Факторы, влияющие на скорость химических реакций (давление, температура, катализаторы, свет)

| 2 октября, 2021 | Химия

В реакции ионных соединений быстрее , чем у ковалентных соединений , так как ионные соединения состоят в основном из положительных и отрицательных ионов , которые легко реагируют в то время как ковалентные соединения связь должна быть разбита первой перед началом реакции, разделенный никеля, а не никель блок используется при гидрировании масла, потому что по мере увеличения площади поверхности катализатора скорость химической реакции увеличивается.

Факторы, влияющие на скорость химических реакций

  1. Природа реагентов
  2. Концентрация реагентов
  3. Температура реакции
  4. Давление
  5. Катализаторы
  6. Свет

Природа реагентов

Это включает в себя два важных фактора, а именно типы связывания в реагентах и ​​площадь поверхности, подверженную реакции, Типы связывания в реагентах: Ионные реагенты подвергаются очень быстрым реакциям, как в случае реакции между хлоридом натрия и нитратом серебра, Ионами реагентов соединяются друг с другом, как только их растворы смешиваются, с другой стороны, реагенты с ковалентной связью претерпевают медленные реакции, как в случае органических реакций.

Площадь поверхности, подверженная реакции, играет важную роль в скорости реакции, например, когда две равные массы металлического цинка, одна в виде порошка, а другая в виде черного, помещаются каждая отдельно в испытание. пробирки, и в каждую добавляется равный объем разбавленной соляной кислоты, можно заметить, что реакция с цинковым порошком полностью протекает за более короткое время, чем с цинковым блоком.

Реакция раствора хлорида натрия и раствора нитрата серебра является мгновенной реакцией, в то время как реакция производства мыла протекает медленно, потому что ионы хлорида натрия и нитрата серебра реагируют мгновенно, как только они смешиваются, в то время как реакция веществ, образующих мыло происходит медленно, потому что это происходит между неорганизованными органическими веществами .

В реакции: 2SO 2  + O 2 → 2SO 3. Скорость реакции резко снижается, когда мы используем платину в виде листов, а не порошка, потому что по мере увеличения площади поверхности катализатора скорость химической реакции увеличивается.

Концентрация реагентов

Чем больше количество реагирующих молекул (больше концентрация), тем больше изменение столкновения на единицу объема и больше реакции, Вааге и Гульдберг установили закон, выражающий связь между скоростью химической реакции и концентрацией молекул. реагентов, этот закон известен как закон действия масс.

Закон действия масс: при постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению умножения концентрации реагента, и каждая из них возводится в степень числа молекул или ионов в сбалансированном химическом уравнении .

Для уточнения закона действия масс: при постепенном добавлении раствора хлорида железа (III) (слабый желтый цвет) к раствору тиоцианата аммония (бесцветный) цвет реакционной смеси становится кроваво-красным из-за образования тиоцианата железа (III). , реакция может быть представлена ​​следующим равновесием.

FeCl 3 + 3NH 4 SCN → Fe (SCN) 3 + 3NH 4 Cl

Если добавлено избыточное количество хлорида железа (III), красный цвет раствора усиливается, указывая на образование большего количества тиоцианата железа (III), когда скорость обратной реакции (r 2 ) равна скорости прямой реакции (r 1 ).

При добавлении раствора хлорида железа III к раствору тиоцината аммония цвет реакционной смеси становится красным, а при добавлении избыточного количества хлорида аммония его степень уменьшается, раствор приобретает красный цвет крови, потому что реакция смещается в прямом направлении и интенсивность окраски уменьшается при добавлении раствора хлорида аммония, поскольку реакция смещается в обратном направлении.

K c известен как константа равновесия реакции, небольшие значения константы равновесия (<1) означают, что концентрация продуктов меньше, чем концентрация реагентов, что свидетельствует о том, что реакция не идет хорошо в направлении образования продукты и обратимая реакция играет эффективную роль. Примером может служить растворимость хлорида серебра в воде.

AgCl → Ag + + Cl —

Растворение хлорида серебра в воде затруднено, потому что значение Kc реакции мало, что указывает на то, что обратимая реакция играет эффективную роль . Высокие значения константы равновесия указывают на то, что реакция протекает почти до конца, это означает, что прямая реакция является преобладающей реакцией, как и в случае реакции хлорида с водородом.

Концентрация воды , твердых веществ и осадков не должна фигурировать в уравнении константы равновесия, потому что их концентрации остаются постоянными независимо от их количества. Как правило, концентрация воды или растворителя считается постоянной, поскольку она существенно не меняется в реакции. , При той же температуре значение K c не изменяется за счет изменения концентрации реагентов и продуктов.

Небольшие значения константы равновесия (K c <1) означают, что обратимая реакция играет эффективную роль, потому что результат умножения концентрации продуктов меньше, чем концентрации реагентов, концентрация водных твердых веществ и осадков не должна входить в константу равновесия уравнения, потому что в состоянии равновесия концентрации остаются постоянными независимо от их количества.

Согласно следующему уравнению, H 2  + Cl 2 → 2 HCl, K c = 4,4 × 10 12 , Диссоциация хлористого водорода на его элементы очень трудна, потому что значение K c реакции высокое, что указывает на то, что прямая реакция преобладающая реакция.

Хотя реакция газообразного азота с газообразным водородом является экзотермической реакцией , реакция не начинается до тех пор, пока реагенты не нагреются, пока молекулы не приобретут энергию активации, необходимую для начала реакции.

Скорость реакций увеличивается по мере увеличения количества реагентов, потому что количество молекул реагентов увеличивается, скорость столкновения увеличивается, так что скорость химической реакции увеличивается. Только сталкивающиеся молекулы с очень высокой скоростью могут реагировать, потому что их кинетическая энергия высока. достаточно, чтобы разорвать связи внутри молекул.

Влияние температуры на скорость реакции

Влияние температуры на скорость химической реакции можно объяснить в свете теории столкновений, эта теория предполагает, что: для химической реакции молекулы реагентов должны столкнуться друг с другом, только молекулы с очень высокой скоростью могут реагировать, поскольку их кинетическая энергия достаточно высока, чтобы разорвать связи внутри молекул, чтобы могла произойти химическая реакция, молекула должна иметь минимальное количество энергии, известное как энергия активации.

Энергия активации — это количество энергии, которое должно быть получено молекулой для реакции при столкновении с другими молекулами. Активированные молекулы — это молекулы, кинетическая энергия которых равна или превышает энергию активации, скорость химической реакции увеличивается с увеличением температуры из-за к увеличению количества активированных молекул.

Мы можем сделать вывод из этой теории, что повышение температуры вызывает увеличение доли активированных молекул и, как следствие, увеличение скорости химической реакции, скорость многих химических реакций удваивается при повышении температуры реакции на 10 ° C.

Если мы принесем колбу, наполненную газообразным диоксидом азота (красновато-коричневый цвет), и поместим ее в охлаждающую смесь, мы увидим, что интенсивность цвета постепенно уменьшается, пока этот красновато-коричневый цвет не исчезнет.

Когда колбу, содержащую газ, удаляют из этой охлаждающей смеси и выдерживают при комнатной температуре (25 °), мы обнаружили, что красновато-коричневый цвет начинает постепенно появляться снова, это можно объяснить в соответствии со следующим уравнением равновесия.

2NO 2 → N 2 O 4 + тепло

Из этого эксперимента мы делаем вывод, что если экзотермическая реакция достигла состояния равновесия , снижение температуры вынуждает реакцию протекать в прямом направлении с выделением тепла.

Цвет диоксида азота исчезает при охлаждении, поскольку при понижении температуры от равновесия экзотермическая реакция заставляет реакцию протекать в прямом направлении с выделением тепла (направление образования бесцветного N 2 O 4 .

Эффект давления

Стоит отметить, что концентрация вещества в растворе дается в единицах молярности и выражается заключением вещества между двумя квадратными скобками []. Если реагенты или продукты находятся в газообразном состоянии, концентрация выражается как используя их парциальное давление, например, газообразный аммиак получают в промышленности из его элементов в соответствии со следующей реакцией.

N 2 + 3H 2 → 2 NH 3 , Δ H = — 92

Четыре молекулы реагируют с образованием двух молекул, образование газообразного аммиака сопровождается уменьшением количества молекул и, как следствие, уменьшением объема. Было обнаружено, что при приложении давления и охлаждения скорость образования аммиака увеличивается.

Таким образом, при увеличении давления или охлаждении газовой реакции в состоянии равновесия происходит сдвиг в направлении уменьшения давления (или в направлении, в котором объем меньше). В этом случае константа равновесия выражается символом K p, чтобы указать, что концентрации веществ выражены парциальным давлением.

Константа равновесия вышеуказанной реакции также может быть выражена через молярную концентрацию. Лешателье сформулировал правило, которое предсказывает влияние различных факторов, таких как концентрация, температура и давление, на систему , находящуюся в состоянии равновесия.

Принцип Ле-Шателье: изменения любого из условий химического равновесия, таких как концентрация, давление или температура, вызывают сдвиг равновесия в том направлении, которое будет противодействовать этому изменению.

Количество водяного пара, который готовится из его элементов, увеличивается по мере увеличения давления, потому что при увеличении давления на газовую реакцию в условиях равновесия происходит сдвиг в том направлении, в котором количество молей становится меньше.

2Н 2 + О 2 → 2 Н 2 О

Давление необходимо для производства газообразного аммиака с помощью метода Хабера , но это не важно в производстве оксида азота из ее элементов , поскольку объем реагентов выше , чем у продуктов в промышленности аммиака , в то время как индустрия оксида азота газа, объем реагентов и продуктов равны.

N 2 + 3H 2 → 2 NH 3

N 2 + O 2 → 2 НЕТ

Влияние катализаторов

Катализатор — это вещество, которое вызывает изменение скорости химической реакции, но остается химически неизменным в конце реакции. Катализатор не влияет на равновесие обратимых реакций, поскольку он изменяет скорость реакции, не влияя на положение равновесия.

Использование катализаторов:

  1. Катализаторы уменьшают энергию активации, необходимую для одновременного ускорения обратимыхи необратимых реакций .
  2. Катализаторы используются более чем в 90% промышленных процессов, таких как пищевая и нефтехимическая промышленность.
  3. Катализаторы используются в каталитических нейтрализаторах выхлопной системы автомобиля.

Каталитические преобразователи в выхлопных системах автомобилей преобразуют газообразные продукты сгорания, которые вызывают загрязнение воздуха, в безопасные продукты. Катализаторы — это металлы, оксиды или соединения металлов. Ферменты — это высокомолекулярные белки, вырабатываемые в живых клетках, они действуют как катализаторы для многих биологических и промышленных процессы.

Эффект света

На некоторые химические реакции влияет свет, фотосинтез — это пример того, как хлорофилл в растениях поглощает свет и образует углеводы в присутствии углекислого газа и воды.

Фотографические пленки содержат бромид серебра в гелеобразном слое, когда свет падает на такие пленки, ионы серебра принимают электроны от бромид-ионов, превращаются в металлическое серебро, бром поглощается в гелеобразном слое, увеличение интенсивности света связано с увеличением количества серебра сформировано.

Ag + + e — → Ag