Welche Reaktionsgeschwindigkeit? Faktoren, die die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion beeinflussen

Der Begriff „Geschwindigkeit“ kommt in der Literatur häufig vor. Aus der Physik ist bekannt, dass die Geschwindigkeit dieses Körpers umso höher ist, je größer die Distanz ist, die ein materieller Körper (ein Mensch, ein Zug, ein Raumschiff) in einem bestimmten Zeitraum zurücklegt.

Wie misst man die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion, die „irgendwohin führt“ und keine Distanz zurücklegt? Um diese Frage zu beantworten, müssen Sie herausfinden, was StetsÄnderungen in beliebig chemische Reaktion? Da es sich bei jeder chemischen Reaktion um einen Prozess der Veränderung eines Stoffes handelt, verschwindet der ursprüngliche Stoff darin und wird zu Reaktionsprodukten. Während einer chemischen Reaktion ändert sich also immer die Menge eines Stoffes, die Anzahl der Partikel der Ausgangsstoffe nimmt ab und damit auch ihre Konzentration (C).

Aufgabe des Einheitlichen Staatsexamens. Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion ist proportional zur Änderung:

1. Konzentration eines Stoffes pro Zeiteinheit;
2. Stoffmenge pro Volumeneinheit;
3. Masse eines Stoffes pro Volumeneinheit;
4. Stoffvolumen während der Reaktion.

Vergleichen Sie nun Ihre Antwort mit der richtigen:

Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion ist gleich der Konzentrationsänderung des Reaktanten pro Zeiteinheit

Wo C 1 Und Von 0- End- bzw. Anfangskonzentrationen der Reaktanten; t 1 Und t 2- der Zeitpunkt des Experiments, der letzte bzw. der anfängliche Zeitraum.

Frage. Welcher Wert ist Ihrer Meinung nach größer: C 1 oder Von 0? t 1 oder t 0?

Da bei einer bestimmten Reaktion immer Reaktanten verbraucht werden

Somit ist das Verhältnis dieser Größen immer negativ und Geschwindigkeit kann keine negative Größe sein. Daher erscheint in der Formel ein Minuszeichen, das gleichzeitig die Geschwindigkeit angibt beliebig Reaktionen im Zeitverlauf (unter konstanten Bedingungen) sind immer nimmt ab.

Die Geschwindigkeit der chemischen Reaktion beträgt also:

Es stellt sich die Frage: In welchen Einheiten sollte die Konzentration der Reaktanten (C) gemessen werden und warum? Um darauf antworten zu können, müssen Sie verstehen, was ein Zustand ist hauptsächlich dass es zu einer chemischen Reaktion kommen kann.

Damit Teilchen reagieren können, müssen sie mindestens kollidieren. Deshalb Je höher die Anzahl der Teilchen* (Anzahl der Mol) pro Volumeneinheit ist, desto häufiger kollidieren sie und desto höher ist die Wahrscheinlichkeit einer chemischen Reaktion.

* Lesen Sie in Lektion 29.1, was ein „Maulwurf“ ist.

Daher verwenden sie bei der Messung der Geschwindigkeit chemischer Prozesse Molare Konzentration Stoffe in reagierenden Gemischen.

Die molare Konzentration eines Stoffes gibt an, wie viele Mol davon in 1 Liter Lösung enthalten sind

Je größer also die molare Konzentration der reagierenden Stoffe ist, desto mehr Teilchen gibt es pro Volumeneinheit, desto häufiger kollidieren sie und desto höher ist (unter sonst gleichen Bedingungen) die Geschwindigkeit der chemischen Reaktion. Daher gilt das Grundgesetz der chemischen Kinetik (das ist die Wissenschaft von der Geschwindigkeit chemischer Reaktionen). Gesetz der Massenwirkung.

Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion ist direkt proportional zum Produkt der Konzentrationen der Reaktanten.

Für eine Reaktion vom Typ A + B →... lässt sich dieses Gesetz mathematisch wie folgt ausdrücken:

Wenn die Reaktion komplexer ist, zum Beispiel 2A + B → oder, was dasselbe ist, A + A + B → ..., dann

Somit erschien ein Exponent in der Geschwindigkeitsgleichung « zwei» , was dem Koeffizienten entspricht 2 in der Reaktionsgleichung. Bei komplexeren Gleichungen werden große Exponenten normalerweise nicht verwendet. Dies liegt daran, dass die Wahrscheinlichkeit einer gleichzeitigen Kollision von beispielsweise drei Molekülen A und zwei Molekülen B äußerst gering ist. Daher laufen viele Reaktionen in mehreren Stufen ab, bei denen nicht mehr als drei Teilchen kollidieren und jede Stufe des Prozesses mit einer bestimmten Geschwindigkeit abläuft. Diese Geschwindigkeit und die kinetische Geschwindigkeitsgleichung dafür werden experimentell ermittelt.

Die obigen Gleichungen (3) oder (4) für die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen gelten nur für homogen Reaktionen, d. h. für solche Reaktionen, bei denen die reagierenden Stoffe nicht durch die Oberfläche getrennt sind. Beispielsweise findet eine Reaktion in einer wässrigen Lösung statt und beide Reaktanten sind in Wasser oder einem beliebigen Gasgemisch gut löslich.

Eine andere Sache ist es, wenn es passiert heterogen Reaktion. In diesem Fall gibt es eine Grenzfläche zwischen den reagierenden Stoffen, beispielsweise Kohlendioxid Gas reagiert mit Wasser Lösung Alkalien. In diesem Fall ist die Wahrscheinlichkeit, dass jedes Gasmolekül reagiert, gleich groß, da sich diese Moleküle schnell und chaotisch bewegen. Was ist mit den Partikeln der flüssigen Lösung? Diese Partikel bewegen sich extrem langsam und die Alkalipartikel, die sich „unten“ befinden, haben praktisch keine Chance, mit Kohlendioxid zu reagieren, wenn die Lösung nicht ständig gerührt wird. Es reagieren nur die Partikel, die „auf der Oberfläche liegen“. So für heterogen Reaktionen -

Die Reaktionsgeschwindigkeit hängt von der Größe der Grenzfläche ab, die beim Schleifen zunimmt.

Daher werden die reagierenden Substanzen sehr oft zerkleinert (z. B. in Wasser gelöst), die Lebensmittel gründlich gekaut und während des Garvorgangs gemahlen, durch einen Fleischwolf gegeben usw. Ein Lebensmittelprodukt, das nicht zerkleinert wird, ist praktisch nicht vorhanden verdaulich!

Somit kommt es bei maximaler Geschwindigkeit (unter sonst gleichen Bedingungen) zu homogenen Reaktionen in Lösungen und zwischen Gasen (wenn diese Gase unter Umgebungsbedingungen reagieren), darüber hinaus in Lösungen, in denen die Moleküle „nebeneinander“ angeordnet sind und das Mahlen erfolgt Genau wie bei Gasen (und noch mehr!), ist die Reaktionsgeschwindigkeit höher.

Aufgabe des Einheitlichen Staatsexamens. Welche Reaktion läuft bei Raumtemperatur am schnellsten ab:

1. Kohlenstoff mit Sauerstoff;
2. Eisen mit Salzsäure;
3. Eisen mit Essigsäurelösung
4. Lösungen von Alkali und Schwefelsäure.

In diesem Fall müssen Sie herausfinden, welcher Prozess homogen ist.

Zu beachten ist, dass die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion zwischen Gasen oder einer heterogenen Reaktion, an der ein Gas beteiligt ist, auch vom Druck abhängt, da mit zunehmendem Druck die Gase komprimiert werden und die Konzentration der Partikel zunimmt (siehe Formel 2). Die Geschwindigkeit von Reaktionen, an denen keine Gase beteiligt sind, wird durch Druckänderungen nicht beeinflusst.

Aufgabe des Einheitlichen Staatsexamens. Die Geschwindigkeit der chemischen Reaktion zwischen der Säurelösung und dem Eisen wird dadurch nicht beeinflusst

1. Säurekonzentration;
2. Eisenschleifen;
3. Reaktionstemperatur;
4. Druckanstieg.

Schließlich hängt die Geschwindigkeit einer Reaktion auch von der Reaktivität der Stoffe ab. Wenn beispielsweise Sauerstoff mit einem Stoff reagiert, ist die Reaktionsgeschwindigkeit unter sonst gleichen Bedingungen höher als bei der Wechselwirkung desselben Stoffes mit Stickstoff. Tatsache ist, dass die Reaktivität von Sauerstoff deutlich höher ist als die von Stickstoff. Wir werden uns im nächsten Teil des Selbstlehrers (Lektion 14) mit der Ursache dieses Phänomens befassen.

Aufgabe des Einheitlichen Staatsexamens. Die chemische Reaktion zwischen Salzsäure und

1. Kupfer;
2. Eisen;
3. Magnesium;
4. Zink

Es ist zu beachten, dass nicht jede Kollision von Molekülen zu deren chemischer Wechselwirkung (chemischer Reaktion) führt. In einem Gasgemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff kommt es unter normalen Bedingungen zu mehreren Milliarden Kollisionen pro Sekunde. Erste Anzeichen der Reaktion (Wassertröpfchen) treten jedoch erst nach einigen Jahren im Kolben auf. In solchen Fällen sagen sie, dass die Reaktion funktioniert praktisch nicht. Aber sie möglich, sonst wie wäre es zu erklären, dass beim Erhitzen dieser Mischung auf 300 °C der Kolben schnell beschlägt und bei einer Temperatur von 700 °C eine schreckliche Explosion auftritt! Nicht umsonst wird ein Gemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff als „explosives Gas“ bezeichnet.

Frage. Warum steigt Ihrer Meinung nach die Reaktionsgeschwindigkeit beim Erhitzen so stark an?

Die Reaktionsgeschwindigkeit steigt, weil erstens die Zahl der Teilchenkollisionen und zweitens die Zahl der Teilchenkollisionen zunimmt aktiv Kollisionen. Es sind die aktiven Kollisionen von Teilchen, die zu ihrer Wechselwirkung führen. Damit es zu einer solchen Kollision kommt, müssen die Teilchen über eine bestimmte Energie verfügen.

Die Energie, die Teilchen haben müssen, damit eine chemische Reaktion stattfinden kann, wird Aktivierungsenergie genannt.

Diese Energie wird für die Überwindung der Abstoßungskräfte zwischen den Außenelektronen von Atomen und Molekülen sowie für die Zerstörung „alter“ chemischer Bindungen aufgewendet.

Es stellt sich die Frage: Wie kann die Energie reagierender Teilchen erhöht werden? Die Antwort ist einfach: Erhöhen Sie die Temperatur, da mit zunehmender Temperatur die Bewegungsgeschwindigkeit der Partikel und damit auch ihre kinetische Energie zunimmt.

Regel van't Hoff*:

Mit jedem Temperaturanstieg um 10 Grad erhöht sich die Reaktionsgeschwindigkeit um das Zwei- bis Vierfache.

VANT-HOFF Jacob Hendrik(30.08.1852–01.03.1911) – niederländischer Chemiker. Einer der Begründer der physikalischen Chemie und Stereochemie. Nobelpreis für Chemie Nr. 1 (1901).

Es ist zu beachten, dass diese Regel (kein Gesetz!) experimentell für Reaktionen aufgestellt wurde, die für die Messung „praktisch“ waren, d hoch und nicht zu niedrig).

Frage. Was ist Ihrer Meinung nach die schnellste Art, Kartoffeln zu kochen: kochen oder in einer Schicht Öl braten?

Um die Bedeutung der beschriebenen Phänomene richtig zu verstehen, können Sie die reagierenden Moleküle mit einer Gruppe von Schülern vergleichen, die im Begriff sind, hoch zu springen. Wenn ihnen eine 1 m hohe Barriere gegeben wird, müssen die Schüler hochlaufen (ihre „Temperatur erhöhen“), um die Barriere zu überwinden. Dennoch wird es immer Studierende („inaktive Moleküle“) geben, die diese Hürde nicht überwinden können.

Was zu tun ist? Wenn Sie sich an den Grundsatz halten: „Ein kluger Mensch wird keinen Berg erklimmen, ein kluger Mensch wird einen Berg umgehen“, dann sollten Sie die Barriere einfach auf beispielsweise 40 cm senken. Dann kann jeder Schüler sie überwinden Barriere. Auf molekularer Ebene bedeutet das: Um die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen, ist es notwendig, die Aktivierungsenergie in einem bestimmten System zu reduzieren.

In realen chemischen Prozessen wird diese Funktion von einem Katalysator übernommen.

Katalysator ist ein Stoff, der die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion verändert, während er verbleibt unverändert gegen Ende der chemischen Reaktion.

Katalysator beteiligt sich bei einer chemischen Reaktion mit einem oder mehreren Ausgangsstoffen interagieren. Dabei entstehen Zwischenverbindungen und die Aktivierungsenergie verändert sich. Ist das Zwischenprodukt aktiver (aktiver Komplex), sinkt die Aktivierungsenergie und die Reaktionsgeschwindigkeit steigt.

Beispielsweise läuft die Reaktion zwischen SO 2 und O 2 unter normalen Bedingungen sehr langsam ab funktioniert praktisch nicht. In Gegenwart von NO steigt die Reaktionsgeschwindigkeit jedoch stark an. Erstes NEIN sehr schnell reagiert mit O2:

entstehendes Stickstoffdioxid schnell reagiert mit Schwefel(IV)-oxid:

Aufgabe 5.1. Zeigen Sie anhand dieses Beispiels, welcher Stoff ein Katalysator und welcher ein aktiver Komplex ist.

Wenn umgekehrt mehr passive Verbindungen gebildet werden, kann die Aktivierungsenergie so stark ansteigen, dass die Reaktion unter diesen Bedingungen praktisch nicht stattfindet. Solche Katalysatoren werden genannt Inhibitoren.

In der Praxis werden beide Arten von Katalysatoren verwendet. So spezielle organische Katalysatoren - Enzyme- an absolut allen biochemischen Prozessen teilnehmen: Nahrungsverdauung, Muskelkontraktion, Atmung. Ohne Enzyme kann kein Leben existieren!

Inhibitoren sind notwendig, um Metallprodukte vor Korrosion und fetthaltige Lebensmittel vor Oxidation (Ranzigkeit) zu schützen. Einige Medikamente enthalten auch Hemmstoffe, die die lebenswichtigen Funktionen von Mikroorganismen hemmen und sie dadurch zerstören.

Die Katalyse kann homogen oder heterogen sein. Ein Beispiel für eine homogene Katalyse ist die Wirkung von NO (dies ist ein Katalysator) auf die Oxidation von Schwefeldioxid. Ein Beispiel für heterogene Katalyse ist die Einwirkung von erhitztem Kupfer auf Alkohol:

Diese Reaktion läuft in zwei Stufen ab:

Aufgabe 5.2. Bestimmen Sie, welcher Stoff in diesem Fall der Katalysator ist? Warum wird diese Art der Katalyse heterogen genannt?

In der Praxis wird am häufigsten die heterogene Katalyse eingesetzt, bei der feste Stoffe als Katalysatoren dienen: Metalle, deren Oxide usw. Auf der Oberfläche dieser Stoffe befinden sich spezielle Punkte (Kristallgitterknoten), an denen die katalytische Reaktion tatsächlich stattfindet. Werden diese Stellen mit Fremdstoffen bedeckt, stoppt die Katalyse. Dieser für den Katalysator schädliche Stoff wird genannt katalytisches Gift. Andere Substanzen - Promoter– im Gegenteil, sie steigern die katalytische Aktivität.

Ein Katalysator kann die Richtung einer chemischen Reaktion ändern, d. h. durch Austausch des Katalysators können unterschiedliche Reaktionsprodukte erhalten werden. So kann aus dem Alkohol C 2 H 5 OH in Gegenwart von Zink- und Aluminiumoxiden Butadien und in Gegenwart konzentrierter Schwefelsäure Ethylen gewonnen werden.

Während einer chemischen Reaktion ändert sich also die Energie des Systems. Wenn während der Reaktion Energie wird freigesetzt in Form von Wärme Q, nennt man einen solchen Vorgang exotherm:

Für Endo thermische Prozesse Wärme wird absorbiert, also thermischer Effekt Q< 0 .

Aufgabe 5.3. Bestimmen Sie, welcher der vorgeschlagenen Prozesse exotherm und welcher endotherm ist:

Die Gleichung einer chemischen Reaktion, bei der thermischer Effekt wird als thermochemische Reaktionsgleichung bezeichnet. Um eine solche Gleichung zu erstellen, muss der thermische Effekt pro 1 Mol des Reaktanten berechnet werden.

Aufgabe. Bei der Verbrennung von 6 g Magnesium werden 153,5 kJ Wärme freigesetzt. Schreiben Sie eine thermochemische Gleichung für diese Reaktion.

Lösung. Lassen Sie uns eine Gleichung für die Reaktion erstellen und OBEN die angegebenen Formeln angeben:

Nachdem wir den Anteil ermittelt haben, ermitteln wir den gewünschten thermischen Effekt der Reaktion:

Die thermochemische Gleichung für diese Reaktion lautet:

Solche Aufgaben sind in den Aufgabenstellungen aufgeführt mehrheitlich Optionen für das einheitliche Staatsexamen! Zum Beispiel.

Aufgabe des Einheitlichen Staatsexamens. Nach der thermochemischen Reaktionsgleichung

Die bei der Verbrennung von 8 g Methan freigesetzte Wärmemenge beträgt:

Reversibilität chemischer Prozesse. Das Prinzip von Le Chatelier

* LE CHATELIER Henri Louis(8.10.1850–17.09.1936) – Französischer physikalischer Chemiker und Metallurge. Formulierte das allgemeine Gesetz der Gleichgewichtsverschiebung (1884).

Reaktionen können reversibel oder irreversibel sein.

Irreversibel Dabei handelt es sich um Reaktionen, für die es keine Bedingungen gibt, unter denen der umgekehrte Prozess möglich ist.

Ein Beispiel für solche Reaktionen sind Reaktionen, die auftreten, wenn Milch sauer wird oder wenn ein leckeres Schnitzel anbrennt. So wie es unmöglich ist, Hackfleisch wieder durch den Fleischwolf zu geben (und wieder ein Stück Fleisch zu bekommen), ist es auch unmöglich, ein Schnitzel „wiederzubeleben“ oder Milch frisch zu machen.

Aber stellen wir uns eine einfache Frage: Ist der Prozess irreversibel?

Um diese Frage zu beantworten, versuchen wir uns zu erinnern: Ist es möglich, den umgekehrten Vorgang durchzuführen? Ja! Die Zersetzung von Kalkstein (Kreide) zur Gewinnung von Branntkalk CaO wird im industriellen Maßstab genutzt:

Somit ist die Reaktion reversibel, da es Bedingungen gibt, unter denen beide Verfahren:

Darüber hinaus gibt es Bedingungen, unter denen Die Geschwindigkeit der Vorwärtsreaktion ist gleich der Geschwindigkeit der Rückreaktion.

Unter diesen Bedingungen stellt sich ein chemisches Gleichgewicht ein. Zu diesem Zeitpunkt hört die Reaktion nicht auf, aber die Anzahl der erhaltenen Partikel ist gleich der Anzahl der zersetzten Partikel. Deshalb Im Zustand des chemischen Gleichgewichts ändern sich die Konzentrationen der reagierenden Teilchen nicht. Zum Beispiel für unseren Prozess im Moment des chemischen Gleichgewichts

Zeichen bedeutet Gleichgewichtskonzentration.

Es stellt sich die Frage, was mit dem Gleichgewicht geschieht, wenn die Temperatur erhöht oder verringert oder andere Bedingungen geändert werden. Diese Frage kann durch Wissen beantwortet werden Das Prinzip von Le Chatelier:

Wenn Sie die Bedingungen (t, p, c) ändern, unter denen sich das System im Gleichgewichtszustand befindet, verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung des Prozesses widersteht Veränderungen.

Mit anderen Worten: Ein Gleichgewichtssystem widersetzt sich immer jedem Einfluss von außen, so wie ein launisches Kind, das „das Gegenteil“ tut, sich dem Willen seiner Eltern widersetzt.

Schauen wir uns ein Beispiel an. Es soll ein Gleichgewicht in der Ammoniak erzeugenden Reaktion hergestellt werden:

Fragen. Ist die Molzahl der reagierenden Gase vor und nach der Reaktion gleich? Wenn eine Reaktion in einem geschlossenen Volumen stattfindet, wann ist der Druck größer: vor oder nach der Reaktion?

Es ist offensichtlich, dass dieser Prozess mit einer Abnahme der Anzahl der Gasmoleküle abläuft, das heißt Druck nimmt während der direkten Reaktion ab. IN umkehren Reaktionen - im Gegenteil, der Druck in der Mischung erhöht sich.

Fragen wir uns, was in diesem System passieren wird Zunahme Druck? Nach dem Prinzip von Le Chatelier wird die Reaktion ablaufen, die „das Gegenteil bewirkt“, d. h. senkt Druck. Dies ist eine direkte Reaktion: weniger Gasmoleküle – weniger Druck.

Also, bei Zunahme Druck verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung des direkten Prozesses, wo der Druck sinkt, wenn die Anzahl der Moleküle abnimmt Gase

Aufgabe des Einheitlichen Staatsexamens. Bei Zunahme Druckgleichgewicht verschiebt sich Rechts im System:

Wenn als Ergebnis der Reaktion Anzahl der MoleküleÄndert sich die Lage der Gase nicht, so hat eine Druckänderung keinen Einfluss auf die Gleichgewichtslage.

Aufgabe des Einheitlichen Staatsexamens. Eine Druckänderung beeinflusst die Gleichgewichtsverschiebung im System:

Die Gleichgewichtslage dieser und jeder anderen Reaktion hängt von der Konzentration der reagierenden Stoffe ab: Indem wir die Konzentration der Ausgangsstoffe erhöhen und die Konzentration der resultierenden Stoffe verringern, verschieben wir das Gleichgewicht immer in Richtung der direkten Reaktion (nach rechts).

Aufgabe des Einheitlichen Staatsexamens.

verschiebt sich nach links, wenn:

1. erhöhter Blutdruck;
2. Temperaturabfall;
3. steigende CO-Konzentration;
4. sinkende CO-Konzentration.

Der Prozess der Ammoniaksynthese ist exotherm, das heißt, er geht mit der Freisetzung von Wärme einher Temperaturanstieg in der Mischung.

Frage. Wie wird sich das Gleichgewicht in diesem System wann verschieben? Temperaturabfall?

Wir argumentieren ähnlich Abschluss: beim Abnehmen Temperatur verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung Ammoniakbildung, da bei dieser Reaktion Wärme freigesetzt wird, und die Temperatur erhebt sich.

Frage. Wie ändert sich die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion, wenn die Temperatur sinkt?

Offensichtlich nimmt die Geschwindigkeit beider Reaktionen mit sinkender Temperatur stark ab, d. h. Sie müssen sehr lange warten, bis sich das gewünschte Gleichgewicht einstellt. Was zu tun ist? In diesem Fall ist es notwendig Katalysator. Obwohl er hat keinen Einfluss auf die Gleichgewichtslage, beschleunigt aber den Beginn dieses Zustands.

Aufgabe des Einheitlichen Staatsexamens. Chemisches Gleichgewicht im System

verschiebt sich in Richtung der Bildung des Reaktionsprodukts, wenn:

1. erhöhter Blutdruck;
2. Temperaturanstieg;
3. Druckabfall;
4. Verwendung eines Katalysators.

Schlussfolgerungen

Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion hängt ab von:

• die Art der reagierenden Partikel;
• Konzentration oder Grenzflächenbereich der Reaktanten;
• Temperatur;
• Anwesenheit eines Katalysators.

Ein Gleichgewicht stellt sich ein, wenn die Geschwindigkeit der Vorwärtsreaktion gleich der Geschwindigkeit des Rückwärtsprozesses ist. In diesem Fall ändert sich die Gleichgewichtskonzentration der Reaktanten nicht. Der Zustand des chemischen Gleichgewichts hängt von den Bedingungen ab und folgt dem Prinzip von Le Chatelier.

Wir sind ständig mit verschiedenen chemischen Wechselwirkungen konfrontiert. Die Verbrennung von Erdgas, das Rosten von Eisen, das Säuern von Milch – das sind nicht alle Vorgänge, die in einem Chemiekurs an der Schule eingehend untersucht werden.

Manche Reaktionen brauchen Bruchteile von Sekunden, während manche Interaktionen Tage oder Wochen dauern.

Versuchen wir, die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von Temperatur, Konzentration und anderen Faktoren zu ermitteln. Der neue Bildungsstandard sieht für dieses Thema eine Mindestunterrichtszeit vor. Die Prüfungen des Einheitlichen Staatsexamens umfassen Aufgaben zur Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von Temperatur, Konzentration und bieten sogar Rechenaufgaben. Viele Gymnasiasten haben gewisse Schwierigkeiten, Antworten auf diese Fragen zu finden, daher werden wir dieses Thema im Detail analysieren.

Relevanz des betrachteten Themas

Informationen über die Reaktionsgeschwindigkeit haben wichtige praktische und wissenschaftliche Bedeutung. Beispielsweise hängen bei der konkreten Herstellung von Stoffen und Produkten die Produktivität der Ausrüstung und die Warenkosten direkt von diesem Wert ab.

Klassifizierung laufender Reaktionen

Es besteht ein direkter Zusammenhang zwischen dem Aggregatzustand der Ausgangskomponenten und den bei heterogenen Wechselwirkungen entstehenden Produkten.

In der Chemie bezeichnet ein System meist eine Substanz oder eine Kombination davon.

Ein System, das aus einer Phase (dem gleichen Aggregatzustand) besteht, gilt als homogen. Als Beispiel können wir ein Gemisch aus Gasen und mehreren verschiedenen Flüssigkeiten nennen.

Ein heterogenes System ist ein System, in dem reagierende Stoffe in Form von Gasen und Flüssigkeiten, Feststoffen und Gasen vorliegen.

Es besteht nicht nur eine Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur, sondern auch von der Phase, in der die in die analysierte Wechselwirkung eintretenden Komponenten eingesetzt werden.

Eine homogene Zusammensetzung zeichnet sich dadurch aus, dass der Prozess über das gesamte Volumen abläuft, was die Qualität deutlich verbessert.

Befinden sich die Ausgangsstoffe in unterschiedlichen Phasenzuständen, so wird die maximale Wechselwirkung an der Phasengrenzfläche beobachtet. Wenn beispielsweise ein aktives Metall in einer Säure gelöst wird, wird die Bildung eines Produkts (Salzes) nur auf der Oberfläche ihres Kontakts beobachtet.

Mathematischer Zusammenhang zwischen Prozessgeschwindigkeit und verschiedenen Faktoren

Wie sieht die Gleichung für die Abhängigkeit der Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion von der Temperatur aus? Bei einem homogenen Prozess wird die Geschwindigkeit durch die Stoffmenge bestimmt, die pro Zeiteinheit im Volumen des Systems interagiert oder während der Reaktion gebildet wird.

Bei einem heterogenen Prozess wird die Geschwindigkeit anhand der Stoffmenge bestimmt, die im Prozess pro Flächeneinheit in einem Mindestzeitraum reagiert oder produziert wird.

Faktoren, die die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion beeinflussen

Die Art der reagierenden Stoffe ist einer der Gründe für die unterschiedlichen Geschwindigkeiten der Prozesse. Beispielsweise bilden Alkalimetalle mit Wasser bei Raumtemperatur Alkalien, und der Prozess geht mit einer starken Freisetzung von Wasserstoffgas einher. Edelmetalle (Gold, Platin, Silber) sind weder bei Raumtemperatur noch beim Erhitzen zu solchen Prozessen fähig.

Die Art der Reaktanten ist ein Faktor, der in der chemischen Industrie berücksichtigt wird, um die Rentabilität der Produktion zu steigern.

Es wurde ein Zusammenhang zwischen der Konzentration der Reagenzien und der Geschwindigkeit der chemischen Reaktion festgestellt. Je höher es ist, desto mehr Partikel kollidieren und der Prozess läuft schneller ab.

Das Massenwirkungsgesetz beschreibt in mathematischer Form einen direkt proportionalen Zusammenhang zwischen der Konzentration der Ausgangsstoffe und der Geschwindigkeit des Prozesses.

Es wurde Mitte des 19. Jahrhunderts vom russischen Chemiker N. N. Beketov formuliert. Für jeden Prozess wird eine Reaktionskonstante bestimmt, die nicht mit der Temperatur, der Konzentration oder der Art der Reaktanten zusammenhängt.

Um die Reaktion, an der ein fester Stoff beteiligt ist, zu beschleunigen, müssen Sie ihn zu einem Pulver zermahlen.

Dabei vergrößert sich die Oberfläche, was sich positiv auf die Prozessgeschwindigkeit auswirkt. Für Dieselkraftstoff kommt ein spezielles Einspritzsystem zum Einsatz, wodurch sich bei Kontakt mit Luft die Verbrennungsgeschwindigkeit des Kohlenwasserstoffgemisches deutlich erhöht.

Heizung

Die Abhängigkeit der Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion von der Temperatur wird durch die molekularkinetische Theorie erklärt. Damit können Sie die Anzahl der Kollisionen zwischen Reagenzmolekülen unter bestimmten Bedingungen berechnen. Wenn Sie über solche Informationen verfügen, sollten unter normalen Bedingungen alle Prozesse sofort ablaufen.

Betrachtet man jedoch ein konkretes Beispiel für die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur, stellt sich heraus, dass es für die Wechselwirkung notwendig ist, zunächst die chemischen Bindungen zwischen Atomen aufzubrechen, damit aus ihnen neue Stoffe entstehen. Dies erfordert einen erheblichen Energieaufwand. Wie hängt die Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur ab? Die Aktivierungsenergie bestimmt die Möglichkeit des Bruchs von Molekülen; genau diese Energie charakterisiert die Realität der Prozesse. Seine Einheiten sind kJ/mol.

Reicht die Energie nicht aus, ist der Stoß wirkungslos und geht nicht mit der Bildung eines neuen Moleküls einher.

Grafische Darstellung

Die Abhängigkeit der Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion von der Temperatur lässt sich grafisch darstellen. Bei Erwärmung erhöht sich die Zahl der Kollisionen zwischen Teilchen, was die Wechselwirkung beschleunigt.

Wie sieht ein Diagramm der Reaktionsgeschwindigkeit gegenüber der Temperatur aus? Horizontal wird die Energie der Moleküle und vertikal die Anzahl der Teilchen mit hoher Energiereserve angezeigt. Ein Diagramm ist eine Kurve, anhand derer man die Geschwindigkeit einer bestimmten Interaktion beurteilen kann.

Je größer die Energiedifferenz vom Durchschnitt ist, desto weiter liegt der Kurvenpunkt vom Maximum entfernt und desto geringer ist der Prozentsatz der Moleküle, die über eine solche Energiereserve verfügen.

Wichtige Aspekte

Ist es möglich, die Gleichung für die Abhängigkeit der Reavon der Temperatur aufzustellen? Sein Anstieg spiegelt sich in einer Erhöhung der Prozessgeschwindigkeit wider. Diese Abhängigkeit wird durch einen bestimmten Wert, den sogenannten Temperaturkoeffizienten, der Prozessgeschwindigkeit charakterisiert.

Für jede Wechselwirkung wurde die Abhängigkeit der Reavon der Temperatur aufgedeckt. Bei einer Erhöhung um 10 Grad erhöht sich die Geschwindigkeit des Prozesses um das 2- bis 4-fache.

Die Abhängigkeit der Geschwindigkeit homogener Reaktionen von der Temperatur kann in mathematischer Form dargestellt werden.

Bei den meisten Wechselwirkungen bei Raumtemperatur liegt der Koeffizient im Bereich von 2 bis 4. Beispielsweise beschleunigt bei einem Temperaturkoeffizienten von 2,9 eine Temperaturerhöhung um 100 Grad den Prozess um fast das 50.000-fache.

Die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur lässt sich leicht durch unterschiedliche Aktivierungsenergien erklären. Bei ionischen Prozessen, die nur durch die Wechselwirkung von Kationen und Anionen bestimmt werden, hat sie einen Mindestwert. Zahlreiche Experimente weisen auf das sofortige Auftreten solcher Reaktionen hin.

Bei einer hohen Aktivierungsenergie führen nur wenige Kollisionen zwischen Teilchen zu einer Wechselwirkung. Bei einer durchschnittlichen Aktivierungsenergie interagieren die Reaktanten mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit.

Aufgaben zur Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von Konzentration und Temperatur werden nur auf der höheren Bildungsstufe behandelt und bereiten Kindern oft große Schwierigkeiten.

Messung der Geschwindigkeit eines Prozesses

Bei Prozessen, die eine erhebliche Aktivierungsenergie erfordern, kommt es zu einem anfänglichen Aufbrechen oder einer Schwächung der Bindungen zwischen Atomen in den Ausgangsstoffen. In diesem Fall gehen sie in einen bestimmten Zwischenzustand über, der als aktivierter Komplex bezeichnet wird. Es ist ein instabiler Zustand, zerfällt recht schnell in Reaktionsprodukte, der Prozess geht mit der Freisetzung zusätzlicher Energie einher.

In seiner einfachsten Form ist ein aktivierter Komplex eine Konfiguration von Atomen mit geschwächten alten Bindungen.

Inhibitoren und Katalysatoren

Analysieren wir die Abhängigkeit der Geschwindigkeit der enzymatischen Reaktion von der Temperatur des Mediums. Solche Stoffe wirken als Prozessbeschleuniger.

Sie selbst sind nicht an der Interaktion beteiligt; ihre Anzahl bleibt nach Abschluss des Prozesses unverändert. Während Katalysatoren dazu beitragen, die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen, verlangsamen Inhibitoren diesen Prozess im Gegenteil.

Der Kern liegt in der Bildung von Zwischenverbindungen, wodurch eine Änderung der Prozessgeschwindigkeit beobachtet wird.

Abschluss

Weltweit kommt es jede Minute zu verschiedenen chemischen Wechselwirkungen. Wie lässt sich die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur feststellen? Die Arrhenius-Gleichung ist eine mathematische Erklärung des Zusammenhangs zwischen Geschwindigkeitskonstante und Temperatur. Es gibt eine Vorstellung von den Werten der Aktivierungsenergie, bei denen die Zerstörung oder Schwächung von Bindungen zwischen Atomen in Molekülen und die Verteilung von Partikeln in neue chemische Substanzen möglich ist.

Dank der molekularkinetischen Theorie ist es möglich, die Wahrscheinlichkeit von Wechselwirkungen zwischen den Ausgangskomponenten vorherzusagen und die Geschwindigkeit des Prozesses zu berechnen. Unter den Faktoren, die die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflussen, sind Temperaturänderungen, die prozentuale Konzentration der interagierenden Substanzen, die Kontaktoberfläche, das Vorhandensein eines Katalysators (Inhibitors) sowie die Art der interagierenden Komponenten von besonderer Bedeutung.

Wie alle Prozesse laufen chemische Reaktionen über einen längeren Zeitraum ab und zeichnen sich daher durch die eine oder andere Geschwindigkeit aus.

Der Zweig der Chemie, der die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen und den Mechanismus ihres Auftretens untersucht. angerufen chemische Kinetik. Die chemische Kinetik arbeitet mit den Begriffen „Phase“ und „System“. Phase – Es ist ein Teil eines Systems, das durch eine Schnittstelle von seinen anderen Teilen getrennt ist.

Systeme können homogen und heterogen sein. Homogene Systeme besteht aus einzelphase. Zum Beispiel Luft oder ein beliebiges Gasgemisch, Salzlösung. Heterogene Systeme besteht aus zwei oder mehr Phasen. Zum Beispiel flüssiges Wasser – Eis – Dampf, Salzlösung + Sediment.

Reaktionen, die in einem homogenen System ablaufen, werden genannt homogen. Zum Beispiel N 2 (g) + 3H 2 (g) = 2NH 3 (g). Sie fließen durchgehend. Reaktionen, die in einem heterogenen System auftreten, werden genannt heterogen. Beispielsweise ist C (k) + O 2 (g) = CO 2 (g). Sie fließen an der Phasengrenzfläche.

Chemische Reaktionsgeschwindigkeit bestimmt die Stoffmenge, die während einer Reaktion pro Zeiteinheit pro Volumeneinheit reagiert oder gebildet wird(für homogene Reaktion) oder pro Geräteschnittstelle(für ein heterogenes System).

Die Reaktionsgeschwindigkeit hängt von der Art der Reaktanten, ihrer Konzentration, Temperatur und der Anwesenheit von Katalysatoren ab.

1. Die Art der reagierenden Stoffe.

Reaktionen verlaufen in Richtung der Zerstörung weniger starker Bindungen und der Bildung von Stoffen mit stärkeren Bindungen. Daher erfordert das Aufbrechen von Bindungen in H 2 - und N 2 -Molekülen hohe Energien; solche Moleküle sind leicht reaktiv. Das Aufbrechen von Bindungen in stark polaren Molekülen (HCl, H 2 O) erfordert weniger Energie und die Reaktionsgeschwindigkeit ist viel höher. Reaktionen zwischen Ionen in Elektrolytlösungen erfolgen fast augenblicklich.

2. Konzentration.

Mit steigender Konzentration kommt es häufiger zu Kollisionen von Molekülen reagierender Stoffe – die Reaktionsgeschwindigkeit steigt.

Die Abhängigkeit der Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion von der Konzentration der Reaktanten wird ausgedrückt Massenwirkungsgesetz (LMA): Bei konstanter Temperatur ist die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion direkt proportional zum Produkt der Konzentrationen der reagierenden Substanzen.

Im Allgemeinen, z homogen Reaktionen

nA (g) + mB (g) = pAB (g)

Die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit wird durch die Gleichung ausgedrückt:

wobei C A und C B die Konzentrationen der reagierenden Substanzen sind, mol/l; k ist die Reaktionsgeschwindigkeitskonstante. Für eine spezifische Reaktion 2NO (g) + O 2 (g) = 2NO 2 (g) lautet der mathematische Ausdruck für das ZDM:

υ = k∙∙

Die Rek hängt von der Art der Reaktanten, der Temperatur und dem Katalysator ab, ist jedoch nicht von den Konzentrationen der Reaktanten abhängig. Die physikalische Bedeutung der Geschwindigkeitskonstante besteht darin, dass sie der Reaktionsgeschwindigkeit bei Einheitskonzentrationen der Reaktanten entspricht.

Für heterogen Reaktionen (wenn sich Stoffe in unterschiedlichen Aggregatzuständen befinden), hängt die Reaktionsgeschwindigkeit nur von der Konzentration von Gasen oder gelösten Stoffen ab und die Konzentration der festen Phase geht nicht in den mathematischen Ausdruck von EDM ein:

nA (k) + mB (g) = pAB (g)

Beispielsweise ist die Verbrennungsgeschwindigkeit von Kohlenstoff in Sauerstoff nur proportional zur Sauerstoffkonzentration:

C (k) + O 2 (g) = CO 2 (k)

3. Temperatur.

Mit zunehmender Temperatur nimmt die Bewegungsgeschwindigkeit der Moleküle zu, was wiederum zu einer Zunahme der Kollisionen zwischen ihnen führt. Damit eine Reaktion stattfinden kann, müssen die kollidierenden Moleküle über eine bestimmte überschüssige Energie verfügen. Die überschüssige Energie, die Moleküle vor ihrem Zusammenstoß haben müssen, kann zur Bildung einer neuen Substanz führen, angerufen Aktivierungsenergie. Aktivierungsenergie ( E a) werden in kJ/mol ausgedrückt. Sein Wert hängt von der Art der reagierenden Stoffe ab, d.h. Jede Reaktion hat ihre eigene Aktivierungsenergie. Moleküle mit Aktivierungsenergie, angerufen aktiv. Durch eine Erhöhung der Temperatur erhöht sich die Anzahl der aktiven Moleküle und damit die Geschwindigkeit der chemischen Reaktion.

Die Abhängigkeit der Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion von der Temperatur wird ausgedrückt van't Hoffs Regel: Bei jedem Temperaturanstieg um 10 °C erhöht sich die Reaktionsgeschwindigkeit um das 2- bis 4-fache.

wobei υ 2 und υ 1 Reaktionsgeschwindigkeiten bei den Temperaturen t 2 und t 1 sind,

γ ist der Temperaturkoeffizient der Reaktionsgeschwindigkeit und gibt an, wie oft die Reaktionsgeschwindigkeit zunimmt, wenn die Temperatur um 10 0 C steigt.

4. Kontaktfläche reagierender Stoffe.

Bei heterogenen Systemen gilt: Je größer die Kontaktfläche, desto schneller läuft die Reaktion ab. Die Oberfläche von Feststoffen kann durch Mahlen vergrößert werden, bei löslichen Stoffen durch Auflösen.

5. Katalysatoren.

Stoffe, die an Reaktionen teilnehmen und deren Geschwindigkeit erhöhen, am Ende der Reaktion jedoch unverändert bleiben, werden genannt Katalysatoren. Die Änderung der Reaktionsgeschwindigkeit unter dem Einfluss von Katalysatoren nennt man Katalyse. Es gibt Katalyse homogen Und heterogen.

ZU homogen Dazu gehören Prozesse, bei denen sich der Katalysator im gleichen Aggregatzustand befindet wie die Reaktanten.

2SO 2 (g) + O 2 (g) 2SO 3 (g)

Die Wirkung eines homogenen Katalysators besteht darin, mehr oder weniger starke intermediäre Wirkstoffe zu bilden, aus denen er dann vollständig regeneriert wird.

ZU heterogen Unter Katalyse versteht man Prozesse, bei denen sich Katalysator und Reaktanten in unterschiedlichen Aggregatzuständen befinden und die Reaktion auf der Oberfläche des Katalysators stattfindet.

N 2(g) + 3H 2(g) 2NH 3(g)

Der Wirkungsmechanismus heterogener Katalysatoren ist komplexer als der homogener. Eine wesentliche Rolle bei diesen Prozessen spielen die Phänomene der Absorption gasförmiger und flüssiger Stoffe an der Oberfläche eines festen Stoffes – das Phänomen der Adsorption. Durch die Adsorption steigt die Konzentration der Reaktanten, ihre chemische Aktivität nimmt zu, was zu einer Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit führt.

Geschwindigkeitsreaktion wird durch eine Änderung der molaren Konzentration eines der Reaktanten bestimmt:

V = ± ((C 2 – C 1) / (t 2 – t 1)) = ± (DC / Dt)

Wobei C 1 und C 2 die molaren Konzentrationen der Stoffe zu den Zeitpunkten t 1 bzw. t 2 sind (Vorzeichen (+) – wenn die Geschwindigkeit durch das Reaktionsprodukt bestimmt wird, Vorzeichen (-) – durch den Ausgangsstoff).

Reaktionen finden statt, wenn Moleküle reagierender Substanzen kollidieren. Seine Geschwindigkeit wird durch die Anzahl der Kollisionen und die Wahrscheinlichkeit, dass sie zu einer Transformation führen, bestimmt. Die Anzahl der Kollisionen wird durch die Konzentrationen der reagierenden Stoffe bestimmt, die Wahrscheinlichkeit einer Reaktion durch die Energie der kollidierenden Moleküle.
Faktoren, die die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen beeinflussen.
1. Die Art der reagierenden Stoffe. Dabei spielen die Art der chemischen Bindungen und die Struktur der Reagenzmoleküle eine wichtige Rolle. Reaktionen verlaufen in Richtung der Zerstörung weniger starker Bindungen und der Bildung von Stoffen mit stärkeren Bindungen. Daher erfordert das Aufbrechen von Bindungen in H 2 - und N 2 -Molekülen hohe Energien; solche Moleküle sind leicht reaktiv. Das Aufbrechen von Bindungen in stark polaren Molekülen (HCl, H 2 O) erfordert weniger Energie und die Reaktionsgeschwindigkeit ist viel höher. Reaktionen zwischen Ionen in Elektrolytlösungen erfolgen fast augenblicklich.
Beispiele
Fluor reagiert bei Raumtemperatur explosionsartig mit Wasserstoff, Brom reagiert beim Erhitzen langsam mit Wasserstoff.
Calciumoxid reagiert heftig mit Wasser und setzt dabei Wärme frei; Kupferoxid - reagiert nicht.

2. Konzentration. Mit zunehmender Konzentration (Anzahl der Partikel pro Volumeneinheit) kommt es häufiger zu Kollisionen von Molekülen reagierender Stoffe – die Reaktionsgeschwindigkeit steigt.
Massenwirkungsgesetz (K. Guldberg, P. Waage, 1867)
Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion ist direkt proportional zum Produkt der Konzentrationen der Reaktanten.

AA + bB + . . . ® . . .

• [A] a [B] b . . .

Die Rek hängt von der Art der Reaktanten, der Temperatur und dem Katalysator ab, ist jedoch nicht von den Konzentrationen der Reaktanten abhängig.
Die physikalische Bedeutung der Geschwindigkeitskonstante besteht darin, dass sie der Reaktionsgeschwindigkeit bei Einheitskonzentrationen der Reaktanten entspricht.
Bei heterogenen Reaktionen geht die Konzentration der Festphase nicht in die Angabe der Reaktionsgeschwindigkeit ein.

3. Temperatur. Bei jedem Temperaturanstieg um 10 °C erhöht sich die Reaktionsgeschwindigkeit um das Zwei- bis Vierfache (Van't-Hoff-Regel). Wenn die Temperatur von t 1 auf t 2 steigt, kann die Änderung der Reaktionsgeschwindigkeit mit der Formel berechnet werden:

(wobei Vt 2 und Vt 1 die Reaktionsgeschwindigkeiten bei den Temperaturen t 2 bzw. t 1 sind; g ist der Temperaturkoeffizient dieser Reaktion).
Die Van't-Hoff-Regel ist nur in einem engen Temperaturbereich anwendbar. Genauer ist die Arrhenius-Gleichung:

• e -Ea/RT

Wo
A ist eine Konstante, abhängig von der Art der Reaktanten;
R ist die universelle Gaskonstante;

Ea ist die Aktivierungsenergie, d.h. die Energie, die kollidierende Moleküle haben müssen, damit es bei der Kollision zu einer chemischen Umwandlung kommt.
Energiediagramm einer chemischen Reaktion.

A – Reagenzien, B – aktivierter Komplex (Übergangszustand), C – Produkte.
Je höher die Aktivierungsenergie Ea ist, desto stärker steigt die Reaktionsgeschwindigkeit mit steigender Temperatur.

4. Kontaktfläche reagierender Stoffe. Bei heterogenen Systemen (bei denen sich Stoffe in unterschiedlichen Aggregatzuständen befinden) gilt: Je größer die Kontaktfläche, desto schneller läuft die Reaktion ab. Die Oberfläche von Feststoffen kann durch Mahlen vergrößert werden, bei löslichen Stoffen durch Auflösen.

5. Katalyse. Stoffe, die an Reaktionen teilnehmen und deren Geschwindigkeit erhöhen, am Ende der Reaktion jedoch unverändert bleiben, werden als Katalysatoren bezeichnet. Der Wirkungsmechanismus von Katalysatoren ist mit einer Abnahme der Aktivierungsenergie der Reaktion aufgrund der Bildung von Zwischenverbindungen verbunden. Bei Homogene Katalyse die Reagenzien und der Katalysator bilden eine Phase (befinden sich im gleichen Aggregatzustand), mit heterogene Katalyse- verschiedene Phasen (befinden sich in unterschiedlichen Aggregatzuständen). In manchen Fällen kann der Ablauf unerwünschter chemischer Prozesse durch die Zugabe von Inhibitoren zum Reaktionsmedium stark verlangsamt werden (das „Phänomen“ negative Katalyse").

Im Leben begegnen wir verschiedenen chemischen Reaktionen. Einige davon, wie etwa das Rosten von Eisen, können mehrere Jahre anhalten. Andere, etwa die Vergärung von Zucker zu Alkohol, dauern mehrere Wochen. Brennholz in einem Ofen brennt in ein paar Stunden und Benzin in einem Motor verbrennt im Bruchteil einer Sekunde.

Um die Ausrüstungskosten zu senken, erhöhen Chemieanlagen die Reaktionsgeschwindigkeit. Und einige Prozesse, zum Beispiel der Verderb von Lebensmitteln und Metallkorrosion, müssen verlangsamt werden.

Chemische Reaktionsgeschwindigkeit kann ausgedrückt werden als Änderung der Materiemenge (n, modulo) pro Zeiteinheit (t) – vergleiche die Geschwindigkeit eines sich bewegenden Körpers in der Physik als Koordinatenänderung pro Zeiteinheit: υ = Δx/Δt. Damit die Geschwindigkeit nicht vom Volumen des Gefäßes abhängt, in dem die Reaktion stattfindet, dividieren wir den Ausdruck durch das Volumen der reagierenden Stoffe (v), d.h. wir erhaltenÄnderung der Menge eines Stoffes pro Zeiteinheit pro Volumeneinheit, oder Änderung der Konzentration eines Stoffes pro Zeiteinheit:

wobei c = n / v die Konzentration des Stoffes ist,

Δ (sprich „Delta“) ist eine allgemein akzeptierte Bezeichnung für eine Wertänderung.

Wenn Stoffe unterschiedliche Koeffizienten in der Gleichung haben, ist die mit dieser Formel berechnete Reaktionsgeschwindigkeit für jeden von ihnen unterschiedlich. Beispielsweise reagierten 2 Mol Schwefeldioxid in 10 Sekunden in 1 Liter vollständig mit 1 Mol Sauerstoff:

2SO2 + O2 = 2SO3

Die Sauerstoffrate beträgt: υ = 1: (10 1) = 0,1 mol/l s

Geschwindigkeit für Schwefeldioxid: υ = 2: (10 1) = 0,2 mol/l s- Dies muss nicht auswendig gelernt und während der Prüfung gesagt werden, das Beispiel wird gegeben, um bei dieser Frage nicht verwirrt zu werden.

Die Geschwindigkeit heterogener Reaktionen (unter Beteiligung von Feststoffen) wird oft pro Flächeneinheit der sich berührenden Oberflächen ausgedrückt:

Reaktionen werden als heterogen bezeichnet, wenn die Reaktanten in verschiedenen Phasen vorliegen:

• ein Feststoff mit einem anderen Feststoff, einer Flüssigkeit oder einem Gas,
• zwei nicht mischbare Flüssigkeiten
• Flüssigkeit mit Gas.

Zwischen Stoffen in einer Phase treten homogene Reaktionen auf:

• zwischen gut gemischten Flüssigkeiten,
• Gase,
• Substanzen in Lösungen.

Bedingungen, die die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen beeinflussen

1) Die Reaktionsgeschwindigkeit hängt davon ab Art der Reaktanten. Einfach ausgedrückt reagieren verschiedene Substanzen unterschiedlich schnell. Beispielsweise reagiert Zink heftig mit Salzsäure, während Eisen eher langsam reagiert.

2) Je höher die Reaktionsgeschwindigkeit, desto schneller Konzentration Substanzen. Zink reagiert viel länger mit einer stark verdünnten Säure.

3) Die Reaktionsgeschwindigkeit nimmt mit zunehmender Geschwindigkeit deutlich zu Temperatur. Damit beispielsweise Kraftstoff verbrennt, ist es notwendig, ihn zu entzünden, also die Temperatur zu erhöhen. Bei vielen Reaktionen geht ein Temperaturanstieg um 10 °C mit einem zwei- bis vierfachen Anstieg der Geschwindigkeit einher.

4) Geschwindigkeit heterogen Reaktionen nehmen mit zunehmendem Ausmaß zu Oberflächen reagierender Substanzen. Üblicherweise werden hierfür Feststoffe gemahlen. Damit beispielsweise Eisen- und Schwefelpulver beim Erhitzen reagieren können, muss das Eisen in Form von feinem Sägemehl vorliegen.

Bitte beachten Sie, dass in diesem Fall Formel (1) impliziert ist! Formel (2) drückt die Geschwindigkeit pro Flächeneinheit aus und kann daher nicht von der Fläche abhängen.

5) Die Reaktionsgeschwindigkeit hängt von der Anwesenheit von Katalysatoren oder Inhibitoren ab.

Katalysatoren- Stoffe, die chemische Reaktionen beschleunigen, aber nicht verbraucht werden. Ein Beispiel ist die schnelle Zersetzung von Wasserstoffperoxid durch Zugabe eines Katalysators – Mangan(IV)-oxid:

2H 2 O 2 = 2H 2 O + O 2

Mangan(IV)-oxid verbleibt am Boden und kann wiederverwendet werden.

Inhibitoren- Stoffe, die die Reaktion verlangsamen. Beispielsweise werden einem Warmwasserbereitungssystem Korrosionsinhibitoren zugesetzt, um die Lebensdauer von Rohren und Batterien zu verlängern. In Autos werden der Brems- und Kühlflüssigkeit Korrosionsinhibitoren zugesetzt.

Noch ein paar Beispiele.