Pengaruh suhu pada laju reaksi kimia kira-kira ditentukan oleh aturan van't Hoff. Dengan kenaikan suhu sebesar 10 0 C, laju reaksi kimia meningkat 2-4 kali.

Notasi matematika dari aturan van't Hoff: - koefisien suhu laju reaksi atau koefisien van't Hoff untuk sebagian besar reaksi terletak pada kisaran 2-4.

Tugas. Berapa kali laju reaksi kimia yang terjadi dalam fase gas berubah jika suhu berubah dari 80 0 menjadi 120 0 ( γ = 3)?

Sesuai dengan aturan van't Hoff, kami menulis:

Peningkatan laju reaksi kimia dengan peningkatan suhu dijelaskan tidak hanya oleh peningkatan energi kinetik dari molekul yang berinteraksi. Misalnya, jumlah tumbukan molekul meningkat sebanding dengan akar kuadrat dari suhu absolut. Ketika zat dipanaskan dari nol hingga seratus derajat Celcius, kecepatan pergerakan molekul meningkat 1,2 kali, dan kecepatan reaksi kimia meningkat sekitar 59 ribu kali. Peningkatan tajam dalam laju reaksi dengan meningkatnya suhu dijelaskan oleh proporsi molekul aktif yang tumbukannya menyebabkan interaksi kimia. Menurut teori tumbukan aktif, hanya molekul aktif, energi yang melebihi energi rata-rata molekul zat tertentu, mis. molekul dengan energi aktivasi.

Energi aktivasi (E A)- ini adalah kelebihan energi dibandingkan dengan suplai rata-rata yang harus dimiliki molekul untuk melakukan reaksi kimia. Jika E A< 40 кДж/моль – реакции протекают быстро, если Е А >120 kJ / mol - reaksi tidak berjalan jika E A = 40-120 kJ / mol - reaksi berlangsung dalam kondisi normal. Peningkatan suhu mengurangi energi aktivasi, membuat zat lebih reaktif, dan laju interaksi meningkat.

Ketergantungan yang lebih akurat dari laju reaksi kimia pada suhu ditetapkan oleh C. Arrhenius: konstanta laju reaksi sebanding dengan basis logaritma natural yang dipangkatkan (-E A / RT). ,

A - faktor pra-eksponensial, menentukan jumlah aktif

tabrakan;

e adalah eksponen (basis logaritma natural).

BEBERAPA INFORMASI TENTANG PRINSIP KERJA

Pemanas arang.
Bahkan 90 tahun yang lalu, pemikiran inventif beralih ke proses eksotermik yang paling umum - reaksi pembakaran. Perangkat muncul di mana batang karbon membara yang dibungkus kertas khusus ditempatkan dalam wadah logam, dan yang terakhir dalam wadah kain. Pemanas seperti itu berbobot relatif sedikit, dan bekerja selama 5-6 jam. Di permukaan kasing, suhunya berkisar antara 60 hingga 100 derajat Celcius.

C + O2 --> CO2 + 94 kkal/mol

pemanas katalitik.
Selama Perang Dunia Pertama, jutaan tentara membeku di parit, dan selama empat tahun perang, penemu Amerika Serikat, Jepang dan Inggris mematenkan beberapa versi pemanas cairan saku. Prinsip operasi mereka sederhana: oksidasi alkohol atau bensin tanpa api katalitik. Platinum berfungsi sebagai katalis dalam semua kasus. Bantalan pemanas Jepang tampak seperti kotak rokok, di dalamnya ada wadah berisi kapas dan gasket platinum. Lubang dibor di rumah untuk pasokan udara ke katalis dan menghilangkan gas pembakaran. Untuk memulai bantalan pemanas, alkohol dituangkan ke dalam tangki, yang merendam kapas. Kemudian katalis dipanaskan dengan nyala korek api dan reaksi dimulai. Kerugian utama dari pemanas katalitik adalah masa pakainya yang terbatas: kotoran yang terkandung dalam bahan bakar dengan cepat meracuni katalis dan kotak rokok pemanas menjadi tidak berguna.

Bantalan pemanas menggunakan reaksi slaking kapur.

Kembali pada tahun 1920-an di Jerman, untuk memanaskan makanan di lapangan, diusulkan untuk menggunakan panas yang dilepaskan saat memadamkan kapur api dengan air. Namun, efek termal yang tidak cukup besar dari reaksi pada awalnya mencegah penerapan praktis dari ide ini. Sebuah langkah maju adalah kombinasi dari dua reaksi: slaking kapur dan netralisasi kapur. Untuk melakukan ini, hidrat kristal oksalat atau asam sitrat dimasukkan ke dalam kapur. Reaksi di bantalan pemanas berjalan sesuai dengan skema berikut.

CaO + H2 O --> Ca(OH)2 + 10,6 kkal.
2Ca(OH)2 + H2C2O4 + 2 H2O --> CaC2O4 + 4H2O + 31 kkal

Dengan dua reaksi ini, dimungkinkan untuk mendapatkan suhu dari 100 hingga 300 derajat Celcius dalam perangkat portabel. Selain itu, penggunaan hidrat asam memungkinkan Anda untuk memulai bantalan pemanas dengan sedikit air, dan air yang dilepaskan selama netralisasi akan bereaksi dengan bagian kapur berikutnya.

Bantalan pemanas menggunakan reaksi oksidasi logam.
Dalam kondisi normal, korosi logam di udara berlangsung, untungnya, perlahan. Kehadiran garam secara dramatis mempercepat proses. Pada akhir 20-an, bantalan pemanas "besi" direkomendasikan untuk memanaskan para prajurit Tentara Merah - selain serbuk besi, kalium permanganat, dan pengisi - batu bara dan pasir ditempatkan di dalam kantong kain karet. Setelah menambahkan air, suhu 100 derajat Celcius dipertahankan pada permukaan pemanas selama 10-20 jam.

4Fe + 2H2 O + 3O2 --> 2(Fe2O3 * H2O) + 390,4 kkal/mol

Alih-alih besi di bantalan pemanas korosif, lebih baik menggunakan aluminium. Jauh lebih banyak panas yang dilepaskan dalam reaksi ini daripada selama oksidasi besi:

8Al + 3Fe3O4 ---> 4Al2O3 + 9Fe + 795 kkal/mol

Bantalan pemanas menggunakan reaksi perpindahan logam.
Pada tahun 1940, Uni Soviet mengembangkan sabuk pemanas - tangki tembaga yang dilapisi kulit, yang dipasang pada sabuk celana. Reservoir diisi dengan 200 g campuran reaksi - bubuk aluminium tembaga klorida, diambil dalam rasio stoikiometri. Air dalam jumlah 100-120 ml. ditambahkan ke tangki dari botol semprot di saku dada. Pasokan air diatur oleh relai termal sederhana. Sabuk bisa tetap hangat selama 8 jam. Bantalan pemanas kimia ini baru tidak hanya dalam bentuk, tetapi juga isinya: untuk pertama kalinya, panas yang dihasilkan oleh perpindahan satu logam dengan logam lain, yang lebih elektronegatif, digunakan. Di Leningrad, selama musim dingin blokade tahun 1942, bantalan pemanas yang diisi dengan campuran tembaga klorida dan serutan besi digunakan. Dari satu pengisian dengan air, bantalan pemanas seperti itu bekerja 60-70 jam.

Pemanas kristalisasi.
Pemanas kristalisasi menggunakan zat dengan titik leleh rendah dan panas peleburan yang relatif tinggi. Akumulator termal semacam itu mengeluarkan panas, yang dilepaskan selama kristalisasi atau pemadatan zat yang dipanaskan dan dicairkan. Badan kerja klasik dari pemanas-akumulator adalah parafin. Anda juga dapat menggunakan asam stearat, hidrat kristalin dengan titik leleh rendah, misalnya, garam Glauber Na2 SO4 * 10H2O atau natrium asetat trihidrat CH3COONa * 3H2O. Penambahan kecil kalsium klorida terhidrasi, natrium tiosulfit atau gliserin dapat memperlambat proses kristalisasi dan dengan demikian meningkatkan durasi bantalan pemanas. Bantalan pemanas memanas dalam 15 detik. hingga 55 °C dan proses pelepasan panas berlangsung 25-30 menit. Bantalan pemanas memiliki kapasitas panas yang cukup tinggi dan selama 25-30 menit lagi mampu mengeluarkan panas dalam mode pendinginan. Bantalan pemanas dari jenis kristalisasi baik sebagai agen terapeutik dan profilaksis untuk proses inflamasi, untuk pasien dengan berbagai bentuk linu panggul, untuk tubage hati dan prosedur lain dalam kondisi stasioner (di rumah atau di rumah sakit).

Penggunaan pemanas kristalisasi dalam situasi darurat di lapangan dibatasi oleh durasi pendek mode pelepasan panas pemanas.

Keuntungan utama dari bantalan pemanas tipe kristalisasi adalah kemungkinan penggunaan berulang: untuk mengembalikan keadaan awal bantalan pemanas, cukup dengan merebusnya dalam air selama 15-20 menit.

http://umcsa.narod.ru/rus/umcsa/projects/ait.htm

PEMANAS TABUNG UJI
Saat hiking, memancing, terutama dalam cuaca buruk, sering kali membutuhkan alas pemanas biasa. Tentu saja, karet biasa juga bagus, tetapi memiliki satu kelemahan signifikan: air dipanaskan dengan sangat lambat untuk dipertaruhkan.

Mari kita coba membuat bantalan pemanas kimia. Untuk melakukan ini, kita membutuhkan reagen yang paling umum.

Mari kita mulai dengan eksperimen sederhana. Pergi ke dapur dan ambil sebungkus garam meja. Namun, Anda tidak perlu paket. 20 g (2 sendok teh) sudah cukup. Kemudian lihat ke dalam loker, tempat segala macam perlengkapan dan bahan rumah tangga disimpan. Tentunya ada sedikit tembaga sulfat yang diawetkan setelah perbaikan apartemen. Ini akan membutuhkan 40 g (3 sendok teh). Serpihan kayu dan sepotong kawat aluminium, mungkin, juga akan ditemukan. Jika demikian, Anda sudah siap. Pukul vitriol dan garam dalam mortar sehingga ukuran kristal tidak melebihi 1 mm (tentu saja, dengan mata). Tambahkan 30 g (5 sendok makan) serbuk gergaji ke dalam campuran yang dihasilkan dan aduk rata. Tekuk sepotong kawat dengan spiral atau ular, masukkan ke dalam toples mayones. Tuang campuran yang sudah disiapkan di sana sehingga tingkat pengisian ulang 1-1,5 cm di bawah leher toples. Bantalan pemanas ada di tangan Anda. Untuk menerapkannya, cukup menuangkan 50 ml (seperempat cangkir) air ke dalam stoples. Setelah 3-4 menit, suhu bantal pemanas akan naik menjadi 50-60 °C.

Dari mana datangnya panas di dalam toples, dan peran apa yang dimainkan masing-masing komponen? Mari kita lihat persamaan reaksinya:

CuSO4+2NaCl > Na2SO4+CuCl2

Sebagai hasil dari interaksi tembaga sulfat dengan garam biasa, natrium sulfat dan tembaga klorida terbentuk. Dialah yang menarik minat kita. Jika kita menghitung keseimbangan panas reaksi, ternyata pembentukan satu gram molekul tembaga klorida melepaskan 4700 kalori panas. Plus, panas pelarutan pada sediaan awal yang dihasilkan adalah 24.999 kalori. Total: Sekitar 29.600 kalori.

Segera setelah pembentukan, tembaga klorida berinteraksi dengan kawat aluminium:

2Al+3CuCl2 > 2AlCl3+3Cu

Dalam hal ini, sekitar 84.000 kalori dilepaskan (juga dalam hal 1 g-mol tembaga klorida).

Seperti yang Anda lihat, sebagai hasil dari proses tersebut, jumlah total panas yang dilepaskan melebihi 100.000 kalori per gram-molekul zat. Jadi tidak ada kesalahan atau penipuan: bantal pemanas itu nyata.

Bagaimana dengan serbuk gergaji? Tidak mengambil bagian dalam reaksi kimia, mereka pada saat yang sama memainkan peran yang sangat penting. Menyerap air dengan rakus, serbuk gergaji memperlambat jalannya reaksi, meregangkan kerja bantalan pemanas tepat waktu. Selain itu, kayu memiliki konduktivitas termal yang cukup rendah: kayu mengakumulasi panas yang dilepaskan dan kemudian secara konstan melepaskannya. Dalam wadah tertutup rapat, panas dipertahankan setidaknya selama dua jam.

Dan komentar terakhir: bank, tentu saja, bukanlah wadah terbaik untuk bantalan pemanas. Kami hanya membutuhkannya untuk tujuan demonstrasi. Jadi pikirkan sendiri tentang bentuk dan bahan tangki untuk menempatkan campuran pemanas.

Unsur-unsur kimia yang menyusun alam hidup dan benda mati selalu bergerak, karena zat-zat yang menyusun unsur-unsur tersebut selalu berubah-ubah.

Reaksi kimia (dari reaksi Latin - penangkalan, tolak-menolak) - ini adalah respons zat terhadap pengaruh zat lain dan faktor fisik (suhu, tekanan, radiasi, dll.).

Namun, definisi ini juga sesuai dengan perubahan fisik yang terjadi pada zat - mendidih, meleleh, mengembun, dll. Oleh karena itu, perlu dijelaskan bahwa reaksi kimia adalah proses yang menghancurkan ikatan kimia lama dan menciptakan ikatan baru dan, sebagai hasilnya, dari zat baru terbentuk.

Reaksi kimia terus-menerus terjadi baik di dalam tubuh kita maupun di dunia di sekitar kita. Reaksi yang tak terhitung jumlahnya biasanya diklasifikasikan menurut berbagai kriteria. Mari kita ingat kembali dari pelajaran kelas 8 tanda-tanda yang sudah Anda kenal. Untuk melakukan ini, kita beralih ke eksperimen laboratorium.

Pengalaman lab #3
Substitusi besi untuk tembaga dalam larutan tembaga (II) sulfat

Kami telah sampai pada konsep yang sangat penting dalam kimia - "laju reaksi kimia." Diketahui bahwa beberapa reaksi kimia berlangsung sangat cepat, yang lain - untuk jangka waktu yang cukup lama. Ketika larutan perak nitrat ditambahkan ke larutan natrium klorida, endapan keju putih hampir seketika mengendap:

AgNO 3 + NaCl \u003d NaNO 3 + AgCl .

Reaksi berlangsung dengan kecepatan tinggi, disertai dengan ledakan (Gbr. 11, 1). Sebaliknya, stalaktit dan stalagmit perlahan tumbuh di gua batu (Gbr. 11, 2), produk baja terkorosi (karat) (Gbr. 11, 3), istana dan patung dihancurkan di bawah aksi hujan asam (Gbr. 11, 4).

Beras. sebelas.
Reaksi kimia yang terjadi dengan kecepatan tinggi (1) dan sangat lambat (2-4)

Pada gilirannya, konsentrasi dipahami sebagai rasio jumlah zat (seperti yang Anda ketahui, diukur dalam mol) dengan volume yang ditempati (dalam liter). Dari sini tidak sulit untuk mendapatkan satuan pengukuran laju reaksi kimia - 1 mol / (l s).

Studi tentang laju reaksi kimia adalah cabang khusus kimia yang disebut kinetika kimia.

Mengetahui polanya memungkinkan Anda untuk mengontrol reaksi kimia, membuatnya berjalan lebih cepat atau lebih lambat.

Faktor apa saja yang mempengaruhi laju reaksi kimia?

1. Sifat reaktan. Mari kita beralih ke percobaan.

Percobaan laboratorium No. 4
Ketergantungan laju reaksi kimia pada sifat reaktan pada contoh interaksi asam dengan logam

2. Konsentrasi reaktan. Mari kita beralih ke percobaan.

Percobaan laboratorium No. 5
Ketergantungan laju reaksi kimia pada konsentrasi reaktan pada contoh interaksi seng dengan asam klorida dari berbagai konsentrasi

Sangat mudah untuk menyimpulkan: semakin tinggi konsentrasi reaktan, semakin tinggi tingkat interaksi antara mereka.

Konsentrasi zat gas untuk proses produksi homogen ditingkatkan dengan meningkatkan tekanan. Misalnya, ini dilakukan dalam produksi asam sulfat, amonia, etil alkohol.

Faktor ketergantungan laju reaksi kimia pada konsentrasi zat yang bereaksi diperhitungkan tidak hanya dalam produksi, tetapi juga di bidang kehidupan manusia lainnya, misalnya, dalam kedokteran. Pasien dengan penyakit paru-paru, di mana tingkat interaksi hemoglobin darah dengan oksigen atmosfer rendah, memfasilitasi pernapasan dengan bantuan bantal oksigen.

3. Area kontak reaktan. Percobaan yang menggambarkan ketergantungan laju reaksi kimia pada faktor ini dapat dilakukan dengan menggunakan percobaan berikut.

Percobaan laboratorium No. 6
Ketergantungan laju reaksi kimia pada bidang kontak reaktan

Untuk reaksi heterogen: semakin besar area kontak reaktan, semakin cepat laju reaksi.

Anda bisa melihat ini dari pengalaman pribadi. Untuk menyalakan api, Anda meletakkan serpihan kecil di bawah kayu bakar, dan di bawahnya - kertas kusut, dari mana seluruh api terbakar. Sebaliknya, memadamkan api dengan air berarti mengurangi area kontak benda yang terbakar dengan udara.

Dalam produksi, faktor ini diperhitungkan dengan sengaja, yang disebut unggun terfluidisasi digunakan. Untuk meningkatkan laju reaksi, padatan dihancurkan hampir menjadi debu, dan kemudian zat kedua, biasanya berbentuk gas, dilewatkan dari bawah. Melewatkannya melalui padatan yang terbagi halus menciptakan efek mendidih (karenanya nama metodenya). Tempat tidur terfluidisasi digunakan, misalnya, dalam produksi asam sulfat dan produk minyak bumi.

Eksperimen laboratorium No. 7
Pemodelan Tempat Tidur Fluidized

4. Suhu. Mari kita beralih ke percobaan.

Percobaan laboratorium No. 8
Ketergantungan laju reaksi kimia pada suhu zat yang bereaksi pada contoh interaksi tembaga (II) oksida dengan larutan asam sulfat pada suhu yang berbeda

Sangat mudah untuk menyimpulkan bahwa semakin tinggi suhu, semakin cepat laju reaksi.

Pemenang Hadiah Nobel pertama, ahli kimia Belanda J. X. Van't Hoff, merumuskan aturan:

Dalam produksi, sebagai aturan, proses kimia suhu tinggi digunakan: dalam peleburan besi dan baja, peleburan kaca dan sabun, produksi kertas dan produk minyak bumi, dll. (Gbr. 12).

Beras. 12.
Proses kimia suhu tinggi: 1 - peleburan besi; 2 - peleburan kaca; 3 - produksi produk minyak bumi

Faktor kelima di mana laju reaksi kimia bergantung adalah katalis. Anda akan bertemu dengannya di paragraf berikutnya.

Kata dan konsep baru

1. Reaksi kimia dan klasifikasinya.
2. Tanda-tanda klasifikasi reaksi kimia.
3. Laju reaksi kimia dan faktor-faktor yang bergantung padanya.

Tugas untuk pekerjaan mandiri

1. Apa itu reaksi kimia? Apa inti dari proses kimia?
2. Berikan klasifikasi lengkap dari proses kimia berikut:
   • a) pembakaran fosfor;
   • b) interaksi larutan asam sulfat dengan aluminium;
   • c) reaksi netralisasi;
   • d) pembentukan oksida nitrat (IV) dari oksida nitrat (II) dan oksigen.
3. Berdasarkan pengalaman pribadi, berikan contoh reaksi kimia yang terjadi pada tingkat yang berbeda.
4. Berapakah laju suatu reaksi kimia? Faktor apa yang bergantung padanya?
5. Berikan contoh pengaruh berbagai faktor pada proses biokimia dan kimia industri.
6. Berdasarkan pengalaman pribadi, berikan contoh pengaruh berbagai faktor terhadap reaksi kimia yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari.
7. Mengapa makanan disimpan di lemari es?
8. Reaksi kimia dimulai pada suhu 100 ° C, kemudian dinaikkan menjadi 150 ° C. Koefisien suhu reaksi ini adalah 2. Berapa kali laju reaksi kimia akan meningkat?