Závislost reakční rychlosti na teplotě. Arrheniova rovnice

Neustále čelíme různým chemickým interakcím. Spalování zemního plynu, rezavění železa, kysání mléka - ne všechny procesy, které jsou podrobně studovány v průběhu školní chemie.

Některé reakce vyžadují zlomek sekund a některé interakce vyžadují dny a týdny.

Snažme se určit závislost reakční rychlosti na teplotě, koncentraci, dalších faktorech. V novém vzdělávacím standardu je tato otázka věnována minimální dobu studia. Při zkouškách jednotné státní zkoušky existují úkoly pro závislost reakční rychlosti na teplotě, koncentraci a dokonce i výpočtové úkoly. Mnoho studentů středních škol má jisté potíže s nalezením odpovědí na tyto otázky, a proto budeme podrobně analyzovat toto téma.

Význam dotyčné otázky

Informace o rychlosti reakce mají velký praktický a vědecký význam. Například při specifické výrobě látek a výrobků z dané hodnoty přímo závisí výkonnost zařízení, hodnota zboží.

Klasifikace probíhajících reakcí

Existuje přímý vztah mezi agregátním stavem počátečních složek a produktem vzniklým během chemický proces: heterogenní interakce.

V rámci systému je zvykem naznačovat chemickou látku látku nebo její kombinaci.

Homogenní považujeme takový systém, který sestává z jedné fáze (stejného agregátu). Jako příklad můžeme zmínit směs plynů, několik různých tekutin.

Heterogenní je systém, ve kterém jsou reaktanty ve formě plynů a kapalin, pevných látek a plynů.

Neexistuje pouze závislost reakční rychlosti na teplotě, ale také fáze, ve které se používají komponenty vstupující do analyzované interakce.

Pro homogenní složení postup probíhá v celém objemu, což výrazně zlepšuje jeho kvalitu.

Pokud jsou výchozí materiály v různých fázových stavech, je maximální fáze pozorována na hranici fáze. Například když je aktivní kov rozpuštěn v kyselině, tvorba produktu (soli) se pozoruje pouze na kontaktní ploše.

Matematický vztah mezi rychlostí procesu a různými faktory

Jaká je rovnice závislosti chemické reakce na teplotě? Pro homogenní proces je rychlost určována množstvím látky, která vstupuje do interakce nebo se vytváří během reakce v objemu systému za jednotku času.

Pro heterogenní proces je míra určována množstvím látky, která reaguje nebo je v procesu dosaženo na jednotku plochy po minimální časové období.

Faktory ovlivňující rychlost chemické reakce

Povaha reakčních látek je jedním z důvodů odlišné rychlosti procesů. Například alkalické kovy tvoří při teplotě místnosti alkálie s vodou a proces je doprovázen intenzivním uvolňováním plynného vodíku. Vzácné kovy (zlato, platina, stříbro) nejsou schopny těchto procesů provádět ani při pokojové teplotě ani při ohřátí.

Povaha reagujících látek je faktor, který je v chemickém průmyslu zohledněn, aby se zvýšila ziskovost výroby.

Byla odhalena závislost mezi koncentrací činidel a rychlostí chemické reakce. Čím vyšší je, tím více částic se bude srážet, a proto proces bude pokračovat rychleji.

Zákon hereckých hmot v matematické formě popisuje přímý poměrný vztah mezi koncentrací výchozích látek a rychlostí procesu.

To bylo formulováno v polovině devatenáctého století ruským chemikem NN Beketovem. Pro každý proces se stanoví reakční konstanta, která nesouvisí ani s teplotou, koncentrací nebo povahou reakčních složek.

Aby se urychlila reakce, v níž se jedná o pevnou látku, je nutné ji vylepšit na práškový stav.

To zvyšuje plochu, což pozitivně ovlivňuje rychlost procesu. U motorové nafty se používá speciální vstřikovací systém, takže když dojde ke kontaktu se vzduchem, rychlost spalování směsi uhlovodíků se podstatně zvyšuje.

Vytápění

Závislost rychlosti chemické reakce na teplotě je vysvětlena molekulárně-kinetickou teorií. Umožňuje vypočítat počet kolizí mezi molekulami činidla za určitých podmínek. Pokud se s těmito informacemi zbavíte, pak by měly za normálních podmínek všechny procesy probíhat okamžitě.

Pokud však uvažujeme o konkrétním příkladu závislosti reakční rychlosti na teplotě, ukáže se, že pro interakci je nutné nejprve rozbít chemické vazby mezi atomy tak, aby se z nich vytvořily nové látky. To vyžaduje značné množství energie. Jaká je závislost reakční rychlosti na teplotě? Aktivační energie určuje možnost přerušení molekuly, jmenovitě charakterizuje realitu procesů. Jednotky měření jsou kJ / mol.

Pokud je energetický index nedostatečný, kolize bude neúčinná, takže není doprovázena tvorbou nové molekuly.

Grafické znázornění

Závislost chemické reakční rychlosti na teplotě může být graficky znázorněna. Při zahřívání se zvyšuje počet kolizí mezi částicemi, což pomáhá urychlit interakci.

Jak graf reakční rychlosti závisí na teplotě? Energie molekul je stanovena vodorovně a počet částic s vysokou rezervou energie je vyznačen svisle. Graf je křivka, z níž lze posoudit rychlost konkrétní interakce.

Čím větší je rozdíl v energii od průměru, tím větší je bod křivky z maxima a menší procento molekul má takovou dodávku energie.

Důležité aspekty

Je možné napsat rovnici závislosti závislosti reakční rychlosti na teplotě? Jeho nárůst odráží nárůst rychlosti procesu. Tato závislost se vyznačuje určitou hodnotou, nazývanou teplotní koeficient procesní rychlosti.

Pro jakoukoli interakci se zjistí, že reakční rychlostní konstanta závisí na teplotě. Pokud se zvýší o 10 stupňů, procesní rychlost se zvýší o faktor 2 až 4.

Závislost rychlosti homogenních reakcí na teplotě může být reprezentována v matematické formě.

Pro většinu interakcí při pokojové teplotě je koeficient v rozmezí od 2 do 4. Například s teplotním koeficientem 2,9, zvýšení teploty o 100 stupňů urychluje proces téměř o 50 000krát.

Závislost reakční rychlosti na teplotě lze snadno vysvětlit různými hodnotami aktivační energie. Má minimální hodnotu při provádění iontových procesů, které jsou určeny pouze interakcí kationtů a aniontů. Mnoho experimentů naznačuje okamžitý výskyt takových reakcí.

Při vysoké hodnotě aktivační energie pouze malý počet kolizí mezi částicemi povede k interakci. Při průměrné aktivační energii činidla reagují s průměrnou rychlostí.

Přiřazení závislostí reakční rychlosti na koncentraci a teplotě jsou zvažovány pouze v vyšší fázi výcviku, často způsobují vážné potíže dětem.

Měření rychlosti procesu

Tyto procesy, které vyžadují významnou aktivační energii, naznačují počáteční prasknutí nebo oslabení vazeb mezi atomy ve výchozích materiálech. Současně vstupují do určitého mezilehlého stavu, nazývaného aktivovaný komplex. Je to nestabilní stav, rychle se rozpouští do reakčních produktů, proces je doprovázen uvolněním dodatečné energie.

V nejjednodušší formě je aktivovaným komplexem uspořádání atomů s oslabenými starými vazbami.

Inhibitory a katalyzátory

Analyzujme závislost rychlosti enzymatické reakce na teplotě média. Tyto látky působí jako urychlovače procesu.

Oni samy nejsou účastníky interakce, jejich počet zůstává po ukončení procesu nezměněn. Pokud katalyzátory přispívají ke zvýšení reakční rychlosti, pak inhibitory naopak zpomalují tento proces.

Podstatou tohoto je vytvoření meziproduktů, v důsledku čehož dochází ke změně rychlosti procesu.

Závěr

Na světě každou minutu dochází k různým chemickým interakcím. Jak zjistit závislost reakční rychlosti na teplotě? Arrheniova rovnice je matematickým vysvětlením vztahu mezi rychlostní konstantou a teplotou. Představuje představu o těch hodnotách aktivační energie, při nichž je možná destrukce nebo oslabení vazeb mezi atomy v molekulách a distribuce částic do nových chemických látek.

Díky molekulárně-kinetické teorii je možné předpovědět pravděpodobnost interakcí mezi počátečními složkami a vypočítat rychlost procesu. Mezi faktory, které ovlivňují rychlost reakce, je zvláště důležitá změna teplotního indexu, procentní koncentrace interakčních látek, kontaktní plocha povrchu, přítomnost katalyzátoru (inhibitor) a povaha interakčních složek.