Урок 19 Получить доступ за 50 баллов Скорость химической реакции

Понятие о скорости химической реакции

Химические реакции протекают с различными скоростями.

Одни из них протекают быстро (например ,сгорание топлива в баке автомобиля или горение природного газа), другие идут медленно (переваривание пищи, коррозия железа).

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Конечно же, человек захотел иметь власть над этими процессами: ускорять и замедлять реакции, исходя из необходимости.

Ржавление железа протекает медленно, но с тех самых пор, когда человек открыл для себя железо, этот процесс хочется ещё более замедлить или вообще остановить.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

В промышленности при производстве каких-либо полезных веществ человек стремится ускорить реакции, ведь чем быстрее они проходят, тем больше продукции вырабатывает производство.

Для контроля всех этих процессов нужно знать, от чего зависит скорость химических реакций и понимать, можно ли на эти процессы воздействовать и каким образом.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Количественной характеристикой быстроты течения химической реакции является её скорость.

О скорости химической реакции судят по изменению концентрации исходного вещества или продукта реакции в единицу времени.

Концентрацию вещества выражают числом молей в единице массы или объма: моль/л, моль/г, моль/кг.

По мере протекания реакции концентрации исходных веществ уменьшается, а концентрация продуктов реакции увеличивается.

Скорость реакции выражается в моль/л х сек.

Вместо литра может стоять грамм или килограмм, а вместо секунды – другая единица времени.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Гомогенные и гетерогенные реакции

Характер взаимодействия веществ зависит от их агрегатного состояния.

По этому признаку различают гомогенные и гетерогенные химические реакции.

Гомогенными называют реакции, в которых отсутствует поверхность раздела между реагирующими веществами, то есть все вещества образуют однородную среду.

Такие реакции протекают во всём объёме.

Это реакции между газами, между жидкостями или протекающие в растворах.

Например, если химик сливает растворы йодида калия и нитрата серебра, происходит реакция обмена с образованием йодида серебра, который выпадает в осадок; причем осадок выпадает не на стенках сосуда и не на дне, а во всём объеме раствора.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Или, например, когда хозяйка печёт пироги, она добавляет в тесто дрожжи и соду, и тесто поднимается во всём объёме, а не только у краёв посуды.

Сгорание топливно-воздушной смеси в двигателе, горение природного газа, образование осадка при приготовлении бордосской смеси, образование озона во время грозы – всё это гомогенные химические реакции.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Гетерогенными называют реакции, в которых реагирующие вещества отделены друг от друга поверхностью раздела фаз: они протекают на поверхности соприкосновения твёрдого вещества и газа, твёрдого вещества и жидкости, двух твёрдых веществ или двух несмешивающихся жидкостей.

Примером таких реакций может служить горение твёрдого топлива, взаимодействие металлов с кислотами.

Так, взаимодействие цинка с соляной кислотой происходит только на поверхности металла:

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Горение дров в костре, растворение накипи в чайнике под воздействием уксуса, образование ржавчины, осаждение металла при гальванопластике – всё это гетерогенные химические реакции.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Условия, влияющие на скорость химической реакции

Чтобы управлять химической реакцией, надо знать условия, влияющие на скорость её протекания.

Это позволит замедлить скорость нежелательной реакции (например, ржавления железа, порчи пищевых продуктов) и увеличить скорость полезных для человека реакций (например, получение водорода, выплавка металла из руды).

Факторы, влияющие на скорость химической реакции:

  • природа реагирующих веществ
  • концентрация реагирующих веществ
  • температура
  • действие катализаторов
  • давление

 

 Давайте поподробнее рассмотрим влияние этих факторов на скорость реакции.

 

1) Природа реагирующих веществ.

Например, скорость взаимодействия металлов с водой различна и зависит от активности металла.

Натрий бурно реагирует с водой, однако калий при контакте с водой ещё и воспламеняется, а рубидий взрывается.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

В свою очередь, скорость взаимодействия одного и того же металла с разными веществами также зависит от природы этих веществ.

Натрий, который бурно реагирует с водой, с этиловым спиртом реагирует более спокойно.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

2) Концентрация реагирующих веществ

Чтобы произошло взаимодействие, частицы (атомы, молекулы, ионы) реагирующих веществ должны столкнуться.

И чем больше столкновений происходит в единицу времени, тем быстрее протекает химическая реакция.

Гомогенные реакции протекают во всём объёме, и чем больше частиц в единице объёма, тем чаше они сталкиваются.

Следовательно, с повышением концентрации реагирующих веществ происходит увеличение скорости реакции. 

Если реакция гетерогенная, то взаимодействие частиц происходит лишь на поверхности твёрдого вещества, поэтому в данном случае говорят не о концентрации, а о площади соприкосновения веществ.

По сути, это понятие аналогично концентрации, ведь чем больше площадь поверхности, тем больше частиц вещества способны вступить в реакцию.

Мелкие щепки горят в костре гораздо быстрее крупных поленьев.

Можно даже поставить «чистый» эксперимент: взять одинаковое количество (по массе) дерева, только в одном случае в виде мелких веток и щепок, а в другом в виде более крупных поленцев.

Мелкие щепки всё равно сгорят быстрее.

Происходит это именно из-за того, что в данном случае площадь поверхности дерева больше.

То же происходит и в лаборатории или в школьном кабинете химии: цинк или магний выпускают в виде маленьких гранул специально для того, чтобы скорость их взаимодействия с кислотами была больше.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

3) Температура

С повышением температуры скорость химических реакций, как правило, возрастает, так как при нагревании реагирующие частицы становятся более активными и способными к взаимодействию.

Если нам нужно почистить чайник от накипи, то мы заливаем в него уксусную или лимонную кислоту и кипятим.

Можно, конечно, оставить чайник и так, но при нагревании накипь растворяется быстрее.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Экспериментально установлено, что при повышении температуры на каждые десять градусов скорость большинства реакций увеличивается в 2-4 раза.

Эту закономерность называют правилом Вант-Гоффа по имени голландского учёного, который впервые её сформулировал.

4) Действие катализаторов

Ещё алхимики заметили, что существуют такие вещества, при воздействии которых реакции идут намного быстрее.

Такие вещества называются катализаторами, а увеличение скорости реакции – катализ.

Важно то, что сам катализатор в реакции не участвует.

Природа катализа различна. Иногда катализатор служит концентратором, то есть «собирает» на себе реагенты, увеличивая концентрацию, как например, при разложении перекиси водорода: в обычном состоянии она разлагается очень медленно, а при добавлении к ней оксида марганца очень быстро с образованием большого количества пены.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Или при синтезе аммиака – скорость реакции увеличивается при введении в область реакции губчатой платины: она имеет очень неровную поверхность, которая, как активированный уголь, собирает на себе молекулы водорода и азота, увеличивая их концентрацию в несколько раз.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Иногда катализатор вступает в реакцию с одним из веществ, но в конце всей цепочки высвобождается в исходном виде.

Например, сухой хлор можно хранить в стальных баллонах длительное время.

Но если в хлоре есть примесь влаги, баллон может очень быстро разрушиться. Вода является катализатором взаимодействия хлора с железом. Сначала происходит реакция хлора и воды с образованием хлороводорода, который легко реагирует с железом:

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Эти реакции происходят почти моментально, и поэтому образующийся атомарный кислород не успевает образовать двухатомные молекулы.

В итоге всю цепочку можно записать одной реакцией:

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Большую часть продукции, вырабатываемой химической промышленностью, получают с использованием катализаторов.

Каталитическими являются процессы производства кислот, удобрений, резины, пластмасс, лекарств, процессы переработки нефти. 

Особую роль играют биологические катализаторы – ферменты.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Они участвуют в сложных химических процессах, протекающих в живых организмах.

Слюна содержит фермент птиалин, который катализирует превращение крахмала в сахар, – переваривание пищи начинается уже во рту! Желудочный сок содержит пепсин, который катализирует расщепление белков.

В случае, когда у человека имеются серьезные нарушения пищеварения, ему прописывают медицинские препараты, содержащие пищеварительные ферменты.

В организме человека около 30 000 различных ферментов, каждый из них — катализатор какой-либо одной реакции.

5) Давление

Как правило, с повышением давления скорость химической реакции возрастает.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

В бесплатной версии урока недоступны:

  • Видео
  • Изображения
  • Дополнительная информация
  • Таблицы
  • Тесты
Получить доступ