Ne vazhdimisht ballafaqohemi me ndërveprime të ndryshme kimike. Djegia e gazit natyror, ndryshkja e hekurit, thartimi i qumështit janë larg të gjitha proceseve që studiohen në detaje në një kurs të kimisë në shkollë.
Disa reagime zgjasin fraksione sekondash, ndërsa disa ndërveprime zgjasin ditë ose javë.
Le të përpiqemi të identifikojmë varësinë e shpejtësisë së reagimit nga temperatura, përqendrimi dhe faktorë të tjerë. Në standardin e ri arsimor, për këtë çështje është caktuar një kohë minimale e studimit. Në testet e provimit të unifikuar të shtetit, ka detyra për varësinë e shkallës së reagimit nga temperatura, përqendrimi, madje ofrohen detyra llogaritëse. Shumë nxënës të shkollave të mesme përjetojnë disa vështirësi në gjetjen e përgjigjeve për këto pyetje, ndaj ne do ta analizojmë këtë temë në detaje.
Rëndësia e çështjes në shqyrtim
Informacioni për shpejtësinë e reagimit ka një rëndësi të madhe praktike dhe shkencore. Për shembull, në një prodhim specifik të substancave dhe produkteve nga një e dhënëvlera varet drejtpërdrejt nga performanca e pajisjeve, kostoja e mallrave.
Klasifikimi i reaksioneve të vazhdueshme
Ekziston një lidhje e drejtpërdrejtë midis gjendjes së grumbullimit të përbërësve fillestarë dhe produkteve të formuara gjatë procesit kimik: ndërveprime heterogjene.
Një sistem zakonisht kuptohet në kimi si një substancë ose një kombinim i tyre.
Një sistem homogjen është ai që përbëhet nga një fazë (e njëjta gjendje grumbullimi). Si shembull, mund të përmendim një përzierje gazesh, disa lëngje të ndryshme.
Heterogjen është një sistem në të cilin reaktantët janë në formën e gazeve dhe lëngjeve, të ngurta dhe gazeve.
Nuk ekziston vetëm një varësi e shpejtësisë së reagimit nga temperatura, por edhe nga faza në të cilën përdoren komponentët e përfshirë në ndërveprimin e analizuar.
Një përbërje homogjene karakterizohet nga rrjedha e procesit në të gjithë vëllimin, gjë që përmirëson ndjeshëm cilësinë e tij.
Nëse substancat fillestare janë në gjendje të ndryshme fazore, në këtë rast, ndërveprimi maksimal vërehet në kufirin e fazës. Për shembull, kur një metal aktiv tretet në një acid, formimi i një produkti (kripe) vërehet vetëm në sipërfaqen e kontaktit të tyre.
Marrëdhënia matematikore midis shpejtësisë së procesit dhe faktorëve të ndryshëm
Si duket ekuacioni për shpejtësinë e një reaksioni kimik kundrejt temperaturës? Për një proces homogjen, norma përcaktohet nga sasianjë substancë që ndërvepron ose formohet gjatë një reaksioni në vëllimin e sistemit për njësi të kohës.
Për një proces heterogjen, shkalla përcaktohet nëpërmjet sasisë së një substance që reagon ose prodhohet në proces për njësi sipërfaqe për një periudhë minimale kohore.
Faktorët që ndikojnë në shpejtësinë e një reaksioni kimik
Natyra e substancave që reagojnë është një nga arsyet për shpejtësitë e ndryshme të proceseve. Për shembull, metalet alkaline formojnë alkale me ujin në temperaturën e dhomës dhe procesi shoqërohet me evolucion intensiv të hidrogjenit të gaztë. Metalet fisnike (ari, platini, argjendi) nuk janë të afta për procese të tilla as në temperaturën e dhomës dhe as kur nxehen.
Natyra e reaktantëve është një faktor që merret parasysh në industrinë kimike për të rritur përfitimin e prodhimit.
Lidhja midis përqendrimit të reagentëve dhe shpejtësisë së një reaksioni kimik është zbuluar. Sa më i lartë të jetë, aq më shumë grimca do të përplasen, prandaj procesi do të vazhdojë më shpejt.
Ligji i veprimit të masave në formë matematikore përshkruan një marrëdhënie proporcionale të drejtë midis përqendrimit të substancave fillestare dhe shpejtësisë së procesit.
U formulua në mesin e shekullit të nëntëmbëdhjetë nga kimisti rus N. N. Beketov. Për secilin proces, përcaktohet një konstante reaksioni, e cila nuk lidhet me temperaturën, përqendrimin ose natyrën e reaktantëve.
Përpër të përshpejtuar një reaksion që përfshin një lëndë të ngurtë, ju duhet ta grini atë në një pluhur.
Në këtë rast, sipërfaqja rritet, gjë që ndikon pozitivisht në shpejtësinë e procesit. Për karburantin dizel përdoret një sistem i veçantë injektimi, për shkak të të cilit, kur bie në kontakt me ajrin, shkalla e djegies së një përzierjeje hidrokarburesh rritet ndjeshëm.
Ngrohje
Varësia e shpejtësisë së një reaksioni kimik nga temperatura shpjegohet nga teoria kinetike molekulare. Kjo ju lejon të llogaritni numrin e përplasjeve midis molekulave të reagentëve në kushte të caktuara. Të armatosur me një informacion të tillë, në kushte normale, të gjitha proceset duhet të vazhdojnë menjëherë.
Por nëse marrim parasysh një shembull specifik të varësisë së shpejtësisë së reaksionit nga temperatura, rezulton se për ndërveprim është e nevojshme që fillimisht të thyhen lidhjet kimike midis atomeve në mënyrë që të formohen substanca të reja prej tyre. Kjo kërkon një sasi të konsiderueshme energjie. Cila është varësia e shpejtësisë së reaksionit nga temperatura? Energjia e aktivizimit përcakton mundësinë e këputjes së molekulave, karakterizon realitetin e proceseve. Njësitë e tij janë kJ/mol.
Nëse energjia është e pamjaftueshme, përplasja do të jetë joefektive, kështu që nuk shoqërohet me formimin e një molekule të re.
Parafaqja grafike
Varësia e shpejtësisë së një reaksioni kimik nga temperatura mund të paraqitet grafikisht. Kur nxehet, numri i përplasjeve midis grimcave rritet, gjë që kontribuon në përshpejtimin e ndërveprimit.
Si duket grafiku i shkallës së reagimit kundrejt temperaturës? Energjia e molekulave vizatohet horizontalisht, dhe numri i grimcave me rezervë të lartë energjie tregohet vertikalisht. Një grafik është një kurbë që mund të përdoret për të gjykuar shpejtësinë e një ndërveprimi të caktuar.
Sa më i madh të jetë diferenca e energjisë nga mesatarja, aq më e largët është pika e kurbës nga maksimumi dhe një përqindje më e vogël e molekulave kanë një rezervë të tillë energjie.
Aspekte të rëndësishme
A është e mundur të shkruhet një ekuacion për varësinë e konstantës së shpejtësisë së reaksionit nga temperatura? Rritja e tij reflektohet në rritjen e shpejtësisë së procesit. Një varësi e tillë karakterizohet nga një vlerë e caktuar, e quajtur koeficienti i temperaturës së shpejtësisë së procesit.
Për çdo ndërveprim, është zbuluar varësia e konstantës së shpejtësisë së reagimit nga temperatura. Nëse rritet me 10 gradë, shpejtësia e procesit rritet me 2-4 herë.
Varësia e shpejtësisë së reaksioneve homogjene nga temperatura mund të përfaqësohet në formë matematikore.
Për shumicën e ndërveprimeve në temperaturën e dhomës, koeficienti është në intervalin nga 2 në 4. Për shembull, me një koeficient të temperaturës prej 2,9, një rritje e temperaturës prej 100 gradë e përshpejton procesin me pothuajse 50,000 herë.
Varësia e shpejtësisë së reaksionit nga temperatura mund të shpjegohet lehtësisht me vlera të ndryshme të energjisë së aktivizimit. Ajo ka një vlerë minimale gjatë proceseve jonike, të cilat përcaktohen vetëm nga ndërveprimi i kationeve dhe anioneve. Eksperimentet e shumta dëshmojnë për shfaqjen e menjëhershme të reaksioneve të tilla.
Kur energjia e aktivizimit është e lartë, vetëm një numër i vogël përplasjesh midis grimcave do të çojë në zbatimin e ndërveprimit. Me një energji mesatare aktivizimi, reaktantët do të ndërveprojnë me një shpejtësi mesatare.
Detyrat mbi varësinë e shkallës së reagimit nga përqendrimi dhe temperatura merren parasysh vetëm në nivelin e lartë arsimor, duke shkaktuar shpesh vështirësi serioze për fëmijët.
Matja e shpejtësisë së një procesi
Ato procese që kërkojnë një energji të konsiderueshme aktivizimi përfshijnë një thyerje fillestare ose dobësim të lidhjeve midis atomeve në substancat origjinale. Në këtë rast, ato kalojnë në një gjendje të caktuar të ndërmjetme, të quajtur kompleksi i aktivizuar. Është një gjendje e paqëndrueshme, shumë shpejt shpërbëhet në produkte reaksioni, procesi shoqërohet me çlirimin e energjisë shtesë.
Në formën e tij më të thjeshtë, një kompleks i aktivizuar është një konfigurim i atomeve me lidhje të vjetra të dobësuara.
Inhibitorët dhe katalizatorët
Le të analizojmë varësinë e shpejtësisë së reaksionit enzimatik nga temperatura e mesme. Substancat e tilla veprojnë si përshpejtuesproces.
Ata vetë nuk janë pjesëmarrës në ndërveprim, numri i tyre pas përfundimit të procesit mbetet i pandryshuar. Nëse katalizatorët rrisin shpejtësinë e reagimit, atëherë frenuesit, përkundrazi, ngadalësojnë këtë proces.
Thelbi i kësaj është formimi i përbërjeve të ndërmjetme, si rezultat i të cilave vërehet një ndryshim në shpejtësinë e procesit.
Përfundim
Ndërveprime të ndryshme kimike ndodhin çdo minutë në botë. Si të përcaktohet varësia e shpejtësisë së reagimit nga temperatura? Ekuacioni Arrhenius është një shpjegim matematikor i marrëdhënies midis konstantës së shpejtësisë dhe temperaturës. Ai jep një ide të atyre vlerave të energjisë së aktivizimit në të cilat është i mundur shkatërrimi ose dobësimi i lidhjeve midis atomeve në molekula, shpërndarja e grimcave në kimikate të reja.
Falë teorisë molekulare-kinetike, është e mundur të parashikohet probabiliteti i ndërveprimeve midis komponentëve fillestarë, për të llogaritur shpejtësinë e procesit. Ndër ata faktorë që ndikojnë në shpejtësinë e reaksionit, me rëndësi të veçantë është ndryshimi në indeksin e temperaturës, përqendrimi në përqindje i substancave ndërvepruese, sipërfaqja e kontaktit, prania e një katalizatori (frenuesi), si dhe natyra e përbërësve ndërveprues..
