Переход к основной теме:
Скорость химической реакции — изменение количества одного из реагирующих веществ за единицу времени в единице реакционного пространства.
На скорость химической реакции оказывают влияние следующие факторы:
- природа реагирующих веществ;
- концентрация реагирующих веществ;
- поверхность соприкосновения реагирующих веществ (в гетерогенных реакциях);
- температура;
- действие катализаторов.
Теория активных столкновений позволяет объяснить влияние некоторых факторов на скорость химической реакции. Основные положения этой теории:
- Реакции происходят при столкновении частиц реагентов, которые обладают определённой энергией.
- Чем больше частиц реагентов, чем ближе они друг к другу, тем больше шансов у них столкнуться и прореагировать.
- К реакции приводят лишь эффективные соударения, т.е. такие при которых разрушаются или ослабляются «старые связи» и поэтому могут образоваться «новые». Для этого частицы должны обладать достаточной энергией.
- Минимальный избыток энергии, необходимый для эффективного соударения частиц реагентов, называется энергией активации Еа.
- Активность химических веществ проявляется в низкой энергии активации реакций с их участием. Чем ниже энергия активации, тем выше скорость реакции. Например, в реакциях между катионами и анионами энергия активации очень мала, поэтому такие реакции протекают почти мгновенно
Влияние концентрации реагирующих веществ на скорость реакции
При повышении концентрации реагирующих веществ скорость реакции возрастает. Для того чтобы вступить в реакцию, две химические частицы должны сблизиться, поэтому скорость реакции зависит от числа столкновений между ними. Увеличение числа частиц в данном объеме приводит к более частым столкновениям и к возрастанию скорости реакции.
К увеличению скорости реакции протекающей в газовой фазе приведет повышение давления или уменьшение объема, занимаемого смесью.
На основе экспериментальных данных в 1867 г. норвежские учёные К. Гульдберг, и П Вааге и независимо от них в 1865 г. русский учёный Н.И. Бекетов сформулировали основной закон химической кинетики, устанавливающий зависимость скорости реакции от концентраций реагирующих веществ-
Закон действующих масс (ЗДМ):
Скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях равных их коэффициентам в уравнении реакции. («действующая масса» – синоним современного понятия «концентрация»)
аА + bВ = cС +dD, где k – константа скорости реакции
ЗДМ выполняется только для элементарных химических реакций, протекающих в одну стадию. Если реакция протекает последовательно через несколько стадий, то суммарная скорость всего процесса определяется самой медленной его частью.
Выражения для скоростей различных типов реакций
ЗДМ относится к гомогенным реакциям. Если реакция геторогенная (реагенты находятся в разных агрегатных состояниях), то в уравнение ЗДМ входят только жидкие или только газообразные реагенты, а твердые исключаются, оказывая влияние только на константу скорости k.
Молекулярность реакции – это минимальное число молекул, участвующих в элементарном химическом процессе. По молекулярности элементарные химические реакции делятся на молекулярные (А →) и бимолекулярные (А + В →); тримолекулярные реакции встречаются чрезвычайно редко.
Скорость гетерогенных реакций
- Зависит от площади поверхности соприкосновения веществ, т.е. от степени измельчения веществ, полноты смешивания реагентов.
- Пример — горение древесины. Целое полено горит на воздухе сравнительно медленно. Если увеличить поверхность соприкосновения дерева с воздухом, расколов полено на щепки, скорость горения увеличится.
- Пирофорное железо высыпают на лист фильтровальной бумаги. За время падения частицы железа раскаляются и поджигают бумагу.
Влияние температуры на скорость реакции
В XIX веке голландский ученый Вант-Гофф опытным путем обнаружил, что при повышении температуры на 10 
скорости многих реакций возрастают в 2-4 раза.
Правило Вант-Гоффа
При повышении температуры на каждые 10 скорость реакции увеличивается в 2-4 раза.
Здесь γ (греческая буква «гамма») — так называемый температурный коэффициент или коэффициент Вант-Гоффа, принимает значения от 2 до 4.
Для каждой конкретной реакции температурный коэффициент определяется опытным путем. Он показывает, во сколько именно раз возрастает скорость данной химической реакции (и ее константа скорости) при повышении температуры на каждые 10 градусов.
Правило Вант-Гоффа используется для приближенной оценки изменения константы скорости реакции при повышении или понижении температуры. Более точное соотношение между константой скорости и температурой установил шведский химик Сванте Аррениус:
Чем больше Ea конкретной реакции, тем меньше (при данной температуре) будет константа скорости k (и скорость) этой реакции. Повышение Т приводит к увеличению константы скорости, это объясняется тем, что повышение температуры приводит к быстрому увеличению числа «энергичных» молекул, способных преодолевать активационный барьер Ea.
Влияние катализатора на скорость реакции
Можно изменить скорость реакции, используя специальные вещества, которые изменяют механизм реакции и направляют ее по энергетически более выгодному пути с меньшей энергией активации.
Катализаторы – это вещества, участвующие в химической реакции и увеличивающие ее скорость, но по окончании реакции остающиеся неизменными качественно и количественно.
Ингибиторы – вещества, замедляющие химические реакции.
Изменение скорости химической реакции или ее направления с помощью катализатора называют катализом.
Закрепление:
Скажите, что такое скорость реакции?
От чего зависит скорость реакции?
Домашнее задание:
Выучить и повторить материал из конспекта.
Скорость реакции азота с водородом понизится при:
- уменьшении температуры
- увеличении концентрации азота
- использовании катализатора
- увеличении давления
Скорость реакции мрамора с соляной кислотой уменьшается при:
- измельчении мрамора
- нагревании реакционной смеси
- разбавлении раствора кислоты
- увеличении концентрации кислоты
На скорость протекающей в растворе химической реакции FeCl3 + 3KCNS —> Fe(CNS)3 + 3KCl не влияет:
- концентрация FeCl3
- температура
- концентрация KCNS
- давление
С наибольшей скоростью при комнатной температуре протекает реакция между водородом и:
- серой
- иодом
- фтором
- бромом
Ссылки:
