Kadar tindak balas ialah nilai yang menunjukkan perubahan dalam kepekatan bahan tindak balas dalam satu tempoh masa. Untuk menganggarkan saiznya, adalah perlu untuk menukar keadaan awal proses.
Interaksi homogen
Kadar tindak balas antara beberapa sebatian yang berada dalam bentuk agregat yang sama bergantung kepada isipadu bahan yang diambil. Dari sudut pandangan matematik, adalah mungkin untuk menyatakan hubungan antara kadar proses homogen dan perubahan kepekatan per unit masa.
Contoh interaksi sedemikian ialah pengoksidaan oksida nitrik (2) kepada oksida nitrik (4).
Proses heterogen
Kadar tindak balas untuk bahan permulaan dalam keadaan pengagregatan yang berbeza dicirikan oleh bilangan mol reagen permulaan per unit luas per unit masa.
Interaksi heterogen ialah ciri sistem yang mempunyai keadaan agregat yang berbeza.
Merumuskan, kami ambil perhatian bahawa kadar tindak balas menunjukkan perubahan dalam bilangan mol reagen awal (hasil tindak balas) untuktempoh masa, antara muka setiap unit atau volum setiap unit.
Kepekatan
Mari kita pertimbangkan faktor utama yang mempengaruhi kadar tindak balas. Mari kita mulakan dengan penumpuan. Pergantungan sedemikian dinyatakan oleh undang-undang tindakan massa. Terdapat hubungan berkadar terus antara hasil kepekatan bahan yang berinteraksi, diambil dari segi pekali stereokimianya dan kelajuan tindak balas.
Pertimbangkan persamaan aA + bB=cC + dD, dengan A, B, C, D ialah cecair atau gas. Untuk proses di atas, persamaan kinetik boleh ditulis dengan mengambil kira pekali perkadaran, yang mempunyai nilai tersendiri untuk setiap interaksi.
Sebagai sebab utama peningkatan kelajuan, seseorang boleh mencatat peningkatan dalam bilangan perlanggaran zarah bertindak balas per unit isipadu.
Suhu
Pertimbangkan kesan suhu ke atas kadar tindak balas. Proses yang berlaku dalam sistem homogen hanya mungkin apabila zarah berlanggar. Tetapi tidak semua perlanggaran membawa kepada pembentukan produk tindak balas. Hanya dalam kes apabila zarah mempunyai tenaga yang meningkat. Apabila reagen dipanaskan, peningkatan tenaga kinetik zarah diperhatikan, bilangan molekul aktif meningkat, oleh itu, peningkatan dalam kadar tindak balas diperhatikan. Hubungan antara indeks suhu dan kadar proses ditentukan oleh peraturan van't Hoff: setiap kenaikan suhu sebanyak 10°C membawa kepada peningkatan dalam kadar proses sebanyak 2-4 kali ganda.
Catalyst
Memandangkan faktor yang mempengaruhi kadar tindak balas, mari fokus pada bahan yang boleh meningkatkan kelajuan proses, iaitu pada pemangkin. Bergantung kepada keadaan pengagregatan pemangkin dan bahan tindak balas, beberapa jenis pemangkinan dibezakan:
- bentuk homogen, di mana bahan tindak balas dan mangkin mempunyai keadaan pengagregatan yang sama;
- heterogen apabila bahan tindak balas dan mangkin berada dalam fasa yang sama.
Nikel, platinum, rhodium, paladium boleh dibezakan sebagai contoh bahan yang mempercepatkan interaksi.
Perencat ialah bahan yang melambatkan tindak balas.
Kawasan hubungan
Apa lagi yang menentukan kadar tindak balas? Kimia dibahagikan kepada beberapa bahagian, setiap satunya berkaitan dengan pertimbangan proses dan fenomena tertentu. Kursus kimia fizik mengkaji hubungan antara kawasan sentuhan dan kelajuan proses.
Untuk meningkatkan kawasan sentuhan reagen, ia dihancurkan kepada saiz tertentu. Interaksi terpantas berlaku dalam larutan, itulah sebabnya banyak tindak balas dijalankan dalam medium berair.
Apabila mengisar pepejal, sukatan mesti dipatuhi. Contohnya, apabila pirit (sulfit besi) ditukar menjadi habuk, zarahnya disinter dalam tanur, yang memberi kesan negatif kepada kadar proses pengoksidaan sebatian ini, dan hasil sulfur dioksida berkurangan.
Reagen
Mari cuba fahami cara menentukan kadar tindak balas bergantung pada reagen mana yang berinteraksi? Contohnya, logam aktif yang terletak dalam siri elektrokimia Beketov sebelum hidrogen dapat berinteraksi dengan larutan asid, dan logam yang selepas H2 tidak mempunyai keupayaan sedemikian. Sebab fenomena ini terletak pada aktiviti kimia logam yang berbeza.
Tekanan
Bagaimanakah kadar tindak balas berkaitan dengan nilai ini? Kimia adalah sains yang berkait rapat dengan fizik, jadi kebergantungan adalah berkadar langsung, ia dikawal oleh undang-undang gas. Terdapat hubungan langsung antara kuantiti. Dan untuk memahami undang-undang yang menentukan kadar tindak balas kimia, adalah perlu untuk mengetahui keadaan pengagregatan dan kepekatan reagen.
Jenis kelajuan dalam kimia
Adalah kebiasaan untuk memilih nilai serta-merta dan purata. Kadar purata interaksi kimia ditakrifkan sebagai perbezaan kepekatan bahan tindak balas dalam satu tempoh masa.
Nilai yang diperoleh adalah negatif apabila kepekatan berkurangan, positif apabila kepekatan produk interaksi meningkat.
Nilai sebenar (semerta) ialah nisbah sedemikian dalam unit masa tertentu.
Dalam sistem SI, kadar proses kimia dinyatakan dalam [mol×m-3×s-1].
Masalah dalam kimia
Mari kita lihat beberapa contoh masalah yang berkaitan dengan penentuan kelajuan.
Contoh 1. Dalamklorin dan hidrogen dicampur dalam bekas, kemudian campuran dipanaskan. Selepas 5 saat, kepekatan hidrogen klorida memperoleh nilai 0.05 mol/dm3. Kira kadar purata pembentukan hidrogen klorida (mol/dm3 s).
Adalah perlu untuk menentukan perubahan dalam kepekatan hidrogen klorida 5 saat selepas interaksi, menolak nilai awal daripada kepekatan akhir:
C(HCl)=c2 - c1=0.05 - 0=0.05 mol/dm3.
Hitung kadar purata pembentukan hidrogen klorida:
V=0.05/5=0.010 mol/dm3 ×s.
Contoh 2. Dalam bekas dengan isipadu 3 dm3, proses berikut berlaku:
C2H2 + 2J2=C2 H6.
Jisim awal hidrogen ialah 1 g. Dua saat selepas permulaan interaksi, jisim hidrogen telah memperoleh nilai 0.4 g. Kira kadar purata pengeluaran etana (mol/dm 3×s).
Jisim hidrogen yang bertindak balas ditakrifkan sebagai perbezaan antara nilai awal dan nombor akhir. Ia adalah 1 - 0.4=0.6 (g). Untuk menentukan bilangan mol hidrogen, adalah perlu untuk membahagikannya dengan jisim molar gas tertentu: n \u003d 0.6/2 \u003d 0.3 mol. Menurut persamaan, 1 mol etana terbentuk daripada 2 mol hidrogen, oleh itu, daripada 0.3 mol H2 kita mendapat 0.15 mol etana.
Tentukan kepekatan hidrokarbon yang terhasil, kita dapat 0.05 mol/dm3. Kemudian anda boleh mengira kadar purata pembentukannya:=0.025 mol/dm3 ×s.
Kesimpulan
Pelbagai faktor mempengaruhi kadar interaksi kimia: sifat bahan bertindak balas (tenaga pengaktifan), kepekatannya, kehadiran mangkin, tahap pengisaran, tekanan, jenis sinaran.
Pada separuh kedua abad kesembilan belas, Profesor N. N. Beketov mencadangkan bahawa terdapat hubungan antara jisim reagen awal dan tempoh proses. Hipotesis ini disahkan dalam undang-undang tindakan massa, yang ditubuhkan pada tahun 1867 oleh ahli kimia Norway: P. Wage dan K. Guldberg.
Kimia fizikal mengkaji mekanisme dan kelajuan pelbagai proses. Proses paling mudah yang berlaku dalam satu peringkat dipanggil proses monomolekul. Interaksi kompleks melibatkan beberapa interaksi urutan asas, jadi setiap peringkat dianggap secara berasingan.
Untuk mendapatkan hasil maksimum produk tindak balas dengan kos tenaga yang minimum, adalah penting untuk mengambil kira faktor utama yang mempengaruhi perjalanan proses.
Sebagai contoh, untuk mempercepatkan proses penguraian air menjadi bahan ringkas, pemangkin diperlukan, yang peranannya dilakukan oleh mangan oksida (4).
Semua nuansa yang berkaitan dengan pilihan reagen, pemilihan tekanan dan suhu optimum, kepekatan reagen dipertimbangkan dalam kinetik kimia.
