Швидкість хімічної реакції

Для розуміння хімічних процесів необхідно мати уявлення про швидкість хімічної реакції.
Швидкість хімічної реакції визначається зміною концентрації вихідних речовин в одиницю часу.
Швидкість хімічної реакції позначимо літерою υ, концентрацію – С. Розглянемо процес окислення двоокису сірки SО2 в трехокись, або сірчаний ангідрид, S03 під дією кисню. Ця реакція оборотна і виражається рівнянням:
2SО2 + О2 ⇄ 2SО3
Реакція, що протікає між спочатку взятими речовинами SО2 і О2, називається прямою, а розкладання SО3 – зворотною реакцією.
Якщо виразити концентрацію в молях на літр, то початкова концентрація SО2 дорівнює Сl моль / л. Через деякий проміжок часу концентрація SО2 зменшитися до С2 моль / л. Зрозуміло, що разом зі зменшенням концентрації SО2 зменшується і концентрація О2, що реагує з двоокисом сірки, тому, говорячи про зміну концентрації SО2, ми маємо на увазі також зміна концентрації О2.
Зміна концентрації складе величину
С2 – С1 = – ΔС.
Для того щоб визначити середню швидкість реакції v, потрібно визначити зміна концентрації в одиницю часу, т. Е. Якщо проміжок часу в секундах складе t2 – t1 = Δt сек, то середня швидкість прямої реакції дорівнює. Швидкість реакції – величина позитивна. Знак мінус вказує лише на те, що в міру зменшення концентрації вихідних речовин (зокрема, SО2 і О2) швидкість прямої реакції сповільнюється.
Однак поступово накопичується кількість продукту реакції SО3, т. Е. Збільшується його концентрація і починається зворотна реакція – розкладання SО3. Оскільки зміна концентрації тут йде в бік збільшення С2 – С1 = ΔС за період t2 – t1 = Δt, то середня швидкість зворотної реакції.

Зі сказаного очевидно, що чим вище концентрація речовин в суміші, тим швидше між ними йде реакція. Іншими словами, швидкість хімічної реакції прямо пропорційна концентраціям реагуючих речовин.
Якщо концентрацію одного з вихідних речовин А Обозначить [А], а концентрацію іншого вихідної речовини В позначити [В], то залежність швидкості від концентрації речовин виразиться формулою:
υ = k [A] · [B],
де k – коефіцієнт пропорційності, званий константою швидкості. Він дорівнює такій швидкості реакції, коли концентрація кожного з вихідних речовин дорівнює 1 моль / л. Отже, швидкість хімічної реакції залежить насамперед від концентрації вихідних речовин.
Швидкість реакції залежить від температури (ця залежність була відзначена Вант-Гофф). Як правило, швидкість різко зростає із збільшенням температури. Це пояснюється тим, що молекули реагуючих речовин отримують додаткову енергію (енергію активації), активізуються і швидше реагують один з одним. Очевидно, якщо суміш SO2 і O2 нагрівати, то реакція між ними піде швидше.

Для кожної реакції потрібна різна енергія активації, після повідомлення якої утворення продуктів йде мимовільно і при цьому виділяється енергія. Якщо енергії виділяється менше, ніж було витрачено на активацію, то процес ендотермічен, якщо більше, то екзотермічен. Надлишок енергії виділяється, а недолік треба заповнювати, тому ендотермічні процеси вимагають постійного нагрівання. Для прискорення реакції між іонами в розчинах потрібно зовсім невелика енергія.
Швидкість хімічної реакції залежить також від величини поверхні цих речовин: тверді речовини швидше реагують один з одним в мелкораздробленном стані, а в розчинах реакція йде ще швидше.

■ 99. Що таке швидкість хімічної реакції? У яких одиницях вона вимірюється? (Див. Відповідь)
100. Яка залежність швидкості реакції від концентрації реагуючих речовин і якою формулою ця залежність виражається?
101. Чому швидкість реакції зростає із збільшенням температури?
102. Чим пояснити, що одні реакції є ендотермічними процесами, а інші – екзотермічними?
103. Чому тверді речовини для прискорення реакції між ними розчиняють або розтирають у дрібний порошок?
104. Чому для того, щоб отримати сульфід ртуті з металевої ртуті і сірки, їх розтирають у ступці?

105. При змішуванні твердого їдкого натру і мідного купоросу ніякої реакції не спостерігається. У розчині ж між цими речовинами реакція протікає практично миттєво. Чим це пояснюється? (Див. Відповідь)

Посилання на основну публікацію