Introduktion til kemi
læringsmål
- Forklar, hvordan koncentration, overfladeareal, tryk, temperatur og tilsætning af katalysatorer påvirker reaktionshastigheden
nøglepunkter
- når koncentrationerne af reaktanterne hæves, fortsætter reaktionen hurtigere. Dette skyldes en stigning i antallet af molekyler, der har den mindste krævede energi. For gasser har stigende tryk samme virkning som stigende koncentration.
- når faste stoffer og væsker reagerer, vil forøgelse af overfladearealet af det faste stof øge reaktionshastigheden. Et fald i partikelstørrelse medfører en stigning i det faste stofs samlede overfladeareal.
- forøgelse af reaktionstemperaturen med 10 liter C kan fordoble eller tredoble reaktionshastigheden. Dette skyldes en stigning i antallet af partikler, der har den minimale energi, der kræves. Reaktionshastigheden falder med et fald i temperaturen.
- katalysatorer kan sænke aktiveringsenergien og øge reaktionshastigheden uden at blive forbrugt i reaktionen.
- forskelle i reaktanternes iboende strukturer kan føre til forskelle i reaktionshastigheder. Molekyler forbundet med stærkere bindinger vil have lavere reaktionshastigheder end molekyler forbundet med svagere bindinger på grund af den øgede mængde energi, der kræves for at bryde de stærkere bindinger.
Vilkår
- catalystaet stof, der øger hastigheden af en kemisk reaktion uden at blive forbrugt i processen.
- aktiveringsenergiden mindste mængde energi, som molekyler skal have for at en reaktion kan forekomme ved kollision.
Reaktantkoncentrationer
forøgelse af koncentrationerne af reaktanter får reaktionen til at ske hurtigere. For at en kemisk reaktion skal forekomme, skal der være et vist antal molekyler med energier, der er lig med eller større end aktiveringsenergien. Med en stigning i koncentrationen vil antallet af molekyler med den minimale krævede energi stige, og derfor vil reaktionshastigheden øges. For eksempel, hvis en ud af en million partikler har tilstrækkelig aktiveringsenergi, så ud af 100 millioner partikler, vil kun 100 reagere. Men hvis du har 200 millioner af disse partikler inden for samme volumen, reagerer 200 af dem. Ved at fordoble koncentrationen er reaktionshastigheden også fordoblet.
overfladeareal
i en reaktion mellem et fast stof og en væske vil overfladearealet af det faste stof i sidste ende påvirke, hvor hurtigt reaktionen opstår. Dette skyldes, at væsken og det faste stof kun kan støde ind i hinanden ved den flydende faste grænseflade, som er på overfladen af det faste stof. De faste molekyler, der er fanget i kroppen af det faste stof, kan ikke reagere. Derfor vil forøgelse af overfladearealet af det faste stof udsætte mere faste molekyler for væsken, hvilket muliggør en hurtigere reaktion.
for eksempel overveje en 6 * 6 * 2 tommer mursten. Arealet af murstenens udsatte overflader er 4(6\gange 2)+2 (6\gange 6)=120\; cm^2. Når mursten demonteres i ni mindre terninger, har hver terning imidlertid et overfladeareal på 6(2 \gange 2) = 24\ cm^2, så det samlede overfladeareal for de ni terninger er 9 \gange 24 = 216\ cm^2.
Dette viser, at det samlede eksponerede overfladeareal vil stige, når en større krop er opdelt i mindre stykker. Da en reaktion finder sted på overfladen af et stof, bør forøgelse af overfladearealet derfor øge mængden af det stof, der er tilgængeligt til at reagere, og vil således også øge reaktionshastigheden.
Tryk
forøgelse af trykket for en reaktion, der involverer gasser, vil øge reaktionshastigheden. Når du øger trykket på en gas, reducerer du dens volumen (PV=nRT; P og V er omvendt relaterede), mens antallet af partikler (n) forbliver uændret. Derfor øger stigende tryk koncentrationen af gassen (n/V) og sikrer, at gasmolekylerne kolliderer oftere. Husk, at denne logik kun fungerer for gasser, som er meget komprimerbare; ændring af trykket for en reaktion, der kun involverer faste stoffer eller væsker, har ingen effekt på reaktionshastigheden.
temperatur
det er blevet observeret eksperimentelt, at en stigning på 10 liter C i temperatur normalt fordobler eller tredobler hastigheden af en reaktion mellem molekyler. Den minimale energi, der er nødvendig for en reaktion at fortsætte, kendt som aktiveringsenergien, forbliver den samme med stigende temperatur. Den gennemsnitlige stigning i partikelkinetisk energi forårsaget af den absorberede varme betyder imidlertid, at en større andel af reaktantmolekylerne nu har den minimale energi, der er nødvendig for at kollidere og reagere. En stigning i temperaturen medfører en stigning i energiniveauerne for de molekyler, der er involveret i reaktionen, så reaktionshastigheden øges. Tilsvarende vil reaktionshastigheden falde med et fald i temperaturen.
tilstedeværelse eller fravær af en katalysator
katalysatorer er stoffer, der øger reaktionshastigheden ved at sænke den aktiveringsenergi, der er nødvendig for, at reaktionen kan forekomme. En katalysator ødelægges eller ændres ikke under en reaktion, så den kan bruges igen. For eksempel kombinerer H2 og O2 ikke under almindelige forhold. Imidlertid kombinerer de i nærværelse af en lille mængde platin, som virker som en katalysator, og reaktionen sker derefter hurtigt.
reaktanternes Natur
stoffer adskiller sig markant i de hastigheder, hvormed de gennemgår kemisk ændring. Forskellene i reaktivitet mellem reaktioner kan tilskrives de forskellige strukturer i de involverede materialer; for eksempel om stofferne er i opløsning eller i faststofforhold. En anden faktor har at gøre med de relative bindingsstyrker inden for reaktanternes molekyler. For eksempel vil en reaktion mellem molekyler med atomer, der er bundet af stærke kovalente bindinger, finde sted med en langsommere hastighed end en reaktion mellem molekyler med atomer, der er bundet af svage kovalente bindinger. Dette skyldes, at det tager mere energi at bryde bindingerne af de stærkt bundne molekyler.