Швидкість хімічної реакції

Відомо, що одні хімічні реакції протікають за частки секунди, інші ж – за хвилини, години, дні. Наприклад, практично миттєво протікають реакції, які супроводжуються вибухом: горіння пороху, займання горючої суміші в двигуні внутрішнього згоряння автомобіля. При зливанні розчинів хлориду барію і сірчаної кислоти миттєво утворюється білий осад сульфату барію:

ВаСl2 + H2SO4 = BaSO4 ↓ + 2НСl.

Навпаки, корозія заліза (іржавіння) йде так повільно, що побачити її продукт можна лише після закінчення тривалого часу.

Одна і та ж реакція може в одних умовах протікати швидко, а в інших – повільно. Наприклад, процес окислення срібла або міді на повітрі тягнеться роками, а в присутності озону проходить надзвичайно швидко.

Щоб характеризувати швидкість протікання хімічної реакції, використовують поняття «швидкість хімічної реакції» (її позначають латинською літерою).

Кількість речовини (моль) в одиниці об’єму, як ви пам’ятаєте, називають молярною концентрацією речовини. Її вимірюють у моль / л (кмоль / м3, ммоль / мл). Так як час вимірюють у секундах (хвилинах, годинах), то одиниці швидкості хімічної реакції: 1 моль / (л • с); 1 кмоль / (м3 • хв) і т. Д.

Отже, щоб визначити, з якою швидкістю протікає хімічна реакція, потрібно знати:

а) яка кількість речовини (моль) утворюється (для продукту реакції) або витрачається (для вихідної речовини);
б) за який час відбувається цей процес;
в) в якому обсязі протікає реакція.

Знання швидкостей хімічних реакцій має дуже велике практичне і наукове значення. Наприклад, у хімічній промисловості від швидкості хімічної реакції залежать розміри, продуктивність апаратів, кількість вироблюваного продукту і в кінцевому рахунку зарплата працівників і собівартість продукції.

Розділ хімії, що вивчає швидкість хімічних реакцій, називають хімічної кінетикою. Знаючи її закони, людина отримує можливість керувати швидкістю хімічних процесів.

При розгляді питання про швидкість реакції необхідно пам’ятати, що реакції ділять на гомогенні і гетерогенні.

Дане вище визначення швидкості хімічної реакції і відповідна йому формула справедливі тільки для гомогенних хімічних реакцій.

Якщо хімічна реакція гетерогенна, то вона може йти тільки на поверхні розділу реагуючих речовин. У цьому випадку швидкість хімічної реакції буде визначатися площею поверхні зіткнення реагуючих речовин. Отже, для гетерогенних реакцій одним з факторів, що визначають швидкість хімічної реакції, є величина площі поверхні зіткнення реагуючих речовин.

Враховуючи цей чинник зміни швидкості хімічних реакцій, на хімічному виробництві дуже часто проводяться хімічні реакції в «киплячому шарі». Тверда речовина для цієї мети дроблять, подрібнюють майже до стану пилу, а потім через нього пропускають знизу другим речовина, як правило, газ. Проходження його через дрібно- роздроблене тверда речовина-реагент супроводжується ілюзією кипіння. Наприклад, в «киплячому шарі» здійснюють випал дрібно подрібненого сірчаного колчедану при виробництві сірчаної кислоти або крекінг нафтопродуктів.

Залежність швидкості гетерогенної реакції від величини поверхні зіткнення реагуючих речовин можна простежити в досвіді, зображеному на малюнку 103. У хімічні склянки налиті однакові обсяги соляної кислоти однаковій концентрації. На часових стеклах знаходиться мармур однакової маси: для першого досвіду шматочок, для другого – порошок.

Неважко переконатися, що взаємодія порошку мармуру з кислотою протікає набагато енергійніше, ніж взаємодія шматочка мармуру з нею.

Швидкість хімічних реакцій залежить від природи реагуючих речовин.

На малюнку 104 показано взаємодія двох лужних металів – літію та калію – з водою. Калій взаємодіє з водою дуже бурхливо і настільки енергійно, що навіть запалюється, а з літієм реакція протікає повільніше.

В якості іншого прикладу можна навести реакції окислення срібла киснем і озоном: перший йде повільно, друга протікає майже миттєво.

Вплив природи речовин на швидкість хімічних реакцій дуже велике.

Наприклад, процес перетворення граніту в глину, так зване вивітрювання гірських порід, протікає протягом тисячоліть. Природа пляшкового або віконного скла, поліетилену та інших речовин, створених людиною, така, що ці речовини практично не розкладаються або розкладаються в навколишньому середовищі надзвичайно повільно. Ось і доводиться людині знаходити способи їх утилізації, наприклад спалювати поліетилен та інше сміття. І як мудро розпорядилася природа, коли передбачила для людини і більшості тварин в якості транспортує кисень речовини гемоглобін крові, який вже при кімнатній температурі здатний з’єднуватися з киснем повітря зі значною швидкістю, а отже, і швидко доставляти його з легких в тканини.

Посилання на основну публікацію