Introducere în chimie

puncte cheie

• când concentrațiile reactanților sunt ridicate, reacția se desfășoară mai repede. Acest lucru se datorează creșterii numărului de molecule care au energia minimă necesară. Pentru gaze, creșterea presiunii are același efect ca și creșterea concentrației.
• când solidele și lichidele reacționează, creșterea suprafeței solidului va crește viteza de reacție. O scădere a dimensiunii particulelor determină o creștere a suprafeței totale a solidului.
• creșterea temperaturii de reacție cu 10 hectolitri C poate dubla sau tripla viteza de reacție. Acest lucru se datorează creșterii numărului de particule care au energia minimă necesară. Viteza de reacție scade odată cu scăderea temperaturii.
• catalizatorii pot reduce energia de activare și pot crește viteza de reacție fără a fi consumați în reacție.
• diferențele în structurile inerente ale reactanților pot duce la diferențe în ratele de reacție. Moleculele unite prin legături mai puternice vor avea rate de reacție mai mici decât moleculele unite prin legături mai slabe, datorită cantității crescute de energie necesară pentru a rupe legăturile mai puternice.

Termeni

• catalizatoro substanță care crește viteza unei reacții chimice fără a fi consumată în proces.
• energie de activarecantitatea minimă de energie pe care moleculele trebuie să o aibă pentru ca o reacție să apară la coliziune.

concentrațiile reactanților

creșterea concentrațiilor reactanților face ca reacția să se întâmple într-un ritm mai rapid. Pentru ca o reacție chimică să aibă loc, trebuie să existe un anumit număr de molecule cu energii egale sau mai mari decât energia de activare. Cu o creștere a concentrației, numărul de molecule cu energia minimă necesară va crește și, prin urmare, viteza reacției va crește. De exemplu, dacă una dintr-un milion de particule are suficientă energie de activare, atunci din 100 de milioane de particule, doar 100 vor reacționa. Cu toate acestea, dacă aveți 200 de milioane din aceste particule în același volum, atunci 200 dintre ele reacționează. Prin dublarea concentrației, viteza de reacție s-a dublat și ea.

suprafață

într-o reacție între un solid și un lichid, suprafața solidului va afecta în cele din urmă cât de repede are loc reacția. Acest lucru se datorează faptului că lichidul și solidul se pot ciocni unul în celălalt numai la interfața lichid-solid, care se află pe suprafața solidului. Moleculele solide prinse în corpul solidului nu pot reacționa. Prin urmare, creșterea suprafeței solidului va expune molecule mai solide la lichid, ceea ce permite o reacție mai rapidă.

de exemplu, luați în considerare o cărămidă de 6 x 6 x 2 inch. Suprafața suprafețelor expuse ale cărămizii este de 4(6\ori 2)+2 (6\ori 6)=120\;cm^2. Cu toate acestea, atunci când cărămida este demontată în nouă cuburi mai mici, fiecare cub are o suprafață de 6(2 \ori 2) = 24\ cm^2, deci suprafața totală a celor nouă cuburi este de 9 \ori 24 = 216\ cm^2.

aceasta arată că suprafața totală expusă va crește atunci când un corp mai mare este împărțit în bucăți mai mici. Prin urmare, deoarece o reacție are loc pe suprafața unei substanțe, creșterea suprafeței ar trebui să crească cantitatea de substanță disponibilă pentru a reacționa și, astfel, va crește și viteza reacției.

presiune

creșterea presiunii pentru o reacție care implică gaze va crește viteza de reacție. Pe măsură ce creșteți presiunea unui gaz, îi micșorați volumul (PV=nRT; P și V sunt invers legate), în timp ce numărul de particule (n) rămâne neschimbat. Prin urmare, creșterea presiunii crește concentrația gazului (n/V) și asigură că moleculele de gaz se ciocnesc mai frecvent. Rețineți că această logică funcționează numai pentru gaze, care sunt foarte compresibile; schimbarea presiunii pentru o reacție care implică numai solide sau lichide nu are niciun efect asupra vitezei de reacție.

temperatura

s-a observat experimental că o creștere a temperaturii cu 10 centimetrii c dublează sau triplează viteza unei reacții între molecule. Energia minimă necesară pentru ca o reacție să se desfășoare, cunoscută sub numele de energie de activare, rămâne aceeași odată cu creșterea temperaturii. Cu toate acestea, creșterea medie a energiei cinetice a particulelor cauzată de căldura absorbită înseamnă că o proporție mai mare din moleculele reactante au acum energia minimă necesară pentru a se ciocni și a reacționa. O creștere a temperaturii determină o creștere a nivelului de energie al moleculelor implicate în reacție, astfel încât viteza reacției crește. În mod similar, viteza de reacție va scădea odată cu scăderea temperaturii.

prezența sau absența unui catalizator

catalizatorii sunt substanțe care cresc viteza de reacție prin scăderea energiei de activare necesare pentru ca reacția să aibă loc. Un catalizator nu este distrus sau schimbat în timpul unei reacții, deci poate fi folosit din nou. De exemplu, în condiții obișnuite, H2 și O2 nu se combină. Cu toate acestea, ele se combină în prezența unei cantități mici de platină, care acționează ca un catalizator, iar reacția apare apoi rapid.

natura reactanților

substanțele diferă semnificativ în ceea ce privește ratele la care suferă modificări chimice. Diferențele de reactivitate dintre reacții pot fi atribuite diferitelor structuri ale materialelor implicate; de exemplu, dacă substanțele sunt în soluție sau în materie de stare solidă. Un alt factor are legătură cu forțele relative ale legăturii din moleculele reactanților. De exemplu, o reacție între molecule cu atomi care sunt legați de legături covalente puternice va avea loc într-un ritm mai lent decât ar avea loc o reacție între molecule cu atomi care sunt legați de legături covalente slabe. Acest lucru se datorează faptului că este nevoie de mai multă energie pentru a rupe legăturile moleculelor puternic legate.