Скорость химических реакций. Зависимость скорости от природы, концентрации реагирующих веществ, температуры, катализатора.

План ответа:

1. Определение скорости химической реакции.
2. Скорость химической реакции в гомогенной среде.
3. Скорость химической реакции в гетерогенной среде.
4. Факторы влияющие на скорость химической реакции.

Определение. Скорость химической реакции прямо пропорциональна концентрации реагирующих веществ (закон действия масс).

 Математическое выражение определения.

 υ=k·С_А·С_В,

 где С_А и С_В - условное обозначение концентрации реагирующих веществ, а k-константа скорости

 

Скорость гомогенной химической реакции.

Определение. Скорость химической реакции в гомогенной среде определяется количеством вещества, прореагировавшего в единицу времени в единице объёма.

Математическое выражение определения.

υ_гомог=Δν /V·Δt,

так как Δν /V= Δc (где Δc- изменение концентрации)

то υ_гомог =Δc/Δt.

Пример: разложение пероксида водорода

2Н₂О₂=2Н₂О+О₂

υ=Δc(Н₂О₂) / Δt = Δc(Н₂О) / Δt

Из этих формул следует, что уменьшение молярной концентрации пероксида водорода происходит с той же скоростью, как и увеличение концентрации воды.

 

Факторы, влияющие на скорость химической реакции.

1. Скорость гомогенных реакций обычно измеряется количеством вещества, вступающего в реакцию или образующегося в результате реакции за единицу времени в единице объёма.

Сущность реакций ме­таллов с водой заключа­ется в том, что атомы ме­таллов отдают электро­ны, т. е. окисляются. Атомы калия обладают большим атомным ради­усом, чем атомы натрия, и поэтому отдают элек­троны гораздо энергич­нее.

Металлы (калий, натрий) с одним и тем же вещест­вом — водой — реагиру­ют с различной ско­ростью (в одинаковом состоянии и при равных условиях).

2. Для веществ в растворенном со­стоянии и газов скорость химичес­ких реакций зави­сит от их концен­трации. Чтобы произошла реак­ция, необходимо стол­кновение молекул реаги­рующих веществ. Частота же столкновений зависит от числа молекул в еди­нице объема, т. е. от кон­центрации. Горение веществ в чи­стом кислороде происхо­дит активнее, чем в воз­духе, где концентрация кислорода почти в пять раз меньше.

3. Для веществ в твердом состоянии скорость химических реакций прямо
пропорциональна поверхности реагирующих веществ. При измельчении вещества увеличивается поверхность соприкосновения реагирующих веществ. Вещества железо и сера в твердом состоянии реа­гируют достаточно быст­ро лишь при предвари­тельном измельчении и перемешивании.

4. При повышении температуры ско­рость большинства химических  реакций увеличивается.

При столкновении реаги­руют только те молекулы, которые обладают доста­точной кинетической энергией. При повыше­нии температуры доля активных молекул все возрастает. Со многими веществами кислород начинает реа­гировать с заметной ско­ростью уже при обыкно­венной температуре (медленное окисление). При повышении темпе­ратуры скорость окисле­ния резко увеличивается и начинается бурная ре­акция (горение).

При повышении температуры на каждые 10ºС скорость химических реакций возрастает в среднем в два – четыре раза, что можно выразить в математически:

υ_t2= υ_t1∙γ ^{t2- t1/10}

где υ_t2 –скорость реакции при повышенной температуре; υ_t1- скорость реакции при начальной температуре; γ- температурный коэффициент.

5. Скорость хими­ческих реакций за­висит от присут­ствия некоторых веществ.  Вещества, которые ускоряют химичес­кие реакции, но са­ми в итоге не рас­ходуются, назы­ваются катализа­торами, а вещест­ва, которые замед­ляют скорость хи­мических реак­ций— ингибитора­ми. Под действием катализа­торов молекулы стано­вятся реакционноспособными при более низкой температуре. Например, бертолетова соль (КClO₃) становится реакционноспособной при 400⁰C, а в присутствии МпО₂—при 200⁰ С.

Разложение бертолетовой соли и пероксида водо­рода ускоряется окси­дом марганца (IV). В присутствии ингибиторов соляная кислота ста­новится инертной по от­ношению к металлам.