Ovisnost brzine reakcije na temperaturi. Arrheniusova jednadžba

Neprestano se suočavamo s različitim kemijskim interakcijama. Izgaranje prirodnog plina, hrđanje željeza, kapanje mlijeka - nisu svi procesi koji se detaljno proučavaju u školskom smjeru kemije.

Neke reakcije zahtijevaju frakcije sekundi, a neke interakcije traže dane i tjedne.

Pokušajmo utvrditi ovisnost brzine reakcije na temperaturu, koncentraciju i druge čimbenike. U novom obrazovnom standardu, ovo pitanje se daje minimalnoj količini vremena studiranja. U testovima ispitivanja jedinstvenog stanja postoje zadaci za ovisnost reakcijske brzine na temperaturu, koncentraciju, pa čak i predložene proračunske zadatke. Mnogi učenici srednjih škola doživljavaju određene poteškoće u pronalaženju odgovora na ta pitanja, pa ćemo detaljno analizirati ovu temu.

Relevantnost predmeta koji se razmatra

Informacije o brzini reakcije imaju veliku praktičnu i znanstvenu važnost. Na primjer, u specifičnoj proizvodnji tvari i proizvoda iz određene vrijednosti, izvedba opreme, vrijednost robe, izravno ovisi.

Razvrstavanje tekućih reakcija

Postoji izravan odnos između agregatnog stanja inicijalnih komponenti i proizvoda nastalih tijekom kemijski proces: heterogene interakcije.

Pod sustavom, uobičajeno je implicirati supstancu ili njihovu kombinaciju u kemiji.

Homogeno uzeti u obzir takav sustav, koji se sastoji od jedne faze (iste agregatne države). Kao primjer, možemo spomenuti mješavinu plinova, nekoliko različitih tekućina.

Heterogena je sustav u kojem su reaktanti u obliku plinova i tekućina, krutih tvari i plinova.

Ne postoji samo ovisnost o brzini reakcije na temperaturi, već io fazi u kojoj se koriste komponente koje ulaze u analiziranu interakciju.

Za homogeni sastav, postupak se nastavlja kroz čitav volumen, što značajno poboljšava njegovu kvalitetu.

Ako su polazni materijali u različitim faznim stanjima, onda se maksimalna interakcija promatra na granici faze. Na primjer, kada se aktivni metal otopi u kiselini, stvaranje produkta (soli) se promatra samo na kontaktnoj površini.

Matematički odnos između brzine procesa i različitih čimbenika

Koja je jednadžba ovisnosti brzine kemijske reakcije na temperaturu? Za homogeni proces, brzina se određuje količinom tvari koja ulazi u interakciju ili se stvara tijekom reakcije u volumenu sustava po jedinici vremena.

Za heterogeni proces, brzina se određuje količinom tvari koja reagira ili se dobiva u procesu po jedinici površine tijekom minimalnog vremenskog perioda.

Čimbenici koji utječu na brzinu kemijske reakcije

Priroda reagirajućih tvari jedan je od razloga za različitu brzinu procesa. Na primjer, alkalni metali tvore alkaliju vodom pri sobnoj temperaturi, a proces je praćen intenzivnim oslobađanjem plina vodikom. Plemeniti metali (zlato, platina, srebro) nisu sposobni za takve procese ni na sobnoj temperaturi ni pod grijanjem.

Priroda tvari koje reagiraju faktor koji se uzima u obzir u kemijskoj industriji kako bi se povećala profitabilnost proizvodnje.

Otkrivena je ovisnost između koncentracije reagensa i brzine kemijske reakcije. Što je veći, više čestica će se sudariti, stoga će proces napredovati brže.

Zakon djelujućih masa u matematičkom obliku opisuje izravno proporcionalni odnos između koncentracije inicijalnih tvari i brzine procesa.

Sredinom 19. stoljeća formuliran je od strane ruskog kemičara NN Beketov. Za svaki proces određuje se reakcijska konstanta, koja se ne odnosi na temperaturu, koncentraciju ili prirodu reaktanata.

Kako bi se ubrzao reakcija u kojoj je uključena krutina, potrebno ga je pročistiti u praškastu.

To povećava površinu, što pozitivno utječe na brzinu procesa. Za dizel gorivo koristi se poseban sustav ubrizgavanja, tako da kada dođe u dodir s zrakom, stupanj izgaranja mješavine ugljikovodika značajno se povećava.

grijanje

Ovisnost brzine kemijske reakcije na temperaturu objašnjava se molekularno-kinetičkom teorijom. To omogućuje izračunavanje broja sudara između molekula reagensa pod određenim uvjetima. Ako se podignete s takvim informacijama, tada se u normalnim uvjetima sve procese trebaju nastaviti odmah.

Ali ako uzmemo u obzir specifičan primjer ovisnosti brzine reakcije na temperaturu, ispada da za interakciju najprije treba razbiti kemijske veze između atoma, tako da nove tvari formiraju od njih. To zahtijeva značajnu količinu energije. Koja je ovisnost brzine reakcije na temperaturi? Energija aktivacije određuje mogućnost molekularne rupture, naime, karakterizira stvarnost procesa. Njegove mjerne jedinice su kJ / mol.

Ako indeks energije nije dovoljan, sudar će biti neučinkovit, pa ne prati nastajanje nove molekule.

Grafički prikaz

Odstupanje kemijske brzine reakcije na temperaturu može se prikazati grafički. Kada se grije, povećava se broj sudara između čestica, što pomaže u ubrzavanju interakcije.

Kako grafikon brzine reakcije ovisi o temperaturi? Energija molekula položena je vodoravno, a broj čestica s visokom energijom rezerviran je vertikalno. Graf je krivulja, od koje se može suditi brzina određene interakcije.

Što je veća razlika u energiji od prosjeka, što dalje točka krivulje od maksimuma, a manji postotak molekula ima takvu opskrbu energijom.

Važni aspekti

Je li moguće napisati jednadžbu ovisnosti brzine reakcije na temperaturi? Njegovo povećanje odražava povećanje brzine procesa. Ovisnost ovisi o određenoj vrijednosti, nazvanoj temperaturnom koeficijentu brzine procesa.

Za bilo koju interakciju, konstanta brzine reakcije je ovisno o temperaturi. Ako se povećava za 10 stupnjeva, brzina procesa povećava se za faktor 2-4.

Ovisnost brzine homogenih reakcija na temperaturu može se prikazati u matematičkom obliku.

Za većinu interakcija na sobnoj temperaturni koeficijent u rasponu od 2 do 4. Na primjer, vrijednost koeficijenta temperaturnog porasta temperature od 2,9 stupnja po 100 ubrzava proces gotovo 50.000 puta.

Ovisnost brzine reakcije na temperaturu lako se može objasniti različitim vrijednostima energije aktivacije. Ima minimalnu vrijednost pri izvođenju ionskih procesa, koji se određuju samo interakcijom kationa i aniona. Brojni eksperimenti ukazuju na trenutnu pojavu takvih reakcija.

Pri visokoj vrijednosti energije aktivacije, samo mali broj sudara između čestica dovodi do interakcije. S prosječnom energijom aktivacije, reagensi će stupiti u interakciju s prosječnom brzinom.

Zadaci ovisnosti reakcijske brzine na koncentraciji i temperaturi se uzimaju u obzir samo na višoj razini treninga, često uzrokuju ozbiljne poteškoće za djecu.

Mjerenje brzine procesa

Ti procesi koji zahtijevaju značajnu aktivacijsku energiju, ukazuju na početno puknuće ili slabljenje veza između atoma u početnim materijalima. Istodobno, unose se u neko srednje stanje, nazvanu aktivirani kompleks. To je nestabilna država, brzo se otapa u reakcijskim proizvodima, proces je praćen puštanjem dodatne energije.

U najjednostavnijem obliku, aktivirani kompleks je konfiguracija atoma s prigušenim starim vezama.

Inhibitori i katalizatori

Analizirati ovisnost brzine enzimske reakcije na temperaturu medija. Takve tvari djeluju kao procesni akceleratori.

Oni sami nisu sudionici interakcije, njihov broj ostaje nepromijenjen nakon završetka procesa. Ako katalizatori pridonose porastu brzine reakcije, tada inhibitori, naprotiv, usporavaju taj proces.

Bit ove je stvaranje intermedijarnih spojeva, što rezultira promjenom brzine procesa.

zaključak

U svijetu svake minute postoje različite kemijske interakcije. Kako utvrditi ovisnost brzine reakcije na temperaturu? Arrheniusova jednadžba je matematičko objašnjenje odnosa stope brzine i temperature. To daje ideju o vrijednosti energije aktivacije, koji omogućuju uništenje ili slabljenje veza između atoma u molekulama, distribuciju čestica u novim kemikalijama.

S obzirom na molekularnoj-kinetička teorija, možemo predvidjeti vjerojatnost pojave interakcija između izvornih dijelova, izračunati protok procesa. Među faktora koji utječu na brzinu reakcije, od posebnog značaja je promjena u temperaturi ciljanih tvari međusobno koncentracije posto, površina kontakta, prisutnost katalizatora (inhibitor) i prirodu međusobno komponenata.