Швидкість хімічної реакції 1 курс. Приклади реакцій із різною швидкістю

Теми кодифікатора ЄДІ:Швидкість реакції. Її залежність від різних чинників.

Швидкість хімічної реакції показує, як швидко відбувається та чи інша реакція. Взаємодія відбувається при зіткненні частинок у просторі. При цьому реакція відбувається не при кожному зіткненні, а тільки коли частка мають відповідну енергію.

Швидкість реакції – кількість елементарних зіткнень взаємодіючих частинок, що закінчуються хімічним перетворенням, за одиницю часу.

Визначення швидкості хімічної реакції пов'язані з умовами проведення. Якщо реакція гомогенна- Тобто. продукти і реагенти знаходяться в одній фазі - швидкість хімічної реакції визначається, як зміна речовини в одиницю часу:

υ = ΔC / Δt.

Якщо реагенти, або продукти перебувають у різних фазах, і зіткнення частинок відбувається лише межі розділу фаз, то реакція називається гетерогенної, та швидкість її визначається зміною кількості речовини в одиницю часу на одиницю реакційної поверхні:

υ = Δν / (S · Δt).

Як змусити частки частіше стикатися, тобто. як збільшити швидкість хімічної реакції?

1. Найпростіший спосіб – підвищити температуру . Як вам, мабуть, відомо з курсу фізики, температура – це міра середньої кінетичної енергії руху частинок речовини. Якщо ми підвищуємо температуру, то частинки будь-якої речовини починають рухатися швидше, а отже, стикатися частіше.

Однак при підвищенні температури швидкість хімічних реакцій збільшується переважно завдяки тому, що збільшується кількість ефективних зіткнень. При підвищенні температури різко збільшується кількість активних частинок, які можуть подолати енергетичний бар'єр реакції. Якщо знижуємо температуру – частки починають рухатися повільніше, кількість активних частинок зменшується, і кількість ефективних зіткнень на секунду зменшується. Таким чином, при підвищенні температури швидкість хімічної реакції підвищується, а при зниженні температури зменшується.

Зверніть увагу! Це правило працює однаково для всіх хімічних реакцій (у тому числі для екзотермічних та ендотермічних). Швидкість реакції залежить від теплового ефекту. Швидкість екзотермічних реакцій у разі підвищення температури зростає, а зниженні температури – зменшується. Швидкість ендотермічних реакцій також зростає при підвищенні температури і зменшується при зниженні температури.

Більше того, ще в XIX столітті голландський фізик Вант-Гофф експериментально встановив, що більшість реакцій приблизно однаково збільшують швидкість (приблизно в 2-4 рази) за підвищення температури на 10 о С. Правило Вант-Гоффа звучить так: підвищення температури на 10 о З призводить до збільшення швидкості хімічної реакції у 2-4 рази (цю величину називають температурний коефіцієнт швидкості хімічної реакції γ). Точне значення температурного коефіцієнта визначається кожної реакції.

Тут v 2 - Швидкість реакції при температурі T 2 , v 1 - швидкість реакції при температурі T 1 , γ - температурний коефіцієнт швидкості реакції, коефіцієнт Вант-Гоффа.

У деяких ситуаціях підвищити швидкість реакції з допомогою температури який завжди вдається, т.к. деякі речовини розкладаються у разі підвищення температури, деякі речовини чи арстворители випаровуються за підвищеної температури і т.д., тобто. порушуються умови проведення процесу.

2. Концентрація. Також підвищити кількість ефективних зіткнень можна, змінивши концентрацію реагуючих речовин . як правило, використовується для газів та рідин, т.к. у газах та рідинах частки швидко рухаються і активно перемішуються. Чим більша концентрація реагуючих речовин (рідин, газів), тим більша кількість ефективних зіткнень, і тим вища швидкість хімічної реакції.

З великої кількості експериментів 1867 року у роботах норвезьких учених П. Гульденберга і П. Вааге і, незалежно від цього, 1865 року російським ученим Н.І. Бекетовим було виведено основний закон хімічної кінетики, що встановлює залежність швидкості хімічної реакції від концентрації речовин, що реагують:

Швидкість хімічної реакції прямо пропорційна добутку концентрацій реагуючих речовин у ступенях, рівних їх коефіцієнтам у рівнянні хімічної реакції.

Для хімічної реакції виду: aA + bB = cC + dD закон мас, що діють, записується так:

тут v - швидкість хімічної реакції,

C A і C B - Концентрації речовин А і В, відповідно, моль/л

k - Коефіцієнт пропорційності, константа швидкості реакції.

Наприкладдля реакції утворення аміаку:

N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3

закон діючих мас виглядає так:

Константа швидкості реакції показує, з якою швидкістю реагуватимуть речовини, якщо їх концентрації дорівнюють 1 моль/л, або їх добуток дорівнює 1. Константа швидкості хімічної реакції залежить від температури і не залежить від концентрації реагуючих речовин.

У законі мас не враховуються концентрації твердих речовин, т.к. вони реагують, як правило, на поверхні, і кількість частинок, що реагують, на одиницю поверхні при цьому не змінюється.

У більшості випадків хімічна реакція складається з несольких простих етапів, у такому разі рівняння хімічної реакції показує лише сумарне або підсумкове рівняння процесів, що відбуваються. При цьому швидкість хімічної реакції складним чином залежить (або не залежить) від концентрації речовин, що реагують, напівпродуктів або каталізатора, тому точна форма кінетичного рівняння визначається експериментально, або на підставі аналізу передбачуваного механізму реакції. Як правило, швидкість складної хімічної реакції визначається швидкістю його найповільнішого етапу ( лімітуючої стадії).

3. Тиск.Для газів концентрація безпосередньо залежить від тиску. При підвищенні тиску збільшується концентрація газів. Математичний вираз цієї залежності (для ідеального газу) – рівняння Менделєєва-Клапейрона:

pV = νRT

Таким чином, якщо серед реагентів є газоподібна речовина, то при підвищенні тиску швидкість хімічної реакції збільшується, при зниженні тиску зменшується .

Наприклад.Як зміниться швидкість реакції сплавлення вапна з оксидом кремнію:

CaCO 3 + SiO 2 ↔ CaSiO 3 + CO 2

при збільшенні тиску?

Правильним відповіддю буде – ніяк, т.к. серед реагентів немає газів, а карбонат кальцію – тверда сіль, нерозчинна у воді, оксид кремнію – тверда речовина. Газом буде продукт – вуглекислий газ. Але продукти не впливають на швидкість прямої реакції.

Ще один спосіб збільшити швидкість хімічної реакції - направити її іншим шляхом, замінивши пряму взаємодію, наприклад, речовин А і В серією послідовних реакцій з третьою речовиною К, які вимагають набагато менших витрат енергії (мають нижчий активаційний енергетичний бар'єр) і протікають при даних умовах швидше, ніж пряма реакція Ця третя речовина називають каталізатором .

– це хімічні речовини, що беруть участь у хімічній реакції, що змінюють її швидкість та напрямок, але не витрачаютьсяв ході реакції (по закінченні реакції, що не змінюються ні за кількістю, ні за складом). Зразковий механізм роботи каталізатора для реакції виду А + можна вибрати так:

A + K = AK

AK + B = AB + K

Процес зміни швидкості реакції при взаємодії з каталізатором називають каталізом. Каталізатори широко застосовують у промисловості, коли необхідно збільшити швидкість реакції, або направити її певним шляхом.

За фазовим станом каталізатора розрізняють гомогенний та гетерогенний каталіз.

Гомогенний каталіз - це коли реагуючі речовини та каталізатор знаходяться в одній фазі (газ, розчин). Типові гомогенні каталізатори – кислоти та основи. органічні аміни та ін.

Гетерогенний каталіз – це коли реагуючі речовини та каталізатор перебувають у різних фазах. Як правило, гетерогенні каталізатори – тверді речовини. Т.к. взаємодія в таких каталізаторах йде лише на поверхні речовини, важливою вимогою для каталізаторів є велика площа поверхні. Гетерогенні каталізатори відрізняє висока пористість, що збільшує площу поверхні каталізатора. Так, сумарна площа поверхні деяких каталізаторів іноді досягає 500 метрів квадратних на 1 г каталізатора. Велика площа та пористість забезпечують ефективну взаємодію з реагентами. До гетерогенних каталізаторів відносяться метали, цеоліти - кристалічні мінерали групи алюмосилікатів (з'єднань кремнію та алюмінію) та інші.

прикладгетерогенного каталізу – синтез аміаку:

N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3

Як каталізатор використовується пористе залізо з домішками Al 2 O 3 і K 2 O.

Сам каталізатор не витрачається в ході хімічної реакції, але на поверхні каталізатора накопичуються інші речовини, що зв'язують активні центри каталізатора і блокують його роботу ( каталітичні отрути). Їх необхідно регулярно видаляти шляхом регенерації каталізатора.

У біохімічних реакціях дуже ефективними виявляються каталізатори. ферменти. Ферментативні каталізатори діють високоефективно та вибірково, з вибірковістю 100%. На жаль, ферменти дуже чутливі до підвищення температури, кислотності середовища та інших факторів, тому є низка обмежень для реалізації у промислових масштабах процесів із ферментативним каталізом.

Каталізатори не варто плутати з ініціаторамипроцесу та інгібіторами. Наприкладдля ініціювання радикальної реакції хлорування метану необхідне опромінення ультрафіолетом. Це не каталізатор. Деякі радикальні реакції ініціюються пероксидними радикалами. Це також не каталізатори.

Інгібітори- Це речовини, які уповільнюють хімічну реакцію. Інгібітори можуть витрачатися та брати участь у хімічній реакції. При цьому інгібітори не є каталізаторами. Зворотний каталіз у принципі неможливий – реакція в будь-якому випадку намагатиметься йти швидшим шляхом.

5. Площа зіткнення реагуючих речовин. Для гетерогенних реакцій одним із способів збільшити кількість ефективних зіткнень є збільшення площі реакційної поверхні . Чим більша площа поверхні контакту реагуючих фаз, тим більша швидкість гетерогенної хімічної реакції. Порошковий цинк набагато швидше розчиняється в кислоті, ніж гранульований цинк такої самої маси.

У промисловості для збільшення площі контактуючої поверхні реагуючих речовин використовують метод киплячого шару. Наприклад, при виробництві сірчаної кислоти методом киплячого прошарку виробляють випал колчедану.

6. Природа реагуючих речовин . На швидкість хімічних реакцій за інших рівних умов впливають хімічні властивості, тобто. природа реагуючих речовин. Менш активні речовини мають більш високий активаційний бар'єр, і вступають у реакції повільніше, ніж активніші речовини. Більш активні речовини мають нижчу енергію активації і значно легше і частіше вступають у хімічні реакції.

При невеликих значеннях активації енергії (менше 40 кДж/моль) реакція проходить дуже швидко і легко. Значна частина зіткнень між частинками закінчується хімічним перетворенням. Наприклад, реакції іонного обміну відбуваються за звичайних умов дуже швидко.

При високих значеннях енергії активації (понад 120 кДж/моль) лише незначна кількість зіткнень закінчується хімічним перетворенням. Швидкість таких реакцій дуже мала. Наприклад, азот з киснем практично не взаємодіє за нормальних умов.

При середніх значеннях енергії активації (від 40 до 120 кДж/моль) швидкість реакції буде середньою. Такі реакції також йдуть за звичайних умов, але не дуже швидко, так що їх можна спостерігати неозброєним оком. До таких реакцій відносяться взаємодія натрію з водою, взаємодія заліза із соляною кислотою та ін.

Речовини, стабільні за нормальних умов, зазвичай, мають високі значення енергії активації.

У житті ми стикаємося із різними хімічними реакціями. Одні з них, як іржавіння заліза, можуть тривати кілька років. Інші, наприклад, зброджування цукру на спирт, - кілька тижнів. Дрова в печі згоряють за кілька годин, а бензин у двигуні - за частку секунди.

Щоб зменшити витрати на обладнання, на хімічних заводах збільшують швидкість реакцій. А деякі процеси, наприклад, псування харчових продуктів, корозію металів - треба сповільнити.

Швидкість хімічної реакціїможна висловити як зміна кількості речовини (n, за модулем) в одиницю часу (t) - порівняйте швидкість тіла, що рухається у фізиці як зміна координат в одиницю часу: υ = Δx/Δt . Щоб швидкість не залежала від об'єму судини, в якій протікає реакція, ділимо вираз на об'єм реагуючих речовин (v), тобто отримуємозміна кількості речовини в одиницю часу в одиниці об'єму, або зміна концентрації однієї з речовин в одиницю часу:

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

де c = n/v - концентрація речовини,

Δ (читається «дельта») – загальноприйняте позначення зміни величини.

Якщо в рівнянні речовин різні коефіцієнти, швидкість реакції для кожного з них, розрахована за цією формулою буде різною. Наприклад, 2 моль сірчистого газу прореагували повністю з 1 моль кисню за 10 секунд в 1 літрі:

2SO 2 + O 2 = 2SO 3

Швидкість по кисню буде: υ = 1: (10 1) = 0,1 моль/л·с

Швидкість по сірчистому газу: υ = 2: (10 1) = 0,2 моль/л·с- це не потрібно запам'ятовувати та говорити на іспиті, приклад наведений для того, щоб не плутатися, якщо виникне це питання.

Швидкість гетерогенних реакцій (за участю твердих речовин) часто виражають на одиницю площі поверхонь, що стикаються:

Δn
υ = –––––– (2)
Δt S

Гетерогенними називаються реакції, коли реагуючі речовини перебувають у різних фазах:

тверда речовина з іншим твердим, рідиною або газом,
дві рідини, що не змішуються,
рідина із газом.

Гомогенні реакції протікають між речовинами в одній фазі:

між добре змішуються рідинами,
газами,
речовинами у розчинах.

Умови, що впливають на швидкість хімічних реакцій

1) Швидкість реакції залежить від природи реагуючих речовин. Простіше кажучи, різні речовини реагують із різною швидкістю. Наприклад, цинк бурхливо реагує із соляною кислотою, а залізо досить повільне.

2) Швидкість реакції тим більше, що вище концентраціяречовин. З сильно розведеною кислотою цинк буде реагувати значно довше.

3) Швидкість реакції значно підвищується із підвищенням температури. Наприклад, горіння палива необхідно його підпалити, т. е. підвищити температуру. Для багатьох реакцій підвищення температури на 10 ° C супроводжується збільшенням швидкості 2-4 рази.

4) Швидкість гетерогеннихреакцій збільшується із збільшенням поверхні реагуючих речовин. Тверді речовини при цьому зазвичай подрібнюють. Наприклад, щоб порошки заліза і сірки при нагріванні вступили в реакцію, залізо має бути у вигляді дрібної тирси.

Зверніть увагу, що в даному випадку мається на увазі формула (1)! Формула (2) виражає швидкість на одиниці площі, отже, не може залежати від площі.

5) Швидкість реакції залежить від наявності каталізаторів чи інгібіторів.

Каталізатори- Речовини, що прискорюють хімічні реакції, але самі при цьому не витрачаються. Приклад - бурхливе розкладання перекису водню при додаванні каталізатора - оксиду марганцю (IV):

2H 2 O 2 = 2H 2 O + O 2

Оксид марганцю (IV) залишається на дні, його можна використати повторно.

Інгібітори- Речовини, що уповільнюють реакцію. Наприклад, для продовження терміну служби труб та батарей у систему водяного опалення додають інгібітори корозії. В автомобілях інгібітори корозії додаються в гальмівну рідину, що охолоджує.

Ще кілька прикладів.

Під швидкістю хімічної реакції розуміють зміну концентрації однієї з реагуючих речовин за одиницю часу при незмінному обсязі системи.

Зазвичай концентрацію виражають у моль/л, а час – у секундах чи хвилинах. Якщо, наприклад, вихідна концентрація однієї з реагуючих речовин становила 1 моль/л, а через 4 з початку реакції вона стала 0,6 моль/л, то середня швидкість реакції дорівнюватиме (1-0,6)/4=0, 1 моль/(л*с).

Середня швидкість реакції обчислюється за такою формулою:

Швидкість хімічної реакції залежить від:

Природи речовин, що реагують.

Речовини з полярним зв'язком у розчинах взаємодіють швидше, це тим, що такі речовини у розчинах утворюються іони, які легко взаємодіють друг з одним.

Речовини з неполярним і малополярним ковалентним зв'язком реагують з різною швидкістю, це залежить від їхньої хімічної активності.

H 2 + F 2 = 2HF (іде дуже швидко з вибухом за кімнатної температури)

H 2 + Br 2 = 2HBr (іде повільно, навіть при нагріванні)

Величини поверхневого дотику реагуючих речовин (для гетерогенних)

Концентрації реагуючих речовин

Швидкість реакції прямопропорційна добутку концентрації речовин, що реагують, зведених у ступінь їх стехіометричних коефіцієнтів.

Температури

Залежність швидкості реакції від температури визначається правилом Вант-Гоффа:

при підвищенні температури на кожні 10 0 швидкість більшості реакцій збільшується у 2-4 рази.

Присутності каталізатора

Каталізаторами називаються речовини, що змінюють швидкість хімічної реакції.

Явище зміни швидкості реакції у присутності каталізатора називається каталізом.

Тиск

При збільшенні тиску швидкість реакції підвищується (для гомогенних)

Питання №26. Закон дії мас. Константа швидкості. Енергія активації.

Закон дії мас.

швидкість, з якою речовини реагують одна з одною, залежить від їхньої концентрації

Константа швидкості.

коефіцієнт пропорційності у кінетичному рівнянні хімічної реакції, що виражає залежність швидкості реакції від концентрації

Константа швидкості залежить від природи речовин, що реагують, і від температури, але не залежить від їх концентрацій.

Енергія активації.

енергія, яку треба повідомити молекулам (часткам) реагуючих речовин, щоб перетворити їх на активні

Енергія активації залежить від природи речовин, що реагують, і змінюється в присутності каталізатора.

Підвищення концентрації збільшується загальна кількість молекул, відповідно активних частинок.

Питання №27. Оборотні та незворотні реакції. Хімічна рівновага, константа рівноваги. Принцип Ле Шательє.

Реакції, які протікають тільки в одному напрямку та завершуються повним перетворенням вихідних речовин на кінцеві, називаються незворотними.

Оборотними називаються такі реакції, які одночасно протікають у двох взаємно протилежних напрямках.

У рівняннях оборотних реакцій між лівою та правою частиною ставлять дві стрілки, спрямовані у протилежні сторони. Прикладом такої реакції може служити синтез аміаку їх водню та азоту:

3H 2 + N 2 = 2NH 3

Необоротними називаються такі реакції, при протіканні яких:

Продукти, що утворюються, випадають в осад, або виділяються у вигляді газу, наприклад:

BaCl 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 + 2HCl

Na 2 CO 3 + 2HCl = 2NaCl + CO 2 + H 2 O

Освіта води:

HCl + NaOH = H 2 O + NaCl

Оборотні реакції не доходять до кінця і закінчуються встановленням хімічної рівноваги.

Хімічна рівновага – це стан системи реагуючих речовин, при якому швидкості прямої та зворотної реакції рівні між собою.

На стан хімічного рівноваги впливає концентрації реагуючих речовин, температура, а газів – і тиск. При зміні одного з цих параметрів хімічна рівновага порушується.

Константа рівноваги.

Найважливіший параметр, що характеризує оборотну хімічну реакцію – константа рівноваги К. Якщо записати для розглянутої оборотної реакції A + D C + D умова рівності швидкостей прямої та зворотної реакції у стані рівноваги – k1[A]рівн[B]рівн = k2[C]рівн[ D]рівень, звідки [C]рівн[D]рівн/[A]рівн[B]рівн = k1/k2 = К, то величина К називається константою рівноваги хімічної реакції.

Отже, при рівновазі відношення концентрації продуктів реакції до твору концентрації реагентів постійно, якщо постійна температура (константи швидкості k1 і k2 і, отже, константа рівноваги залежать від температури, але не залежать від концентрації реагентів). Якщо в реакції беруть участь декілька молекул вихідних речовин і утворюється кілька молекул продукту (або продуктів), концентрації речовин у виразі для константи рівноваги зводяться до стехіометричних коефіцієнтів. Так реакції 3H2 + N2 2NH3 вираз для константи рівноваги записується як K = 2 равн/3равнравн. Описаний спосіб виведення константи рівноваги, заснований на швидкостях прямої та зворотної реакцій, у загальному випадку використовувати не можна, так як для складних реакцій залежність швидкості від концентрації зазвичай не виражається простим рівнянням або взагалі невідома. Тим не менш, у термодинаміці доводиться, що кінцева формула для константи рівноваги виявляється правильною.

Для газоподібних сполук замість концентрацій під час запису константи рівноваги можна використовувати тиск; очевидно, чисельне значення константи при цьому може змінитися, якщо число газоподібних молекул у правій та лівій частинах рівняння не однакові.

Пінцип Ле Шательє.

якщо систему, що у рівновазі, виробляється якесь зовнішнє вплив, то рівновага зміщується убік тієї реакції, яка протидіє цьому впливу.

На хімічну рівновагу впливає:

Зміна температури. При підвищенні температури рівновага зміщується у бік ендотермічної реакції. При зниженні температури рівновага зміщується у бік екзотермічної реакції.

Зміна тиску. При підвищенні тиску рівновага зміщується у бік зменшення числа молекул. При зниженні тиску рівновага зміщується у бік збільшення числа молекул.

Швидкість хімічної реакції

Швидкість хімічної реакції- Зміна кількості однієї з реагуючих речовин за одиницю часу в одиниці реакційного простору. Є ключовим поняттям хімічної кінетики. Швидкість хімічної реакції - величина завжди позитивна, тому, якщо вона визначається за вихідною речовиною (концентрація якої зменшується в процесі реакції), отримане значення множиться на −1.

Наприклад для реакції:

вираз для швидкості виглядатиме так:

. Швидкість хімічної реакції у кожен час пропорційна концентраціям реагентів, зведеним ступеня, рівні їх стехиометрическим коефіцієнтам .

Для елементарних реакцій показник ступеня при значенні концентрації кожної речовини часто дорівнює його стехіометричному коефіцієнту, для складних реакцій це правило не дотримується. Крім концентрації на швидкість хімічної реакції впливають такі фактори:

природа реагуючих речовин,
наявність каталізатора,
температура (правило Вант-Гоффа),
тиск,
площа поверхні реагуючих речовин.

Якщо ми розглянемо найпростішу хімічну реакцію A + B → C, ми помітимо, що миттєвашвидкість хімічної реакції величина непостійна.

Література

Кубасов А. А. Хімічна кінетика та каталіз.
Пригожин І., Дефей Р. Хімічна термодинаміка. Новосибірськ: Наука, 1966. 510 с.
Яблонський Р. С., Биков Ст І., Горбань А. Н., Кінетичні моделі каталітичних реакцій, Новосибірськ: Наука (Сиб. відділення), 1983. - 255 c.

Wikimedia Foundation. 2010 .

Дивитись що таке "Швидкість хімічної реакції" в інших словниках:

Основне поняття хімічної кінетики. Для простих гомогенних реакцій швидкість хімічної реакції вимірюють по зміні числа молей речовини, що прореагувала (при постійному обсязі системи) або по зміні концентрації будь-якої з вихідних речовин. Великий Енциклопедичний словник

ШВИДКІСТЬ ХІМІЧНОЇ РЕАКЦІЇ- Основне поняття хім. кінетики, що виражає відношення кількості речовини, що прореагувала (в молях) до відрізку часу, за який відбулася взаємодія. Оскільки при взаємодії змінюються концентрації речовин, що реагують, швидкість зазвичай … Велика політехнічна енциклопедія

швидкість хімічної реакції- Величина, що характеризує інтенсивність хімічної реакції. Швидкістю утворення продукту реакції називають кількість цього продукту в результаті реакції за одиницю часу в одиниці об'єму (якщо реакція гомогенна) або на…

Величина, що характеризує інтенсивність реакції хімічної. Швидкістю утворення продукту реакції називається кількість цього продукту, що виникає в результаті реакції за одиницю часу в одиниці об'єму (якщо…

основ. Хім концепції. кінетики. Для простих гомогенних реакцій С. х. нар. вимірюють по зміні числа молей прореагував у ва (при пост. Обсязі системи) або по зміні концентрації будь-якого з вихідних або продуктів реакції (якщо обсяг системи …).

Для складних реакцій, що складаються з дек. стадій (простих, або елементарних реакцій), механізм це сукупність стадій, в результаті яких вихідні у ва перетворюються на продукти. Проміжними вами в цих реакціях можуть виступати як молекули, … Природознавство. Енциклопедичний словник

- (англ. Nucleophilic substitution reaction) реакції заміщення, в яких атаку здійснює нуклеофіл реагент, що несе неподілену електронну пару. Йдуча група у реакціях нуклеофільного заміщення називається нуклеофуг. Всі … Вікіпедія

Перетворення одних речовин на інші, відмінні від вихідних за хімічним складом або будовою. Загальна кількість атомів кожного даного елемента, а також самі хімічні елементи, що становлять речовини, залишаються в Р. х. незміненими; цим Р. х … Велика Радянська Енциклопедія

швидкість волочіння- Лінійна швидкість руху металу на виході з волоки, м / с. На сучасних волочильних машинах швидкість волочіння досягає 50-80 м/с. Однак навіть при волочении дроту швидкість, зазвичай, вбирається у 30 40 м/с. При… … Енциклопедичний словник з металургії

Як і будь-які процеси, хімічні реакції відбуваються у часі і тому характеризуються тією чи іншою швидкістю.

Розділ хімії, що вивчає швидкість хімічних реакцій та механізм їх протікання,називається хімічною кінетикою. Хімічна кінетика оперує поняттями "фаза", "система". Фаза – це частина системи, відокремлена з інших її частин поверхнею розділу.

Системи бувають гомогенні та гетерогенні. Гомогенні системискладаються з однієї фази. Наприклад, повітря чи будь-яка суміш газів, розчин солі. Гетерогенні системискладаються з двох або кількох фаз. Наприклад, рідка вода - лід - пара, розчин солі + осад.

Реакції, що протікають у гомогенній системі, називаються гомогенними. Наприклад, N 2(г) + 3H 2(г) = 2NH 3(г). Вони протікають у всьому обсязі. Реакції, що протікають у гетерогенній системі, називаються гетерогенними. Наприклад, С(к) + Про 2(г) = СО 2(г) . Вони протікають поверхні розділу фаз.

Швидкість хімічної реакціївизначається кількістю речовини, що вступає в реакцію або утворюється при реакції за одиницю часу в одиниці обсягу(Для гомогенної реакції) або на одиниці поверхні розділу фаз(Для гетерогенної системи).

Швидкість реакції залежить від природи речовин, що реагують, їх концентрації, температури, присутності каталізаторів.

1. Природа реагуючих речовин.

Реакції протікають у напрямку руйнування менш міцних зв'язків та утворення речовин із міцнішими зв'язками. Так, для розриву зв'язків у молекулах H 2 і N 2 потрібні високі енергії; такі молекули є малореакційними. Для розриву зв'язків у сильнополярних молекулах (HCl, H 2 O) потрібно менше енергії, і швидкість реакції значно вища. Реакції між іонами у розчинах електролітів протікають практично миттєво.

2. Концентрація.

Зі збільшенням концентрації частіше відбуваються зіткнення молекул реагуючих речовин – швидкість реакції зростає.

Залежність швидкості хімічної реакції від концентрації реагуючих речовин виражається законом дії мас (ЗДМ): при постійній температурі швидкість хімічної реакції прямо пропорційна добутку концентрацій реагуючих речовин.

У загальному випадку для гомогенноїреакції

nA(г) + mB(г) = pAB(г)

залежність швидкості реакції виражається рівнянням:

де С А і С - концентрації реагуючих речовин, моль / л; k – константа швидкості реакції. Для конкретної реакції 2NO(г) + O 2(г) = 2NO 2(г) математичний вираз ЗДМ має вигляд:

υ = k∙∙

Константа швидкості реакції k залежить від природи реагуючих речовин, температури та каталізатора, але не залежить від значення концентрацій реагентів. Фізичний зміст константи швидкості полягає в тому, що вона дорівнює швидкості реакції при поодиноких концентраціях речовин, що реагують.

Для гетерогеннихреакцій (коли речовини перебувають у різних агрегатних станах) швидкість реакції залежить від концентрації газів чи розчинених речовин, а концентрація твердої фази в математичне вираз ЕДМ не входить:

nA(к) + mB(г) = pAB(г)

Наприклад, швидкість реакції горіння вуглецю в кисні пропорційна лише концентрації кисню:

З (к) + Про 2(г) = СО 2(к)

3. Температура.

При підвищенні температури збільшується швидкість руху молекул, що призводить у свою чергу до збільшення числа зіткнень між ними. Щоб реакція здійснювалася, стикаються молекули повинні мати певний надлишок енергії. Надмірна енергія, якою повинні мати молекули для того, щоб їх зіткнення могло призвести до утворення нової речовини, називається енергією активації. Енергію активації ( Е а) виражають у кДж/моль. Її величина залежить від природи речовин, що реагують, тобто. кожної реакції своя енергія активації. Молекули, які мають енергію активації, називають активними. Підвищення температури збільшує кількість активних молекул, отже, збільшує швидкість хімічної реакції.

Залежність швидкості хімічної реакції від температури виражається правилом Вант-Гоффа: при підвищенні температури на кожні 10 °C швидкість реакції зростає у 2-4 рази.

де ? 2 і ? 1 - швидкості реакцій при температурах t 2 і t 1

γ - температурний коефіцієнт швидкості реакції, що показує у скільки разів збільшується швидкість реакції при підвищенні температури на 100С.

4. Поверхня дотику реагуючих речовин.

Для гетерогенних систем, що більше поверхню зіткнення, то швидше протікає реакція. Поверхня твердих речовин може бути збільшена шляхом їх подрібнення, а для розчинних речовин шляхом їх розчинення.

5. Каталізатори.

Речовини, які беруть участь у реакціях та збільшують її швидкість, залишаючись до кінця реакції незмінними, називаються каталізаторами. Зміна швидкості реакції під дією каталізаторів називається каталізом. Розрізняють каталіз гомогеннийі гетерогенний.

До гомогенномувідносяться такі процеси, в яких каталізатор знаходиться в тому ж агрегатному стані, що і речовини, що реагують.

2SO 2(г) + O 2(г) 2SO 3(г)

Дія гомогенного каталізатора полягає в утворенні більш менш міцних проміжних активних сполук, з яких він потім повністю регенерується.

До гетерогенномукаталізу відносяться такі процеси, в яких каталізатор та реагуючі речовини знаходяться в різних агрегатних станах, а реакція протікає на поверхні каталізатора.

N 2(г) + 3H 2(г) 2NH 3(г)

Механізм дії гетерогенних каталізаторів складніший за гомогенні. Значну роль цих процесах грають явища поглинання газоподібних і рідких речовин лежить на поверхні твердого речовини – явища адсорбції. В результаті адсорбції збільшується концентрація реагуючих речовин, підвищується їхня хімічна активність, що призводить до збільшення швидкості реакції.