15.3: Швидкість реакції

Last updated
Save as PDF

Page ID: 20410

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Цілі навчання

Визначте швидкість хімічної реакції.
Опишіть вплив температури, концентрації, площі поверхні та каталізу на швидкість реакції.

Ящірка на фотографії не просто насолоджується сонячним світлом або працює над своїм засмагою. Тепло від сонячних променів має вирішальне значення для виживання ящірки. Тепла ящірка може рухатися швидше, ніж холодна, оскільки хімічні реакції, що дозволяють її м'язам рухатися, відбуваються швидше при більш високих температурах. При відсутності тепла ящірка є легкою їжею для хижаків.

\(\PageIndex{1}\)Малюнок Агама ящірка гріється на сонці. У міру прогрівання його тіла прискорюються хімічні реакції його метаболізму.

Від випікання торта до визначення корисної тривалості життя моста, темпи хімічних реакцій відіграють важливу роль у нашому розумінні процесів, які включають хімічні зміни.

Ставка - це міра того, як якась властивість змінюється з часом. Швидкість - це звична норма, яка виражає відстань, пройдену об'єктом за заданий проміжок часу. Заробітна плата - це ставка, яка представляє суму грошей, зароблених людиною, що працює за заданий проміжок часу. Так само швидкість хімічної реакції - це міра того, скільки реагенту споживається або скільки продукту виробляється реакцією за задану кількість часу.

Швидкість реакції - це зміна кількості реагенту або продукту за одиницю часу. Тому швидкості реакції визначаються шляхом вимірювання часової залежності деякої властивості, яка може бути пов'язана з кількістю реагентів або продуктів. Швидкості реакцій, які споживають або виробляють газоподібні речовини, наприклад, зручно визначаються шляхом вимірювання змін об'єму або тиску. Для реакцій, пов'язаних з одним або кількома кольоровими речовинами, показники можуть контролюватися за допомогою вимірювань поглинання світла. Для реакцій, що включають водні електроліти, швидкості можуть бути виміряні за допомогою змін провідності розчину.

Для реагентів і продуктів в розчині їх відносні кількості (концентрації) зручно використовувати для цілей вираження швидкості реакції. Якщо виміряти концентрацію перекису водню, H ₂ O ₂, у водному розчині, то виявимо, що вона повільно змінюється з плином часу в міру розкладання Н ₂ _{О 2}, згідно з рівнянням:

\[\ce{2H2O2}(aq)⟶\ce{2H2O}(l)+\ce{O2}(g) \nonumber \]

Швидкість, з якою розкладається перекис водню, може бути виражена в перерахунку на швидкість зміни її концентрації, як показано тут:

\ [\ begin {align*}
\ ce {швидкість\: з\: розкладання\: з\: H_2O_2}
&=\ mathrm {−\ dfrac {зміна\: в\: концентрація\: з\: реагент} {час\: інтервал}}\\ [4pt]
\ кінець {align*}\ nonumber\]

Фактори, що впливають на швидкість реакції

За своєю природою одні реакції відбуваються дуже швидко, а інші - дуже повільні. Однак певні зміни умов реагування можуть впливати на швидкість даної хімічної реакції.

Концентрація

Швидкості багатьох реакцій залежать від концентрацій реагентів. Норми зазвичай збільшуються при збільшенні концентрації одного або декількох реагентів. У забрудненій атмосфері, де концентрація діоксиду сірки висока, карбонат кальцію псується швидше, ніж в менш забрудненому повітрі. Так само фосфор набагато швидше згорає в атмосфері чистого кисню, ніж в повітрі, в якому всього близько 20% кисню.

На фотографії зображена статуя ангела. Хоча деякі деталі статуї, включаючи риси обличчя, присутні, наслідки вивітрювання, здається, зменшують ці риси. — Малюнок\(\PageIndex{2}\) Забруднювачі, такі як діоксид сірки, можуть прискорити вивітрювання статуй, виготовлених з карбонатних сполук, таких як вапняк і мармур (кредит: Джеймс П.

спалювання фосфору

Відео\(\PageIndex{1}\) Фосфор швидко горить на повітрі, але він буде горіти ще швидше, якщо концентрація кисню в вище.

Площа поверхні

Велике поліно, поміщене в багаття, буде горіти порівняно повільно. Якби в вогонь додавалася така ж маса деревини у вигляді дрібних гілочок, вони б горіли набагато швидше. Це пояснюється тим, що прути забезпечують більшу площу поверхні, ніж колода. Збільшення площі поверхні реагенту збільшує швидкість реакції. Площа поверхні більша, коли задана кількість твердого тіла присутній у вигляді менших частинок. Порошкоподібний реагент має більшу площу поверхні, ніж той же реагент, що і твердий шматок. Для того, щоб збільшити площу поверхні речовини, його можна подрібнити на більш дрібні частинки або розчинити в рідині. У розчині розчинені частинки відокремлюються один від одного і швидше вступлять в реакцію з іншими реагентами.

Температура

Хімічні реакції зазвичай відбуваються швидше при більш високих температурах. Їжа може швидко зіпсуватися, якщо її залишити на кухонному прилавку. Однак нижча температура всередині холодильника уповільнює цей процес, так що одна і та ж їжа залишається свіжою протягом декількох днів. Використовуємо пальник або нагрівальну плиту в лабораторії, щоб збільшити швидкість реакцій, які протікають повільно при звичайних температурах. У багатьох випадках підвищення температури лише на 10° C приблизно подвоїть швидкість реакції в однорідній системі.

Наявність каталізатора

Розчини перекису водню піниться при заливанні на відкриту рану, оскільки речовини в оголених тканині виступають каталізаторами, збільшуючи швидкість розкладання перекису водню. Однак при відсутності цих каталізаторів (наприклад, у флаконі в аптечці) повне розкладання може зайняти місяці. Каталізатор - це речовина, яка збільшує швидкість хімічної реакції, забезпечуючи альтернативний шлях або механізм для подальшої реакції.

Резюме

Швидкість реакції вказує на те, наскільки швидко протікає реакція.
Факторами, що впливають на швидкість реакції, є:
- Концентрація реагентів
- Площа поверхні
- Температура
- Наявність каталізаторів