반응속도는? 화학 반응 속도에 영향을 미치는 요인

"속도"라는 개념은 문헌에서 자주 발견됩니다. 물질적 신체(사람, 기차, 우주선)가 일정 시간 동안 더 먼 거리를 이동할수록 이 신체의 속도는 더 빨라진다는 것이 물리학에서 알려져 있습니다.

"아무데도 가지 않고" 어떤 거리도 커버하지 않는 화학 반응의 속도를 측정하는 방법은 무엇입니까? 이 질문에 답하려면 무엇인지 알아야 합니다. 언제나변화 어느화학 반응? 모든 화학 반응은 물질이 변화하는 과정이기 때문에 원래의 물질이 사라지고 반응 생성물로 변합니다. 따라서 화학 반응 중에 물질의 양은 항상 변하고 출발 물질의 입자 수가 감소하므로 농도(C).

통합 상태 시험 작업.화학 반응 속도는 변화에 비례합니다.

1. 단위 시간당 물질의 농도;
2. 단위 부피당 물질의 양;
3. 단위 부피당 물질의 질량;
4. 반응 중 물질의 부피.

이제 답을 올바른 답과 비교해 보세요.

화학 반응의 속도는 단위 시간당 반응물 농도의 변화와 같습니다

어디 C 1그리고 0부터- 각각 최종 및 초기 반응물의 농도; t 1그리고 t 2- 실험 시간, 최종 및 초기 기간.

질문.어떤 가치가 더 크다고 생각하시나요? C 1또는 0부터? t 1또는 t 0?

주어진 반응에서 반응물은 항상 소모되므로,

따라서 이들 양의 비율은 항상 음수이며 속도는 음수가 될 수 없습니다. 따라서 공식에 빼기 기호가 나타납니다. 이는 동시에 속도를 나타냅니다. 어느시간이 지남에 따라(일정한 조건에서) 반응은 항상 감소하다.

따라서 화학반응의 속도는 다음과 같다.

질문이 생깁니다: 반응물(C)의 농도를 어떤 단위로 측정해야 하며 그 이유는 무엇입니까? 이에 답하기 위해서는 어떤 조건인지 이해해야 합니다. 기본어떤 화학 반응이 일어나도록 말이죠.

입자가 반응하려면 최소한 충돌해야 합니다. 그렇기 때문에 단위 부피당 입자 수*(몰 수)가 높을수록, 입자가 더 자주 충돌할수록, 화학 반응 가능성이 높아집니다..

* 29.1과에서 "두더지"가 무엇인지 읽어보세요.

따라서 화학 공정의 속도를 측정할 때 그들은 다음을 사용합니다. 몰 농도반응 혼합물의 물질.

물질의 몰농도는 1리터의 용액에 몇 몰의 물질이 포함되어 있는지를 나타냅니다.

따라서 반응 물질의 몰 농도가 높을수록 단위 부피당 입자 수가 많아지고 충돌이 더 자주 발생하며 (다른 모든 조건이 동일할 경우) 화학 반응 속도가 높아집니다. 따라서 화학 동역학의 기본 법칙(이것은 화학 반응 속도에 대한 과학)은 다음과 같습니다. 대중행동의 법칙.

화학 반응 속도는 반응물 농도의 곱에 정비례합니다.

유형 A + B →...의 반응에 대해 수학적으로 이 법칙은 다음과 같이 표현될 수 있습니다.

반응이 더 복잡한 경우(예: 2A + B → 또는 A + A + B → ...)

따라서 속도 방정식에 지수가 나타났습니다. « 둘» , 이는 계수에 해당합니다. 2 반응식에서. 더 복잡한 방정식의 경우 일반적으로 큰 지수가 사용되지 않습니다. 이는 예를 들어 3개의 분자 A와 2개의 분자 B가 동시에 충돌할 확률이 극히 작기 때문입니다. 따라서 많은 반응이 여러 단계에 걸쳐 일어나며, 그 동안 3개 이하의 입자가 충돌하며, 각 단계의 과정은 일정한 속도로 진행됩니다. 이 속도와 그에 대한 운동 속도 방정식은 실험적으로 결정됩니다.

위의 화학 반응 속도 방정식 (3) 또는 (4)는 다음 경우에만 유효합니다. 동종의반응, 즉 반응 물질이 표면에 의해 분리되지 않는 반응에 대한 것입니다. 예를 들어, 반응은 수용액에서 발생하며 두 반응물 모두 물이나 가스 혼합물에 잘 녹습니다.

언제 일어나는지는 또 다른 문제다 이질적인반응. 이 경우 반응 물질(예: 이산화탄소) 사이에 경계면이 있습니다. 가스물과 반응한다 해결책알칼리. 이 경우 모든 가스 분자는 빠르고 혼란스럽게 움직이기 때문에 반응할 가능성이 동일합니다. 액체 용액의 입자는 어떻습니까? 이 입자들은 매우 느리게 움직이며, "바닥에 있는" 알칼리 입자들은 용액을 지속적으로 저어주지 않으면 이산화탄소와 반응할 가능성이 거의 없습니다. "표면에 있는" 입자만 반응합니다. 그래서 이질적인반응 -

반응 속도는 인터페이스 표면의 크기에 따라 달라지며, 이는 연삭에 따라 증가합니다.

따라서 매우 자주 반응 물질이 분쇄되고(예: 물에 용해됨) 음식을 완전히 씹고 조리 과정에서 분쇄하고 고기 분쇄기를 통과하는 등 분쇄되지 않은 식품은 실제로 그렇지 않습니다. 소화 가능!

따라서 최대 속도(다른 모든 조건이 동일함)에서 균질한 반응은 용액과 기체 사이에서(이 기체가 주변 조건에서 반응하는 경우) 더욱이 분자가 "나란히" 위치하는 용액에서 발생하며 분쇄는 가스와 마찬가지로 (그리고 훨씬 더!) 반응 속도가 더 높습니다.

통합 상태 시험 작업.실온에서 가장 빠른 속도로 일어나는 반응은 무엇입니까?

1. 탄소와 산소;
2. 철과 염산;
3. 철분과 아세트산 용액
4. 알칼리 및 황산 용액.

이 경우에는 어떤 프로세스가 동질적인지 찾아야 합니다.

압력이 증가하면 가스가 압축되고 입자 농도가 증가하기 때문에 가스 간 화학 반응 또는 가스가 참여하는 이종 반응의 속도도 압력에 따라 달라집니다(공식 2 참조). 가스가 포함되지 않은 반응 속도는 압력 변화에 영향을 받지 않습니다.

통합 상태 시험 작업.산성 용액과 철 사이의 화학 반응 속도는 영향을 받지 않습니다.

1. 산 농도;
2. 철 연삭;
3. 반응온도;
4. 압력 증가.

마지막으로, 반응 속도는 물질의 반응성에 따라 달라집니다. 예를 들어, 산소가 물질과 반응하면 다른 조건이 동일하다면 동일한 물질이 질소와 상호작용할 때보다 반응 속도가 더 빨라집니다. 사실 산소의 반응성은 질소의 반응성보다 눈에 띄게 높습니다. 튜토리얼의 다음 부분(14과)에서 이 현상의 이유를 살펴보겠습니다.

통합 상태 시험 작업.염산과 염산의 화학반응

1. 구리;
2. 철;
3. 마그네슘;
4. 아연

분자의 모든 충돌이 화학적 상호작용(화학 반응)으로 이어지는 것은 아니라는 점에 유의해야 합니다. 정상적인 조건에서 수소와 산소의 혼합 가스에서는 초당 수십억 번의 충돌이 발생합니다. 그러나 반응의 첫 번째 징후(물방울)는 몇 년 후에야 플라스크에 나타날 것입니다. 그런 경우에 그들은 반응이 다음과 같다고 말합니다. 실질적으로 작동하지 않습니다. 하지만 그녀는 가능한, 그렇지 않으면 이 혼합물을 300°C로 가열하면 플라스크에 김이 서리고 700°C의 온도에서 끔찍한 폭발이 일어날 것이라는 사실을 어떻게 설명할 수 있을까요? 수소와 산소의 혼합물을 "폭발성 가스"라고 부르는 것은 아무것도 아닙니다.

질문.가열하면 반응 속도가 왜 그렇게 급격하게 증가한다고 생각합니까?

반응속도가 증가하는 이유는 첫째, 입자 충돌 횟수가 증가하고, 둘째, 입자 충돌 횟수가 증가하기 때문입니다. 활동적인충돌. 상호 작용을 일으키는 것은 입자의 활성 충돌입니다. 이러한 충돌이 일어나기 위해서는 입자가 일정량의 에너지를 가지고 있어야 합니다.

화학 반응이 일어나기 위해 입자가 가져야 하는 에너지를 활성화 에너지라고 합니다.

이 에너지는 원자와 분자의 외부 전자 사이의 반발력을 극복하고 "오래된"화학 결합을 파괴하는 데 소비됩니다.

질문이 생깁니다: 반응 입자의 에너지를 어떻게 증가시킬 수 있습니까? 대답은 간단합니다. 온도가 증가하면 입자의 이동 속도가 증가하고 결과적으로 운동 에너지가 증가하므로 온도를 높이십시오.

규칙 반트 호프*:

온도가 10도 올라갈 때마다 반응 속도는 2~4배 증가합니다.

반트호프 제이콥 헨드릭(1852년 8월 30일 ~ 1911년 3월 1일) - 네덜란드 화학자. 물리화학과 입체화학의 창시자 중 한 사람. 노벨 화학상 1호(1901).

이 규칙(법칙이 아님!)은 측정에 "편리한" 반응, 즉 너무 빠르지도 너무 느리지도 않고 실험자가 접근할 수 있는 온도에서 진행되는 반응에 대해 실험적으로 확립되었다는 점에 유의해야 합니다. 높지도 낮지도 않음)

질문. 감자를 요리하는 가장 빠른 방법은 무엇이라고 생각합니까? 삶거나 기름에 튀기는 것입니까?

설명된 현상의 의미를 제대로 이해하기 위해 반응하는 분자를 높이 뛰어오르려는 학생 그룹과 비교할 수 있습니다. 1m 높이의 장벽이 주어지면 학생들은 장벽을 극복하기 위해 달려가야 합니다(“온도”를 높여야 함). 그럼에도 불구하고, 이 장벽을 극복하지 못하는 학생(“비활성 분자”)은 항상 있을 것입니다.

무엇을 해야 할까요? “똑똑한 사람은 산에 오르지 않고 똑똑한 사람은 산을 우회한다”는 원칙을 고수한다면 간단히 장벽을 40cm로 낮추면 모든 학생이 이를 극복할 수 있습니다. 장벽. 분자 수준에서 이는 다음을 의미합니다. 반응 속도를 높이려면 주어진 시스템에서 활성화 에너지를 줄이는 것이 필요합니다..

실제 화학 공정에서는 이 기능이 촉매에 의해 수행됩니다.

촉매남아있는 동안 화학반응의 속도를 변화시키는 물질이다. 변하지 않은화학반응이 끝날 무렵.

촉매 참여하다화학 반응에서 하나 이상의 출발 물질과 상호 작용합니다. 이 경우 중간체 화합물이 형성되고 활성화 에너지가 변화됩니다. 중간체의 활성이 더 높으면(활성 복합체) 활성화 에너지가 감소하고 반응 속도가 증가합니다.

예를 들어, SO 2 와 O 2 사이의 반응은 정상적인 조건에서 매우 느리게 발생합니다. 실질적으로 작동하지 않습니다. 그러나 NO가 존재하면 반응 속도가 급격히 증가합니다. 첫 번째 아니오 매우 빠르다 O2와 반응합니다:

그 결과 이산화질소 빠른황(IV) 산화물과 반응합니다:

과제 5.1.이 예를 사용하여 어떤 물질이 촉매이고 어떤 물질이 활성 복합체인지 보여주세요.

반대로, 수동형 화합물이 더 많이 생성되면 활성화 에너지가 너무 높아져 이러한 조건에서는 실제로 반응이 일어나지 않을 수 있습니다. 이러한 촉매를 촉매라고 한다. 억제제.

실제로는 두 가지 유형의 촉매가 모두 사용됩니다. 그래서 특별한 유기촉매 - 효소- 음식 소화, 근육 수축, 호흡 등 모든 생화학적 과정에 절대적으로 참여합니다. 효소 없이는 생명이 존재할 수 없습니다!

금속 제품을 부식으로부터 보호하고 지방 함유 식품을 산화(악패)로부터 보호하려면 억제제가 필요합니다. 일부 약물에는 미생물의 필수 기능을 억제하여 파괴하는 억제제도 포함되어 있습니다.

촉매작용은 균질할 수도 있고 이질적일 수도 있습니다. 균일한 촉매작용의 예는 이산화황의 산화에 대한 NO(촉매)의 효과입니다. 불균일 촉매작용의 예는 알코올에 대한 가열된 구리의 작용입니다.

이 반응은 두 단계로 발생합니다.

과제 5.2.이 경우 어떤 물질이 촉매인지 결정합니까? 이러한 유형의 촉매 작용을 이종 촉매라고 부르는 이유는 무엇입니까?

실제로 금속, 산화물 등 고체 물질이 촉매 역할을 하는 이종 촉매 작용이 가장 자주 사용됩니다. 이러한 물질의 표면에는 촉매 반응이 실제로 발생하는 특별한 지점(결정 격자 노드)이 있습니다. 이 지점이 이물질로 덮여 있으면 촉매 작용이 중지됩니다. 촉매에 해로운 이 물질을 촉매독. 기타 물질 - 발기인- 반대로 촉매 활성을 향상시킵니다.

촉매는 화학 반응의 방향을 바꿀 수 있습니다. 즉, 촉매를 바꾸면 다양한 반응 생성물을 얻을 수 있습니다. 따라서 아연 및 산화 알루미늄이있는 알코올 C 2 H 5 OH에서 부타디엔을 얻을 수 있고 진한 황산이 있으면 에틸렌을 얻을 수 있습니다.

따라서 화학 반응 중에 시스템의 에너지가 변경됩니다. 만약 반응 중에 에너지가 방출된다열의 형태로 큐, 이러한 프로세스를 호출합니다. 발열의:

을 위한 엔도열 공정 열이 흡수된다, 즉 열 효과 큐< 0 .

과제 5.3.제안된 공정 중 발열 공정과 흡열 공정을 결정합니다.

화학 반응의 방정식은 다음과 같습니다. 열 효과을 반응의 열화학 방정식이라고 합니다. 이러한 방정식을 만들기 위해서는 반응물 1몰당 열효과를 계산해야 합니다.

일.마그네슘 6g이 연소되면 153.5kJ의 열이 방출됩니다. 이 반응의 열화학 방정식을 쓰십시오.

해결책.반응에 대한 방정식을 작성하고 주어진 공식 위에 표시해 봅시다:

비율을 구성한 후 원하는 반응 열 효과를 찾습니다.

이 반응의 열화학 방정식은 다음과 같습니다.

이러한 작업은 과제에 제공됩니다. 다수통합 주 시험 옵션! 예를 들어.

통합 상태 시험 작업.열화학 반응식에 따르면

8g의 메탄이 연소될 때 방출되는 열량은 다음과 같습니다.

화학 공정의 가역성. 르 샤틀리에의 원리

* 르 샤틀리에 앙리 루이(8.10.1850–17.09.1936) - 프랑스의 물리화학자이자 야금학자. 평형 변위의 일반 법칙을 공식화했습니다(1884).

반응은 가역적일 수도 있고 비가역적일 수도 있습니다.

뒤집을 수 없는이는 역과정이 가능한 조건이 없는 반응입니다.

이러한 반응의 예로는 우유가 신맛이 나거나 맛있는 돈까스를 태울 때 발생하는 반응이 있습니다. 다진 고기를 고기 분쇄기에 다시 넣는 것(그리고 다시 고기 조각을 얻는 것)이 불가능한 것처럼, 돈까스를 "살아나게" 하거나 우유를 신선하게 만드는 것도 불가능합니다.

하지만 스스로에게 간단한 질문을 던져 봅시다: 프로세스가 되돌릴 수 없는가?

이 질문에 대답하기 위해 기억해 봅시다. 반대 과정을 수행하는 것이 가능합니까? 예! 생석회 CaO를 얻기 위한 석회석(분필)의 분해는 산업 규모로 사용됩니다.

따라서 반응은 가역적입니다. 왜냐하면 다음과 같은 조건이 있기 때문입니다. 둘 다프로세스:

게다가, 조건이 있습니다. 순방향 반응의 속도는 역반응의 속도와 같다.

이러한 조건에서 화학 평형이 확립됩니다. 이때 반응은 멈추지 않으나, 얻어지는 입자의 수는 분해된 입자의 수와 동일하다. 그렇기 때문에 화학 평형 상태에서는 반응 입자의 농도가 변하지 않습니다.. 예를 들어, 화학 평형 순간의 공정에 대해

기호는 의미한다 평형 농도.

온도가 증가하거나 감소하거나 다른 조건이 변경되면 평형에 어떤 일이 일어날 것인가?라는 질문이 생깁니다. 이 질문은 알면 답할 수 있다 르 샤틀리에의 원리:

시스템이 평형 상태에 있는 조건(t, p, c)을 변경하면 평형은 다음 과정으로 이동합니다. 변화에 저항하다.

즉, 균형 시스템은 "반대"를 행하는 변덕스러운 아이가 부모의 뜻에 저항하는 것처럼 항상 외부로부터의 모든 영향에 저항합니다.

예를 살펴보겠습니다. 암모니아를 생성하는 반응에서 평형이 확립되도록 합시다:

질문.반응기체의 몰수는 반응 전과 후가 같은가? 닫힌 부피에서 반응이 발생하는 경우 압력은 언제 더 높습니까? 반응 전 또는 후입니까?

이 과정은 가스 분자 수가 감소함에 따라 발생한다는 것은 명백합니다. 압력직접 반응 중에는 감소합니다. 안에 뒤집다반응 - 반대로 혼합물의 압력 증가하다.

이 시스템에서 어떤 일이 일어날지 스스로에게 물어봅시다. 증가하다압력? 르 샤틀리에의 원리에 따르면 "반대되는" 반응이 진행됩니다. 낮추다압력. 이것은 직접적인 반응입니다. 가스 분자 수가 적고 압력이 적습니다.

그래서, ~에증가하다 압력이 가해지면 평형은 직접 과정 쪽으로 이동합니다.압력이 떨어지고, 분자 수가 줄어들면서가스

통합 상태 시험 작업.~에 증가하다압력 균형 이동 오른쪽시스템에서:

반응의 결과라면 분자 수가스가 변하지 않으면 압력 변화가 평형 위치에 영향을 미치지 않습니다.

통합 상태 시험 작업.압력 변화는 시스템의 평형 변화에 영향을 미칩니다.

이 반응과 다른 반응의 평형 위치는 반응 물질의 농도에 따라 달라집니다. 출발 물질의 농도를 높이고 생성 물질의 농도를 줄임으로써 우리는 항상 평형을 직접 반응(오른쪽)으로 이동시킵니다.

통합 상태 시험 작업.

다음과 같은 경우 왼쪽으로 이동합니다.

1. 혈압 증가;
2. 온도 감소;
3. CO 농도 증가;
4. CO 농도 감소.

암모니아 합성 과정은 발열, 즉 열 방출을 동반합니다. 온도 상승혼합물에.

질문.다음과 같은 경우 이 시스템의 평형은 어떻게 이동합니까? 온도 강하?

우리도 비슷하게 논쟁을 벌인다 결론: 감소할 때 온도가 낮아지면 평형은 암모니아 형성 방향으로 이동합니다. 왜냐하면 이 반응에서 열이 방출되고 온도가 높아지기 때문입니다.상승한다.

질문.온도가 낮아지면 화학반응 속도는 어떻게 변하는가?

분명히, 온도가 감소함에 따라 두 반응의 속도는 급격히 감소할 것입니다. 즉, 원하는 평형이 확립될 때까지 매우 오랜 시간을 기다려야 할 것입니다. 무엇을 해야 할까요? 이런 경우에는 꼭 필요하다 촉매. 비록 그는 평형 위치에 영향을 미치지 않습니다, 그러나 이 상태의 시작을 가속화합니다.

통합 상태 시험 작업.시스템의 화학 평형

다음과 같은 경우 반응 생성물이 형성되는 방향으로 이동합니다.

1. 혈압 증가;
2. 온도 상승;
3. 압력 감소;
4. 촉매 사용.

결론

화학 반응 속도는 다음에 따라 달라집니다.

• 반응 입자의 성질;
• 반응물의 농도 또는 경계면적;
• 온도;
• 촉매의 존재.

순방향 반응의 속도가 역방향 반응의 속도와 같을 때 평형이 확립됩니다. 이 경우 반응물의 평형 농도는 변하지 않습니다. 화학 평형 상태는 조건에 따라 달라지며 르 샤틀리에의 원리를 따릅니다.

우리는 끊임없이 다양한 화학적 상호작용에 직면해 있습니다. 천연 가스의 연소, 철의 부식, 우유의 신맛 등이 학교 화학 과정에서 자세히 연구되는 모든 과정은 아닙니다.

일부 반응은 몇 초 만에 발생하는 반면, 일부 상호작용은 며칠 또는 몇 주가 소요됩니다.

온도, 농도 및 기타 요인에 대한 반응 속도의 의존성을 식별해 봅시다. 새로운 교육 표준은 이 문제에 최소한의 교육 시간을 할당합니다. 통합 상태 시험의 테스트에는 온도, 농도 및 제안 계산 문제에 대한 반응 속도의 의존성에 대한 작업이 포함됩니다. 많은 고등학생들이 이러한 질문에 대한 답을 찾는 데 어려움을 겪고 있으므로 이 주제를 자세히 분석해 보겠습니다.

고려 중인 문제의 관련성

반응 속도에 대한 정보는 실용적이고 과학적으로 중요한 의미를 갖습니다. 예를 들어, 물질 및 제품의 특정 생산에서 장비의 생산성과 상품 비용은 이 값에 직접적으로 의존합니다.

진행 중인 반응의 분류

초기 구성 요소의 집합 상태와 이질적인 상호 작용 중에 형성된 제품 사이에는 직접적인 관계가 있습니다.

화학에서 시스템은 일반적으로 물질 또는 이들의 조합을 의미합니다.

하나의 단계(동일한 집계 상태)로 구성된 시스템은 동질적인 것으로 간주됩니다. 예를 들어, 가스와 여러 가지 액체의 혼합물을 언급할 수 있습니다.

이종 시스템은 반응 물질이 기체와 액체, 고체와 기체의 형태로 존재하는 시스템입니다.

온도에 대한 반응 속도의 의존성뿐만 아니라 분석된 상호 작용에 들어가는 구성 요소가 사용되는 단계에도 의존합니다.

균질한 구성은 전체 볼륨에 걸쳐 프로세스가 발생하는 것이 특징이며, 이는 품질을 크게 향상시킵니다.

출발 물질이 서로 다른 상 상태에 있으면 상 경계면에서 최대 상호 작용이 관찰됩니다. 예를 들어, 활성 금속이 산에 용해되면 접촉 표면에서만 생성물(염)의 형성이 관찰됩니다.

프로세스 속도와 다양한 요소 간의 수학적 관계

온도에 대한 화학 반응 속도의 의존성에 대한 방정식은 어떻게 생겼습니까? 균질 공정의 경우, 속도는 단위 시간당 시스템 부피에서 반응 중에 상호작용하거나 형성되는 물질의 양에 의해 결정됩니다.

이종 공정의 경우, 비율은 최소 시간 동안 단위 면적당 공정에서 반응하거나 생성되는 물질의 양으로 결정됩니다.

화학 반응 속도에 영향을 미치는 요인

반응 물질의 특성은 공정 속도가 다른 이유 중 하나입니다. 예를 들어, 알칼리 금속은 상온에서 물과 알칼리를 형성하며, 그 과정에서 수소 가스가 강하게 방출됩니다. 귀금속(금, 백금, 은)은 실온이나 가열 시 이러한 공정이 불가능합니다.

반응물의 성질은 화학 산업에서 생산 수익성을 높이기 위해 고려되는 요소입니다.

시약의 농도와 화학 반응 속도 사이에 관계가 있음이 밝혀졌습니다. 높을수록 더 많은 입자가 충돌하므로 프로세스가 더 빠르게 진행됩니다.

수학적 형태의 대량 작용 법칙은 출발 물질의 농도와 공정 속도 사이의 정비례 관계를 설명합니다.

이는 19세기 중반 러시아의 화학자 N. N. 베케토프(N. N. Beketov)에 의해 공식화되었습니다. 각 공정마다 온도, 농도 또는 반응물의 성질과 관련이 없는 반응 상수가 결정됩니다.

고체 물질이 관여하는 반응 속도를 높이려면 이를 분말 상태로 분쇄해야 합니다.

이 경우 표면적이 증가하여 공정 속도에 긍정적인 영향을 미칩니다. 디젤 연료의 경우 특수 분사 시스템이 사용되므로 공기와 접촉하면 탄화수소 혼합물의 연소 속도가 크게 증가합니다.

난방

온도에 대한 화학 반응 속도의 의존성은 분자 운동 이론으로 설명됩니다. 이를 통해 특정 조건에서 시약 분자 간의 충돌 횟수를 계산할 수 있습니다. 그러한 정보를 갖추고 있다면 정상적인 조건에서 모든 프로세스가 즉시 진행되어야 합니다.

그러나 온도에 대한 반응 속도의 의존성에 대한 구체적인 예를 고려하면 상호 작용을 위해서는 먼저 원자 사이의 화학 결합을 끊어 새로운 물질이 형성되어야한다는 것이 밝혀졌습니다. 이를 위해서는 상당한 에너지 소비가 필요합니다. 온도에 대한 반응 속도의 의존성은 무엇입니까? 활성화 에너지는 분자의 파열 가능성을 결정하며, 프로세스의 현실을 특징짓는 것이 바로 이 에너지입니다. 단위는 kJ/mol입니다.

에너지가 부족하면 충돌이 효과가 없으므로 새로운 분자가 생성되지 않습니다.

그래픽 표현

온도에 대한 화학 반응 속도의 의존성을 그래픽으로 표현할 수 있습니다. 가열되면 입자 간의 충돌 횟수가 증가하여 상호 작용이 가속화됩니다.

반응 속도 대 온도 그래프는 어떤 모양입니까? 분자의 에너지는 수평으로 표시되고, 에너지 보유량이 높은 입자의 수는 수직으로 표시됩니다. 그래프는 특정 상호 작용의 속도를 판단할 수 있는 곡선입니다.

평균과의 에너지 차이가 ​​클수록 곡선의 지점이 최대값에서 더 멀리 위치하게 되며, 그러한 에너지 보유량을 갖는 분자의 비율이 낮아집니다.

중요한 측면

온도에 따른 반응 속도 상수의 의존성에 대한 방정식을 쓰는 것이 가능합니까? 그 증가는 프로세스 속도의 증가에 반영됩니다. 이러한 의존성은 공정 속도의 온도 계수라고 하는 특정 값을 특징으로 합니다.

모든 상호 작용에 대해 온도에 대한 반응 속도 상수의 의존성이 밝혀졌습니다. 10도 증가하면 처리 속도가 2~4배 증가합니다.

온도에 대한 균질 반응 속도의 의존성은 수학적 형태로 표현될 수 있습니다.

실온에서의 대부분의 상호 작용에서 계수는 2에서 4 사이입니다. 예를 들어 온도 계수가 2.9인 경우 온도가 100도 증가하면 프로세스 속도가 거의 50,000배 빨라집니다.

온도에 대한 반응 속도의 의존성은 다양한 활성화 에너지로 쉽게 설명될 수 있습니다. 양이온과 음이온의 상호 작용에 의해서만 결정되는 이온 과정 동안 최소값을 갖습니다. 수많은 실험은 그러한 반응이 순간적으로 발생한다는 것을 나타냅니다.

활성화 에너지가 높으면 입자 간의 충돌 횟수가 적어 상호 작용이 발생합니다. 평균 활성화 에너지에서 반응물은 평균 속도로 상호 작용합니다.

농도와 온도에 대한 반응 속도의 의존성에 관한 작업은 고위 교육 수준에서만 고려되며 종종 어린이에게 심각한 어려움을 초래합니다.

프로세스 속도 측정

상당한 활성화 에너지가 필요한 공정에는 출발 물질의 원자 간 결합이 초기 파열되거나 약화되는 과정이 포함됩니다. 이 경우 활성화된 복합체라고 불리는 특정 중간 상태로 전환됩니다. 이는 불안정한 상태이며 매우 빠르게 반응 생성물로 분해되며, 이 과정에는 추가 에너지 방출이 수반됩니다.

가장 단순한 형태의 활성화된 복합체는 약화된 오래된 결합을 가진 원자의 구성입니다.

억제제 및 촉매

매체 온도에 대한 효소 반응 속도의 의존성을 분석해 보겠습니다. 이러한 물질은 공정 촉진제 역할을 합니다.

그들 자신은 상호 작용에 참여하지 않으며, 프로세스가 완료된 후에도 그 숫자는 변경되지 않습니다. 촉매는 반응 속도를 높이는 데 도움이 되지만, 억제제는 반대로 이 과정을 늦춥니다.

이것의 본질은 중간 화합물의 형성에 있으며, 그 결과 공정 속도의 변화가 관찰됩니다.

결론

전 세계적으로 매분마다 다양한 화학적 상호작용이 일어나고 있습니다. 온도에 대한 반응 속도의 의존성을 어떻게 확립합니까? Arrhenius 방정식은 속도 상수와 온도 사이의 관계를 수학적으로 설명합니다. 이는 분자 내 원자 사이의 결합이 파괴되거나 약화되고 입자가 새로운 화학 물질로 분포되는 활성화 에너지 값에 대한 아이디어를 제공합니다.

분자 운동 이론 덕분에 초기 구성 요소 간의 상호 작용 확률을 예측하고 프로세스 속도를 계산할 수 있습니다. 반응 속도에 영향을 미치는 요인 중에서 특히 중요한 것은 온도 변화, 상호 작용 물질의 농도 백분율, 접촉 표면적, 촉매(억제제)의 존재 및 상호 작용 성분의 특성입니다.

모든 공정과 마찬가지로 화학 반응은 시간이 지남에 따라 발생하므로 하나 또는 다른 속도가 특징입니다.

화학 반응의 속도와 발생 메커니즘을 연구하는 화학 분야,~라고 불리는 화학적 동역학. 화학 동역학은 "상"과 "계"의 개념으로 작동합니다. 단계 – 이는 인터페이스에 의해 다른 부분과 분리된 시스템의 일부입니다.

시스템은 동종일 수도 있고 이질적일 수도 있습니다. 동종 시스템구성하다 단상. 예를 들어, 공기 또는 가스 혼합물, 염 용액. 이기종 시스템구성하다 두 개 이상의 단계. 예를 들어 액체 물 – 얼음 – 증기, 소금 용액 + 침전물.

균질계에서 일어나는 반응, 라고 불린다 동종의. 예를 들어, N 2 (g) + 3H 2 (g) = 2NH 3 (g)입니다. 그들은 전체적으로 흐릅니다. 이종 시스템에서 발생하는 반응, 호출된다 이질적인. 예를 들어 C(k) + O 2 (g) = CO 2 (g)입니다. 그들은 위상 인터페이스에서 흐릅니다.

화학 반응 속도단호한 단위 부피당 단위 시간당 반응 중에 반응하거나 형성되는 물질의 양(균질한 반응을 위해) 또는 단위 인터페이스당(이기종 시스템의 경우).

반응 속도는 반응물의 성질, 농도, 온도, 촉매의 존재 여부에 따라 달라집니다.

1. 반응 물질의 성질.

반응은 덜 강한 결합이 파괴되고 더 강한 결합을 가진 물질이 형성되는 방향으로 진행됩니다. 따라서 H 2 및 N 2 분자의 결합을 끊으려면 높은 에너지가 필요합니다. 그러한 분자는 약간 반응성이 있습니다. 극성이 높은 분자(HCl, H 2 O)의 결합을 끊는 데는 에너지가 덜 필요하고 반응 속도는 훨씬 빠릅니다. 전해질 용액 내 이온 간의 반응은 거의 즉각적으로 발생합니다.

2. 집중력.

농도가 증가함에 따라 반응 물질 분자의 충돌이 더 자주 발생하여 반응 속도가 증가합니다.

반응물의 농도에 대한 화학 반응 속도의 의존성이 표현됩니다. 대량행동의 법칙(LMA): 일정한 온도에서 화학 반응 속도는 반응 물질 농도의 곱에 정비례합니다.

일반적으로 동종의반응

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

반응 속도 의존성은 다음 방정식으로 표현됩니다.

여기서 CA와 C B는 반응물의 농도(mol/l)입니다. k는 반응 속도 상수입니다. 특정 반응 2NO(g) + O 2 (g) = 2NO 2 (g)에 대해 ZDM의 수학적 표현은 다음과 같습니다.

υ = k∙∙

반응 속도 상수 k는 반응물의 성질, 온도 및 촉매에 따라 달라지지만 반응물의 농도에는 의존하지 않습니다. 속도 상수의 물리적 의미는 반응물의 단위 농도에서의 반응 속도와 같다는 것입니다.

을 위한 이질적인반응(물질이 서로 다른 응집 상태에 있는 경우) 반응 속도는 가스 또는 용해된 물질의 농도에만 의존하며 고체상의 농도는 EDM의 수학적 표현에 포함되지 않습니다.

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

예를 들어, 산소 내 탄소의 연소 속도는 산소 농도에만 비례합니다.

C(k) + O2(g) = CO2(k)

3. 온도.

온도가 증가하면 분자의 이동 속도가 증가하고, 이로 인해 분자 간의 충돌 횟수도 증가합니다. 반응이 일어나려면 충돌하는 분자에 일정한 초과 에너지가 있어야 합니다. 분자가 충돌하기 전에 보유해야 하는 과도한 에너지로 인해 새로운 물질이 형성될 수 있습니다., 라고 불리는 활성화 에너지. 활성화 에너지 ( 에)는 kJ/mol로 표시됩니다. 그 가치는 반응 물질의 특성에 따라 달라집니다. 각 반응에는 고유한 활성화 에너지가 있습니다. 활성화 에너지를 갖는 분자, 라고 불리는 활동적인. 온도가 증가하면 활성 분자 수가 증가하므로 화학 반응 속도가 증가합니다.

온도에 대한 화학 반응 속도의 의존성이 표현됩니다. 반트 호프의 법칙: 온도가 10°C 증가할 때마다 반응 속도는 2~4배 증가합니다..

여기서 υ 2 및 υ 1 은 온도 t 2 및 t 1에서의 반응 속도이고,

γ는 반응속도의 온도계수로, 온도가 10℃ 증가할 때 반응속도가 몇 배 증가하는지를 나타낸다.

4. 반응 물질의 표면에 접촉하십시오.

이종 시스템의 경우 접촉 표면이 클수록 반응이 더 빨리 발생합니다. 고체의 표면적은 분쇄하여 늘릴 수 있고, 용해성 물질의 경우 용해하여 표면적을 늘릴 수 있습니다.

5. 촉매.

반응에 참여하여 반응 속도를 증가시키며 반응이 끝날 때까지 변하지 않는 물질, 라고 불린다 촉매. 촉매의 영향으로 인한 반응 속도의 변화를 촉매작용. 촉매작용이 있다 동종의그리고 이질적인.

에게 동종의여기에는 촉매가 반응물과 동일한 응집 상태에 있는 공정이 포함됩니다.

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

균일 촉매의 작용은 다소 강한 중간 활성 화합물을 형성하고, 그로부터 완전히 재생되는 것입니다.

에게 이질적인촉매작용이란 촉매와 반응물이 서로 다른 응집 상태에 있는 과정을 말하며, 반응은 촉매 표면에서 일어난다.

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

불균일 촉매의 작용 메커니즘은 균질 촉매보다 더 복잡합니다. 이러한 과정에서 중요한 역할은 고체 물질 표면의 기체 및 액체 물질 흡수 현상, 즉 흡착 현상에 의해 수행됩니다. 흡착의 결과로 반응 물질의 농도가 증가하고 화학적 활성이 증가하여 반응 속도가 증가합니다.

속도 반응반응물 중 하나의 몰 농도 변화에 의해 결정됩니다.

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

여기서 C 1 및 C 2는 각각 시간 t 1 및 t 2에서의 물질의 몰 농도입니다(기호 (+) - 속도가 반응 생성물에 의해 결정되는 경우 기호 (-) - 출발 물질에 따라).

반응은 반응하는 물질의 분자가 충돌할 때 발생합니다. 속도는 충돌 횟수와 충돌로 인해 변형될 가능성에 따라 결정됩니다. 충돌 횟수는 반응 물질의 농도에 따라 결정되고, 반응 확률은 충돌하는 분자의 에너지에 따라 결정됩니다.
화학 반응 속도에 영향을 미치는 요인.
1. 반응 물질의 성질. 화학 결합의 특성과 시약 분자의 구조가 중요한 역할을 합니다. 반응은 덜 강한 결합이 파괴되고 더 강한 결합을 가진 물질이 형성되는 방향으로 진행됩니다. 따라서 H 2 및 N 2 분자의 결합을 끊으려면 높은 에너지가 필요합니다. 그러한 분자는 약간 반응성이 있습니다. 극성이 높은 분자(HCl, H 2 O)의 결합을 끊는 데는 에너지가 덜 필요하고 반응 속도는 훨씬 빠릅니다. 전해질 용액 내 이온 간의 반응은 거의 즉각적으로 발생합니다.
예
불소는 실온에서 수소와 폭발적으로 반응하고, 브롬은 가열하면 천천히 수소와 반응합니다.
산화칼슘은 물과 격렬하게 반응하여 열을 방출합니다. 산화구리 - 반응하지 않습니다.

2. 집중력. 농도(단위 부피당 입자 수)가 증가하면 반응 물질 분자의 충돌이 더 자주 발생하여 반응 속도가 증가합니다.
대량 행동의 법칙(K. Guldberg, P. Waage, 1867)
화학 반응 속도는 반응물 농도의 곱에 정비례합니다.

AA + bB + . . . ® . . .

• [A] 에 [B] ㄴ . . .

반응 속도 상수 k는 반응물의 성질, 온도 및 촉매에 따라 달라지지만 반응물의 농도에는 의존하지 않습니다.
속도 상수의 물리적 의미는 반응물의 단위 농도에서의 반응 속도와 같다는 것입니다.
불균일 반응의 경우 반응 속도 표현에 고체상의 농도가 포함되지 않습니다.

3. 온도. 온도가 10°C 올라갈 때마다 반응 속도는 2~4배 증가합니다(반트 호프의 법칙). 온도가 t 1에서 t 2로 증가함에 따라 반응 속도의 변화는 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.

(여기서 Vt 2 및 Vt 1은 각각 온도 t 2 및 t 1에서의 반응 속도이고 g는 이 반응의 온도 계수입니다).
Van't Hoff의 법칙은 좁은 온도 범위에서만 적용 가능합니다. Arrhenius 방정식이 더 정확합니다.

• e -Ea/RT

어디
A는 반응물의 성질에 따른 상수이고;
R은 보편적인 기체 상수입니다.

Ea는 활성화 에너지입니다. 충돌이 화학적 변형을 일으키기 위해 충돌하는 분자가 가져야 하는 에너지.
화학 반응의 에너지 다이어그램.

A - 시약, B - 활성화된 복합체(전이 상태), C - 제품.
활성화 에너지 Ea가 높을수록 온도가 증가함에 따라 반응 속도가 증가합니다.

4. 반응 물질의 표면에 접촉하십시오. 이종 시스템(물질이 서로 다른 응집 상태에 있는 경우)의 경우 접촉 표면이 클수록 반응이 더 빠르게 발생합니다. 고체의 표면적은 분쇄하여 늘릴 수 있고, 용해성 물질의 경우 용해하여 표면적을 늘릴 수 있습니다.

5. 촉매작용. 반응에 참여하고 속도를 증가시키며 반응이 끝날 때 변하지 않은 상태로 유지되는 물질을 촉매라고 합니다. 촉매의 작용 메커니즘은 중간체 화합물의 형성으로 인한 반응의 활성화 에너지 감소와 관련이 있습니다. ~에 균일한 촉매작용시약과 촉매는 하나의 상을 구성합니다(동일한 응집 상태에 있음). 이질적인 촉매작용- 서로 다른 단계(다양한 집계 상태에 있음) 어떤 경우에는 반응 매질에 억제제를 추가하여 바람직하지 않은 화학 공정의 발생을 급격히 늦출 수 있습니다("현상"). 부정적인 촉매작용").

인생에서 우리는 다양한 화학 반응에 직면합니다. 철이 녹슬듯이 일부 현상은 몇 년 동안 지속될 수 있습니다. 설탕을 알코올로 발효시키는 것과 같은 다른 작업에는 몇 주가 걸립니다. 스토브의 장작은 몇 시간 안에 연소되고, 엔진의 휘발유는 단 몇 초 만에 연소됩니다.

장비 비용을 줄이기 위해 화학 공장에서는 반응 속도를 높입니다. 그리고 식품 부패, 금속 부식과 같은 일부 프로세스는 속도를 늦춰야 합니다.

화학 반응 속도다음과 같이 표현될 수 있다 단위 시간(t)당 물질량(n, 모듈로)의 변화 - 물리학에서 움직이는 물체의 속도를 단위 시간당 좌표 변화로 비교합니다: υ = Δx/Δt. 속도가 반응이 일어나는 용기의 부피에 의존하지 않도록 표현을 반응 물질의 부피 (v)로 나눕니다. 즉, 다음을 얻습니다.단위 부피당 단위 시간당 물질 양의 변화, 또는 단위 시간당 물질 중 하나의 농도 변화:

여기서 c = n / v는 물질의 농도이고,

Δ(“델타”라고 읽음)는 일반적으로 값 변화에 대해 허용되는 지정입니다.

방정식에서 물질의 계수가 서로 다른 경우 이 공식을 사용하여 계산된 각 물질의 반응 속도가 달라집니다. 예를 들어, 1리터에서 2몰의 이산화황이 10초 안에 1몰의 산소와 완전히 반응했습니다.

2SO2 + O2 = 2SO3

산소 비율은 다음과 같습니다. υ = 1: (10 1) = 0.1 mol/l s

이산화황 속도: υ = 2: (10 1) = 0.2 mol/l s- 시험 중에 외워서 말할 필요는 없으며, 이 문제가 발생할 경우 혼동하지 않도록 예를 제공합니다.

이종 반응(고체 포함)의 비율은 종종 접촉 표면의 단위 면적당 표현됩니다.

반응물이 서로 다른 상에 있을 때 이종 반응이라고 합니다.

• 고체와 다른 고체, 액체 또는 기체,
• 섞이지 않는 두 액체
• 가스가 있는 액체.

한 단계의 물질 간에 균일한 반응이 발생합니다.

• 잘 섞인 액체 사이,
• 가스,
• 용액의 물질.

화학 반응 속도에 영향을 미치는 조건

1) 반응 속도는 다음에 따라 달라집니다. 반응물의 성질. 간단히 말해서, 서로 다른 물질이 서로 다른 속도로 반응합니다. 예를 들어 아연은 염산과 격렬하게 반응하는 반면 철은 다소 느리게 반응합니다.

2) 반응속도가 높을수록 빨라진다. 집중물질. 아연은 매우 묽은 산과 훨씬 더 오랫동안 반응합니다.

3) 반응 속도는 증가함에 따라 크게 증가합니다. 온도. 예를 들어, 연료가 연소되려면 연료를 점화해야 합니다. 즉 온도를 높여야 합니다. 많은 반응에서 온도가 10°C 증가하면 속도가 2~4배 증가합니다.

4) 속도 이질적인반응이 증가할수록 증가합니다. 반응 물질의 표면. 고체는 일반적으로 이러한 목적으로 분쇄됩니다. 예를 들어, 철분과 유황분말을 가열하면 반응하기 위해서는 철분이 미세한 톱밥 형태여야 합니다.

이 경우 공식 (1)이 암시된다는 점에 유의하십시오! 식 (2)는 단위 면적당 속도를 나타내므로 면적에 의존할 수 없습니다.

5) 반응속도는 촉매나 억제제의 유무에 따라 달라집니다.

촉매- 화학 반응을 촉진하지만 소비되지는 않는 물질. 예를 들면 촉매인 산화 망간(IV)을 첨가하여 과산화수소가 빠르게 분해되는 것입니다.

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

망간(IV) 산화물은 바닥에 남아 재사용이 가능합니다.

억제제- 반응을 늦추는 물질. 예를 들어, 파이프와 배터리의 수명을 연장하기 위해 온수 시스템에 부식 억제제를 첨가합니다. 자동차의 경우 브레이크와 냉각수에 부식 억제제가 첨가됩니다.

몇 가지 예를 더 들어보겠습니다.