Im Leben werden wir mit verschiedenen chemischen Reaktionen konfrontiert. Einige von ihnen, wie das Rosten von Eisen, können mehrere Jahre andauern. Andere, wie die Vergärung von Zucker zu Alkohol, dauern mehrere Wochen. Brennholz im Ofen brennt in ein paar Stunden aus und Benzin im Motor brennt in Sekundenbruchteilen aus.

Um die Ausrüstungskosten zu senken, erhöhen Chemieanlagen die Reaktionsgeschwindigkeit. Und einige Prozesse, wie Lebensmittelverderb, Metallkorrosion, müssen verlangsamt werden.

Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion kann ausgedrückt werden als Änderung der Materiemenge (n, modulo) pro Zeiteinheit (t) - Vergleiche die Geschwindigkeit eines bewegten Körpers in der Physik als Koordinatenänderung pro Zeiteinheit: υ = Δx/Δt . Damit die Geschwindigkeit nicht vom Volumen des Gefäßes abhängt, in dem die Reaktion stattfindet, teilen wir den Ausdruck durch das Volumen der reagierenden Substanzen (v), d.h. wir erhaltenÄnderung der Menge eines Stoffes pro Zeiteinheit pro Volumeneinheit oder Änderung der Konzentration eines der Stoffe pro Zeiteinheit:

n 2 - n 1
υ = –––––––––– = –––––––– = Δс/Δt (1)
(t 2 − t 1) v Δt v

wobei c = n / v die Konzentration des Stoffes ist,

Δ (ausgesprochen „Delta“) ist die allgemein anerkannte Bezeichnung für eine Größenänderung.

Wenn Substanzen unterschiedliche Koeffizienten in der Gleichung haben, ist die Reaktionsgeschwindigkeit für jede von ihnen, berechnet nach dieser Formel, unterschiedlich. Beispielsweise reagieren 2 Mol Schwefeldioxid in 10 Sekunden in 1 Liter vollständig mit 1 Mol Sauerstoff:

2SO 2 + O 2 \u003d 2SO 3

Die Sauerstoffgeschwindigkeit beträgt: υ \u003d 1: (10 1) \u003d 0,1 mol / l s

Sauergasgeschwindigkeit: υ \u003d 2: (10 1) \u003d 0,2 mol / l s- dies muss nicht auswendig gelernt und in der Prüfung gesprochen werden, es wird ein Beispiel gegeben, um nicht verwirrt zu werden, wenn diese Frage auftaucht.

Die Geschwindigkeit heterogener Reaktionen (mit Feststoffen) wird oft pro Flächeneinheit der Kontaktflächen ausgedrückt:

An
υ = –––––– (2)
ΔtS

Reaktionen werden als heterogen bezeichnet, wenn sich die Reaktanten in unterschiedlichen Phasen befinden:

• ein Feststoff mit einem anderen Feststoff, Flüssigkeit oder Gas,
• zwei nicht mischbare Flüssigkeiten
• Gas Flüssigkeit.

Homogene Reaktionen treten zwischen Substanzen in der gleichen Phase auf:

• zwischen gut mischbaren Flüssigkeiten,
• Gase,
• Substanzen in Lösungen.

Bedingungen, die die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen beeinflussen

1) Die Reaktionsgeschwindigkeit hängt ab die Art der Reaktanten. Einfach ausgedrückt reagieren verschiedene Substanzen unterschiedlich schnell. Beispielsweise reagiert Zink heftig mit Salzsäure, während Eisen eher langsam reagiert.

2) Die Reaktionsgeschwindigkeit ist umso größer, je höher Konzentration Substanzen. Bei einer stark verdünnten Säure braucht das Zink deutlich länger, um zu reagieren.

3) Die Reaktionsgeschwindigkeit nimmt mit steigender deutlich zu Temperatur. Um beispielsweise Kraftstoff zu verbrennen, muss er in Brand gesetzt werden, dh die Temperatur erhöht werden. Bei vielen Reaktionen geht eine Erhöhung der Temperatur um 10 °C mit einer Erhöhung der Geschwindigkeit um den Faktor 2–4 einher.

4) Geschwindigkeit heterogen Reaktionen nimmt mit zunehmender Oberflächen von Reaktionspartnern. Feststoffe hierfür werden üblicherweise zerkleinert. Damit beispielsweise Eisen- und Schwefelpulver beim Erhitzen reagieren können, muss Eisen in Form von kleinem Sägemehl vorliegen.

Beachten Sie, dass Formel (1) in diesem Fall impliziert ist! Formel (2) drückt die Geschwindigkeit pro Flächeneinheit aus, kann also nicht von der Fläche abhängen.

5) Die Reaktionsgeschwindigkeit hängt von der Anwesenheit von Katalysatoren oder Inhibitoren ab.

Katalysatoren Stoffe, die chemische Reaktionen beschleunigen, aber selbst nicht verbraucht werden. Ein Beispiel ist die schnelle Zersetzung von Wasserstoffperoxid unter Zugabe eines Katalysators - Mangan (IV) -oxid:

2H 2 O 2 \u003d 2H 2 O + O 2

Mangan(IV)oxid verbleibt am Boden und kann wiederverwendet werden.

Inhibitoren- Substanzen, die die Reaktion verlangsamen. Um beispielsweise die Lebensdauer von Rohren und Batterien zu verlängern, werden dem Wasserheizsystem Korrosionsinhibitoren zugesetzt. In Automobilen werden der Bremsflüssigkeit Korrosionsinhibitoren zugesetzt.

Noch ein paar Beispiele.

Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion

Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion- Änderung der Menge eines der reagierenden Stoffe pro Zeiteinheit in einer Reaktionsraumeinheit. Es ist ein Schlüsselkonzept der chemischen Kinetik. Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion ist immer positiv, wenn sie also durch die Ausgangssubstanz bestimmt wird (deren Konzentration während der Reaktion abnimmt), dann wird der resultierende Wert mit −1 multipliziert.

Zum Beispiel für eine Reaktion:

Der Ausdruck für die Geschwindigkeit sieht folgendermaßen aus:

. Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion zu jedem Zeitpunkt ist proportional zu den Konzentrationen der Reaktanten, potenziert mit ihren stöchiometrischen Koeffizienten.

Bei Elementarreaktionen ist der Exponent beim Konzentrationswert jedes Stoffes oft gleich seinem stöchiometrischen Koeffizienten, bei komplexen Reaktionen wird diese Regel nicht eingehalten. Neben der Konzentration beeinflussen folgende Faktoren die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion:

• die Art der Reaktanten,
• das Vorhandensein eines Katalysators
• Temperatur (Van't-Hoff-Regel),
• Druck,
• die Oberfläche der Reaktanten.

Betrachten wir die einfachste chemische Reaktion A + B → C, dann fällt uns das auf sofortig Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion ist nicht konstant.

Literatur

• Kubasov A. A. Chemische Kinetik und Katalyse.
• Prigogine I., Defey R. Chemische Thermodynamik. Nowosibirsk: Nauka, 1966. 510 p.
• G. S. Yablonsky, V. I. Bykov, A. N. Gorban, Kinetische Modelle katalytischer Reaktionen, Novosibirsk: Nauka (Siberian Branch), 1983.- 255 p.

Wikimedia-Stiftung. 2010 .

• Walisische Dialekte des Englischen
• Säge (Filmreihe)

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CHEMISCHE REAKTIONSGESCHWINDIGKEIT- das Grundkonzept der chemischen Kinetik. Bei einfachen homogenen Reaktionen wird die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion durch die Änderung der Molzahl der umgesetzten Substanz (bei konstantem Volumen des Systems) oder durch die Änderung der Konzentration einer der Ausgangssubstanzen gemessen ... Großes enzyklopädisches Wörterbuch

CHEMISCHE REAKTIONSGESCHWINDIGKEIT- das Grundkonzept der chem. Kinetik, die das Verhältnis der Menge der umgesetzten Substanz (in Mol) zur Zeitdauer ausdrückt, während der die Wechselwirkung stattfand. Da sich die Konzentrationen der Reaktanten während der Wechselwirkung ändern, ist die Geschwindigkeit normalerweise ... Große polytechnische Enzyklopädie

chemische Reaktionsgeschwindigkeit- ein Wert, der die Intensität einer chemischen Reaktion charakterisiert. Die Bildungsrate eines Reaktionsprodukts ist die Menge dieses Produkts als Ergebnis einer Reaktion pro Zeiteinheit pro Volumeneinheit (bei homogener Reaktion) oder pro ... ...

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CHEMISCHE REAKTIONSGESCHWINDIGKEIT- hauptsächlich der Begriff der Chem. Kinetik. Für einfache homogene Reaktionen S. x. R. gemessen durch eine Änderung der Anzahl der umgesetzten Mole in va (bei einem konstanten Volumen des Systems) oder durch eine Änderung der Konzentration eines der anfänglichen in oder Reaktionsprodukte (wenn das Volumen des Systems ...

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Chemische Reaktionen- die Umwandlung einiger Substanzen in andere, die sich in chemischer Zusammensetzung oder Struktur vom Original unterscheiden. Die Gesamtzahl der Atome jedes gegebenen Elements sowie die chemischen Elemente selbst, aus denen Substanzen bestehen, verbleiben in R. x. unverändert; diese R. x ... Große sowjetische Enzyklopädie

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Untersuchte Grundkonzepte:

Die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen

Molare Konzentration

Kinetik

Homogene und heterogene Reaktionen

Faktoren, die die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen beeinflussen

Katalysator, Inhibitor

Katalyse

Reversible und irreversible Reaktionen

Chemisches Gleichgewicht

Chemische Reaktionen sind Reaktionen, bei denen aus einem Stoff andere Stoffe gewonnen werden (aus den Ausgangsstoffen entstehen neue Stoffe). Einige chemische Reaktionen laufen in Sekundenbruchteilen ab (eine Explosion), während andere Minuten, Tage, Jahre, Jahrzehnte usw. dauern.

Zum Beispiel: Die Verbrennungsreaktion von Schießpulver erfolgt sofort mit Entzündung und Explosion, und die Reaktion der Verdunkelung von Silber oder des Rostens von Eisen (Korrosion) verläuft so langsam, dass es möglich ist, ihr Ergebnis erst nach langer Zeit zu verfolgen.

Um die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion zu charakterisieren, wird das Konzept der Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion verwendet - υ.

Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion ist die Änderung der Konzentration eines der Reaktanten der Reaktion pro Zeiteinheit.

Die Formel zur Berechnung der Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion lautet:

υ =	von 2 auf 1	=	∆ s
t2 – t1	∆t

c 1 - molare Konzentration des Stoffes zum Anfangszeitpunkt t 1

c 2 - molare Konzentration des Stoffes zum Anfangszeitpunkt t 2

da die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion durch eine Änderung der molaren Konzentration der reagierenden Stoffe (Ausgangsstoffe) gekennzeichnet ist, gilt t 2 > t 1 und c 2 > c 1 (die Konzentration der Ausgangsstoffe nimmt mit fortschreitender Reaktion ab). ).

Molare Konzentration (en) ist die Stoffmenge pro Volumeneinheit. Die Maßeinheit der molaren Konzentration ist [mol/l].

Der Zweig der Chemie, der die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen untersucht, heißt chemische Kinetik. Wenn eine Person ihre Gesetze kennt, kann sie chemische Prozesse kontrollieren und ihnen eine bestimmte Geschwindigkeit geben.

Bei der Berechnung der Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion ist zu beachten, dass Reaktionen in homogene und heterogene unterteilt werden.

Homogene Reaktionen- Reaktionen, die in der gleichen Umgebung ablaufen (d. h. die Reaktanden befinden sich im gleichen Aggregatzustand; zum Beispiel: Gas + Gas, Flüssigkeit + Flüssigkeit).

heterogene Reaktionen- dies sind Reaktionen, die zwischen Stoffen in einem inhomogenen Medium ablaufen (es gibt eine Phasengrenzfläche, d. h. die reagierenden Stoffe befinden sich in einem anderen Aggregatzustand); zum Beispiel: Gas + Flüssigkeit, Flüssigkeit + Feststoff).

Die obige Formel zur Berechnung der Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion gilt nur für homogene Reaktionen. Wenn die Reaktion heterogen ist, dann kann sie nur an der Grenzfläche zwischen den Reaktanden stattfinden.

Für eine heterogene Reaktion wird die Geschwindigkeit nach folgender Formel berechnet:

∆ν - Änderung der Stoffmenge

S ist die Fläche der Schnittstelle

∆ t ist das Zeitintervall, in dem die Reaktion stattgefunden hat

Die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen hängt von verschiedenen Faktoren ab: Art der Reaktanten, Stoffkonzentration, Temperatur, Katalysatoren oder Inhibitoren.

Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Art der Reaktionspartner.

Analysieren wir diese Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit Zum Beispiel: Wir geben in zwei Reagenzgläser, die die gleiche Menge Salzsäurelösung (HCl) enthalten, Metallkörner der gleichen Fläche: in das erste Reagenzglas ein Eisen (Fe) -Granulat und in das zweite - ein Magnesium (Mg)-Granulat. Als Ergebnis von Beobachtungen ist gemäß der Geschwindigkeit der Wasserstoffentwicklung (H 2) ersichtlich, dass Magnesium mit Salzsäure am stärksten reagiert als Eisen. Die Geschwindigkeit dieser chemischen Reaktion wird durch die Natur des Metalls beeinflusst (d. h. Magnesium ist ein reaktiveres Metall als Eisen und reagiert daher heftiger mit Säure).

Abhängigkeit der Geschwindigkeit chemischer Reaktionen von der Konzentration der Reaktanten.

Je höher die Konzentration der reagierenden (Ausgangs-)Substanz ist, desto schneller läuft die Reaktion ab. Umgekehrt ist die Reaktion umso langsamer, je niedriger die Konzentration des Reaktanten ist.

Zum Beispiel: Wir gießen eine konzentrierte Salzsäurelösung (HCl) in ein Reagenzglas und eine verdünnte Salzsäurelösung in ein anderes. Wir geben in beide Reagenzgläser ein Körnchen Zink (Zn). Wir beobachten anhand der Geschwindigkeit der Wasserstoffentwicklung, dass die Reaktion im ersten Reagenzglas schneller abläuft, weil die Salzsäurekonzentration ist darin größer als im zweiten Reagenzglas.

Um die Abhängigkeit der Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion zu bestimmen, Wirkungsgesetz von (wirkenden) Massen : Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion ist direkt proportional zum Produkt der Konzentrationen der Reaktanten, genommen in Potenzen, die gleich ihren Koeffizienten sind.

Beispielsweise für eine nach dem Schema ablaufende Reaktion: nA + mB → D , Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion wird durch die Formel bestimmt:

υ ch.r. = k C. (A) n C. (B) m , wo

υ x.r - chemische Reaktionsgeschwindigkeit

C(A)- SONDERN

LEBENSLAUF) - molare Konzentration eines Stoffes BEIM

n und m - ihre Koeffizienten

k- Geschwindigkeitskonstante der chemischen Reaktion (Referenzwert).

Das Massenwirkungsgesetz gilt nicht für Stoffe, die sich in einem festen Zustand befinden, weil ihre Konzentration ist konstant (aufgrund der Tatsache, dass sie nur auf der Oberfläche reagieren, die unverändert bleibt).

Zum Beispiel: für eine Reaktion 2 Cu + O 2 \u003d 2 CuO die Reaktionsgeschwindigkeit wird durch die Formel bestimmt:

υ ch.r. \u003d k C (O 2)

PROBLEM: Die Geschwindigkeitskonstante der Reaktion 2A + B = D ist 0,005. Berechnen Sie die Reaktionsgeschwindigkeit bei einer molaren Konzentration von Substanz A \u003d 0,6 mol / l, Substanz B \u003d 0,8 mol / l.

Die Abhängigkeit der Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion von der Temperatur.

Diese Abhängigkeit wird bestimmt Van't-Hoff-Regel (1884): Bei einer Temperaturerhöhung pro 10 ° C erhöht sich die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion im Durchschnitt um das 2-4-fache.

Die Wechselwirkung von Wasserstoff (H 2) und Sauerstoff (O 2) tritt also bei Raumtemperatur fast nicht auf, daher ist die Geschwindigkeit dieser chemischen Reaktion so gering. Aber bei einer Temperatur von etwa 500 C verläuft diese Reaktion in 50 Minuten und bei einer Temperatur von etwa 700 C fast augenblicklich.

Die Formel zur Berechnung der Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion nach der Van't-Hoff-Regel:

wobei: υ t 1 und υ t 2 die Geschwindigkeiten chemischer Reaktionen bei t 2 und t 1 sind

γ ist der Temperaturkoeffizient, der angibt, wie oft sich die Reaktionsgeschwindigkeit bei einer Temperaturerhöhung um 10 °C erhöht.

Änderung der Reaktionsgeschwindigkeit:

2. Setzen Sie die Daten aus der Problemstellung in die Formel ein:

Die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von speziellen Substanzen - Katalysatoren und Inhibitoren.

Katalysator Eine Substanz, die die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion erhöht, aber selbst nicht daran teilnimmt.

Inhibitor Eine Substanz, die eine chemische Reaktion verlangsamt, aber nicht daran teilnimmt.

Beispiel: In ein Reagenzglas mit einer Lösung von 3% Wasserstoffperoxid (H 2 O 2), die erhitzt wird, geben wir einen glimmenden Splitter hinzu - er leuchtet nicht auf, weil Die Reaktionsgeschwindigkeit der Zersetzung von Wasserstoffperoxid in Wasser (H 2 O) und Sauerstoff (O 2) ist sehr gering, und der resultierende Sauerstoff reicht nicht aus, um eine qualitative Reaktion zu Sauerstoff durchzuführen (Verbrennungserhaltung). Lassen Sie uns nun ein wenig schwarzes Pulver aus Mangan(IV)oxid (MnO 2) in das Reagenzglas geben und wir werden sehen, dass die schnelle Entwicklung von Gasblasen (Sauerstoff) begonnen hat und die in das Reagenzglas eingeführte schwelende Fackel hell aufflammt . MnO 2 ist ein Katalysator für diese Reaktion, es beschleunigte die Reaktionsgeschwindigkeit, nahm aber selbst nicht daran teil (dies kann durch Wiegen des Katalysators vor und nach der Reaktion nachgewiesen werden - seine Masse ändert sich nicht).

Einige chemische Reaktionen laufen fast sofort ab (Explosion eines Sauerstoff-Wasserstoff-Gemisches, Ionenaustauschreaktionen in einer wässrigen Lösung), die zweite - schnell (Verbrennung von Substanzen, die Wechselwirkung von Zink mit Säure) und andere - langsam (Rosten von Eisen, Zerfall organischer Reststoffe). Es sind so langsame Reaktionen bekannt, dass eine Person sie einfach nicht bemerken kann. So vollzieht sich beispielsweise die Umwandlung von Granit in Sand und Ton über Jahrtausende.

Mit anderen Worten, chemische Reaktionen können unterschiedlich ablaufen Geschwindigkeit.

Aber was ist schnelle Reaktion? Was ist die genaue Definition dieser Größe und vor allem ihr mathematischer Ausdruck?

Die Geschwindigkeit einer Reaktion ist die Änderung der Menge eines Stoffes in einer Zeiteinheit in einer Volumeneinheit. Mathematisch wird dieser Ausdruck wie folgt geschrieben:

Woher n1 und n2- die Stoffmenge (mol) zum Zeitpunkt t 1 bzw. t 2 in einem System mit einem Volumen v.

Welches Plus- oder Minuszeichen (±) vor der Angabe der Geschwindigkeit steht, hängt davon ab, ob wir eine Mengenänderung welcher Substanz – eines Produkts oder eines Reaktanten – betrachten.

Offensichtlich werden die Reagenzien im Laufe der Reaktion verbraucht, dh ihre Anzahl nimmt ab, daher hat der Ausdruck (n 2 - n 1) für die Reagenzien immer einen Wert kleiner als Null. Da die Geschwindigkeit kein negativer Wert sein kann, muss in diesem Fall dem Ausdruck ein Minuszeichen vorangestellt werden.

Wenn wir die Änderung der Menge des Produkts und nicht des Reaktanten betrachten, ist das Minuszeichen vor dem Ausdruck zur Berechnung der Rate nicht erforderlich, da der Ausdruck (n 2 - n 1) in diesem Fall immer positiv ist , da die Produktmenge als Ergebnis der Reaktion kann nur zunehmen.

Das Verhältnis der Stoffmenge n zu dem Volumen, in dem sich diese Stoffmenge befindet, nennt man die molare Konzentration Mit:

Unter Verwendung des Konzepts der molaren Konzentration und ihres mathematischen Ausdrucks können wir also einen anderen Weg schreiben, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu bestimmen:

Die Reaktionsgeschwindigkeit ist die Änderung der molaren Konzentration eines Stoffes infolge einer chemischen Reaktion in einer Zeiteinheit:

Faktoren, die die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflussen

Oft ist es äußerst wichtig zu wissen, was die Geschwindigkeit einer bestimmten Reaktion bestimmt und wie man sie beeinflussen kann. Beispielsweise kämpft die Ölraffinerieindustrie buchstäblich um jedes zusätzliche halbe Prozent des Produkts pro Zeiteinheit. Immerhin fließt bei der enormen Menge an verarbeitetem Öl schon ein halbes Prozent in einen großen finanziellen Jahresgewinn. In einigen Fällen ist es äußerst wichtig, jegliche Reaktion zu verlangsamen, insbesondere die Korrosion von Metallen.

Wovon hängt also die Geschwindigkeit einer Reaktion ab? Es hängt seltsamerweise von vielen verschiedenen Parametern ab.

Um dieses Problem zu verstehen, stellen wir uns zunächst einmal vor, was als Ergebnis einer chemischen Reaktion passiert, zum Beispiel:

Die oben geschriebene Gleichung spiegelt den Prozess wider, bei dem die Moleküle der Substanzen A und B, die miteinander kollidieren, Moleküle der Substanzen C und D bilden.

Das heißt, damit die Reaktion stattfinden kann, ist zweifellos zumindest eine Kollision der Moleküle der Ausgangssubstanzen notwendig. Wenn wir die Anzahl der Moleküle pro Volumeneinheit erhöhen, wird die Anzahl der Kollisionen offensichtlich genauso zunehmen, wie die Häufigkeit Ihrer Kollisionen mit Passagieren in einem überfüllten Bus im Vergleich zu einem halb leeren Bus zunimmt.

Mit anderen Worten, die Reaktionsgeschwindigkeit steigt mit zunehmender Konzentration der Reaktanden.

In dem Fall, dass einer oder mehrere der Reaktanten Gase sind, steigt die Reaktionsgeschwindigkeit mit zunehmendem Druck, da der Druck eines Gases immer direkt proportional zur Konzentration seiner konstituierenden Moleküle ist.

Die Kollision von Teilchen ist jedoch eine notwendige, aber nicht hinreichende Bedingung für den Ablauf der Reaktion. Tatsache ist, dass nach Berechnungen die Anzahl der Kollisionen der Moleküle der reagierenden Substanzen bei ihrer vernünftigen Konzentration so groß ist, dass alle Reaktionen sofort ablaufen müssen. Dies geschieht jedoch in der Praxis nicht. Was ist los?

Tatsache ist, dass nicht jede Kollision von Reaktantenmolekülen zwangsläufig effektiv sein wird. Viele Kollisionen sind elastisch – Moleküle prallen wie Kugeln voneinander ab. Damit die Reaktion stattfinden kann, müssen die Moleküle über eine ausreichende kinetische Energie verfügen. Die Mindestenergie, die die Moleküle der Reaktanten haben müssen, damit die Reaktion stattfinden kann, wird als Aktivierungsenergie bezeichnet und mit E a bezeichnet. In einem System, das aus einer großen Anzahl von Molekülen besteht, gibt es eine Energieverteilung von Molekülen, einige von ihnen haben eine niedrige Energie, einige haben eine hohe und eine mittlere Energie. Von all diesen Molekülen hat nur ein kleiner Bruchteil der Moleküle eine Energie, die größer ist als die Aktivierungsenergie.

Wie aus der Physik bekannt ist, ist die Temperatur eigentlich ein Maß für die kinetische Energie der Teilchen, aus denen der Stoff besteht. Das heißt, je schneller sich die Partikel bewegen, aus denen sich die Substanz zusammensetzt, desto höher ist ihre Temperatur. Offensichtlich erhöhen wir also durch Erhöhen der Temperatur im Wesentlichen die kinetische Energie der Moleküle, wodurch der Anteil der Moleküle mit Energien größer als E a zunimmt und ihr Zusammenstoß zu einer chemischen Reaktion führt.

Der positive Einfluss der Temperatur auf die Reaktionsgeschwindigkeit wurde bereits im 19. Jahrhundert von dem holländischen Chemiker Van't Hoff empirisch belegt. Basierend auf seinen Recherchen formulierte er eine Regel, die noch heute seinen Namen trägt und wie folgt klingt:

Die Geschwindigkeit jeder chemischen Reaktion erhöht sich um das 2-4-fache bei einer Temperaturerhöhung um 10 Grad.

Die mathematische Darstellung dieser Regel lautet:

wo V2 und V1 die Geschwindigkeit bei der Temperatur t 2 bzw. t 1 ist und γ der Temperaturkoeffizient der Reaktion ist, dessen Wert am häufigsten im Bereich von 2 bis 4 liegt.

Oft kann die Geschwindigkeit vieler Reaktionen durch die Verwendung erhöht werden Katalysatoren.

Katalysatoren sind Substanzen, die eine Reaktion beschleunigen, ohne verbraucht zu werden.

Doch wie schaffen es Katalysatoren, die Geschwindigkeit einer Reaktion zu erhöhen?

Erinnern Sie sich an die Aktivierungsenergie E a . Moleküle mit Energien kleiner als die Aktivierungsenergie können ohne Katalysator nicht miteinander wechselwirken. Katalysatoren ändern den Weg, auf dem die Reaktion abläuft, ähnlich wie ein erfahrener Führer die Route der Expedition nicht direkt durch den Berg, sondern mit Hilfe von Umgehungspfaden ebnet, wodurch sogar jene Satelliten, die nicht genug haben Energie, um den Berg zu besteigen, wird in der Lage sein, sich auf eine andere Seite zu bewegen.

Trotz der Tatsache, dass der Katalysator während der Reaktion nicht verbraucht wird, nimmt er dennoch aktiv daran teil, bildet Zwischenverbindungen mit Reagenzien, kehrt aber am Ende der Reaktion in seinen ursprünglichen Zustand zurück.

Zusätzlich zu den oben genannten Faktoren, die die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflussen, hängt die Reaktionsgeschwindigkeit auch von der Kontaktfläche der Reaktanten ab, wenn es eine Grenzfläche zwischen den reagierenden Substanzen gibt (heterogene Reaktion). Stellen Sie sich zum Beispiel ein Granulat aus metallischem Aluminium vor, das in ein Reagenzglas mit einer wässrigen Salzsäurelösung getropft wurde. Aluminium ist ein aktives Metall, das mit nicht oxidierenden Säuren reagieren kann. Mit Salzsäure lautet die Reaktionsgleichung wie folgt:

2Al + 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2

Aluminium ist ein Feststoff, das heißt, es reagiert nur an seiner Oberfläche mit Salzsäure. Wenn wir die Oberfläche vergrößern, indem wir das Aluminiumgranulat zuerst zu einer Folie rollen, stellen wir dadurch offensichtlich eine größere Anzahl von Aluminiumatomen zur Verfügung, die für die Reaktion mit der Säure verfügbar sind. Dadurch erhöht sich die Reaktionsgeschwindigkeit. Ebenso kann eine Vergrößerung der Oberfläche eines Festkörpers erreicht werden, indem man ihn zu einem Pulver mahlt.

Auch die Geschwindigkeit einer heterogenen Reaktion, bei der ein Feststoff mit einem Gas oder einer Flüssigkeit reagiert, wird durch Rühren oft positiv beeinflusst, was darauf zurückzuführen ist, dass durch das Rühren die anfallenden Moleküle der Reaktionsprodukte entfernt werden der Reaktionszone und ein neuer Teil der Reagenzmoleküle wird „heraufgebracht“.

Abschließend sei noch der enorme Einfluss auf die Reaktionsgeschwindigkeit und die Art der Reagenzien erwähnt. Je niedriger beispielsweise das Alkalimetall im Periodensystem steht, desto schneller reagiert es mit Wasser, Fluor reagiert unter allen Halogenen am schnellsten mit Wasserstoffgas usw.

Zusammenfassend hängt die Reaktionsgeschwindigkeit von folgenden Faktoren ab:

1) die Konzentration der Reagenzien: je höher, desto größer die Reaktionsgeschwindigkeit.

2) Temperatur: Mit steigender Temperatur nimmt die Geschwindigkeit jeder Reaktion zu.

3) die Kontaktfläche der Reaktanten: Je größer die Kontaktfläche der Reaktanten, desto höher die Reaktionsgeschwindigkeit.

4) Rühren, wenn die Reaktion zwischen einem Feststoff und einer Flüssigkeit oder einem Gas auftritt, kann Rühren sie beschleunigen.

Aufgaben mit Kommentaren und Lösungen

Beispiel 23. Die Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit, deren Gleichung 2CO + O 2 = 2CO 2 , trägt dazu bei

1) Erhöhung der CO-Konzentration

2) Abnahme der Konzentration von O 2

3) Druckabfall

4) Senken der Temperatur

Es ist bekannt, dass die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion von folgenden Faktoren abhängt:

Die Art der reagierenden Substanzen (ceteris paribus, mehr Wirkstoffe reagieren schneller);

Die Konzentration der Reaktanten (je höher die Konzentration, desto höher die Reaktionsgeschwindigkeit);

Temperaturen (eine Temperaturerhöhung führt zu einer Beschleunigung von Reaktionen);

Das Vorhandensein eines Katalysators (der Katalysator beschleunigt den Prozess);

Druck (bei Reaktionen mit Gasen entspricht eine Druckerhöhung einer Konzentrationserhöhung, sodass die Reaktionsgeschwindigkeit mit zunehmendem Druck zunimmt);

Der Mahlgrad von Feststoffen (je größer der Mahlgrad, desto größer die Kontaktfläche der festen Reagenzien und desto höher die Reaktionsgeschwindigkeit).

Unter Berücksichtigung dieser Faktoren analysieren wir die vorgeschlagenen Antworten:

1) eine Erhöhung der Konzentration von CO (Ausgangssubstanz) führt tatsächlich zu einer Erhöhung der Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion;

2) eine Verringerung der O 2 -Konzentration führt nicht zu einer Erhöhung, sondern zu einer Verringerung der Reaktionsgeschwindigkeit;

3) eine Abnahme des Drucks ist im Wesentlichen gleichbedeutend mit einer Abnahme der Konzentration der Reagenzien, daher nimmt auch die Reaktionsgeschwindigkeit ab;

4) Eine Abnahme der Temperatur führt immer zu einer Abnahme der Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion.

Beispiel 24. Die Reaktionsgeschwindigkeit zwischen Eisen und Salzsäure wird dadurch erhöht

1) Hinzufügen eines Inhibitors

2) Senken der Temperatur

3) Druckerhöhung

4) Erhöhung der HCl-Konzentration

Zunächst schreiben wir die Reaktionsgleichung:

Lassen Sie uns die vorgeschlagenen Antworten analysieren. Es ist bekannt, dass die Zugabe eines Inhibitors die Reaktionsgeschwindigkeit verringert, und auch eine Temperaturerniedrigung hat einen ähnlichen Effekt. Eine Druckänderung hat keinen Einfluss auf die Geschwindigkeit dieser Reaktion (weil es keine gasförmigen Substanzen unter den Reagenzien gibt). Um die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen, sollte daher die Konzentration eines der Reaktanten, nämlich Salzsäure, erhöht werden.

Beispiel 25. Die Geschwindigkeit der Reaktion zwischen Essigsäure und Ethanol wird nicht beeinflusst

1) Katalysator

2) Temperatur

3) Konzentration der Ausgangsstoffe

4) Druck

Essigsäure und Ethanol sind Flüssigkeiten. Daher beeinflusst die Druckänderung nicht die Reaktionsgeschwindigkeit zwischen diesen Substanzen, weil dieser Faktor wirkt sich nur auf Reaktionen mit gasförmigen Stoffen aus.

Beispiel 26. Reagiert mit Wasserstoff am stärksten

4) Kohlenstoff

Kohlenstoff und Schwefel sind wenig aktive Nichtmetalle. Beim Erhitzen nimmt ihre Aktivität deutlich zu; bei hohen Temperaturen tritt gasförmiger Wasserstoff in Wechselwirkung mit festem Schwefel (Schwefelschmelzpunkt 444 ° C) und festem Kohlenstoff. Die chemische Aktivität von Halogenen ist viel größer als die anderer Nichtmetalle (ceteris paribus). Das aktivste der Halogene ist Fluor. Wie Sie wissen, brennen sogar so stabile Substanzen wie Wasser und Glasfaser in einer Fluoratmosphäre. Tatsächlich interagieren Wasserstoff und Chlor entweder beim Erhitzen oder bei hellem Licht, während Fluor und Wasserstoff unter allen Bedingungen (selbst bei sehr niedrigen Temperaturen) explodieren.

Aufgaben zum selbstständigen Arbeiten

79. Salzsäure reagiert am schnellsten mit

2) Natriumhydroxid (Lösung)

3) Eisen

4) Eisen(II)-carbonat

80. Die Reaktionsgeschwindigkeit steigt mit

1) Erhöhung der CO-Konzentration

2) Senken der Temperatur

3) Druckerhöhung

4) Temperaturanstieg

5) Mahlreagenzien

81.

A. Die Wechselwirkung von Stickstoff mit Wasserstoff ist bei hohem Druck schneller.

B. Die Reaktionsgeschwindigkeit hängt von der Temperatur ab.

1) nur A ist wahr

2) nur B ist wahr

3) Beide Aussagen sind wahr

4) Beide Urteile sind falsch

82. interagieren mit der höchsten Rate bei Raumtemperatur

83. Schnelle Reaktion wird bei zunehmen

1) Erhöhung der Konzentration von Schwefeldioxid

2) Temperaturanstieg

3) Senken der Temperatur

4) Druckanstieg

5) Abnahme der Sauerstoffkonzentration

84. Die Geschwindigkeit der chemischen Reaktion zwischen Schwefelsäurelösung und Eisen wird nicht beeinflusst

1) Erhöhung der Säurekonzentration

2) Änderung des Gefäßvolumens

3) Erhöhung der Reaktionstemperatur

4) Druckerhöhung

5) Eisenschleifen

85. Die Reaktion zwischen Wasser u

1) Natrium

2) Kalzium

3) Magnesium

86. interagieren mit den schnellsten

87. Die Geschwindigkeit einer Reaktion nimmt mit deren Schema zu

1) Erhöhung der Konzentration von Eisenionen

2) eine Abnahme der Konzentration von Eisenionen

3) Senken der Temperatur

4) Erhöhung der Säurekonzentration

5) Schleifeisen

88. Sind die folgenden Aussagen über die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion richtig?

A. Die Geschwindigkeit der Wechselwirkung von Zink mit Sauerstoff hängt vom Sauerstoffdruck im System ab.

B. Bei einer Temperaturerhöhung um 10°C erhöht sich die Geschwindigkeit der meisten Reaktionen um das 2-4 fache.

1) nur A ist wahr

2) stimmt, nur B

3) Beide Aussagen sind wahr

4) Beide Urteile sind falsch

89. Die Reaktionsgeschwindigkeit wird durch die Änderung nicht beeinflusst

1) Konzentration von Salzsäure

2) Druck

3) Konzentration von Natriumchlorid

4) Konzentration von Natriumsulfit

5) Temperatur

90. Unter normalen Bedingungen verläuft die Reaktion mit der höchsten Geschwindigkeit, deren Gleichung/Schema

91. Sind die folgenden Aussagen über die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion richtig?

A. Die Wechselwirkung von Sauerstoff mit Zink verläuft mit einer höheren Geschwindigkeit als mit Kupfer.

B. Die Reaktionsgeschwindigkeit in Lösung hängt von der Konzentration der Reaktanten ab.

1) nur A ist wahr

2) nur B ist wahr

3) Beide Aussagen sind wahr

4) Beide Urteile sind falsch

92. Interagieren Sie mit der niedrigsten Rate bei Raumtemperatur

1) Kupfersulfat (Lösung) und Natriumhydroxid (Lösung)

2) Natrium und Wasser

3) Sauerstoff und Zink

4) Schwefelsäure (Lösung) und Calciumcarbonat (TV)

93. Sind die folgenden Aussagen über die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion richtig?

A. Die Wechselwirkung von Zink mit Salzsäure verläuft mit höherer Geschwindigkeit als mit Orthophosphorsäure gleicher Konzentration.

B. Die Geschwindigkeit einer Reaktion in einer Lösung hängt vom Volumen des Gefäßes ab, in dem die Reaktion durchgeführt wird.

1) nur A ist wahr

2) nur B ist wahr

3) Beide Aussagen sind wahr

4) Beide Urteile sind falsch