Palagi tayong nahaharap sa iba't ibang pakikipag-ugnayang kemikal. Ang pagkasunog ng natural na gas, ang kalawang ng bakal, ang pag-asim ng gatas ay malayo sa lahat ng prosesong detalyadong pinag-aaralan sa kursong kimika ng paaralan.
Ang ilang mga reaksyon ay tumatagal ng mga fraction ng segundo, habang ang ilang mga pakikipag-ugnayan ay tumatagal ng mga araw o linggo.
Subukan nating tukuyin ang pagdepende ng rate ng reaksyon sa temperatura, konsentrasyon, at iba pang mga salik. Sa bagong pamantayang pang-edukasyon, ang pinakamababang halaga ng oras ng pag-aaral ay inilalaan para sa isyung ito. Sa mga pagsusulit ng pinag-isang pagsusulit ng estado, may mga gawain sa pagtitiwala sa rate ng reaksyon sa temperatura, konsentrasyon, at kahit na mga gawain sa pagkalkula ay inaalok. Maraming estudyante sa high school ang nakakaranas ng ilang partikular na kahirapan sa paghahanap ng mga sagot sa mga tanong na ito, kaya susuriin namin ang paksang ito nang detalyado.
Kaugnayan ng isyung isinasaalang-alang
Ang impormasyon tungkol sa rate ng reaksyon ay may malaking praktikal at siyentipikong kahalagahan. Halimbawa, sa isang partikular na produksyon ng mga sangkap at produkto mula sa isang ibinigayang halaga ay direktang nakasalalay sa pagganap ng kagamitan, ang halaga ng mga kalakal.
Pag-uuri ng mga patuloy na reaksyon
May direktang kaugnayan sa pagitan ng estado ng pagsasama-sama ng mga unang bahagi at mga produktong nabuo sa proseso ng kemikal: magkakaibang mga pakikipag-ugnayan.
Ang isang sistema ay karaniwang nauunawaan sa chemistry bilang isang sangkap o kumbinasyon ng mga ito.
Ang homogenous na sistema ay isa na binubuo ng isang yugto (parehong estado ng pagsasama-sama). Bilang halimbawa, maaari nating banggitin ang pinaghalong mga gas, ilang magkakaibang likido.
Ang
Heterogenous ay isang sistema kung saan ang mga reactant ay nasa anyo ng mga gas at likido, solid at gas.
Hindi lamang nakadepende ang rate ng reaksyon sa temperatura, kundi pati na rin sa yugto kung saan ginagamit ang mga bahaging kasangkot sa nasuri na pakikipag-ugnayan.
Ang isang homogenous na komposisyon ay nailalarawan sa pamamagitan ng daloy ng proseso sa buong volume, na makabuluhang nagpapabuti sa kalidad nito.
Kung ang mga paunang substance ay nasa iba't ibang phase state, sa kasong ito, ang maximum na interaksyon ay sinusunod sa hangganan ng phase. Halimbawa, kapag ang isang aktibong metal ay natunaw sa isang acid, ang pagbuo ng isang produkto (asin) ay makikita lamang sa ibabaw ng kanilang kontak.
Matematical na ugnayan sa pagitan ng bilis ng proseso at iba't ibang salik
Ano ang hitsura ng equation para sa rate ng isang kemikal na reaksyon laban sa temperatura? Para sa isang homogenous na proseso, ang rate ay tinutukoy ng halagaisang sangkap na nakikipag-ugnayan o nabubuo sa panahon ng isang reaksyon sa dami ng system bawat yunit ng oras.
Para sa isang heterogenous na proseso, tinutukoy ang rate sa pamamagitan ng dami ng substance na tumutugon o ginawa sa proseso bawat unit area para sa isang minimum na yugto ng panahon.
Mga salik na nakakaapekto sa bilis ng isang kemikal na reaksyon
Ang likas na katangian ng mga tumutugon na sangkap ay isa sa mga dahilan ng iba't ibang bilis ng mga proseso. Halimbawa, ang mga alkali metal ay bumubuo ng alkali na may tubig sa temperatura ng silid, at ang proseso ay sinamahan ng matinding ebolusyon ng gas na hydrogen. Ang mga marangal na metal (ginto, platinum, pilak) ay hindi kaya ng mga ganitong proseso sa temperatura ng silid o kapag pinainit.
Ang katangian ng mga reactant ay isang salik na isinasaalang-alang sa industriya ng kemikal upang mapataas ang kakayahang kumita ng produksyon.
Ang kaugnayan sa pagitan ng konsentrasyon ng mga reagents at ang bilis ng isang kemikal na reaksyon ay naihayag. Kung mas mataas ito, mas maraming particle ang magbabangga, samakatuwid, ang proseso ay magpapatuloy nang mas mabilis.
Ang batas ng pagkilos ng masa sa anyong matematikal ay naglalarawan ng direktang proporsyonal na relasyon sa pagitan ng konsentrasyon ng mga panimulang sangkap at ang bilis ng proseso.
Ito ay binuo noong kalagitnaan ng ikalabinsiyam na siglo ng Russian chemist na si N. N. Beketov. Para sa bawat proseso, tinutukoy ang isang pare-parehong reaksyon, na hindi nauugnay sa temperatura, konsentrasyon, o likas na katangian ng mga reactant.
Kaypara mapabilis ang isang reaksyon na kinasasangkutan ng isang solid, kailangan mong durugin ito hanggang maging pulbos.
Sa kasong ito, tumataas ang surface area, na may positibong epekto sa bilis ng proseso. Para sa diesel fuel, isang espesyal na sistema ng pag-iniksyon ang ginagamit, dahil kung saan, kapag ito ay nakipag-ugnayan sa hangin, ang rate ng pagkasunog ng pinaghalong hydrocarbon ay tumataas nang malaki.
Heating
Ang dependence ng rate ng isang kemikal na reaksyon sa temperatura ay ipinaliwanag ng molecular kinetic theory. Pinapayagan ka nitong kalkulahin ang bilang ng mga banggaan sa pagitan ng mga molekula ng mga reagents sa ilalim ng ilang mga kundisyon. Gamit ang naturang impormasyon, sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang lahat ng proseso ay dapat magpatuloy kaagad.
Ngunit kung isasaalang-alang natin ang isang tiyak na halimbawa ng pag-asa ng rate ng reaksyon sa temperatura, lumalabas na para sa pakikipag-ugnayan ay kinakailangan munang masira ang mga bono ng kemikal sa pagitan ng mga atomo upang makabuo ng mga bagong sangkap mula sa kanila. Nangangailangan ito ng malaking halaga ng enerhiya. Ano ang pagdepende ng rate ng reaksyon sa temperatura? Tinutukoy ng enerhiya ng pag-activate ang posibilidad ng pagkalagot ng mga molekula, nailalarawan nito ang katotohanan ng mga proseso. Ang mga unit nito ay kJ/mol.
Kung kulang ang enerhiya, hindi magiging epektibo ang banggaan, kaya hindi ito sinasamahan ng pagbuo ng bagong molekula.
Graphikal na representasyon
Ang dependence ng rate ng isang kemikal na reaksyon sa temperatura ay maaaring ilarawan nang graphical. Kapag pinainit, tataas ang bilang ng mga banggaan sa pagitan ng mga particle, na nag-aambag sa pagpapabilis ng pakikipag-ugnayan.
Ano ang hitsura ng isang rate ng reaksyon kumpara sa graph ng temperatura? Ang enerhiya ng mga molekula ay naka-plot nang pahalang, at ang bilang ng mga particle na may mataas na reserbang enerhiya ay ipinahiwatig nang patayo. Ang graph ay isang curve na maaaring gamitin upang hatulan ang bilis ng isang partikular na pakikipag-ugnayan.
Kung mas malaki ang pagkakaiba ng enerhiya mula sa average, mas malayo ang punto ng curve mula sa maximum, at mas maliit na porsyento ng mga molekula ang may reserbang enerhiya.
Mahalagang aspeto
Posible bang sumulat ng isang equation para sa pagtitiwala ng pare-pareho ang rate ng reaksyon sa temperatura? Ang pagtaas nito ay makikita sa pagtaas ng bilis ng proseso. Ang nasabing pagdepende ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang tiyak na halaga, na tinatawag na koepisyent ng temperatura ng rate ng proseso.
Para sa anumang pakikipag-ugnayan, ang pag-asa ng pare-pareho ang rate ng reaksyon sa temperatura ay ipinahayag. Kung ito ay tumaas ng 10 degrees, ang bilis ng proseso ay tataas ng 2-4 na beses.
Dependence ng rate ng homogenous na reaksyon sa temperatura ay maaaring katawanin sa mathematical form.
Para sa karamihan ng mga pakikipag-ugnayan sa temperatura ng silid, ang koepisyent ay nasa hanay mula 2 hanggang 4. Halimbawa, sa coefficient ng temperatura na 2.9, ang pagtaas ng temperatura na 100 degrees ay nagpapabilis sa proseso ng halos 50,000 beses.
Dependence ng rate ng reaksyon sa temperatura ay madaling maipaliwanag ng iba't ibang halaga ng activation energy. Ito ay may pinakamababang halaga sa panahon ng mga proseso ng ionic, na natutukoy lamang sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan ng mga cation at anion. Maraming mga eksperimento ang nagpapatotoo sa agarang paglitaw ng mga naturang reaksyon.
Kapag mataas ang activation energy, kakaunting bilang lamang ng banggaan sa pagitan ng mga particle ang hahantong sa pagpapatupad ng pakikipag-ugnayan. Sa average na activation energy, ang mga reactant ay makikipag-ugnayan sa average na bilis.
Ang mga takdang-aralin sa dependence ng rate ng reaksyon sa konsentrasyon at temperatura ay isinasaalang-alang lamang sa senior level ng edukasyon, kadalasang nagdudulot ng malubhang kahirapan para sa mga bata.
Pagsusukat sa bilis ng isang proseso
Ang mga prosesong iyon na nangangailangan ng makabuluhang activation energy ay kinabibilangan ng paunang pagkasira o pagpapahina ng mga bono sa pagitan ng mga atomo sa orihinal na mga sangkap. Sa kasong ito, pumasa sila sa isang tiyak na intermediate state, na tinatawag na activated complex. Ito ay isang hindi matatag na estado, sa halip ay mabilis na nabubulok sa mga produkto ng reaksyon, ang proseso ay sinasamahan ng paglabas ng karagdagang enerhiya.
Sa pinakasimpleng anyo nito, ang isang activated complex ay isang configuration ng mga atom na may humina na lumang bond.
Inhibitors at catalyst
Suriin natin ang dependence ng enzymatic reaction rate sa medium temperature. Ang mga naturang sangkap ay kumikilos bilang mga acceleratorproseso.
Sila mismo ay hindi kalahok sa pakikipag-ugnayan, ang kanilang numero pagkatapos makumpleto ang proseso ay nananatiling hindi nagbabago. Kung pinapataas ng mga catalyst ang rate ng reaksyon, ang mga inhibitor, sa kabilang banda, ay nagpapabagal sa prosesong ito.
Ang esensya nito ay ang pagbuo ng mga intermediate compound, bilang resulta kung saan ang pagbabago sa bilis ng proseso ay naobserbahan.
Konklusyon
Iba't ibang kemikal na interaksyon ang nagaganap bawat minuto sa mundo. Paano maitatag ang pagtitiwala ng rate ng reaksyon sa temperatura? Ang Arrhenius equation ay isang mathematical na paliwanag ng relasyon sa pagitan ng rate constant at temperatura. Nagbibigay ito ng ideya ng mga halaga ng activation energy kung saan ang pagkasira o pagpapahina ng mga bono sa pagitan ng mga atomo sa mga molekula, ang pamamahagi ng mga particle sa mga bagong kemikal ay posible.
Salamat sa molecular-kinetic theory, posibleng hulaan ang posibilidad ng mga interaksyon sa pagitan ng mga unang bahagi, upang kalkulahin ang rate ng proseso. Kabilang sa mga kadahilanan na nakakaapekto sa rate ng reaksyon, ang partikular na kahalagahan ay ang pagbabago sa index ng temperatura, ang porsyento ng konsentrasyon ng mga nakikipag-ugnay na sangkap, ang lugar ng contact sa ibabaw, ang pagkakaroon ng isang katalista (inhibitor), pati na rin ang likas na katangian ng mga nakikipag-ugnay na sangkap..
