протекать быстрее с цинком, чем с железом. То есть природа металла оказывает влияние на скорость этой реакции.

А теперь поместим в две пробирки по грануле цинка и прильём в первую пробирку соляной кислоты, во вторую – уксусной кислоты, но эти кислоты будут одинаковой концентрации. Проследим за изменениями. В первой пробирке скорость реакции гораздо выше, чем во второй. Значит, природа кислоты тоже оказывает влияние на скорость реакции. Т.к. интенсивность выделения водорода в первой реакции больше, значит, и кислота там более сильная, чем во второй пробирке.

· скорость реакции зависит и от концентрации реагирующих веществ. Нальём в три пробирки разное количество соляной кислоты: в первую – 3мл, во втору – 2 мл, а в третью – 1 мл. Затем во вторую пробирку добавим 1 мл воды, а в третью – 2 мл. Получается, что объём жидкости в трёх пробирках у нас одинаковый. А концентрация кислоты? Подумайте? Затем добавим в каждую пробирку по грануле цинка и посмотрим, что будет происходить. Интенсивнее всего водород выделяется в первой пробирке, во второй – менее интенсивно, а в третьей – меньше всего наблюдается выделение водорода. Получается, что концентрация кислоты в первой пробирке была больше всего, а меньше всего в третьей. Следовательно, чем выше концентрация веществ, тем и больше скорость взаимодействия между ними.

· Третьим фактором, влияющим на скорость реакции, является площадь соприкосновения реагирующих веществ. Нальём в две пробирке равное количество соляной кислоты, в первую пробирку поместим кусочек мрамора, а во вторую – мраморную крошку. И что же наблюдаем? Во второй пробирке реакция прошла гораздо быстрее, чем в первой. Ведь площадь соприкосновения во второй пробирке гораздо больше, чем в первой. Поэтому, чем больше площадь соприкосновения реагирующих веществ, тем выше скорость реакции.

Из повседневного опыта вы знаете, что быстрее сгорит 1 кг стружек, чем 1 кг цельной древесины. Когда вы разжигаете костёр, то наверняка, подкладываете под дрова мелкие щепки, а под них скомканную бумагу. При тушении пожаров, наоборот, уменьшают площадь соприкосновения горящих предметов с воздухом.

А на производстве используют так называемый кипящий слой, т.е. измельчают твёрдое вещество до состояния пыли, затем через него снизу пропускают второе вещество, чаще газообразное, когда оно проходит через мелкораздробленный слой, то создает эффект кипения. Этот метод используют при производстве серной кислоты и нефтепродуктов.

Можно самим смоделировать «кипящий слой». Для этого на кольцо лабораторного штатива закрепим кусочек сетчатой ткани. Насыплем на неё 1-2 столовые ложки манной крупы. А снизу будем продувать воздух с помощью резиновой груши. У нас вами тоже получается эффект кипения.

· Четвёртым фактором, который влияет на скорость химической реакции, является температура. В химическое взаимодействие вступают только активные частиц, а при повышении температуры количество этих активных частиц значительно увеличивается, т.к. нагревание сообщает частицам необходимую энергию активации. Поэтому, естественно, что чем выше температура, тем больше скорость реакции.

Я.Х. Вант-Гофф сформулировал правило: при повышении температуры на каждые 10 0 С скорость химической реакции возрастает в 2-4 раза. Эта величина называется температурным коэффициентом (γ).

Поэтому на производстве используются высокотемпературные химические процессы: при выплавке чугуна и стали, варке стекла и мыла, производстве бумаги и нефтепродуктов и др.

Попробуем это доказать с помощью лабораторного опыта. Если, насыпать в две пробирки одинаковое количество чёрного порошка оксида меди (II), и прилить в каждую 3-4 мл раствора серной кислоты. Затем первую пробирку поставить в стакан с горячей водой, а вторую нагреть на пламени спиртовки, то очевидно, что реакция во второй пробирке пойдёт гораздо быстрее, чем в первой, ведь температура выше во втором случае. Таким образом, мы доказали с вами, что, чем выше температура, тем больше скорость реакции.

CuO + 2H + = Cu 2+ + H₂O

· Пятым фактором, от которого зависит скорость реакции, являются катализаторы, но о них вы узнаете чуть позже.

· Кроме этого, такой фактор, как изменение давления влияет на скорость только тех реакций, в которых участвуют газообразные вещества. При увеличении давления уменьшается объём газов, что ведёт к увеличению концентрации газов, а следовательно и увеличению скорости реакции.

Источник