Cum este indicată viteza unei reacții chimice? Formula vitezei de reacție chimică

Viteza unei reacții chimice este modificarea concentrației de reactanți pe unitatea de timp.

În reacțiile omogene, spațiul de reacție se referă la volumul vasului de reacție, iar în reacțiile eterogene, suprafața pe care are loc reacția. Concentrația substanțelor care reacţionează este de obicei exprimată în mol/l - numărul de moli ai unei substanțe într-un litru de soluție.

Viteza unei reacții chimice depinde de natura reactanților, concentrație, temperatură, presiune, suprafața de contact a substanțelor și natura acesteia, precum și prezența catalizatorilor.

O creștere a concentrației de substanțe care intră într-o interacțiune chimică duce la o creștere a vitezei reacției chimice. Acest lucru se întâmplă pentru că totul reacții chimice trece între un anumit număr de particule care reacţionează (atomi, molecule, ioni). Cu cât sunt mai multe aceste particule în volumul spațiului de reacție, cu atât se ciocnesc mai des și are loc interacțiunea chimică. O reacție chimică poate avea loc prin unul sau mai multe acte elementare (coliziuni). Pe baza ecuației reacției, putem scrie o expresie pentru dependența vitezei de reacție de concentrația reactanților. Dacă o singură moleculă participă la un act elementar (în timpul unei reacții de descompunere), dependența va avea următoarea formă:

v= k*[A]

Aceasta este ecuația pentru o reacție monomoleculară. Când două molecule diferite interacționează într-un act elementar, dependența are forma:

v= k*[A]*[B]

Reacția se numește bimoleculară. În cazul unei coliziuni a trei molecule, expresia este valabilă:

v= k*[A]*[B]*[C]

Reacția se numește trimoleculară. Denumirile coeficientului:

v — viteza de reacție;

[A], [B], [C] sunt concentrațiile substanțelor care reacţionează;

k—coeficient de proporționalitate; numită constanta vitezei de reacție.

Dacă concentrațiile reactanților sunt egale cu unu (1 mol/l) sau produsul lor este egal cu unu, atunci v = k.. Constanta de viteză depinde de natura reactanților și de temperatură. Dependența vitezei reacțiilor simple (adică a reacțiilor care au loc printr-un act elementar) de concentrare este descrisă de legea acțiunii masei: viteza unei reacții chimice este direct proporțională cu produsul concentrației de reactanți crescută la puterea coeficienților lor stoichiometrici.

De exemplu, să ne uităm la reacția 2NO + O 2 = 2NO 2.

În ea v= k* 2 *

În cazul în care ecuația unei reacții chimice nu corespunde actului elementar de interacțiune, ci reflectă doar relația dintre masa substanțelor care au reacționat și substanțele formate, atunci puterile concentrațiilor nu vor fi egale cu coeficienţi care apar în faţa formulelor substanţelor corespunzătoare din ecuaţia reacţiei. Pentru o reacție care are loc în mai multe etape, viteza reacției este determinată de viteza celei mai lente (limitatoare) etape.

Această dependență a vitezei de reacție de concentrația reactanților este valabilă pentru gaze și reacții care au loc în soluție. Reacțiile care implică solide nu respectă legea acțiunii masei, deoarece interacțiunea moleculelor are loc numai la interfață. În consecință, viteza unei reacții eterogene depinde și de mărimea și natura suprafeței de contact a fazelor de reacție. Cu cât suprafața este mai mare, cu atât reacția va avea loc mai rapid.

Efectul temperaturii asupra vitezei unei reacții chimice

Efectul temperaturii asupra vitezei unei reacții chimice este determinat de regula Van't Hoff: cu o creștere a temperaturii la fiecare 10 ° C, viteza de reacție crește de 2-4 ori. Din punct de vedere matematic, această regulă este exprimată prin următoarea ecuație:

v t2= v t1*g(t2-t1)/10

Unde v t1Și v t2 — viteze de reacție la temperaturile t2 și t1; g - coeficientul de temperatură al reacției - un număr care arată de câte ori crește viteza de reacție odată cu creșterea temperaturii pentru fiecare 10 ° C. O dependență atât de semnificativă a vitezei unei reacții chimice de temperatură se explică prin faptul că formarea de noi substanțe nu are loc la fiecare ciocnire a moleculelor care reacţionează. Doar acele molecule (molecule active) interacționează care au suficientă energie pentru a rupe legăturile din particulele originale. Prin urmare, fiecare reacție este caracterizată de o barieră energetică. Pentru a o depăși, molecula are nevoie energie activatoare - o anumită energie în exces pe care trebuie să o aibă o moleculă pentru ca ciocnirea ei cu o altă moleculă să conducă la formarea unei noi substanțe. Odată cu creșterea temperaturii, numărul de molecule active crește rapid, ceea ce duce la o creștere bruscă a vitezei de reacție conform regulii lui Van't Hoff. Energia de activare pentru fiecare reacție specifică depinde de natura reactanților.

Teoria coliziunii active ne permite să explicăm influența anumitor factori asupra vitezei unei reacții chimice. Principalele prevederi ale acestei teorii:

• Reacțiile apar atunci când particulele de reactanți care au o anumită energie se ciocnesc.
• Cu cât sunt mai multe particule reactante, cu atât sunt mai aproape unele de altele, cu atât sunt mai multe șanse să se ciocnească și să reacționeze.
• Numai coliziunile eficiente duc la o reacție, adică. acelea în care „legăturile vechi” sunt distruse sau slăbite și, prin urmare, se pot forma altele „noi”. Pentru a face acest lucru, particulele trebuie să aibă suficientă energie.
• Excesul minim de energie necesar pentru ciocnirea efectivă a particulelor reactante se numește energia de activare Ea.
• Activitatea substanțelor chimice se manifestă prin energia scăzută de activare a reacțiilor care le implică. Cu cât energia de activare este mai mică, cu atât este mai mare viteza de reacție. De exemplu, în reacțiile dintre cationi și anioni, energia de activare este foarte scăzută, astfel încât astfel de reacții apar aproape instantaneu

Influența catalizatorului

Unul dintre cele mai eficiente mijloace de influențare a vitezei reacțiilor chimice este utilizarea catalizatorilor. LA atalizer - Acestea sunt substanțe care modifică viteza unei reacții, dar la sfârșitul procesului ele însele rămân neschimbate în compoziție și masă. Cu alte cuvinte, în momentul reacției în sine, catalizatorul este implicat activ în procesul chimic, dar până la sfârșitul reacției, reactanții își schimbă compoziția chimică, transformându-se în produse, iar catalizatorul este eliberat în forma sa originală. . De obicei, rolul unui catalizator este de a crește viteza unei reacții, deși unii catalizatori încetinesc procesul mai degrabă decât să-l accelereze. Se numește fenomenul de accelerare a reacțiilor chimice datorită prezenței catalizatorilor cataliză, si incetiniri - inhibitie.

Unele substanțe nu au efect catalitic, dar adaosurile lor cresc dramatic capacitatea catalitică a catalizatorilor. Astfel de substanțe sunt numite promotori. Alte substanțe (otrăvuri catalitice) reduc sau chiar blochează complet acțiunea catalizatorilor, acest proces se numește intoxicație cu catalizator.

Există două tipuri de cataliză: omogenȘi eterogen. La cataliză omogenă reactanții, produșii și catalizatorul formează o fază (gaz sau lichid). În acest caz, nu există nicio interfață între catalizator și reactanți.

Particularitate cataliză eterogenă este că catalizatorii (de obicei solide) sunt într-o stare de fază diferită de reactanții și produșii reacției. Reacția se dezvoltă de obicei pe suprafața unui solid.

In cataliza omogena, intre catalizator si reactant se formeaza produse intermediare ca urmare a unei reactii cu o energie de activare mai mica. În cataliza eterogenă, creșterea vitezei se explică prin adsorbția reactanților pe suprafața catalizatorului. Ca urmare, concentrația lor crește și viteza de reacție crește.

Un caz special de cataliză este autocataliză. Sensul său este că un proces chimic este accelerat de unul dintre produșii de reacție.

La definirea conceptului viteza de reactie chimica este necesar să se facă distincția între reacțiile omogene și eterogene. Dacă o reacție are loc într-un sistem omogen, de exemplu, într-o soluție sau într-un amestec de gaze, atunci ea are loc în întregul volum al sistemului. Viteza de reacție omogenă este cantitatea de substanță care reacționează sau se formează ca urmare a unei reacții pe unitatea de timp pe unitatea de volum a sistemului. Deoarece raportul dintre numărul de moli ai unei substanțe și volumul în care este distribuită este concentrația molară a substanței, viteza unei reacții omogene poate fi, de asemenea, definită ca modificarea concentrației pe unitatea de timp a oricăreia dintre substanțe: reactivul inițial sau produsul de reacție. Pentru a vă asigura că rezultatul calculului este întotdeauna pozitiv, indiferent dacă se bazează pe un reactiv sau pe un produs, semnul „±” este utilizat în formulă:

În funcție de natura reacției, timpul poate fi exprimat nu numai în secunde, așa cum este cerut de sistemul SI, ci și în minute sau ore. În timpul reacției, mărimea vitezei sale nu este constantă, ci se modifică continuu: scade pe măsură ce concentrațiile substanțelor inițiale scad. Calculul de mai sus oferă valoarea medie a vitezei de reacție pe un anumit interval de timp Δτ = τ 2 – τ 1. Viteza adevărată (instantanee) este definită ca limita la care tinde raportul Δ CU/ Δτ la Δτ → 0, adică viteza adevărată este egală cu derivata concentrației în raport cu timpul.

Pentru o reacție a cărei ecuație conține coeficienți stoichiometrici care diferă de unitate, valorile ratei exprimate pentru diferite substanțe nu sunt aceleași. De exemplu, pentru reacția A + 3B = D + 2E, consumul de substanță A este de un mol, aportul de substanță B este de trei moli și aportul de substanță E este de doi moli. De aceea υ (A) = ⅓ υ (B) = υ (D) =½ υ (E) sau υ (E). = ⅔ υ (IN) .

Dacă are loc o reacție între substanțe situate în diferite faze ale unui sistem eterogen, atunci ea poate avea loc doar la interfața dintre aceste faze. De exemplu, interacțiunea dintre o soluție acidă și o bucată de metal are loc numai pe suprafața metalului. Viteza reacției eterogene este cantitatea de substanță care reacționează sau se formează ca rezultat al unei reacții pe unitatea de timp pe unitatea de suprafață de interfață:

.

Dependența vitezei unei reacții chimice de concentrația reactanților este exprimată prin legea acțiunii masei: la o temperatură constantă, viteza unei reacții chimice este direct proporțională cu produsul concentrațiilor molare ale substanțelor care reacţionează ridicate la puteri egale cu coeficienții din formulele acestor substanțe din ecuația reacției.. Apoi pentru reacție

2A + B → produse

raportul este valabil υ ~ · CU A 2 · CU B, iar pentru trecerea la egalitate se introduce un coeficient de proporționalitate k, numit constanta vitezei de reacție:

υ = k· CU A 2 · CU B = k·[A] 2 ·[B]

(concentrațiile molare în formule pot fi notate cu litera CU cu indicele corespunzător și formula substanței cuprinse între paranteze drepte). Sensul fizic al constantei vitezei de reacție este viteza de reacție la concentrații ale tuturor reactanților egale cu 1 mol/l. Dimensiunea constantei vitezei de reacție depinde de numărul de factori din partea dreaptă a ecuației și poate fi c –1 ; s –1 ·(l/mol); s –1 · (l 2 /mol 2), etc., adică astfel încât în ​​orice caz, în calcule, viteza de reacție să fie exprimată în mol · l –1 · s –1.

Pentru reacțiile eterogene, ecuația legii acțiunii masei include concentrațiile numai acelor substanțe care se află în fază gazoasă sau în soluție. Concentrația unei substanțe în faza solidă este o valoare constantă și este inclusă în constanta de viteză, de exemplu, pentru procesul de ardere a cărbunelui C + O 2 = CO 2, legea acțiunii masei se scrie:

υ = kI·const··= k·,

Unde k= kI const.

În sistemele în care una sau mai multe substanțe sunt gaze, viteza de reacție depinde și de presiune. De exemplu, atunci când hidrogenul interacționează cu vaporii de iod H 2 + I 2 = 2HI, viteza reacției chimice va fi determinată de expresia:

υ = k··.

Dacă creșteți presiunea, de exemplu, de 3 ori, atunci volumul ocupat de sistem va scădea cu aceeași cantitate și, în consecință, concentrațiile fiecăreia dintre substanțele care reacţionează vor crește cu aceeași cantitate. Viteza de reacție în acest caz va crește de 9 ori

Dependența vitezei de reacție de temperatură descris de regula lui van't Hoff: cu fiecare creștere de 10 grade a temperaturii, viteza de reacție crește de 2-4 ori. Aceasta înseamnă că, pe măsură ce temperatura crește într-o progresie aritmetică, viteza unei reacții chimice crește exponențial. Baza în formula de progresie este coeficientul de temperatură al vitezei de reacțieγ, care arată de câte ori crește viteza unei reacții date (sau, ceea ce este același lucru, constanta vitezei) cu o creștere a temperaturii cu 10 grade. Matematic, regula lui Van't Hoff este exprimată prin formulele:

sau

unde și sunt ratele de reacție, respectiv, la inițială t 1 si finala t 2 temperaturi. Regula lui Van't Hoff poate fi exprimată și prin următoarele relații:

; ; ; ,

unde și sunt, respectiv, viteza și constanta de viteză a reacției la temperatură t; și – aceleași valori la temperatură t +10n; n– numărul de intervale de „zece grade” ( n =(t 2 –t 1)/10), prin care temperatura s-a modificat (poate fi un număr întreg sau fracționar, pozitiv sau negativ).

Exemple de rezolvare a problemelor

Exemplul 1. Cum se va schimba viteza reacției 2CO + O 2 = 2CO 2, care are loc într-un vas închis, dacă presiunea se dublează?

Soluţie:

Viteza acestei reacții chimice este determinată de expresia:

υ începe = k· [CO] 2 · [O 2 ].

O creștere a presiunii duce la o creștere de 2 ori a concentrației ambilor reactivi. Ținând cont de acest lucru, rescriem expresia legii acțiunii în masă:

υ 1 = k· 2 · = k·22[CO]2·2[O2] = 8 k·[CO]2 ·[O2] = 8 υ început

Răspuns: Viteza de reacție va crește de 8 ori.

Exemplul 2. Calculați de câte ori va crește viteza de reacție dacă temperatura sistemului crește de la 20 °C la 100 °C, luând valoarea coeficientului de temperatură al vitezei de reacție egală cu 3.

Soluţie:

Raportul vitezelor de reacție la două temperaturi diferite este legat de coeficientul de temperatură și modificarea temperaturii prin formula:

Calcul:

Răspuns: Viteza de reacție va crește de 6561 de ori.

Exemplul 3. La studierea reacției omogene A + 2B = 3D, s-a constatat că pe parcursul a 8 minute de reacție, cantitatea de substanță A din reactor a scăzut de la 5,6 moli la 4,4 moli. Volumul masei de reacție a fost de 56 l. Calculați viteza medie a unei reacții chimice pentru perioada de timp studiată pentru substanțele A, B și D.

Soluţie:

Folosim formula în conformitate cu definiția conceptului de „viteză medie a unei reacții chimice” și înlocuim valorile numerice, obținând rata medie pentru reactivul A:

Din ecuația reacției rezultă că, în comparație cu rata de pierdere a substanței A, rata de pierdere a substanței B este de două ori mai mare, iar rata de creștere a cantității de produs D este de trei ori mai mare. Prin urmare:

υ (A) = ½ υ (B) =⅓ υ (D)

și apoi υ (B) = 2 υ (A) = 2 2,68 10 –3 = 6,36 10 –3 mol l –1 min –1 ;

υ (D) = 3 υ (A) = 3 2,68 10 –3 = 8,04 10 –3 mol l –1 min –1

Răspuns: υ(A) =2,68.10 –3 mol.l–1 ·min–1; υ (B) = 6,36.10–3 mol.l–1 min–1; υ (D) = 8,04·10–3 mol·l–1 min–1.

Exemplul 4. Pentru a determina constanta de viteză a reacției omogene A + 2B → produse, s-au efectuat două experimente la concentrații diferite de substanță B și s-a măsurat viteza de reacție.

Sisteme. Dar această valoare nu reflectă posibilitatea reală ca reacția să aibă loc, ea vitezăși mecanism.

Pentru a înțelege pe deplin o reacție chimică, trebuie să cunoașteți ce tipare de timp există în timpul implementării acesteia, de exemplu. viteza de reactie chimicași mecanismul său detaliat. Studiați viteza și mecanismul reacției cinetica chimică- știința procesului chimic.

Din punct de vedere al cineticii chimice, reacțiile pot fi clasificate în simplu și complex.

Reacții simple– procese care au loc fără formarea de compuși intermediari. În funcție de numărul de particule care participă la el, ele sunt împărțite în monomolecular, bimolecular, trimolecular. Ciocnirea a mai mult de 3 particule este puțin probabilă, așa că reacțiile trimoleculare sunt destul de rare, iar reacțiile cu patru moleculare sunt necunoscute. Reacții complexe– procese formate din mai multe reacţii elementare.

Orice proces se desfășoară cu viteza sa inerentă, care poate fi determinată de schimbările care apar într-o anumită perioadă de timp. In medie viteza de reactie chimica exprimată prin modificarea cantității de substanță n substanță consumată sau primită pe unitatea de volum V pe unitatea de timp t.

υ = ± dn/ dt· V

Dacă se consumă o substanță, punem semnul „-”; dacă se acumulează, punem semnul „+”.

La volum constant:

υ = ± DC/ dt,

Viteza de reacție unitate mol/l s

În general, υ este o valoare constantă și nu depinde de substanța implicată în reacția pe care o monitorizăm.

Dependența concentrației unui reactiv sau produs de timpul de reacție este prezentată sub formă curba cinetica, care arată astfel:

Este mai convenabil să se calculeze υ din datele experimentale dacă expresiile de mai sus sunt transformate în următoarea expresie:

Legea acțiunii în masă. Ordinea și constanta de viteză a reacției

Una dintre formulări legea acțiunii în masă suna asa: Viteza unei reacții chimice omogene elementare este direct proporțională cu produsul concentrațiilor reactanților.

Dacă procesul studiat este reprezentat sub forma:

a A + b B = produse

atunci se poate exprima viteza unei reacții chimice ecuația cinetică:

υ = k [A] a [B] b sau

υ = k·C a A ·C b B

Aici [ A] Și [B] (C A ȘiC B) - concentrațiile de reactivi,

a sib– coeficienții stoichiometrici ai unei reacții simple,

k– constanta vitezei de reacție.

Sensul chimic al cantității k- Acest viteza de reacție la concentrații unice. Adică, dacă concentrațiile substanțelor A și B sunt egale cu 1, atunci υ = k.

Trebuie avut în vedere că în procesele chimice complexe coeficienţii a sib nu coincid cu cele stoichiometrice.

Legea acțiunii în masă este îndeplinită dacă sunt îndeplinite un număr de condiții:

• Reacția este activată termic, adică. energia mișcării termice.
• Concentrația de reactivi este distribuită uniform.
• Proprietățile și condițiile mediului nu se modifică în timpul procesului.
• Proprietățile mediului nu ar trebui să afecteze k.

La procese complexe legea acțiunii în masă nu poate fi aplicat. Acest lucru poate fi explicat prin faptul că un proces complex constă din mai multe etape elementare, iar viteza lui nu va fi determinată de viteza totală a tuturor etapelor, ci doar de o etapă cea mai lentă, care se numește limitare.

Fiecare reacție are propria sa Ordin. Defini ordin privat (parțial). prin reactiv și ordine generală (deplină).. De exemplu, în exprimarea vitezei unei reacții chimice pentru un proces

a A + b B = produse

υ = k·[ A] A·[ B] b

A– comanda după reactiv A

b — comandă după reactiv ÎN

Procedura generala A + b = n

Pentru procese simple ordinea de reacţie indică numărul de specii care reacţionează (coincide cu coeficienţii stoichiometrici) şi ia valori întregi. Pentru procese complexe ordinea reacției nu coincide cu coeficienții stoichiometrici și poate fi oricare.

Să determinăm factorii care influențează viteza reacției chimice υ.

1. Dependența vitezei de reacție de concentrația reactanților

   determinat de legea acțiunii în masă: υ = k[ A] A·[ B] b

Este evident că odată cu creșterea concentrațiilor de reactanți, υ crește, deoarece numărul de ciocniri între substanțele care participă la procesul chimic crește. Mai mult, este important să se țină cont de ordinea reacției: dacă este n=1 pentru un anumit reactiv, atunci viteza acestuia este direct proporțională cu concentrația acestei substanțe. Dacă pentru orice reactiv n=2, apoi dublarea concentrației sale va duce la o creștere a vitezei de reacție de 2 2 = 4 ori, iar creșterea concentrației de 3 ori va accelera reacția de 3 2 = 9 ori.

Să definim conceptul de bază al cineticii chimice - viteza unei reacții chimice:

Viteza unei reacții chimice este numărul de acte elementare ale unei reacții chimice care au loc pe unitate de timp pe unitate de volum (pentru reacții omogene) sau pe unitate de suprafață (pentru reacții eterogene).

Viteza unei reacții chimice este modificarea concentrației de reactanți pe unitatea de timp.

Prima definiție este cea mai restrictivă; Din aceasta rezultă că viteza unei reacții chimice poate fi exprimată și ca o modificare în timp a oricărui parametru al stării sistemului, în funcție de numărul de particule ale oricărei substanțe care reacţionează, per unitate de volum sau suprafață - conductivitate electrică, densitatea optică, constanta dielectrică etc. și așa mai departe. Cu toate acestea, cel mai adesea în chimie se ia în considerare dependența concentrației de reactivi în timp. În cazul reacțiilor chimice unidirecționale (ireversibile) (denumite în continuare doar reacțiile unidirecționale), este evident că concentrațiile substanțelor inițiale sunt în scădere constantă în timp (ΔC în< 0), а концентрации продуктов реакции увеличиваются (ΔС прод >0). Viteza de reacție este considerată pozitivă, deci definiția matematică viteza medie de reacție în intervalul de timp Δt se scrie astfel:

(II.1)

La diferite intervale de timp, viteza medie a unei reacții chimice are valori diferite; viteza de reacție adevărată (instantanee). este definită ca derivată a concentrației în funcție de timp:

(II.2)

Există o reprezentare grafică a dependenței concentrației de reactivi în timp curba cinetica (Figura 2.1).

Orez. 2.1 Curbele cinetice pentru substanțele inițiale (A) și produșii de reacție (B).

Viteza reală de reacție poate fi determinată grafic prin trasarea unei tangente la curba cinetică (Fig. 2.2); viteza de reacție reală la un moment dat este egală în valoare absolută cu tangentei unghiului tangentei:

Orez. 2.2 Definirea grafică a sursei V.

(II.3)

Trebuie remarcat faptul că, dacă coeficienții stoichiometrici din ecuația unei reacții chimice nu sunt aceiași, mărimea vitezei de reacție va depinde de modificarea concentrației căreia a fost determinat reactivul. Evident, în reacție

2H2 + O2 → 2H2O

concentrațiile de hidrogen, oxigen și apă se modifică în grade diferite:

AC(H2) = AC(H20) = 2 AC(O2).

Viteza unei reacții chimice depinde de mulți factori: natura reactanților, concentrația lor, temperatura, natura solventului etc.

Una dintre sarcinile cu care se confruntă cinetica chimică este determinarea compoziției amestecului de reacție (adică, concentrațiile tuturor reactanților) în orice moment, pentru care este necesar să se cunoască dependența vitezei de reacție de concentrații. În general, cu cât concentrația de reactanți este mai mare, cu atât viteza reacției chimice este mai mare. Cinetica chimică se bazează pe așa-numitul. postulatul de bază al cineticii chimice:

Viteza unei reacții chimice este direct proporțională cu produsul concentrațiilor substanțelor care reacţionează, luate la anumite puteri.

Adică pentru reacție

AA + bB + dD + ... → eE + ...

Puteți nota

(II.4)

Coeficientul de proporționalitate k este constantă a vitezei de reacție chimică. Constanta de viteză este numeric egală cu viteza de reacție la concentrații ale tuturor reactanților egale cu 1 mol/l.

Dependența vitezei de reacție de concentrațiile reactanților se determină experimental și se numește ecuația cinetică reactie chimica. Evident, pentru a scrie ecuația cinetică este necesară determinarea experimentală a valorii constantei de viteză și a exponenților la concentrațiile substanțelor care reacţionează. Exponentul pentru concentrația fiecăruia dintre reactanți din ecuația cinetică a unei reacții chimice (în ecuația (II.4) x, y și respectiv z) este ordin privat de reacție pentru această componentă. Suma exponenților din ecuația cinetică a unei reacții chimice (x + y + z) este ordinea generală de reacție . Trebuie subliniat faptul că ordinea de reacție este determinată numai din date experimentale și nu are legătură cu coeficienții stoichiometrici ai reactanților din ecuația de reacție. Ecuația stoichiometrică a unei reacții este o ecuație de bilanț al materialelor și nu poate determina în niciun fel natura cursului acestei reacții în timp.

În cinetica chimică, se obișnuiește să se clasifice reacțiile în funcție de mărimea ordinii generale de reacție. Să luăm în considerare dependența concentrației de reactanți de timp pentru reacțiile ireversibile (unilaterale) de ordinul zero, primul și al doilea.

În viață întâlnim diferite reacții chimice. Unele dintre ele, precum ruginirea fierului, pot dura câțiva ani. Altele, cum ar fi fermentarea zahărului în alcool, durează câteva săptămâni. Lemnele de foc dintr-o sobă arde în câteva ore, iar benzina dintr-un motor arde într-o fracțiune de secundă.

Pentru a reduce costurile cu echipamentele, fabricile chimice măresc viteza reacțiilor. Și unele procese, de exemplu, deteriorarea alimentelor și coroziunea metalelor, trebuie să fie încetinite.

Viteza de reacție chimică poate fi exprimat ca modificarea cantității de materie (n, modulo) pe unitatea de timp (t) - comparați viteza unui corp în mișcare în fizică ca o modificare a coordonatelor pe unitatea de timp: υ = Δx/Δt. Pentru ca viteza să nu depindă de volumul vasului în care are loc reacția, împărțim expresia la volumul substanțelor care reacţionează (v), adică obținem modificarea cantității de substanță pe unitatea de timp pe unitatea de volum sau modificarea concentrației uneia dintre substanțe pe unitatea de timp:

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

unde c = n / v este concentrația substanței,

Δ (a se citi „delta”) este o desemnare general acceptată pentru o modificare a valorii.

Dacă substanțele au coeficienți diferiți în ecuație, viteza de reacție pentru fiecare dintre ele calculată folosind această formulă va fi diferită. De exemplu, 2 moli de dioxid de sulf au reacţionat complet cu 1 mol de oxigen în 10 secunde într-un litru:

2SO2 + O2 = 2SO3

Rata de oxigen va fi: υ = 1: (10 1) = 0,1 mol/l s

Viteza pentru dioxid de sulf: υ = 2: (10 1) = 0,2 mol/l s- acest lucru nu trebuie memorat și spus în timpul examenului, exemplul este dat pentru a nu se încurca dacă apare această întrebare.

Viteza reacțiilor eterogene (care implică solide) este adesea exprimată pe unitatea de suprafață a suprafețelor de contact:

Δn
υ = –––––– (2)
Δt S

Reacțiile sunt numite eterogene atunci când reactanții sunt în faze diferite:

• un solid cu un alt solid, lichid sau gaz,
• două lichide nemiscibile
• lichid cu gaz.

Între substanțe apar reacții omogene într-o fază:

• între lichide bine amestecate,
• gaze,
• substanțe în soluții.

Condiții care afectează viteza reacțiilor chimice

1) Viteza de reacție depinde de natura reactanţilor. Mai simplu spus, diferite substanțe reacționează la viteze diferite. De exemplu, zincul reacționează violent cu acidul clorhidric, în timp ce fierul reacționează destul de lent.

2) Cu cât viteza de reacție este mai mare, cu atât mai rapidă concentraţie substante. Zincul va reacționa mult mai mult timp cu un acid foarte diluat.

3) Viteza de reacție crește semnificativ odată cu creșterea temperatura. De exemplu, pentru ca combustibilul să ardă, este necesar să-l aprindeți, adică să creșteți temperatura. Pentru multe reacții, o creștere de 10°C a temperaturii este însoțită de o creștere de 2-4 ori a vitezei.

4) Viteza eterogen reacțiile crește odată cu creșterea suprafeţele substanţelor care reacţionează. Solidele sunt de obicei măcinate în acest scop. De exemplu, pentru ca fierul și pulberile de sulf să reacționeze atunci când sunt încălzite, fierul de călcat trebuie să fie sub formă de rumeguș fin.

Vă rugăm să rețineți că în acest caz formula (1) este implicită! Formula (2) exprimă viteza pe unitatea de suprafață, prin urmare nu poate depinde de zonă.

5) Viteza de reacție depinde de prezența catalizatorilor sau inhibitorilor.

Catalizatori- substante care accelereaza reactiile chimice, dar nu sunt consumate. Un exemplu este descompunerea rapidă a peroxidului de hidrogen cu adăugarea unui catalizator - oxid de mangan (IV):

2H2O2 = 2H2O + O2

Oxidul de mangan (IV) rămâne în partea de jos și poate fi reutilizat.

Inhibitori- substante care incetinesc reactia. De exemplu, inhibitori de coroziune sunt adăugați la un sistem de încălzire a apei pentru a prelungi durata de viață a țevilor și bateriilor. În mașini, inhibitori de coroziune sunt adăugați la lichidul de frână și lichid de răcire.

Încă câteva exemple.