Bevezetés a kémiába
tanulási cél
- magyarázza el, hogyan befolyásolja a koncentráció, a felület, a nyomás, a hőmérséklet és a katalizátorok hozzáadása a reakciósebességet
kulcsfontosságú pontok
- amikor a reagensek koncentrációja megemelkedik, a reakció gyorsabban megy végbe. Ennek oka a minimálisan szükséges energiával rendelkező molekulák számának növekedése. A gázok esetében a növekvő nyomásnak ugyanaz a hatása, mint a koncentráció növelésének.
- amikor a szilárd anyagok és folyadékok reagálnak, a szilárd anyag felületének növelése növeli a reakciósebességet. A részecskeméret csökkenése a szilárd anyag teljes felületének növekedését okozza.
- a reakció hőmérsékletének 10 C-os emelése megduplázhatja vagy megháromszorozhatja a reakciósebességet. Ennek oka a minimális energiával rendelkező részecskék számának növekedése. A reakciósebesség csökken a hőmérséklet csökkenésével.
- a katalizátorok csökkenthetik az aktiválási energiát és növelhetik a reakciósebességet anélkül, hogy a reakcióban elfogyasztanák őket.
- A reagensek inherens struktúráinak különbségei a reakciósebesség különbségeihez vezethetnek. Az erősebb kötésekkel összekapcsolt molekulák reakciósebessége alacsonyabb lesz, mint a gyengébb kötésekkel összekapcsolt molekulák, az erősebb kötések megszakításához szükséges megnövekedett energiamennyiség miatt.
kifejezések
- catalystA anyag, amely növeli a kémiai reakció sebességét anélkül, hogy a folyamat során elfogyasztanák.
- aktiválási energiaa molekulák minimális energiamennyisége ahhoz, hogy egy reakció ütközéskor bekövetkezzen.
Reagenskoncentrációk
a reagensek koncentrációjának növelésével a reakció gyorsabban megy végbe. A kémiai reakció bekövetkezéséhez bizonyos számú molekulának kell lennie, amelyek energiája megegyezik vagy nagyobb, mint az aktiválási energia. A koncentráció növekedésével a minimálisan szükséges energiával rendelkező molekulák száma növekszik, ezért a reakció sebessége növekszik. Például, ha egy millió részecskéből elegendő aktiválási energia van, akkor 100 millió részecskéből csak 100 reagál. Ha azonban 200 millió ilyen részecske van ugyanabban a térfogatban, akkor 200 reagál. A koncentráció megduplázásával a reakció sebessége is megduplázódott.
felület
szilárd anyag és folyadék közötti reakcióban a szilárd anyag felülete végső soron befolyásolja a reakció gyorsaságát. Ez azért van, mert a folyadék és a szilárd anyag csak a folyadék-szilárd felületen ütközhet egymásba, amely a szilárd anyag felületén van. A szilárd anyag testében rekedt szilárd molekulák nem tudnak reagálni. Ezért a szilárd anyag felületének növelése több szilárd molekulát tesz ki a folyadéknak, ami gyorsabb reakciót tesz lehetővé.
vegyünk például egy 6 x 6 x 2 hüvelykes téglát. A tégla kitett felületeinek területe 4(6\ – szor 2)+2 (6\ – szor 6)=120\;cm^2. Ha azonban a téglát kilenc kisebb kockára bontják, mindegyik kocka felülete 6 (2\ szor 2) = 24 \cm^2, tehát a kilenc kocka teljes felülete 9\ szor 24 = 216 \ cm^2.
Ez azt mutatja, hogy a teljes kitett felület növekedni fog, ha egy nagyobb testet kisebb darabokra osztunk. Ezért, mivel egy reakció egy anyag felületén történik, a felület növelésével növelni kell a reagálásra rendelkezésre álló anyag mennyiségét, és ezáltal növelni kell a reakció sebességét is.
nyomás
a gázokat tartalmazó reakció nyomásának növelése növeli a reakció sebességét. A gáz nyomásának növelésével csökken a térfogata (PV=nRT; P és V fordítottan összefügg), miközben a részecskék száma (n) változatlan marad. Ezért a növekvő nyomás növeli a gáz koncentrációját (n / V), és biztosítja, hogy a gázmolekulák gyakrabban ütköznek. Ne feledje, hogy ez a logika csak a gázok esetében működik, amelyek nagyon összenyomhatók; a csak szilárd anyagokat vagy folyadékokat tartalmazó reakció nyomásának megváltoztatása nincs hatással a reakció sebességére.
hőmérséklet
kísérletileg megfigyelték, hogy a hőmérséklet 10 C-os emelkedése általában megduplázza vagy Megháromszorozza a molekulák közötti reakció sebességét. A reakció folytatásához szükséges minimális energia, az úgynevezett aktiválási energia, a hőmérséklet növekedésével változatlan marad. Azonban a részecskék kinetikus energiájának az elnyelt hő által okozott átlagos növekedése azt jelenti, hogy a reagens molekulák nagyobb hányada rendelkezik az ütközéshez és reakcióhoz szükséges minimális energiával. A hőmérséklet emelkedése a reakcióban részt vevő molekulák energiaszintjének emelkedését okozza, így a reakció sebessége növekszik. Hasonlóképpen, a reakció sebessége csökken a hőmérséklet csökkenésével.
katalizátor jelenléte vagy hiánya
a katalizátorok olyan anyagok, amelyek növelik a reakció sebességét azáltal, hogy csökkentik a reakció bekövetkezéséhez szükséges aktiválási energiát. A katalizátor nem pusztul el vagy változik a reakció során, így újra felhasználható. Például normál körülmények között a H2 és az O2 nem kombinálódik. Ezek azonban kis mennyiségű platina jelenlétében egyesülnek, amely katalizátorként működik, majd a reakció gyorsan bekövetkezik.
A reagensek jellege
az anyagok jelentősen különböznek a kémiai változás sebességében. A reakciók közötti reaktivitási különbségek az érintett anyagok különböző szerkezeteinek tulajdoníthatók; például, hogy az anyagok oldatban vagy szilárd állapotban vannak-e. Egy másik tényező a reagensek molekuláin belüli relatív kötéserősségekkel függ össze. Például az erős kovalens kötésekkel kötött atomokkal rendelkező molekulák közötti reakció lassabb ütemben zajlik, mint a gyenge kovalens kötésekkel kötött atomokkal rendelkező molekulák közötti reakció. Ennek oka az a tény, hogy több energiára van szükség az erősen kötött molekulák kötéseinek megszakításához.