Introduksjon Til Kjemi
Læringsmål
- Forklar hvordan konsentrasjon, overflateareal, trykk, temperatur og tilsetning av katalysatorer påvirker reaksjonshastigheten
Nøkkelpunkter
- når konsentrasjonene av reaktantene økes, går reaksjonen raskere. Dette skyldes en økning i antall molekyler som har den minste nødvendige energien. For gasser har økende trykk samme effekt som økende konsentrasjon.
- når faste stoffer og væsker reagerer, øker overflaten av det faste stoffet reaksjonshastigheten. En reduksjon i partikkelstørrelse fører til en økning i faststoffets totale areal.
- Å Heve reaksjonstemperaturen med 10 °C kan doble eller tredoble reaksjonshastigheten. Dette skyldes en økning i antall partikler som har den minste energien som kreves. Reaksjonshastigheten avtar med en nedgang i temperaturen.
- Katalysatorer kan senke aktiveringsenergien og øke reaksjonshastigheten uten å bli konsumert i reaksjonen.
- Forskjeller i de iboende strukturer av reaktanter kan føre til forskjeller i reaksjonshastigheter. Molekyler forbundet med sterkere bindinger vil ha lavere reaksjonshastigheter enn vil molekyler forbundet med svakere bindinger, på grunn av den økte mengden energi som kreves for å bryte de sterkere bindingene.
Vilkår
- catalystA stoff som øker frekvensen av en kjemisk reaksjon uten å bli konsumert i prosessen.
- aktiveringsenergiden minste mengden energi som molekyler må ha for at en reaksjon skal oppstå ved kollisjon.
Reaktantkonsentrasjoner
Å Øke konsentrasjonene av reaktanter gjør reaksjonen skje raskere. For at en kjemisk reaksjon skal skje, må det være et visst antall molekyler med energier lik eller større enn aktiveringsenergien. Med en økning i konsentrasjonen vil antall molekyler med den minste nødvendige energien øke, og derfor vil reaksjonshastigheten øke. For eksempel, hvis en av en million partikler har tilstrekkelig aktiveringsenergi, så ut av 100 millioner partikler, vil bare 100 reagere. Men hvis du har 200 millioner av disse partiklene i samme volum, reagerer 200 av dem. Ved å doble konsentrasjonen, har reaksjonshastigheten doblet også.
Overflateareal
i en reaksjon mellom et fast stoff og en væske vil overflaten av det faste stoffet til slutt påvirke hvor raskt reaksjonen oppstår. Dette skyldes at væsken og det faste stoffet bare kan støte på hverandre ved det flytende faste grensesnittet, som ligger på overflaten av det faste stoffet. De faste molekylene som er fanget i kroppen av det faste stoffet, kan ikke reagere. Derfor øker overflaten av det faste stoffet mer faste molekyler til væsken, noe som muliggjør en raskere reaksjon.
for eksempel vurdere en 6 x 6 x 2 tommers murstein. Arealet av mursteinens eksponerte overflater er 4 (6 \ ganger 2) + 2 (6\ganger 6)=120\; cm^2. Når mursteinen demonteres i ni mindre kuber, har hver kube et overflateareal på 6 (2 \ ganger 2) = 24 \ cm^2, så det totale overflatearealet på de ni kubene er 9 \ ganger 24 = 216\ cm^2.
dette viser at det totale eksponerte overflatearealet vil øke når en større kropp er delt inn i mindre biter. Derfor, siden en reaksjon finner sted på overflaten av et stoff, bør økning av overflatearealet øke mengden av stoffet som er tilgjengelig for å reagere, og vil dermed øke reaksjonshastigheten også.
Trykk
Å Øke trykket for en reaksjon som involverer gasser vil øke reaksjonshastigheten. Når du øker trykket på en gass, reduserer du volumet (PV=nRT; P og V er omvendt relatert), mens antall partikler (n) forblir uendret. Derfor øker trykket konsentrasjonen av gassen (n/V), og sikrer at gassmolekylene kolliderer oftere. Husk denne logikken fungerer bare for gasser, som er svært komprimerbare; endring av trykket for en reaksjon som bare involverer faste stoffer eller væsker, har ingen effekt på reaksjonshastigheten.
Temperatur
det har blitt observert eksperimentelt at en økning på 10 °C i temperatur vanligvis dobler eller tredobler hastigheten på en reaksjon mellom molekyler. Den minste energien som trengs for en reaksjon å fortsette, kjent som aktiveringsenergien, forblir den samme med økende temperatur. Den gjennomsnittlige økningen i partikkel kinetisk energi forårsaket av den absorberte varmen betyr imidlertid at en større andel av reaktantmolekylene nå har den minste energien som er nødvendig for å kollidere og reagere. En økning i temperaturen forårsaker en økning i energinivåene til molekylene som er involvert i reaksjonen, slik at reaksjonshastigheten øker. På samme måte vil reaksjonshastigheten reduseres med en nedgang i temperaturen.
Tilstedeværelse eller Fravær av Katalysator
Katalysatorer er stoffer som øker reaksjonshastigheten ved å senke aktiveringsenergien som trengs for at reaksjonen skal skje. En katalysator blir ikke ødelagt eller endret under en reaksjon, så den kan brukes igjen. For eksempel, ved vanlige forhold, Kombinerer H2 Og O2 ikke. Imidlertid kombinerer de i nærvær av en liten mengde platina, som virker som en katalysator, og reaksjonen skjer deretter raskt.
Reaktantenes Natur
Stoffer varierer markant i de prisene de gjennomgår kjemisk forandring. Forskjellene i reaktivitet mellom reaksjoner kan tilskrives de forskjellige strukturer av de involverte materialene; for eksempel om stoffene er i oppløsning eller i fast tilstand. En annen faktor har å gjøre med de relative bindingsstyrkene i reaktantmolekylene. For eksempel vil en reaksjon mellom molekyler med atomer som er bundet av sterke kovalente bindinger, finne sted langsommere enn en reaksjon mellom molekyler med atomer som er bundet av svake kovalente bindinger. Dette skyldes det faktum at det tar mer energi å bryte bindingene til de sterkt bundne molekylene.