A velocidade de uma reação química depende dos seguintes fatores:

1) A natureza dos reagentes.

2) A superfície de contato dos reagentes.

3) A concentração de reagentes.

4) Temperatura.

5) A presença de catalisadores.

A velocidade de reações heterogêneas também depende de:

a) o tamanho da superfície de separação de fases (com um aumento na superfície de separação de fases, a taxa de reações heterogêneas aumenta);

b) a taxa de fornecimento de reagentes à interface e a taxa de remoção de produtos de reação dela.

Fatores que afetam a velocidade de uma reação química:

1. A natureza dos reagentes. Um papel importante é desempenhado pela natureza das ligações químicas nos compostos, a estrutura de suas moléculas. Por exemplo, a liberação de hidrogênio pelo zinco de uma solução de ácido clorídrico ocorre muito mais rápido do que de uma solução de ácido acético, uma vez que a polaridade da ligação H-C1 é maior que a ligação O-H na molécula de CH 3 COOH, em outras palavras, devido ao fato de que Hcl - um eletrólito forte, e CH 3 COOH é um eletrólito fraco em uma solução aquosa.

2. Superfície de contato do reagente. Quanto maior a superfície de contato dos reagentes, mais rápido a reação prossegue. A superfície dos sólidos pode ser aumentada ao moê-los, e para substâncias solúveis, dissolvendo-os. As reações em soluções ocorrem quase instantaneamente.

3. A concentração de reagentes. Para que uma interação ocorra, as partículas de reagentes em um sistema homogêneo devem colidir. Com um aumento concentrações de reagentes a velocidade das reações aumenta. Isso é explicado pelo fato de que, com o aumento da quantidade de uma substância por unidade de volume, o número de colisões entre as partículas das substâncias reagentes aumenta. O número de colisões é proporcional ao número de partículas de reagentes no volume do reator, ou seja, suas concentrações molares.

Quantitativamente, a dependência da velocidade da reação na concentração dos reagentes é expressa lei das massas atuantes (Guldberg e Waage, Noruega, 1867): a velocidade de uma reação química é proporcional ao produto das concentrações dos reagentes.

Para reação:

aA + bB ↔ cC + dD

a taxa de reação de acordo com a lei da ação das massas é igual a:

υ = k[UMA]υ a[B]υb,(9)

onde [A] e [B] são as concentrações das substâncias iniciais;

k-constante de taxa de reação, que é igual à taxa de reação em concentrações de reagentes [A] = [B] = 1 mol/l.

A constante de velocidade da reação depende da natureza dos reagentes, temperatura, mas não depende da concentração de substâncias.

A expressão (9) é chamada a equação cinética da reação. As equações cinéticas incluem as concentrações de substâncias gasosas e dissolvidas, mas não incluem as concentrações de sólidos:

2SO 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2SO 3 (g); υ = k 2 · [O 2 ];

CuO (tv.) + H 2 (g) \u003d Cu (tv) + H 2 O (g); υ = k.

De acordo com as equações cinéticas, é possível calcular como a taxa de reação muda com uma mudança na concentração dos reagentes.

Influência do catalisador.

5. Temperatura de reação. Teoria das colisões ativas

Para que ocorra um ato elementar de interação química, as partículas reagentes devem colidir umas com as outras. No entanto, nem toda colisão resulta em uma interação química. A interação química ocorre quando as partículas se aproximam a distâncias nas quais a redistribuição da densidade eletrônica e o surgimento de novas ligações químicas são possíveis. As partículas que interagem devem ter energia suficiente para superar as forças repulsivas que surgem entre suas camadas eletrônicas.

Estado de transição- o estado do sistema, no qual a destruição e a criação de uma conexão são equilibradas. O sistema está no estado de transição por um curto período de tempo (10 -15 s). A energia necessária para levar o sistema a um estado de transição é chamada de energia de ativação. Em reações de várias etapas que incluem vários estados de transição, a energia de ativação corresponde ao maior valor de energia. Após superar o estado de transição, as moléculas se separam novamente com a destruição de ligações antigas e a formação de novas ou com a transformação das ligações originais. Ambas as opções são possíveis, pois ocorrem com a liberação de energia. Existem substâncias que podem reduzir a energia de ativação para uma determinada reação.

As moléculas ativas A 2 e B 2 após colisão combinam-se em um complexo ativo intermediário A 2 ... B 2 com enfraquecimento e, em seguida, quebra das ligações A-A e B-B e fortalecimento das ligações A-B.

A "energia de ativação" da reação de formação de NI (168 kJ/mol) é muito menor do que a energia necessária para quebrar completamente a ligação nas moléculas iniciais de H 2 e I 2 (571 kJ/mol). Portanto, o caminho da reação através da formação complexo ativo (ativado) energeticamente mais favorável do que o caminho através da quebra completa das ligações nas moléculas originais. A grande maioria das reações ocorre através da formação de complexos ativos intermediários. As disposições da teoria do complexo ativo foram desenvolvidas por G. Eyring e M. Polyani na década de 30 do século XX.

Energia de ativação representa o excesso de energia cinética das partículas em relação à energia média necessária para a transformação química das partículas em colisão. As reações são caracterizadas por diferentes valores de energia de ativação (Ea). Na maioria dos casos, a energia de ativação das reações químicas entre moléculas neutras varia de 80 a 240 kJ/mol. Para valores de processos bioquímicos E a muitas vezes inferior - até 20 kJ / mol. Isso pode ser explicado pelo fato de que a grande maioria dos processos bioquímicos passa pela fase de complexos enzima-substrato. As barreiras de energia limitam a reação. Devido a isso, em princípio, possíveis reações (ao Q< 0) практически всегда не протекают или замедляются. Реакции с энергией активации выше 120 кДж/моль настолько медленны, что их протекание трудно заметить.

Para que uma reação ocorra, as moléculas devem estar orientadas de uma certa maneira e ter energia suficiente após a colisão. A probabilidade de orientação adequada em uma colisão é caracterizada por entropia de ativação ∆S a. A redistribuição da densidade eletrônica no complexo ativo é favorecida pela condição de que, na colisão, as moléculas A 2 e B 2 estejam orientadas, como mostra a Fig. 3a, enquanto com a orientação mostrada na Fig. 3b, a probabilidade de reação ainda é muito menor - na Fig. 3c.

Arroz. Fig. 3. Orientações favoráveis ​​(a) e desfavoráveis ​​(b, c) das moléculas A 2 e B 2 durante uma colisão

A equação que caracteriza a dependência da taxa e da reação com a temperatura, energia de ativação e entropia de ativação tem a forma:

(10)

Onde k- constante de velocidade de reação;

MAS- na primeira aproximação, o número total de colisões entre moléculas por unidade de tempo (segundo) por unidade de volume;

e- base de logaritmos naturais;

R- constante de gás universal;

T- temperatura absoluta;

E a- energia de ativação;

∆S a- mudança na entropia de ativação.

A equação (11) foi derivada por Arrhenius em 1889. Multiplicador pré-exponencial MAS proporcional ao número total de colisões entre moléculas por unidade de tempo. Sua dimensão coincide com a dimensão da constante de velocidade e depende da ordem total da reação.

Expositoré igual à fração de colisões ativas de seu número total, ou seja, as moléculas em colisão devem ter energia de interação suficiente. A probabilidade de sua orientação desejada no momento do impacto é proporcional a .

Ao discutir a lei da ação da massa para a velocidade (9), foi especialmente estipulado que a constante de velocidade é um valor constante que não depende das concentrações dos reagentes. Assumiu-se que todas as transformações químicas ocorrem a uma temperatura constante. Ao mesmo tempo, a taxa de transformação química pode mudar significativamente com a diminuição ou aumento da temperatura. Do ponto de vista da lei da ação das massas, essa mudança na velocidade é devida à dependência da temperatura da constante de velocidade, uma vez que as concentrações dos reagentes mudam apenas ligeiramente devido à expansão ou contração térmica do líquido.

O fato mais conhecido é que a velocidade das reações aumenta com o aumento da temperatura. Esse tipo de dependência da velocidade com a temperatura é chamado de normal (Fig. 3a). Este tipo de dependência é característico de todas as reações simples.

Arroz. 3. Tipos de dependência da temperatura da velocidade das reações químicas: a - normal;

b - anormal; c - enzimática

No entanto, atualmente, as transformações químicas são bem conhecidas, cuja taxa diminui com o aumento da temperatura; esse tipo de dependência da taxa de temperatura é chamado de anômalo . Um exemplo é a reação em fase gasosa de óxido de nitrogênio (II) com bromo (Fig. 3b).

De particular interesse para os médicos é a dependência da temperatura da taxa de reações enzimáticas, ou seja, reações envolvendo enzimas. Quase todas as reações que ocorrem no corpo pertencem a esta classe. Por exemplo, na decomposição do peróxido de hidrogênio na presença da enzima catalase, a taxa de decomposição depende da temperatura. Na faixa 273-320 Para dependência da temperatura é normal. À medida que a temperatura aumenta, a velocidade aumenta e, à medida que a temperatura diminui, diminui. Quando a temperatura sobe acima de 320 Para há uma queda acentuada e anômala na taxa de decomposição do peróxido. Um quadro semelhante ocorre para outras reações enzimáticas (Fig. 3c).

Da equação de Arrhenius para ké claro que, desde T incluída no expoente, a velocidade de uma reação química é muito sensível às mudanças de temperatura. A dependência da velocidade de uma reação homogênea com a temperatura pode ser expressa pela regra de van't Hoff, segundo a qual com um aumento de temperatura a cada 10 °, a taxa de reação aumenta em 2-4 vezes; o número que mostra quantas vezes a velocidade de uma determinada reação aumenta com um aumento de temperatura de 10 ° é chamado coeficiente de temperatura da taxa de reação -γ.

Esta regra é matematicamente expressa pela seguinte fórmula:

(12)

onde γ é o coeficiente de temperatura, que mostra quantas vezes a velocidade da reação aumenta com o aumento da temperatura em 10 0; υ 1 -t1; υ 2 - taxa de reação à temperatura t2.

À medida que a temperatura aumenta em uma progressão aritmética, a velocidade aumenta exponencialmente.

Por exemplo, se γ = 2,9, então, com um aumento na temperatura de 100 °, a taxa de reação aumenta por um fator de 2,9 10, ou seja, 40 mil vezes. Desvios desta regra são reações bioquímicas, cuja velocidade aumenta dez vezes com um leve aumento na temperatura. Esta regra é válida apenas em uma aproximação grosseira. As reações envolvendo grandes moléculas (proteínas) são caracterizadas por um grande coeficiente de temperatura. A taxa de desnaturação da proteína (ovalbumina) aumenta 50 vezes com um aumento de temperatura de 10°C. Depois de atingir um certo máximo (50-60 ° C), a taxa de reação diminui acentuadamente como resultado da desnaturação térmica da proteína.

Para muitas reações químicas, a lei da ação da massa para a velocidade é desconhecida. Nesses casos, a seguinte expressão pode ser usada para descrever a dependência da temperatura da taxa de conversão:

pré-expoente A com não depende da temperatura, mas depende da concentração. A unidade de medida é mol/l∙s.

A dependência teórica permite pré-calcular a velocidade em qualquer temperatura se a energia de ativação e a pré-exponencial forem conhecidas. Assim, o efeito da temperatura na taxa de transformação química é previsto.

Reações complexas

O princípio da independência. Tudo o que foi discutido acima se referia a reações relativamente simples, mas as chamadas reações complexas são frequentemente encontradas em química. Estas reacções incluem as discutidas abaixo. Ao derivar as equações cinéticas para essas reações, o princípio da independência é usado: se várias reações ocorrem no sistema, cada uma delas é independente das outras e sua velocidade é proporcional ao produto das concentrações de seus reagentes.

Reações Paralelas são reações que ocorrem simultaneamente em várias direções.

A decomposição térmica do clorato de potássio ocorre simultaneamente em duas reações:

Reações sucessivas são reações que ocorrem em várias etapas. Existem muitas dessas reações na química.

.

Reações associadas. Se várias reações ocorrem no sistema e uma delas não pode ocorrer sem a outra, então essas reações são chamadas de conjugado , e o próprio fenômeno por indução .

2HI + H 2 CrO 4 → I 2 + Cr 2 O 3 + H 2 O.

Essa reação praticamente não é observada em condições normais, mas se FeO for adicionado ao sistema, ocorre a seguinte reação:

FeO + H 2 CrO 4 → Fe 2 O 3 + Cr 2 O 3 + H 2 O

e a primeira reação vai junto com ele. A razão para isso é a formação na segunda reação de produtos intermediários envolvidos na primeira reação:

FeO 2 + H 2 CrO 4 → Cr 2 O 3 + Fe 5+;

HI + Fe 5+ → Fe 2 O 3 + I 2 + H 2 O.

Indução química- um fenômeno em que uma reação química (secundária) depende de outra (primária).

A+ NO- primário reação,

A + C- secundário reação,

então A é um ativador, NO- indutor, C - aceitador.

Durante a indução química, ao contrário da catálise, as concentrações de todos os participantes da reação diminuem.

Fator de induçãoé determinado a partir da seguinte equação:

.

Dependendo do valor do fator de indução, os seguintes casos são possíveis.

Eu> 0 - processo de desvanecimento. A velocidade da reação diminui com o tempo.

EU < 0 - ускоряющийся процесс. Скорость реакции увеличи­вается со временем.

O fenômeno da indução é importante porque em alguns casos a energia da reação primária pode compensar a energia gasta na reação secundária. Por esta razão, por exemplo, é termodinamicamente possível sintetizar proteínas por policondensação de aminoácidos.

Reações em cadeia. Se uma reação química prossegue com a formação de partículas ativas (íons, radicais), que, entrando em reações subsequentes, causam o aparecimento de novas partículas ativas, essa sequência de reações é chamada reação em cadeia.

A formação de radicais livres está associada ao gasto de energia para quebrar ligações em uma molécula. Essa energia pode ser transmitida às moléculas por iluminação, descarga elétrica, aquecimento, irradiação com nêutrons, partículas α e β. Para realizar reações em cadeia a baixas temperaturas, são introduzidos na mistura reagente iniciadores - substâncias que facilmente formam radicais: vapor de sódio, peróxidos orgânicos, iodo, etc.

A reação da formação de cloreto de hidrogênio a partir de compostos simples, ativados pela luz.

Reação total:

H 2 + C1 2 2HC1.

Fases separadas:

Сl 2 2Сl∙ fotoativação do cloro (iniciação)

Cl ∙ + H 2 \u003d Hcl + H ∙ desenvolvimento da cadeia

H ∙ + Cl 2 \u003d Hcl + Cl ∙, etc.

H ∙ + Cl ∙ \u003d Hcl circuito aberto

Aqui H∙ e Сl∙ são partículas ativas (radicais).

Três grupos de etapas elementares podem ser distinguidos neste mecanismo de reação. A primeira é uma reação fotoquímica origem da cadeia. As moléculas de cloro, tendo absorvido um quantum de luz, dissociam-se em átomos livres com alta reatividade. Assim, quando uma cadeia é nucleada, átomos ou radicais livres são formados a partir de moléculas saturadas de valência. O processo de geração da cadeia também é chamado de iniciação. Os átomos de cloro, com elétrons desemparelhados, são capazes de reagir com o hidrogênio molecular, formando moléculas de cloreto de hidrogênio e hidrogênio atômico. O hidrogênio atômico, por sua vez, interage com uma molécula de cloro, como resultado da formação de uma molécula de cloreto de hidrogênio e cloro atômico, etc.

Esses processos, caracterizados pela repetição das mesmas etapas elementares (links) e prosseguindo com a preservação dos radicais livres, levam ao consumo de substâncias de partida e à formação de produtos de reação. Esses grupos de reações são chamados reações de desenvolvimento (ou continuação) da cadeia.

A etapa da reação em cadeia na qual os radicais livres são destruídos é chamada de quebra de corrente. A terminação da cadeia pode ocorrer como resultado da recombinação de radicais livres, se a energia liberada neste caso puder ser dada a algum terceiro corpo: a parede do vaso ou moléculas de impurezas inertes (estágios 4, 5). É por isso que a velocidade das reações em cadeia é muito sensível à presença de impurezas, à forma e às dimensões do vaso, especialmente em baixas pressões.

O número de elos elementares desde o momento em que a corrente nasce até sua quebra é chamado de comprimento da corrente. No exemplo em consideração, até 105 moléculas de HCl são formadas para cada quantum de luz.

As reações em cadeia, durante as quais não há "multiplicação" do número de radicais livres, são chamadas de não ramificado ou reações em cadeia simples . Em cada estágio elementar do processo de cadeia não ramificada, um radical "dá origem" a uma molécula do produto da reação e apenas um novo radical (Fig. 41).

Outros exemplos de reações em cadeia simples: a) cloração de hidrocarbonetos parafínicos Cl ∙ + CH 4 → CH 3 ∙ + HC1; CH 3 ∙ + Cl - → CH 3 Cl + Cl ∙ etc.; b) reações de polimerização radicalar, por exemplo, polimerização de acetato de vinila na presença de peróxido de benzoíla, que se decompõe facilmente em radicais; c) a interação do hidrogênio com o bromo, procedendo de acordo com um mecanismo semelhante à reação do cloro com o hidrogênio, só que com menor comprimento de cadeia devido à sua endotermicidade.

Se duas ou mais partículas ativas aparecem como resultado do ato de crescimento, essa reação em cadeia é ramificada.

Em 1925, N. N. Semenov e seus colaboradores descobriram reações contendo estágios elementares, como resultado não uma, mas várias partículas, átomos ou radicais quimicamente ativos surgem. O aparecimento de vários novos radicais livres leva ao aparecimento de várias novas cadeias, i.e. um garfos de corrente. Tais processos são chamados de reações em cadeia ramificada (Fig. 42).

Um exemplo de um processo de cadeia altamente ramificada é a oxidação do hidrogênio a baixas pressões e a uma temperatura de cerca de 900°C. O mecanismo de reação pode ser escrito como segue.

1. H 2 + O 2 OH∙ + OH∙ iniciação da cadeia

2. OH ​​​​∙ + H 2 → H 2 O + H ∙ desenvolvimento da cadeia

3. H ∙ + O 2 → OH ∙ + O: ramificação da cadeia

4. O: + H 2 → OH ∙ + H ∙

5. OH ∙ + H 2 → H 2 O + H ∙ continuação da cadeia

6. H∙ + H∙ + parede → H 2 circuito aberto na parede do vaso

7. H ∙ + O 2 + M → HO 2 ∙ + M terminação da cadeia a granel.

M é uma molécula inerte. O radical HO 2 ∙, que é formado durante uma colisão tripla, fica inativo e não pode continuar a cadeia.

Na primeira etapa do processo, são formados radicais hidroxila, que proporcionam o desenvolvimento de uma cadeia simples. Na terceira etapa, como resultado da interação com a molécula inicial de um radical, dois radicais são formados e o átomo de oxigênio tem duas valências livres. Isso fornece ramificação da cadeia.

Como resultado da ramificação da cadeia, a taxa de reação aumenta rapidamente no período inicial de tempo, e o processo termina com a ignição-explosão da cadeia. No entanto, as reações em cadeia ramificada terminam em uma explosão somente quando a taxa de ramificação é maior que a taxa de terminação da cadeia. Caso contrário, o processo é lento.

Quando as condições de reação mudam (mudanças de pressão, temperatura, composição da mistura, tamanho e condição das paredes do recipiente de reação, etc.), pode ocorrer uma transição de uma reação lenta para uma explosão e vice-versa. Assim, nas reações em cadeia existem estados limitantes (críticos) nos quais ocorre a ignição em cadeia, dos quais se deve distinguir a ignição térmica que ocorre em reações exotérmicas como resultado do aquecimento cada vez maior da mistura reagente com baixa remoção de calor.

De acordo com o mecanismo de cadeia ramificada, ocorrem vapores oxidados de enxofre, fósforo, monóxido de carbono (II), dissulfeto de carbono, etc.

A teoria moderna dos processos em cadeia foi desenvolvida pelos vencedores do Prêmio Nobel (1956) acadêmico soviético N. N. Semenov e o cientista inglês Hinshelwood.

As reações em cadeia devem ser distinguidas das reações catalíticas, embora estas últimas também sejam de natureza cíclica. A diferença mais significativa entre reações em cadeia e reações catalíticas é que, com um mecanismo em cadeia, a reação pode prosseguir na direção de aumentar a energia do sistema devido a reações espontâneas. Um catalisador não causa uma reação termodinamicamente impossível. Além disso, nas reações catalíticas não existem etapas do processo como nucleação e terminação da cadeia.

reações de polimerização. Um caso especial de reação em cadeia é a reação de polimerização.

Polimerizaçãoé um processo no qual a reação de partículas ativas (radicais, íons) com compostos de baixo peso molecular (monômeros) é acompanhada pela adição sequencial destes últimos com um aumento no comprimento da cadeia material (o comprimento da molécula), isto é, com a formação de um polímero.

Monômeros são compostos orgânicos, via de regra, contendo ligações insaturadas (duplas, triplas) na composição da molécula.

As principais etapas do processo de polimerização:

1. Iniciação(sob a ação da luz, calor, etc.):

R: A→A" + A"- decomposição homolítica com formação de radicais (partículas insaturadas de valência ativa).

A: B→ A - + B +- decomposição heterolítica com formação de íons.

2. Crescimento da cadeia: A "+ M→ SOU"

(ou A - + M→ SOU", ou NO + + M→ VM +).

3. Circuito aberto: AM" + AM"→ polímero

(ou AM" + B +→ polímero, VM + + A"→ polímero).

A velocidade de um processo em cadeia é sempre maior do que a de um processo sem cadeia.

Objetivo: o estudo da velocidade de uma reação química e sua dependência de vários fatores: a natureza dos reagentes, concentração, temperatura.

As reações químicas ocorrem em velocidades diferentes. A velocidade de uma reação químicaé chamada de mudança na concentração do reagente por unidade de tempo. É igual ao número de atos de interação por unidade de tempo por unidade de volume para uma reação que ocorre em um sistema homogêneo (para reações homogêneas), ou por unidade de interface para reações que ocorrem em um sistema heterogêneo (para reações heterogêneas).

Taxa média de reação v cf. no intervalo de tempo de t1 antes da t2é determinado pela relação:

Onde A partir de 1 e De 2é a concentração molar de qualquer participante na reação em pontos de tempo t1 e t2 respectivamente.

O sinal “–“ na frente da fração refere-se à concentração das substâncias iniciais, Δ A PARTIR DE < 0, знак “+” – к концентрации продуктов реакции, ΔA PARTIR DE > 0.

Os principais fatores que afetam a velocidade de uma reação química são: a natureza dos reagentes, sua concentração, pressão (se gases estão envolvidos na reação), temperatura, catalisador, área de interface para reações heterogêneas.

A maioria das reações químicas são processos complexos que ocorrem em vários estágios, ou seja, composto por vários processos elementares. Reações elementares ou simples são reações que ocorrem em um estágio.

Para reações elementares, a dependência da velocidade da reação com a concentração é expressa pela lei da ação das massas.

A uma temperatura constante, a velocidade de uma reação química é diretamente proporcional ao produto das concentrações dos reagentes, tomadas em potências iguais aos coeficientes estequiométricos.

Para uma reação geral

a A + b B ... → c C,

de acordo com a lei da ação das massas vé expresso pela relação

v = K∙s(A) a ∙ c(B) b,

Onde c(A) e c(B) são as concentrações molares dos reagentes A e B;

Paraé a constante de velocidade dessa reação, igual a v, E se c(A) a=1 e c(B)b=1, e dependendo da natureza dos reagentes, temperatura, catalisador, área de superfície da interface para reações heterogêneas.

Expressar a dependência da taxa de reação com a concentração é chamada de equação cinética.

No caso de reações complexas, a lei da ação das massas se aplica a cada etapa individual.

Para reações heterogêneas, a equação cinética inclui apenas as concentrações de substâncias gasosas e dissolvidas; sim, para queimar carvão

C (c) + O 2 (g) → CO 2 (g)

a equação da velocidade tem a forma

v \u003d K s (O 2)

Algumas palavras sobre a molecularidade e a ordem cinética da reação.

conceito "molecularidade da reação" aplicam-se apenas a reações simples. A molecularidade de uma reação caracteriza o número de partículas que participam de uma interação elementar.

Existem reações mono-, bi- e trimoleculares, nas quais participam uma, duas e três partículas, respectivamente. A probabilidade de colisão simultânea de três partículas é pequena. O processo elementar de interação de mais de três partículas é desconhecido. Exemplos de reações elementares:

N 2 O 5 → NO + NO + O 2 (monomolecular)

H 2 + I 2 → 2HI (bimolecular)

2NO + Cl 2 → 2NOCl (trimolecular)

A molecularidade de reações simples coincide com a ordem cinética geral da reação. A ordem da reação determina a natureza da dependência da velocidade com a concentração.

A ordem cinética geral (total) de uma reação é a soma dos expoentes nas concentrações dos reagentes na equação da taxa de reação, determinada experimentalmente.

À medida que a temperatura aumenta, a velocidade da maioria das reações químicas aumenta. A dependência da taxa de reação com a temperatura é aproximadamente determinada pela regra de van't Hoff.

Para cada aumento de 10 graus na temperatura, a velocidade da maioria das reações aumenta por um fator de 2 a 4.

onde e são as taxas de reação, respectivamente, em temperaturas t2 e t1 (t2>t1);

γ é o coeficiente de temperatura da taxa de reação, este é um número que mostra quantas vezes a taxa de uma reação química aumenta com o aumento da temperatura em 10 0.

Usando a regra de van't Hoff, só é possível estimar aproximadamente o efeito da temperatura na velocidade da reação. Uma descrição mais precisa da dependência da taxa de reação da temperatura é viável dentro da estrutura da teoria de ativação de Arrhenius.

Um dos métodos de aceleração de uma reação química é a catálise, que é realizada com a ajuda de substâncias (catalisadores).

Catalisadores- são substâncias que alteram a velocidade de uma reação química devido à participação repetida na interação química intermediária com os reagentes da reação, mas após cada ciclo da interação intermediária eles restauram sua composição química.

O mecanismo de ação do catalisador é reduzido a uma diminuição na energia de ativação da reação, ou seja, uma diminuição na diferença entre a energia média das moléculas ativas (complexo ativo) e a energia média das moléculas das substâncias iniciais. Isso aumenta a velocidade da reação química.

As reações químicas ocorrem em velocidades diferentes: em baixa velocidade - durante a formação de estalactites e estalagmites, em velocidade média - ao cozinhar alimentos, instantaneamente - durante uma explosão. As reações em soluções aquosas são muito rápidas.

Determinar a velocidade de uma reação química, bem como elucidar sua dependência das condições do processo, é tarefa da cinética química - a ciência das leis que governam o curso das reações químicas no tempo.

Se as reações químicas ocorrerem em um meio homogêneo, por exemplo, em uma solução ou em uma fase gasosa, a interação das substâncias reagentes ocorre em todo o volume. Tais reações são chamadas homogêneo.

(v homog) é definido como a mudança na quantidade de substância por unidade de tempo por unidade de volume:

onde Δn é a variação no número de mols de uma substância (na maioria das vezes a inicial, mas também pode ser o produto da reação); Δt - intervalo de tempo (s, min); V é o volume de gás ou solução (l).

Como a razão entre a quantidade de substância e o volume é a concentração molar C, então

Assim, a velocidade de uma reação homogênea é definida como uma mudança na concentração de uma das substâncias por unidade de tempo:

se o volume do sistema não mudar.

Se uma reação ocorre entre substâncias em diferentes estados de agregação (por exemplo, entre um sólido e um gás ou líquido), ou entre substâncias que são incapazes de formar um meio homogêneo (por exemplo, entre líquidos imiscíveis), ela ocorre apenas na superfície de contato das substâncias. Tais reações são chamadas heterogêneo.

É definida como a mudança na quantidade de substância por unidade de tempo por unidade de superfície.

onde S é a área da superfície de contato das substâncias (m 2, cm 2).

A mudança na quantidade de uma substância pela qual a taxa de reação é determinada é um fator externo observado pelo pesquisador. Na verdade, todos os processos são realizados no nível micro. Obviamente, para que algumas partículas reajam, elas devem primeiro colidir, e colidir efetivamente: não para se espalhar como bolas em direções diferentes, mas de tal forma que as “antigas ligações” nas partículas sejam destruídas ou enfraquecidas e “ novos” podem se formar. ”, e para isso as partículas devem ter energia suficiente.

Os dados calculados mostram que, por exemplo, em gases, as colisões de moléculas à pressão atmosférica estão na casa dos bilhões por 1 segundo, ou seja, todas as reações deveriam ter ocorrido instantaneamente. Mas isso não. Acontece que apenas uma fração muito pequena das moléculas tem a energia necessária, levando a uma colisão efetiva.

O mínimo excesso de energia que uma partícula (ou par de partículas) deve ter para que ocorra uma colisão efetiva é chamado de energia de ativação Ea.

Assim, no caminho de todas as partículas que entram na reação, existe uma barreira de energia igual à energia de ativação E a . Quando é pequeno, há muitas partículas que podem superá-lo e a taxa de reação é alta. Caso contrário, é necessário um "push". Quando você traz um fósforo para acender uma lâmpada espiritual, você fornece energia adicional E a necessária para a colisão efetiva das moléculas de álcool com as moléculas de oxigênio (superando a barreira).

A velocidade de uma reação química depende de muitos fatores. As principais são: a natureza e a concentração dos reagentes, a pressão (nas reações envolvendo gases), a temperatura, a ação dos catalisadores e a superfície dos reagentes no caso de reações heterogêneas.

Temperatura

À medida que a temperatura aumenta, na maioria dos casos a velocidade de uma reação química aumenta significativamente. No século 19 O químico holandês J. X. Van't Hoff formulou a regra:

Um aumento de temperatura a cada 10 ° C leva a um aumento navelocidade de reação em 2-4 vezes(este valor é chamado de coeficiente de temperatura da reação).

Com o aumento da temperatura, a velocidade média das moléculas, sua energia e o número de colisões aumentam ligeiramente, mas a proporção de moléculas "ativas" participando de colisões efetivas que superam a barreira de energia da reação aumenta acentuadamente. Matematicamente, essa dependência é expressa pela relação:

onde v t 1 e v t 2 são as taxas de reação nas temperaturas final t 2 e inicial t 1, respectivamente, e γ é o coeficiente de temperatura da taxa de reação, que mostra quantas vezes a taxa de reação aumenta a cada 10 ° C de aumento na temperatura.

No entanto, para aumentar a velocidade da reação, um aumento na temperatura nem sempre é aplicável, pois os materiais de partida podem começar a se decompor, os solventes ou as próprias substâncias podem evaporar, etc.

Reações endotérmicas e exotérmicas

A reação do metano com o oxigênio atmosférico é conhecida por ser acompanhada pela liberação de uma grande quantidade de calor. Portanto, é usado na vida cotidiana para cozinhar, aquecer água e aquecimento. O gás natural fornecido às residências através de tubulações é 98% metano. A reação do óxido de cálcio (CaO) com a água também é acompanhada pela liberação de uma grande quantidade de calor.

O que esses fatos podem dizer? Quando novas ligações químicas são formadas nos produtos da reação, mais energia do que a necessária para quebrar as ligações químicas nos reagentes. O excesso de energia é liberado na forma de calor e, às vezes, de luz.

CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O + Q (energia (luz, calor));

CaO + H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + Q (energia (calor)).

Tais reações devem ocorrer facilmente (como uma pedra rola facilmente ladeira abaixo).

As reações nas quais a energia é liberada são chamadas EXOTÉRMICO(do latim "exo" - fora).

Por exemplo, muitas reações redox são exotérmicas. Uma dessas belas reações é uma oxidação-redução intramolecular que ocorre dentro do mesmo sal - dicromato de amônio (NH 4) 2 Cr 2 O 7:

(NH 4) 2 Cr 2 O 7 \u003d N 2 + Cr 2 O 3 + 4 H 2 O + Q (energia).

Outra coisa é a repercussão. Eles são semelhantes a rolar uma pedra para cima. Ainda não é possível obter metano a partir de CO 2 e água, e é necessário um forte aquecimento para obter cal viva CaO a partir de hidróxido de cálcio Ca (OH) 2. Tal reação ocorre apenas com um influxo constante de energia do lado de fora:

Ca (OH) 2 \u003d CaO + H 2 O - Q (energia (calor))

Isso sugere que a quebra de ligações químicas em Ca(OH) 2 requer mais energia do que pode ser liberada durante a formação de novas ligações químicas em moléculas de CaO e H 2 O.

As reações nas quais a energia é absorvida são chamadas ENDOTÉRMICO(de "endo" - dentro).

Concentração do reagente

Uma mudança na pressão com a participação de substâncias gasosas na reação também leva a uma mudança na concentração dessas substâncias.

Para que ocorra uma interação química entre as partículas, elas devem colidir efetivamente. Quanto maior a concentração de reagentes, mais colisões e, consequentemente, maior a taxa de reação. Por exemplo, o acetileno queima muito rapidamente em oxigênio puro. Isso desenvolve uma temperatura suficiente para fundir o metal. Com base em uma grande quantidade de material experimental, em 1867 os noruegueses K. Guldenberg e P. Waage, e independentemente deles em 1865, o cientista russo N. I. Beketov formulou a lei básica da cinética química, que estabelece a dependência da reação taxa de concentração de substâncias reagentes.

A velocidade de uma reação química é proporcional ao produto das concentrações dos reagentes, tomadas em potências iguais aos seus coeficientes na equação da reação.

Essa lei também é chamada a lei da ação das massas.

Para a reação A + B \u003d D, esta lei será expressa da seguinte forma:

Para a reação 2A + B = D, esta lei é expressa da seguinte forma:

Aqui C A, C B são as concentrações das substâncias A e B (mol/l); k 1 e k 2 - coeficientes de proporcionalidade, chamados de constantes de velocidade da reação.

O significado físico da constante de taxa de reação não é difícil de estabelecer - é numericamente igual à taxa de reação em que as concentrações dos reagentes são 1 mol / l ou seu produto é igual a um. Nesse caso, fica claro que a constante de velocidade da reação depende apenas da temperatura e não depende da concentração das substâncias.

Lei das massas atuantes não leva em conta a concentração de reagentes no estado sólido, uma vez que reagem em superfícies e suas concentrações são geralmente constantes.

Por exemplo, para a reação de combustão do carvão, a expressão para a taxa de reação deve ser escrita da seguinte forma:

isto é, a taxa de reação é apenas proporcional à concentração de oxigênio.

Se a equação da reação descreve apenas a reação química global, que ocorre em vários estágios, a velocidade de tal reação pode depender de maneira complexa das concentrações das substâncias iniciais. Esta dependência é determinada experimentalmente ou teoricamente com base no mecanismo de reação proposto.

A ação dos catalisadores

É possível aumentar a taxa de reação usando substâncias especiais que alteram o mecanismo de reação e o direcionam para um caminho energeticamente mais favorável com uma energia de ativação menor. Eles são chamados de catalisadores (do latim katalysis - destruição).

O catalisador atua como um guia experiente, guiando um grupo de turistas não por uma passagem alta nas montanhas (superá-la exige muito esforço e tempo e não é acessível a todos), mas pelos caminhos de desvio que ele conhece, ao longo dos quais você pode superar a montanha muito mais fácil e rápido.

É verdade que em um desvio você não pode chegar exatamente onde a passagem principal leva. Mas às vezes isso é exatamente o que você precisa! É assim que funcionam os catalisadores, chamados de seletivos. É claro que não há necessidade de queimar amônia e nitrogênio, mas o óxido nítrico (II) encontra uso na produção de ácido nítrico.

Catalisadores- São substâncias que participam de uma reação química e mudam sua velocidade ou direção, mas ao final da reação permanecem inalteradas quantitativa e qualitativamente.

Alterar a velocidade de uma reação química ou sua direção com a ajuda de um catalisador é chamado de catálise. Catalisadores são amplamente utilizados em várias indústrias e no transporte (conversores catalíticos que convertem óxidos de nitrogênio em gases de escape de automóveis em nitrogênio inofensivo).

Existem dois tipos de catálise.

catálise homogênea, em que tanto o catalisador quanto os reagentes estão no mesmo estado de agregação (fase).

catálise heterogênea onde o catalisador e os reagentes estão em fases diferentes. Por exemplo, a decomposição de peróxido de hidrogênio na presença de um catalisador de óxido de manganês (IV) sólido:

O catalisador em si não é consumido como resultado da reação, mas se outras substâncias são adsorvidas em sua superfície (chamadas de venenos catalíticos), a superfície se torna inoperável e a regeneração do catalisador é necessária. Portanto, antes de realizar a reação catalítica, os materiais de partida são completamente purificados.

Por exemplo, na produção de ácido sulfúrico pelo método de contato, é usado um catalisador sólido - óxido de vanádio (V) V 2 O 5:

Na produção de metanol, é utilizado um catalisador sólido "zinco-cromo" (8ZnO Cr 2 O 3 x CrO 3):

Catalisadores biológicos - enzimas - funcionam de forma muito eficaz. Por natureza química, são proteínas. Graças a eles, reações químicas complexas ocorrem em alta velocidade em organismos vivos em baixas temperaturas.

Outras substâncias interessantes são conhecidas - inibidores (do latim inhibere - atrasar). Eles reagem com partículas ativas em alta velocidade para formar compostos inativos. Como resultado, a reação diminui acentuadamente e depois para. Os inibidores são frequentemente adicionados especificamente a várias substâncias para evitar processos indesejados.

Por exemplo, soluções de peróxido de hidrogênio são estabilizadas com inibidores.

A natureza dos reagentes (sua composição, estrutura)

Significado energia de ativaçãoé o fator pelo qual a influência da natureza das substâncias reagentes na velocidade da reação é afetada.

Se a energia de ativação for baixa (< 40 кДж/моль), то это означает, что значительная часть столкнове­ний между частицами реагирующих веществ при­водит к их взаимодействию, и скорость такой ре­акции очень большая. Все реакции ионного обмена протекают практически мгновенно, ибо в этих ре­акциях участвуют разноименно заряженные ионы, и энергия активации в данных случаях ничтожно мала.

Se a energia de ativação for alta(> 120 kJ/mol), isso significa que apenas uma parte desprezível das colisões entre partículas em interação leva a uma reação. A velocidade de tal reação é, portanto, muito lenta. Por exemplo, o progresso da reação de síntese de amônia à temperatura normal é quase impossível de notar.

Se as energias de ativação das reações químicas tiverem valores intermediários (40120 kJ/mol), as taxas de tais reações serão médias. Tais reações incluem a interação de sódio com água ou álcool etílico, a descoloração de água de bromo com etileno, a interação de zinco com ácido clorídrico, etc.

Superfície de contato dos reagentes

A velocidade das reações que ocorrem na superfície das substâncias, isto é, heterogêneas, depende, tudo o mais constante, das propriedades dessa superfície. Sabe-se que o giz em pó se dissolve muito mais rápido em ácido clorídrico do que um pedaço de massa igual de giz.

O aumento na velocidade da reação é principalmente devido à aumento da superfície de contato das substâncias de partida, bem como várias outras razões, por exemplo, uma violação da estrutura da rede cristalina "correta". Isso leva ao fato de que as partículas na superfície dos microcristais formados são muito mais reativas do que as mesmas partículas em uma superfície "lisa".

Na indústria, para a realização de reações heterogêneas, um “leito fluidizado” é utilizado para aumentar a superfície de contato dos reagentes, o fornecimento de matérias-primas e a remoção de produtos. Por exemplo, na produção de ácido sulfúrico com a ajuda de um "leito fluidizado", a pirita é torrada.

Material de referência para passar no teste:

tabela periódica

Tabela de solubilidade

Ao definir o conceito taxa de reação químicaé necessário distinguir entre reações homogêneas e heterogêneas. Se a reação ocorre em um sistema homogêneo, por exemplo, em uma solução ou em uma mistura de gases, ela ocorre em todo o volume do sistema. A velocidade de uma reação homogênea chamada de quantidade de uma substância que entra em uma reação ou é formada como resultado de uma reação por unidade de tempo em uma unidade de volume do sistema. Como a razão entre o número de moles de uma substância e o volume em que ela está distribuída é a concentração molar da substância, a velocidade de uma reação homogênea também pode ser definida como mudança na concentração por unidade de tempo de qualquer uma das substâncias: o reagente inicial ou produto da reação. Para garantir que o resultado do cálculo seja sempre positivo, independentemente de ser produzido por um reagente ou por um produto, utiliza-se o sinal “±” na fórmula:

Dependendo da natureza da reação, o tempo pode ser expresso não apenas em segundos, conforme exigido pelo sistema SI, mas também em minutos ou horas. Durante a reação, o valor de sua taxa não é constante, mas muda continuamente: diminui, pois as concentrações das substâncias iniciais diminuem. O cálculo acima fornece o valor médio da taxa de reação em um determinado intervalo de tempo Δτ = τ 2 – τ 1 . A velocidade real (instantânea) é definida como o limite para o qual a razão Δ A PARTIR DE/ Δτ em Δτ → 0, ou seja, a velocidade verdadeira é igual à derivada do tempo da concentração.

Para uma reação cuja equação contém coeficientes estequiométricos que diferem da unidade, os valores de velocidade expressos para diferentes substâncias não são os mesmos. Por exemplo, para a reação A + 3B \u003d D + 2E, o consumo da substância A é de um mol, a substância B é de três mols, a chegada da substância E é de dois mols. É por isso υ (A) = ⅓ υ (B) = υ (D)=½ υ (E) ou υ (E). = ⅔ υ (NO) .

Se uma reação ocorre entre substâncias que estão em diferentes fases de um sistema heterogêneo, então ela só pode ocorrer na interface dessas fases. Por exemplo, a interação de uma solução ácida e um pedaço de metal ocorre apenas na superfície do metal. A velocidade de uma reação heterogênea chamado a quantidade de uma substância que entra em uma reação ou é formada como resultado de uma reação por unidade de tempo por unidade da interface entre as fases:

.

A dependência da velocidade de uma reação química da concentração de reagentes é expressa pela lei da ação das massas: a uma temperatura constante, a velocidade de uma reação química é diretamente proporcional ao produto das concentrações molares dos reagentes elevados a potências iguais aos coeficientes nas fórmulas dessas substâncias na equação da reação. Então para a reação

2A + B → produtos

a proporção υ ~ · A PARTIR DE A 2 A PARTIR DE B, e para a transição para a igualdade, introduz-se o coeficiente de proporcionalidade k, chamado constante de taxa de reação:

υ = k· A PARTIR DE A 2 A PARTIR DE B = k[A] 2 [V]

(as concentrações molares nas fórmulas podem ser indicadas como a letra A PARTIR DE com o índice correspondente e a fórmula da substância entre colchetes). O significado físico da constante de velocidade de reação é a velocidade de reação em concentrações de todos os reagentes iguais a 1 mol/l. A dimensão da constante de velocidade de reação depende do número de fatores no lado direito da equação e pode ser de -1; s –1 (l/mol); s –1 (l 2 / mol 2), etc., ou seja, tal que em qualquer caso, nos cálculos, a taxa de reação seja expressa em mol l –1 s –1.

Para reações heterogêneas, a equação da lei de ação das massas inclui as concentrações apenas daquelas substâncias que estão na fase gasosa ou em solução. A concentração de uma substância na fase sólida é um valor constante e está incluído na constante de taxa, por exemplo, para o processo de combustão do carvão C + O 2 = CO 2, a lei da ação da massa é escrita:

υ = kI const = k·,

Onde k= kI const.

Em sistemas onde uma ou mais substâncias são gases, a taxa de reação também depende da pressão. Por exemplo, quando o hidrogênio interage com o vapor de iodo H 2 + I 2 \u003d 2HI, a taxa de uma reação química será determinada pela expressão:

υ = k··.

Se a pressão for aumentada, por exemplo, por um fator de 3, então o volume ocupado pelo sistema diminuirá na mesma quantidade e, consequentemente, as concentrações de cada um dos reagentes aumentarão na mesma quantidade. A velocidade da reação neste caso aumentará em 9 vezes

Dependência da temperatura da taxa de reaçãoé descrito pela regra de van't Hoff: para cada aumento de 10 graus na temperatura, a taxa de reação aumenta em 2-4 vezes. Isso significa que, à medida que a temperatura aumenta exponencialmente, a velocidade de uma reação química aumenta exponencialmente. A base da fórmula de progressão é coeficiente de temperatura da taxa de reaçãoγ, mostrando quantas vezes a velocidade de uma dada reação aumenta (ou, o que é o mesmo, a constante de velocidade) com um aumento de 10 graus na temperatura. Matematicamente, a regra de van't Hoff é expressa pelas fórmulas:

ou

onde e são as taxas de reação, respectivamente, no início t 1 e final t 2 temperaturas. A regra de Van't Hoff também pode ser expressa da seguinte forma:

; ; ; ,

onde e são, respectivamente, a velocidade e a constante de velocidade da reação à temperatura t; e são os mesmos valores na temperatura t +10n; né o número de intervalos de “dez graus” ( n =(t 2 –t 1)/10) pelo qual a temperatura mudou (pode ser um número inteiro ou fracionário, positivo ou negativo).

Exemplos de resolução de problemas

Exemplo 1 Como a velocidade da reação 2СО + О 2 = 2СО 2 que ocorre em um recipiente fechado mudará se a pressão for dobrada?

Solução:

A velocidade da reação química especificada é determinada pela expressão:

υ início = k· [CO] 2 · [O 2 ].

Um aumento na pressão leva a um aumento na concentração de ambos os reagentes por um fator de 2. Com isso em mente, reescrevemos a expressão para a lei da ação das massas:

υ 1 = k 2 = k 2 2 [CO] 2 2 [O 2] \u003d 8 k[CO] 2 [O 2] \u003d 8 υ cedo

Responda: A velocidade da reação aumentará em 8 vezes.

Exemplo 2 Calcule quantas vezes a taxa de reação aumentará se a temperatura do sistema for aumentada de 20°C para 100°C, supondo que o valor do coeficiente de temperatura da taxa de reação seja 3.

Solução:

A razão das taxas de reação em duas temperaturas diferentes está relacionada ao coeficiente de temperatura e à mudança de temperatura pela fórmula:

Cálculo:

Responda: A taxa de reação aumentará em 6561 vezes.

Exemplo 3 Ao estudar a reação homogênea A + 2B = 3D, verificou-se que dentro de 8 minutos da reação, a quantidade de substância A no reator diminuiu de 5,6 mol para 4,4 mol. O volume da massa reaccional foi de 56 l. Calcule a velocidade média de uma reação química para o período de tempo estudado para as substâncias A, B e D.

Solução:

Usamos a fórmula de acordo com a definição do conceito de "velocidade média de uma reação química" e substituímos os valores numéricos, obtendo a taxa média para o reagente A:

Segue-se da equação da reação que, em comparação com a taxa de perda da substância A, a taxa de perda da substância B é duas vezes maior, e a taxa de aumento na quantidade do produto D é três vezes maior. Consequentemente:

υ (A) = ½ υ (B)=⅓ υ (D)

e depois υ (B) = 2 υ (A) \u003d 2 2,68 10 -3 \u003d 6, 36 10 -3 mol l -1 min -1;

υ (D)=3 υ (A) = 3 2,68 10 -3 = 8,04 10 -3 mol l -1 min -1

Resposta: vc(A) = 2,68 10-3 mol L -1 min -1; υ (B) = 6,36 10–3 mol l–1 min–1; υ (D) = 8,04 10–3 mol l–1 min–1.

Exemplo 4 Para determinar a constante de velocidade dos produtos homogêneos da reação A + 2B →, dois experimentos foram realizados em diferentes concentrações da substância B e a velocidade da reação foi medida.

A velocidade de uma reação química é entendida como uma mudança na concentração de uma das substâncias reagentes por unidade de tempo com um volume constante do sistema.

Normalmente, a concentração é expressa em mol/L e o tempo em segundos ou minutos. Se, por exemplo, a concentração inicial de um dos reagentes foi de 1 mol/l, e após 4 s do início da reação tornou-se 0,6 mol/l, então a velocidade média da reação será igual a (1-0,6) /4=0, 1 mol/(l*s).

A velocidade média da reação é calculada pela fórmula:

A velocidade de uma reação química depende de:

A natureza dos reagentes.

Substâncias com uma ligação polar em soluções interagem mais rapidamente, isso se deve ao fato de que tais substâncias em soluções formam íons que interagem facilmente entre si.

Substâncias com ligações covalentes não polares e de baixa polaridade reagem em taxas diferentes, isso depende de sua atividade química.

H 2 + F 2 = 2HF (passa muito rápido com uma explosão à temperatura ambiente)

H 2 + Br 2 \u003d 2HBr (vai devagar, mesmo quando aquecido)

Valores de contato de superfície dos reagentes (para heterogêneos)

Concentrações de reagentes

A velocidade da reação é diretamente proporcional ao produto das concentrações dos reagentes elevada à potência de seus coeficientes estequiométricos.

Temperaturas

A dependência da taxa de reação com a temperatura é determinada pela regra de van't Hoff:

com um aumento de temperatura a cada 10 0 a velocidade da maioria das reações aumenta em 2-4 vezes.

A presença de um catalisador

Catalisadores são substâncias que alteram a velocidade das reações químicas.

A mudança na velocidade de uma reação na presença de um catalisador é chamada de catálise.

Pressão

Com um aumento na pressão, a taxa de reação aumenta (para homogêneo)

Questão número 26. Lei de ação de massa. Velocidade constante. Energia de ativação.

Lei de ação de massa.

a velocidade com que as substâncias reagem umas com as outras depende de sua concentração

Velocidade constante.

coeficiente de proporcionalidade na equação cinética de uma reação química, expressando a dependência da taxa de reação na concentração

A constante de velocidade depende da natureza dos reagentes e da temperatura, mas não depende de suas concentrações.

Energia de ativação.

a energia que deve ser transmitida às moléculas (partículas) das substâncias reagentes para transformá-las em ativos

A energia de ativação depende da natureza dos reagentes e das mudanças na presença de um catalisador.

Um aumento na concentração aumenta o número total de moléculas e, consequentemente, de partículas ativas.

Questão número 27. Reações reversíveis e irreversíveis. Equilíbrio químico, constante de equilíbrio. Princípio de Le Chatelier.

As reações que ocorrem apenas em uma direção e terminam com a transformação completa dos materiais iniciais nos materiais finais são chamadas de irreversíveis.

Reações reversíveis são aquelas que ocorrem simultaneamente em duas direções mutuamente opostas.

Nas equações de reações reversíveis, duas setas apontando em direções opostas são colocadas entre os lados esquerdo e direito. Um exemplo de tal reação é a síntese de amônia a partir de hidrogênio e nitrogênio:

3H 2 + N 2 \u003d 2NH 3

Irreversíveis são tais reações, durante as quais:

Os produtos resultantes precipitam ou são liberados como um gás, por exemplo:

BaCl 2 + H 2 SO 4 \u003d BaSO 4 + 2HCl

Na 2 CO 3 + 2HCl \u003d 2NaCl + CO 2 + H 2 O

Formação de água:

HCl + NaOH = H 2 O + NaCl

As reações reversíveis não chegam ao fim e terminam com o estabelecimento equilíbrio químico.

O equilíbrio químico é o estado de um sistema de substâncias reagentes no qual as velocidades das reações direta e inversa são iguais.

O estado de equilíbrio químico é influenciado pela concentração de substâncias reagentes, temperatura e para gases - pressão. Quando um desses parâmetros muda, o equilíbrio químico é perturbado.

Constante de equilíbrio.

O parâmetro mais importante que caracteriza uma reação química reversível é a constante de equilíbrio K. Se escrevermos para a reação reversível considerada A + D C + D a condição de igualdade das velocidades das reações direta e inversa no estado de equilíbrio - k1[A] igual[B]igual = k2[C]igual[ D] igual, onde [C] igual a [D] igual / [A] igual a [B] igual a = k1/k2 = K, então o valor de K é chamado de equilíbrio constante de uma reação química.

Assim, no equilíbrio, a razão entre a concentração dos produtos da reação e o produto da concentração dos reagentes é constante se a temperatura for constante (as constantes de velocidade k1 e k2 e, consequentemente, a constante de equilíbrio K dependem da temperatura, mas não depende da concentração dos reagentes). Se várias moléculas das substâncias iniciais participam da reação e várias moléculas do produto (ou produtos) são formadas, as concentrações das substâncias na expressão da constante de equilíbrio são elevadas às potências correspondentes aos seus coeficientes estequiométricos. Assim, para a reação 3H2 + N2 2NH3, a expressão para a constante de equilíbrio é escrita como K = 2 igual / 3 igual. O método descrito para derivar a constante de equilíbrio, baseado nas velocidades das reações direta e inversa, não pode ser usado no caso geral, pois para reações complexas a dependência da velocidade com a concentração geralmente não é expressa por uma equação simples ou não é conhecida. de forma alguma. No entanto, em termodinâmica está provado que a fórmula final para a constante de equilíbrio é correta.

Para compostos gasosos, em vez de concentrações, a pressão pode ser usada ao escrever a constante de equilíbrio; Obviamente, o valor numérico da constante pode mudar neste caso se o número de moléculas gasosas nos lados direito e esquerdo da equação não for o mesmo.

Princípio de Le Chatelier.

Se uma influência externa é feita em um sistema em equilíbrio, então o equilíbrio é deslocado na direção da reação que neutraliza essa influência.

O equilíbrio químico é afetado por:

Mudança de temperatura. À medida que a temperatura aumenta, o equilíbrio se desloca para uma reação endotérmica. À medida que a temperatura diminui, o equilíbrio se desloca para uma reação exotérmica.

Mudança na pressão. À medida que a pressão aumenta, o equilíbrio se desloca na direção de diminuir o número de moléculas. À medida que a pressão diminui, o equilíbrio se desloca na direção do aumento do número de moléculas.