Úvod do Chemie
Cíl Učení
- Vysvětlete, jak se koncentrace, plocha, tlak, teplota, a navíc katalyzátory ovlivňují rychlost reakce
Klíčové Body
- Když se koncentrace reaktantů jsou zvýšeny, reakce probíhá rychleji. To je způsobeno zvýšením počtu molekul, které mají minimální požadovanou energii. U plynů má zvyšující se tlak stejný účinek jako zvyšující se koncentrace.
- když pevné látky a kapaliny reagují, zvětšením povrchové plochy pevné látky se zvýší reakční rychlost. Snížení velikosti částic způsobuje zvýšení celkové plochy pevné látky.
- zvýšení reakční teploty o 10 °C může rychlost reakce zdvojnásobit nebo ztrojnásobit. To je způsobeno zvýšením počtu částic, které mají minimální potřebnou energii. Reakční rychlost klesá s poklesem teploty.
- katalyzátory mohou snížit aktivační energii a zvýšit reakční rychlost, aniž by byly spotřebovány v reakci.
- rozdíly v inherentních strukturách reaktantů mohou vést k rozdílům v reakčních rychlostech. Molekuly spojeny silnější dluhopisy budou mít nižší reakční rychlosti než bude molekuly spojeny slabší dluhopisy, vzhledem ke zvýšenému množství energie potřebné k rozbít silnější dluhopisů.
termíny
- katalyzátorlátka, která zvyšuje rychlost chemické reakce, aniž by byla spotřebována v procesu.
- aktivační energieminimální množství energie, které molekuly musí mít, aby došlo k reakci při srážce.
koncentrace reaktantů
zvýšení koncentrací reaktantů způsobuje, že reakce probíhá rychleji. Aby došlo k chemické reakci, musí existovat určitý počet molekul s energiemi rovnými nebo většími než aktivační energie. Se zvýšením koncentrace se zvýší počet molekul s minimální požadovanou energií, a proto se rychlost reakce zvýší. Například pokud má jedna z milionu částic dostatečnou aktivační energii, pak ze 100 milionů částic bude reagovat pouze 100. Pokud však máte 200 milionů těchto částic ve stejném objemu, pak 200 z nich reaguje. Zdvojnásobením koncentrace se rychlost reakce zdvojnásobila.
Plocha
V reakci mezi pevnou a kapalnou, povrch z pevné konečném důsledku dopad na to, jak rychle reakce probíhá. Je to proto, že kapalina a pevná látka mohou do sebe narazit pouze na rozhraní kapalina-pevná látka, které je na povrchu pevné látky. Pevné molekuly zachycené v těle pevné látky nemohou reagovat. Zvýšení povrchové plochy pevné látky proto vystaví kapalině více pevných molekul, což umožňuje rychlejší reakci.
zvažte například cihlu 6 x 6 x 2 palce. Plocha exponovaných ploch cihel je 4 (6\krát 2)+2 (6 \ krát 6)=120\; cm^2. Když je cihla rozebrána na devět menších kostek, má však každá kostka povrchovou plochu 6 (2 \krát 2) = 24\ cm^2, takže celková plocha devíti kostek je 9 \krát 24 = 216\ cm^2.
to ukazuje, že celková exponovaná plocha se zvětší, když je větší tělo rozděleno na menší kousky. Proto, protože reakce probíhá na povrchu látky, zvyšuje plochu by mělo zvýšit množství látky, které je k dispozici reagovat, a tím zvýšit rychlost reakce stejně.
Tlak
Zvýšení tlaku za reakce, zahrnující plyny zvýší rychlost reakce. Jak zvyšujete tlak plynu, snižujete jeho objem (PV=nRT; P A V jsou nepřímo příbuzné), zatímco počet částic (n) zůstává nezměněn. Proto zvyšující se tlak zvyšuje koncentraci plynu (n / V) a zajišťuje, že molekuly plynu se srazí častěji. Mějte na paměti, že tato logika funguje pouze pro plyny, které jsou vysoce stlačitelné; změna tlaku pro reakci, která zahrnuje pouze pevné látky nebo kapaliny, nemá žádný vliv na reakční rychlost.
teplota
experimentálně bylo pozorováno, že nárůst teploty o 10 °C obvykle zdvojnásobuje nebo ztrojnásobuje rychlost reakce mezi molekulami. Minimální energie potřebná pro pokračování reakce, známá jako aktivační energie, zůstává stejná se zvyšující se teplotou. Průměrné zvýšení kinetické energie částic způsobené absorbovaným teplem však znamená, že větší část molekul reaktantu má nyní minimální energii potřebnou ke srážce a reakci. Zvýšení teploty způsobuje zvýšení energetických hladin molekul zapojených do reakce, takže rychlost reakce se zvyšuje. Podobně se rychlost reakce sníží s poklesem teploty.
Přítomnost nebo Absence Katalyzátoru
Katalyzátory jsou látky, které zvyšují rychlost reakce snížením aktivační energie potřebné pro reakci dojít. Katalyzátor není během reakce zničen ani změněn, takže může být znovu použit. Například za běžných podmínek se H2 a O2 nekombinují. Kombinují se však v přítomnosti malého množství platiny, která působí jako katalyzátor, a reakce pak probíhá rychle.
povaha reaktantů
látky se výrazně liší rychlostí, při které podléhají chemické změně. Rozdíly v reaktivitě mezi reakcí může být přičítáno různých struktur materiálů; například, zda jsou látky v roztoku nebo v pevném stavu věci. Další faktor má co do činění s relativními pevnostmi vazby v molekulách reaktantů. Například reakce mezi molekulami s atomy, které jsou spojeny silnými kovalentními vazbami, bude probíhat pomaleji, než by reakce mezi molekulami s atomy, které jsou spojeny slabými kovalentními vazbami. To je způsobeno skutečností, že přerušení vazeb silně vázaných molekul vyžaduje více energie.