Shkalla e reagimit është një vlerë që tregon ndryshimin në përqendrimin e reaktantëve gjatë një periudhe kohore. Për të vlerësuar madhësinë e tij, është e nevojshme të ndryshohen kushtet fillestare të procesit.
Ndërveprime homogjene
Shpejtësia e reaksionit ndërmjet disa përbërjeve që janë në të njëjtën formë agregate varet nga vëllimi i substancave të marra. Nga pikëpamja matematikore, është e mundur të shprehet marrëdhënia midis shpejtësisë së një procesi homogjen dhe ndryshimit të përqendrimit për njësi të kohës.
Një shembull i një ndërveprimi të tillë është oksidimi i oksidit nitrik (2) në oksid nitrik (4).
Procese heterogjene
Shkalla e reagimit për substancat fillestare në gjendje të ndryshme grumbullimi karakterizohet nga numri i moleve të reagentëve fillestarë për njësi sipërfaqe për njësi të kohës.
Ndërveprimet heterogjene janë karakteristike për sistemet që kanë gjendje të ndryshme agregate.
Duke përmbledhur, vërejmë se shpejtësia e reagimit tregon ndryshimin në numrin e moleve të reagentëve fillestarë (produktet e reaksionit) përperiudhë kohore, ndërfaqe për njësi ose për vëllim njësi.
Përqendrimi
Le të shqyrtojmë faktorët kryesorë që ndikojnë në shpejtësinë e reagimit. Le të fillojmë me përqendrimin. Një varësi e tillë shprehet me ligjin e veprimit masiv. Ekziston një lidhje drejtpërsëdrejti ndërmjet produktit të përqendrimeve të substancave që ndërveprojnë, marrë në aspektin e koeficientëve të tyre stereokimik dhe shpejtësisë së reaksionit.
Merrni parasysh ekuacionin aA + bB=cC + dD, ku A, B, C, D janë lëngje ose gazra. Për procesin e mësipërm, ekuacioni kinetik mund të shkruhet duke marrë parasysh koeficientin e proporcionalitetit, i cili ka vlerën e vet për çdo ndërveprim.
Si arsyeja kryesore për rritjen e shpejtësisë, mund të vërehet një rritje në numrin e përplasjeve të grimcave reaguese për njësi vëllimi.
Temperatura
Merrni parasysh efektin e temperaturës në shpejtësinë e reagimit. Proceset që ndodhin në sistemet homogjene janë të mundshme vetëm kur grimcat përplasen. Por jo të gjitha përplasjet çojnë në formimin e produkteve të reagimit. Vetëm në rastin kur grimcat kanë një energji të shtuar. Kur nxehen reagentët, vërehet një rritje në energjinë kinetike të grimcave, rritet numri i molekulave aktive, prandaj, vërehet një rritje në shpejtësinë e reagimit. Marrëdhënia midis indeksit të temperaturës dhe shpejtësisë së procesit përcaktohet nga rregulli van't Hoff: çdo rritje e temperaturës me 10°C çon në një rritje të shpejtësisë së procesit me 2-4 herë.
Catalyst
Duke marrë parasysh faktorët që ndikojnë në shpejtësinë e reaksionit, le të përqendrohemi te substancat që mund të rrisin shpejtësinë e procesit, pra te katalizatorët. Në varësi të gjendjes së grumbullimit të katalizatorit dhe reaktantëve, dallohen disa lloje të katalizës:
- formë homogjene, në të cilën reaktantët dhe katalizatori kanë të njëjtën gjendje grumbullimi;
- heterogjene kur reaktantët dhe katalizatori janë në të njëjtën fazë.
Nikeli, platini, rodiumi, paladiumi mund të dallohen si shembuj të substancave që përshpejtojnë ndërveprimet.
Inhibitorët janë substanca që ngadalësojnë një reaksion.
Zona e kontaktit
Çfarë tjetër përcakton shpejtësinë e reagimit? Kimia është e ndarë në disa seksione, secila prej të cilave merret me shqyrtimin e proceseve dhe dukurive të caktuara. Kursi i kimisë fizike shqyrton marrëdhëniet midis zonës së kontaktit dhe shpejtësisë së procesit.
Për të rritur zonën e kontaktit të reagentëve, ato grimcohen në një madhësi të caktuar. Ndërveprimi më i shpejtë ndodh në tretësirat, prandaj shumë reaksione kryhen në një mjedis ujor.
Gjatë bluarjes së lëndëve të ngurta, duhet të respektohet masa. Për shembull, kur piriti (sulfiti i hekurit) shndërrohet në pluhur, grimcat e tij sinterizohen në një furrë, gjë që ndikon negativisht në shpejtësinë e procesit të oksidimit të këtij përbërësi dhe rendimenti i dioksidit të squfurit zvogëlohet.
Reagents
Le të përpiqemi të kuptojmë se si të përcaktojmë shpejtësinë e reaksionit në varësi të cilët reagentë ndërveprojnë? Për shembull, metalet aktive të vendosura në serinë elektrokimike Beketov përpara hidrogjenit janë në gjendje të ndërveprojnë me tretësirat acidike, dhe ato që janë pas H2 nuk e kanë një aftësi të tillë. Arsyeja e këtij fenomeni qëndron në aktivitetin e ndryshëm kimik të metaleve.
Presion
Si lidhet shpejtësia e reagimit me këtë vlerë? Kimia është një shkencë që është e lidhur ngushtë me fizikën, kështu që varësia është drejtpërdrejt proporcionale, ajo rregullohet nga ligjet e gazit. Ekziston një lidhje e drejtpërdrejtë midis sasive. Dhe për të kuptuar se cili ligj përcakton shpejtësinë e një reaksioni kimik, është e nevojshme të dihet gjendja e grumbullimit dhe përqendrimi i reagentëve.
Llojet e shpejtësive në kimi
Është zakon të veçohen vlerat e menjëhershme dhe mesatare. Shkalla mesatare e ndërveprimit kimik përcaktohet si diferenca në përqendrimet e reaktantëve gjatë një periudhe kohore.
Vlera e përftuar është negative kur përqendrimi zvogëlohet, pozitive kur rritet përqendrimi i produkteve të ndërveprimit.
Vlera e vërtetë (e çastit) është një raport i tillë në një njësi të caktuar kohe.
Në sistemin SI, shpejtësia e një procesi kimik shprehet në [mol×m-3×s-1].
Probleme në kimi
Le të shohim disa shembuj të problemeve që lidhen me përcaktimin e shpejtësisë.
Shembulli 1. Nëklori dhe hidrogjeni përzihen në një enë, pastaj përzierja nxehet. Pas 5 sekondash, përqendrimi i klorurit të hidrogjenit fitoi një vlerë prej 0,05 mol/dm3. Llogaritni shpejtësinë mesatare të formimit të klorurit të hidrogjenit (mol/dm3 s).
Është e nevojshme të përcaktohet ndryshimi në përqendrimin e klorurit të hidrogjenit 5 sekonda pas ndërveprimit, duke zbritur vlerën fillestare nga përqendrimi përfundimtar:
C(HCl)=c2 - c1=0,05 - 0=0,05 mol/dm3.
Llogaritni shkallën mesatare të formimit të klorurit të hidrogjenit:
V=0,05/5=0,010 mol/dm3 ×s.
Shembulli 2. Në një enë me vëllim 3 dm3, ndodh procesi i mëposhtëm:
C2H2 + 2H2=C2 H6.
Masa fillestare e hidrogjenit është 1 g. Dy sekonda pas fillimit të bashkëveprimit, masa e hidrogjenit ka fituar një vlerë prej 0,4 g. Llogaritni shkallën mesatare të prodhimit të etanit (mol/dm 3×s).
Masa e hidrogjenit që ka reaguar përcaktohet si diferenca midis vlerës fillestare dhe numrit përfundimtar. Është 1 - 0,4=0,6 (g). Për të përcaktuar numrin e moleve të hidrogjenit, është e nevojshme ta ndani atë me masën molare të një gazi të caktuar: n \u003d 0,6/2 \u003d 0,3 mol. Sipas ekuacionit, 1 mol etan formohet nga 2 mole hidrogjen, prandaj nga 0,3 mole H2 fitojmë 0,15 mol etan.
Përcaktoni përqendrimin e hidrokarburit që rezulton, marrim 0,05 mol/dm3. Atëherë mund të llogarisni shkallën mesatare të formimit të saj:=0,025 mol/dm3 ×s.
Përfundim
Faktorë të ndryshëm ndikojnë në shkallën e ndërveprimit kimik: natyra e substancave reaguese (energjia e aktivizimit), përqendrimi i tyre, prania e një katalizatori, shkalla e bluarjes, presioni, lloji i rrezatimit.
Në gjysmën e dytë të shekullit të nëntëmbëdhjetë, profesori N. N. Beketov sugjeroi se ekziston një lidhje midis masave të reagentëve fillestarë dhe kohëzgjatjes së procesit. Kjo hipotezë u konfirmua në ligjin e veprimit masiv, i krijuar në 1867 nga kimistët norvegjezë: P. Wage dhe K. Guldberg.
Kimia fizike studion mekanizmin dhe shpejtësinë e proceseve të ndryshme. Proceset më të thjeshta që ndodhin në një fazë quhen procese monomolekulare. Ndërveprimet komplekse përfshijnë disa ndërveprime të njëpasnjëshme elementare, kështu që çdo fazë konsiderohet veçmas.
Për të përftuar rendimentin maksimal të produkteve të reaksionit me kosto minimale të energjisë, është e rëndësishme të merren parasysh faktorët kryesorë që ndikojnë në rrjedhën e procesit.
Për shembull, për të përshpejtuar procesin e zbërthimit të ujit në substanca të thjeshta, nevojitet një katalizator, rolin e të cilit e kryen oksidi i manganit (4).
Të gjitha nuancat që lidhen me zgjedhjen e reagentëve, zgjedhjen e presionit dhe temperaturës optimale, përqendrimi i reagentëve merren parasysh në kinetikën kimike.
