Kita sentiasa berhadapan dengan pelbagai interaksi kimia. Pembakaran gas asli, pengaratan besi, pemasam susu adalah jauh daripada semua proses yang dipelajari secara terperinci dalam kursus kimia sekolah.
Sesetengah tindak balas mengambil masa pecahan saat, manakala sesetengah interaksi mengambil masa beberapa hari atau minggu.
Mari cuba kenal pasti pergantungan kadar tindak balas pada suhu, kepekatan dan faktor lain. Dalam standard pendidikan baharu, jumlah minimum masa belajar diperuntukkan untuk isu ini. Dalam ujian peperiksaan negeri bersatu, terdapat tugas kebergantungan kadar tindak balas pada suhu, kepekatan, dan juga tugas pengiraan ditawarkan. Ramai pelajar sekolah menengah mengalami kesukaran tertentu dalam mencari jawapan kepada soalan ini, jadi kami akan menganalisis topik ini secara terperinci.
Perkaitan isu yang sedang dipertimbangkan
Maklumat tentang kadar tindak balas adalah amat penting praktikal dan saintifik. Sebagai contoh, dalam pengeluaran bahan dan produk tertentu daripada yang diberikannilai secara langsung bergantung pada prestasi peralatan, kos barangan.
Pengkelasan tindak balas yang berterusan
Terdapat hubungan langsung antara keadaan pengagregatan komponen awal dan produk yang terbentuk semasa proses kimia: interaksi heterogen.
Sistem biasanya difahami dalam kimia sebagai bahan atau gabungannya.
Sistem homogen ialah sistem yang terdiri daripada satu fasa (keadaan pengagregatan yang sama). Sebagai contoh, kita boleh menyebut campuran gas, beberapa cecair berbeza.
Heterogen ialah sistem di mana bahan tindak balas adalah dalam bentuk gas dan cecair, pepejal dan gas.
Bukan sahaja pergantungan kadar tindak balas pada suhu, tetapi juga pada fasa di mana komponen yang terlibat dalam interaksi yang dianalisis digunakan.
Komposisi homogen dicirikan oleh aliran proses sepanjang volum, yang meningkatkan kualitinya dengan ketara.
Jika bahan awal berada dalam keadaan fasa yang berbeza, dalam kes ini, interaksi maksimum diperhatikan pada sempadan fasa. Contohnya, apabila logam aktif dilarutkan dalam asid, pembentukan produk (garam) hanya diperhatikan pada permukaan sentuhannya.
Hubungan matematik antara kelajuan proses dan pelbagai faktor
Apakah persamaan bagi kadar tindak balas kimia berbanding suhu? Untuk proses homogen, kadar ditentukan oleh jumlahbahan yang berinteraksi atau terbentuk semasa tindak balas dalam isipadu sistem per unit masa.
Untuk proses heterogen, kadar ditentukan melalui jumlah bahan yang bertindak balas atau dihasilkan dalam proses per unit luas untuk tempoh masa yang minimum.
Faktor yang mempengaruhi kadar tindak balas kimia
Sifat bahan bertindak balas adalah salah satu sebab bagi kadar proses yang berbeza. Sebagai contoh, logam alkali membentuk alkali dengan air pada suhu bilik, dan proses itu disertai dengan evolusi sengit hidrogen gas. Logam mulia (emas, platinum, perak) tidak mampu melakukan proses sedemikian sama ada pada suhu bilik atau apabila dipanaskan.
Sifat bahan tindak balas adalah faktor yang diambil kira dalam industri kimia untuk meningkatkan keuntungan pengeluaran.
Hubungan antara kepekatan reagen dan kelajuan tindak balas kimia telah didedahkan. Semakin tinggi, semakin banyak zarah yang akan berlanggar, oleh itu, proses akan berjalan lebih cepat.
Hukum tindakan jisim dalam bentuk matematik menerangkan hubungan berkadar terus antara kepekatan bahan permulaan dan kelajuan proses.
Ia dirumuskan pada pertengahan abad kesembilan belas oleh ahli kimia Rusia N. N. Beketov. Untuk setiap proses, pemalar tindak balas ditentukan, yang tidak berkaitan dengan suhu, kepekatan atau sifat bahan tindak balas.
Kepadauntuk mempercepatkan tindak balas yang melibatkan pepejal, anda perlu mengisarnya hingga menjadi serbuk.
Dalam kes ini, luas permukaan bertambah, yang memberi kesan positif pada kelajuan proses. Untuk bahan api diesel, sistem suntikan khas digunakan, kerana itu, apabila ia bersentuhan dengan udara, kadar pembakaran campuran hidrokarbon meningkat dengan ketara.
Pemanasan
Pergantungan kadar tindak balas kimia pada suhu dijelaskan oleh teori kinetik molekul. Ia membolehkan anda mengira bilangan perlanggaran antara molekul reagen dalam keadaan tertentu. Berbekalkan maklumat sedemikian, dalam keadaan biasa, semua proses harus diteruskan serta-merta.
Tetapi jika kita mempertimbangkan contoh khusus tentang pergantungan kadar tindak balas pada suhu, ternyata untuk interaksi perlu terlebih dahulu memecahkan ikatan kimia antara atom untuk membentuk bahan baru daripadanya. Ini memerlukan sejumlah besar tenaga. Apakah pergantungan kadar tindak balas pada suhu? Tenaga pengaktifan menentukan kemungkinan pecah molekul, ia mencirikan realiti proses. Unitnya ialah kJ/mol.
Jika tenaga tidak mencukupi, perlanggaran akan menjadi tidak berkesan, jadi ia tidak disertai dengan pembentukan molekul baru.
Perwakilan grafik
Pergantungan kadar tindak balas kimia pada suhu boleh diwakili secara grafik. Apabila dipanaskan, bilangan perlanggaran antara zarah meningkat, yang menyumbang kepada pecutan interaksi.
Apakah rupa kadar tindak balas berbanding graf suhu? Tenaga molekul diplot secara mendatar, dan bilangan zarah dengan rizab tenaga yang tinggi ditunjukkan secara menegak. Graf ialah lengkung yang boleh digunakan untuk menilai kelajuan interaksi tertentu.
Semakin besar perbezaan tenaga daripada purata, semakin jauh titik lengkung daripada maksimum, dan peratusan molekul yang lebih kecil mempunyai rizab tenaga sedemikian.
Aspek penting
Adakah mungkin untuk menulis persamaan untuk pergantungan pemalar kadar tindak balas pada suhu? Peningkatannya dicerminkan dalam peningkatan dalam kelajuan proses. Pergantungan sedemikian dicirikan oleh nilai tertentu, dipanggil pekali suhu bagi kadar proses.
Untuk sebarang interaksi, pergantungan pemalar kadar tindak balas pada suhu telah didedahkan. Jika ia dinaikkan sebanyak 10 darjah, kelajuan proses meningkat sebanyak 2-4 kali ganda.
Pergantungan kadar tindak balas homogen pada suhu boleh diwakili dalam bentuk matematik.
Untuk kebanyakan interaksi pada suhu bilik, pekali berada dalam julat dari 2 hingga 4. Contohnya, dengan pekali suhu 2.9, peningkatan suhu sebanyak 100 darjah mempercepatkan proses hampir 50,000 kali ganda.
Pergantungan kadar tindak balas pada suhu boleh dijelaskan dengan mudah oleh nilai tenaga pengaktifan yang berbeza. Ia mempunyai nilai minimum semasa proses ionik, yang hanya ditentukan oleh interaksi kation dan anion. Banyak eksperimen membuktikan kejadian serta-merta tindak balas sedemikian.
Apabila tenaga pengaktifan tinggi, hanya sebilangan kecil perlanggaran antara zarah akan membawa kepada pelaksanaan interaksi. Dengan tenaga pengaktifan purata, bahan tindak balas akan berinteraksi pada kelajuan purata.
Tugasan mengenai pergantungan kadar tindak balas pada kepekatan dan suhu hanya dipertimbangkan pada peringkat pendidikan tinggi, selalunya menyebabkan kesukaran yang serius untuk kanak-kanak.
Mengukur kelajuan proses
Proses yang memerlukan tenaga pengaktifan yang ketara melibatkan pemecahan awal atau kelemahan ikatan antara atom dalam bahan asal. Dalam kes ini, mereka memasuki keadaan perantaraan tertentu, yang dipanggil kompleks diaktifkan. Ia adalah keadaan yang tidak stabil, agak cepat mereput menjadi produk tindak balas, prosesnya disertai dengan pembebasan tenaga tambahan.
Dalam bentuk yang paling mudah, kompleks diaktifkan ialah konfigurasi atom dengan ikatan lama yang lemah.
Perencat dan pemangkin
Mari kita analisa pergantungan kadar tindak balas enzimatik pada suhu sederhana. Bahan-bahan tersebut bertindak sebagai pemecutproses.
Mereka sendiri bukan peserta dalam interaksi, bilangan mereka selepas selesai proses kekal tidak berubah. Jika pemangkin meningkatkan kadar tindak balas, maka perencat, sebaliknya, memperlahankan proses ini.
Intipati ini ialah pembentukan sebatian perantaraan, akibatnya perubahan dalam kelajuan proses diperhatikan.
Kesimpulan
Pelbagai interaksi kimia berlaku setiap minit di dunia. Bagaimana untuk mewujudkan pergantungan kadar tindak balas pada suhu? Persamaan Arrhenius ialah penjelasan matematik tentang hubungan antara pemalar kadar dan suhu. Ia memberi gambaran tentang nilai-nilai tenaga pengaktifan di mana pemusnahan atau kelemahan ikatan antara atom dalam molekul, pengagihan zarah ke dalam bahan kimia baharu adalah mungkin.
Terima kasih kepada teori kinetik molekul, adalah mungkin untuk meramalkan kebarangkalian interaksi antara komponen awal, untuk mengira kadar proses. Antara faktor yang mempengaruhi kadar tindak balas, yang paling penting ialah perubahan dalam indeks suhu, peratusan kepekatan bahan yang berinteraksi, luas permukaan sentuhan, kehadiran mangkin (perencat), serta sifat komponen yang berinteraksi..
