Reaktsioonikiirused: teooria, võrrandid, valemid, näidisülesanded, tegurid
Reaktsioonikiirus: määratlus, mõjutegurid ja valemid koos täielike probleemide näidetega
Keemia õppimise mõiste on mõte, mis on tihedalt seotud igapäevaeluga. Keemia kirjeldab elu nii, et see näeb välja üksikasjalikum ja mitmekesisem. See paneb õpetajaid rakendama keemia mõistet igapäevaelus, esitades seda näide- lihtne näide. Lisaks viiakse sisse ka mõisted, mida sageli kasutatakse laiemas maailmas. Isegi lihtsad harjumused, mida me sageli ise teadmata teeme, on mõisted keemia.
Üks näide on reaktsiooni kiiruse mõiste keemias. Keemias selgitatakse, et reaktsiooni kiirus on reaktiivide ja saaduste arvu muutus ajaühikus. Selle muutuse võib öelda molaarse kontsentratsiooni (molaarsuse) muutusena nii, et reaktsioonikiirus võib öelda lõppkontsentratsiooni (reaktsiooni produkt) muutus algkontsentratsiooniks (reaktiiv) ajaühikus.
Palju kontseptsioone reaktsioonikiirus mida me oma igapäevases elus kokku puutume. Seetõttu selgitatakse käesolevas artiklis üksikasjalikult reaktsioonikiiruse eeliseid igapäevaelus.
Reaktsioonikiiruse mõistmine
Reaktsiooni kiirus on reagentide (reagentide) vähenemise kiirus või toodete (reaktsioonide) suurenemise kiirus.. Selle reaktsiooni kiirus kirjeldab ka keemilise reaktsiooni kiirust, samas kui keemiline reaktsioon on aine (reaktiivi) muutmine uueks aineks, mida nimetatakse tooteks.
Mõned keemilised reaktsioonid on kiired. Naatrium, mis pannakse vette, näitab suurepärast reaktsiooni ja väga kiiresti, aga ka paugutid ja ilutulestik, mis süüdatakse. Bensiin põleb petrooleumist kiiremini. Siiski on ka reaktsioon, mis kulgeb aeglaselt. Näiteks raua roostetamine võtab väga kaua aega, mistõttu reaktsioonikiirus on aeglane.
Keemilise reaktsiooni toimumise kiirust väljendab reaktsioonikiirus. Reaktsioonikiiruse uurimisel kasutatakse kontsentratsiooni ajaühikus, mida väljendatakse molaarsusega. Mida mõeldakse molaarsuse all? Vaadake järgmist kirjeldust.
Molaarsus kui reaktsioonikiiruse kontsentratsiooni ühik
Molaarsus näitab aine moolide arvu 1 L lahuses, nii et molaarsust tähistatakse M-ga ja see on sõnastatud järgmiselt.
M = n / V
Teave:
n = moolide arv moolides või mmol
V = maht L või ml
Reaktsioonikiiruse eelised
igapäevaelus
Uurides reaktsiooni kiirust, näeme, et reaktsioon võib toimuda sõltuvalt mitmest tegurist, näiteks pinnast. Kui teame, et pindala mõjutab reaktsiooni kiirust, vähendame kindlasti enne aine töötlemist aine pindala.
- Mõned näited reaktsioonikiiruse rakendamisest igapäevaelus :
- Kodused emad või maapähklipudruga kauplejad viilutavad kõigepealt fariinisuhkrule lisatava fariinsuhkru.
- Külarahvas lõikas palgid enne kaminasse panemist mitmeks tükiks.
- Gado-gado, lontongi ja peceli müüjad jahvatavad praetud maapähkleid kõigepealt enne teiste koostisosadega segamist.
- Paberitootmisel jahvatatakse paberimassi valmistamiseks esmalt paberi valmistamise tooraine. Kontaktpinna pinna laiendamiseks nii, et segu muutub homogeenseks ja reaktsioon kulgeb ideaalselt.
- Toorainet kaevandatakse sageli, saadaval jämedate teradena. Edasise töötlemise kiirendamiseks purustatakse graanulid peeneks.
- Leiva valmistamisel võime lisada pärmi, mis toimib reaktsioonikiiruse kiirendamiseks katalüsaatorina.
Reaktsioonikiiruse tegur
Seda mõjutavad tegurid hõlmavad järgmist:
1. Reagendi kontsentratsioon
Mida suurem on reaktiivide kontsentratsioon, seda rohkem reageerivate osakeste arvu kokku põrkub, nii et suurem on kokkupõrgete sagedus ja kiirus. Näiteks raua korrosioonireaktsioonis õhus on raua korrosioonireaktsiooni kiirus suurem õhuniiskuses (kõrge H2O reaktiivide kontsentratsioon).
2. Temperatuur
Temperatuur mängib rolli ka reaktsioonikiiruse mõjutamisel. Kui toimuvas reaktsioonis temperatuuri tõstetakse, põhjustab see osakeste aktiivsemat liikumist, nii et kokkupõrked toimuvad sagedamini, põhjustades reaktsioonikiiruse suurenemist. Teisest küljest, kui temperatuuri alandatakse, on osakesed vähem aktiivsed, seega on reaktsioonikiirus väiksem.
3. Rõhk
Paljud reaktsioonid hõlmavad reaktante gaasilises olekus. Sellise reagendi kiirust mõjutab ka rõhk. Rõhu suurendamine mahu vähendamise teel suurendab kontsentratsiooni, suurendades seeläbi reaktsioonikiirust.
4. Katalüsaatori olemasolu
Katalüsaator on aine, mis kiirendab keemilise reaktsiooni kiirust teatud temperatuuril, ilma et reaktsioon ise seda muudaks või kasutaks. Katalüsaator mängib reaktsioonis rolli, kuid mitte reaktiivi või produktina. Katalüsaator võimaldab reaktsioonil toimuda kiiremini või võimaldab reaktantides põhjustatud muutuste tõttu reageerida madalamal temperatuuril. Katalüsaator pakub madalama aktiveerimisenergiaga eelistatud rada. Katalüsaator vähendas reaktsiooniks vajalikku energiat.
5. Puudutage valikut Pindala
Puutepinna pindala mängib reaktsioonikiiruses väga olulist rolli, sest mida suurem on pind osakeste vaheline kontaktala, seda rohkem toimub kokkupõrkeid, mis põhjustavad reaktsioonikiiruse suurenemist kiiresti.
Samamoodi, mida väiksem on kokkupuuteala pind, seda väiksemad on osakeste kokkupõrked, seega on reaktsioonikiirus väiksem. Mõjutavad ka reageeritavate tükkide omadused, nimelt mida peenemad tükid, seda kiiremini reageerimiseks kuluv aeg kulub; kui jämedam on kiip, siis kauem kulub reageerimiseks.
Reaktsioonikiiruse valem
Keemiliste reaktsioonide kiirus pole lihtsalt teooria, vaid selle saab õppimise hõlbustamiseks matemaatiliselt sõnastada. Keemilises reaktsioonis: A → B määratakse aine A aineks B muutumise kiirus reageeriva aine A koguse või ajaühikus moodustatud aine B hulga põhjal. Kui reaktiiv (A) väheneb, suureneb saadus (B). Pöörake tähelepanu joonisel 3 toodud reagentide ja reaktsioonisaaduste kontsentratsiooni muutuse diagrammile.
Joonise põhjal saab reaktsioonikiiruse valemi määratleda järgmiselt:
a. - reaktiivi koguse (reaktiivi kontsentratsiooni) vähenemine ajaühikus või, kus r = reaktsioonikiirus, - d [R] = reaktiivi (reagendi) vähenemine ja dt = ajas muutus. Reaktsiooni: A → B korral on aine A redutseerimiskiirus:
b. - toodete arvu (toote kontsentratsiooni) suurenemine ajaühikus või , kusjuures + Δ [P] = produkti (reaktsioonisaaduse) suurenev kontsentratsioon. Reaktsiooni: A → B korral on aine B lisamise kiirus järgmine:
Kuidas oleks keerulisemate reaktsioonidega, näiteks: pA + qB → rC.
Sellise reaktsiooni saamiseks siis:
Selles võrdluses ei pea + või - märki kirjutama, sest see näitab ainult kontsentratsiooni muutuse olemust. Kuna dt väärtus on igaühe jaoks sama, vastab reaktsioonikiiruste suhe kontsentratsioonide suhtele. Teiselt poolt on kontsentratsioon otseselt proportsionaalne moolidega ja ka otseselt proportsionaalne reaktsioonikoefitsiendiga, nii et reaktsioonikiiruste suhe vastab reaktsioonikoefitsientide suhtele. Võrdluse võib kirjutada järgmiselt.
rA: rB: rC = p: q: r
REAKTSIOONIMÄÄRA JA ARUTELU EKSPERIMENTAALNE Ajakiri
TÖÖRIISTAD JA MATERJALID
> TÖÖRIIST
1. | katseklaas | (6 tükki) |
2. | katseklaasi riiul | (1 tükk) |
3. | stopper | (1 tükk) |
4. | hvs paber | (1 leht) |
5. | 100ml keeduklaas | (2 tükki) |
6. | veevann | (1 tükk) |
7. | termomeeter | (1 tükk) |
8. | tilk pipett | (2 tükki) |
9. | balanceahaus | (1 tükk) |
10. | mõõtetops | (1 tükk) |
11. | pestil ja mört | (1 tükk) |
12. | spaatliga | (1 tükk) |
13. | petri tassi | (1 tükk) |
14. | puidust klamber | (1 tükk) |
15. | marker | (1 tükk) |
KOOSTIS | ||
1. | magneesiumi lint | (4 tk 0,5 cm) |
2. | HCl 0,1 M | (15 ml) |
3. | HCl 0,5 M | (1 ml) |
4. | HCl 1 M | (1ml) |
5. | HCl 2M | (1ml) |
6. | HCl 3M | (1ml) |
7. | Na2S2O3 | (15 ml) |
8. | 0,1 M NaCl | (4 tilka) |
9. | FeCl3 0,1 M | (4 tilka) |
10. | H2O2 | (15 ml) |
11. | Pulber marmor | (1 grammi) |
12. | Marmorist lahtiselt | (1 grammi) |
- TÖÖMEETOD
1. katse.
|
2. katse
|
4 | sisestage termomeeter. keeduklaasi, et mõõta algtemperatuuri suhu Na2S2O3 |
temperatuur 29oc |
5 | Lisati 0,1 M HCI. mõõtekuppi koguni 15 ml |
reaktsiooni pole |
6 | Valage HCl keeduklaasi, mis sisaldab. 0,1 M Na2S2O3, mis on märgistatud paberil |
Värvimuutus on piimvalge ja lahus lõhnab |
7 | soojendada Na2S2O3 ja 15 ml HCl. veevannis temperatuurini (60,50,40)oc |
Lahus muutub kuumaks, kuna pärast kuumutamist temperatuur tõuseb |
8 | valati HCl ja. Na2S2O3 samaaegselt keeduklaasiga paberil, mis on märgistatud |
Lahus muutub piimvalgeks seni, kuni X-märki pole näha. Temperatuuril: 60oC = 52s50oC = 107s 40oC = 122 s |
3. katse
|
4. katse
|
2 | Valage H2O2 3 katseklaasi, igas 5 ml | Ei mingit reaktsiooni |
3 | - Toru 1 kontrollina. - Lisatud toru 2 FeCl3 koguni 4 tilka - Lisatud toru 3 NaCl 4 tilka |
- 1. toru reaktsiooni ei toimu. - Toru 2 moodustas esialgu 2 kihti tumepruuni ja selget, suits tuli välja, keedeti, toru seinal tekkis auru, toru oli kuum, värvus ühtlus, mis oli helepruun. - Toru 3 mullid suures koguses. |
- ANDMETE ANALÜÜS
A. Kontsentratsioonitegur reaktsioonikiirusele.
Reaktsioon: Mg (s) + 2HCl (vesilahus) ————– MgCl2(aq) + H2 (g) |
B. Reaktsiooni temperatuuritegur
Na2S2O3 (aq) + HCl (aq) ————— SO2 (g) + S (s) + 2NaCl (aq) + H2O |
C. Pinna mõju reaktsioonikiirusele
CaCO3 (s) + 2HCl (aq) ————– CaCl2 (s) + H2O (aq) + CO2 (g) |
D. Katalüsaatori mõju reaktsioonikiirusele
2 H2O2 (vesilahus) _ NaCl - 2H2O (l) + 02 (g) |
- ARUTELU
Selles praktikumis on läbi viidud katsed reaktsioonikiirusega. Reaktsioonikiirust mõjutavad neli tegurit, sealhulgas kontsentratsioon, temperatuur, pindala ja katalüsaator.
Esimeses katses täheldati kontsentratsiooni mõju reaktsioonikiirusele magneesiumi (Mg) ribade reageerimisel erineva kontsentratsiooniga HCl-ga. torus 1 on 0,5 M HCl, torus 2 on 1 M HCl, torus 3 on 2 M HCl ja torus 4 on 3 M HCl. torus 1 on reaktsioonikiirus väga aeglane, nimelt 234 s, teises torus on reaktsioonikiirus üsna kiire st 104s, torus 3 on reaktsioonikiirus kiire, s.t 28s ja torus 4 on reaktsioonikiirus kiire, nimelt 11s.
On tõestatud, et mida suurem on HCl kontsentratsioon, seda kiirem on reaktsioonikiirus. See tõestab, et kontsentratsioon mõjutab reaktsiooni kiirust. Kui aine kontsentratsioon on suurem, on reaktsioonikiirus kiirem ja vastupidi, seda väiksem on aine kontsentratsioon, reaktsioonikiirus on aeglasem. Suure kontsentratsiooniga lahus on kontsentreeritum ja sisaldab tihedamaid osakesi, nii et need põrkuvad sagedamini. Tehtud katsete põhjal on näha, et meie vaatlused on teooriaga kooskõlas reaktsiooni kiirusest, nimelt mida suurem on lahuse kontsentratsioon, seda kiirem on reaktsioonikiirus tekkida.
Teises katses viidi läbi temperatuurimõju mõju reaktsioonikiirusele. segades HCl Na-ga2S2O3 mis on erinevad, nimelt toatemperatuuril 29oC ja temperatuur pärast kuumutamist on temperatuuril (40, 50, 60) oC. ajal Na2S2O3 kell 29 oC, kulub palju aega, kuni lahuse värvus on piimjas valge, mis on 170s. kui temperatuur tõstetakse 40 ° C-ni oC nõutav aeg on lühem, nimelt 122 sekundit. siis tõstetakse temperatuur uuesti 50 ° C-ni oC vajalik aeg on veelgi lühem, nimelt 107 s. ja lõpuks tõstame temperatuuri 60-ni oC vajalik aeg on väga lühike, nimelt 52s.
See juhtub seetõttu, et temperatuur mängib reaktsiooni kiiruse mõjutamisel rolli, kui toimuvas reaktsioonis toimuv temperatuur on tõusnud, See põhjustab osakeste aktiivsemat liikumist, nii et kokkupõrked toimuvad sagedamini, see põhjustab reaktsioonikiiruse suurenemist kiiresti. Teisest küljest on temperatuuri langetamisel osakesed vähem aktiivsed, seega on reaktsioonikiirus aeglasem. See on kooskõlas reaktsioonikiiruse teooriaga, nimelt mida kõrgem temperatuur, seda kiirem reaktsioonikiirus toimub.
Kolmandas katses viidi läbi pinna mõju reaktsioonikiirusele. eksperimendi põhjal pannakse 1 gramm pulbristatud marmorit reageerima 5 ml 2M HCl-ga reageerib kiiremini kui 1 grammi marmoritükke, reageerides 5 ml HCl-ga 2M. teoreetiliselt annab tahke pulber tavaliselt kiirema reaktsiooni kui pulber sama massiga tahkete ainete tükid, sest pulbri tahkistel on suurem pind.
Aine reageerib ainult siis, kui ained on segunenud ja toimub kokkupõrge. Kokkupõrge toimub kokkupõrgete vahel iga molekuli kokkupuuteala pinnaga. Mida väiksem on aine osakeste suurus, seda suurem on aine pind. Niisiis, mida väiksem on aine osakeste suurus, seda kiiremini reaktsioon toimub. See on kooskõlas reaktsioonikiiruse kontseptsiooniga, nimelt mida suurem on pind, seda kiirem on reaktsioonikiirus.
Viimases katses vaadeldi katalüsaatorit reaktsioonikiiruses. Katalüsaator on aine, mis kiirendab reaktsiooni kiirust teatud temperatuuril, ilma et reaktsioon ise muutuks. Katalüsaator mängib reaktsioonis rolli, kuid mitte reaktiivi või produktina. Oma katses kasutasime kahte erinevat katalüsaatorit, nimelt Nac ja FeCl.3. Kasutati kolme katseklaasi, esimest katseklaasi, mis sisaldas 5 ml H2O2, kasutati töötlemata kontrollina. teises torus, mis on 5 ml H2O2 ja lisati 4 tilka NaCl, seejärel tekkisid mullid suurtes kogustes ega muutnud värvi.
kolmandas tuubis, mis sisaldab 5 ml H2O2 millele seejärel lisatakse 4 tilka FeCl3 Reaktsioon toimub aeglaselt, alguses moodustub kaks kihti, nimelt tumepruun ja selge, seejärel tuleb sellest välja suitsu aurustub, lahus keeb ja katseklaasi pind tundub kuum, lahuse värv hakkab segunema ja moodustub värv, nimelt pruun noor. Vaatluste põhjal on näha, et H2O2 jaoks sobiv katalüsaator on FeCl3. See võib juhtuda katalüsaatori, näiteks ensüümide, mis toimivad ainult teatud ühendite puhul, olemuse tõttu. Meie vaatlused on kooskõlas reaktsioonikiiruse kontseptsiooniga, nimelt võib katalüsaator mõjutada reaktsioonikiirust.
Reaktsioonikiiruse võrrand
Üldiselt saab reaktsiooni kiirust väljendada valemiga:
Teave:
v = reaktsioonikiirus
k = reaktsioonikiiruse konstant (väärtus sõltub reagendi tüübist, temperatuurist ja katalüsaatorist)
x = reaktiivi A järjestus või kiirus
y = reaktiivi B järjestus või kiirus
x + y = järjekord või kogu / üldine reaktsioonikiirus
K väärtus muutub, kui temperatuur muutub. Temperatuuri tõus ja katalüsaatorite kasutamine suurendab tavaliselt k väärtust.
Reaktsiooni korraldus
“ Reaktsioonijärjekord näitab reaktiivi kontsentratsiooni mõju suurust reaktsioonikiirusele. ”
- Nullreaktsiooni järjekord.
Reaktsioon on ühe reaktiivi suhtes nulljärjekorras, kui selle reaktiivi kontsentratsiooni muutus on ei mõjuta reaktsioonikiirus. Tähendus, tingimusel et seda on teatud koguses; Reagentide kontsentratsiooni muutus ei mõjuta reaktsiooni kiirust.
Reaktsioonikiiruse suurus ainult mõjutatud reaktsioonikiiruse konstandi (k) suurusest.
- Reaktsiooni järjekord üks.
Öeldakse, et reaktsioon on ühe reaktiivi suhtes esimese astme, kui reaktsioonikiirus võrdeline reaktiivide kontsentratsiooniga.
Kui reaktiivide kontsentratsioon kolmekordistunud siis on reaktsiooni kiirus 31 või 3 korda suurem kui.
- Reaktsioonijärjekord kaks.
Reaktsiooni kiirus on ühe reaktandi suhtes teise järgu on kahe jõud reaktiivi kontsentratsioonist.
Kui reaktiivide kontsentratsioon kolmekordistunud, siis on reaktsiooni kiirus 32või 9 korda suurem kui.
Kokkupõrke teooria
- Aine võib reageerida teise ainega, kui osakesed üksteisega kokku põrkavad. Toimuv kokkupõrge annab energiat reaktsiooni käivitamiseks.
- Kokkupõrge on põhjustatud sellest, et aineosakesed liiguvad alati ebaregulaarses suunas.
- Reageerivate osakeste kokkupõrked ei anna alati reaktsiooni. Ainult kokkupõrge, mis tekitab piisavalt energiat ja õige kokkupõrke suund, võib tekitada reaktsiooni. Sellist kokkupõrget nimetatakse tõhus kokkupõrge.
Niisiis, reaktsiooni kiirus sõltub 3 asjast:
- Löögisagedus
- Reagendi osakeste energia
- Löögi suund.
- Nimetatakse minimaalset energiat, mis reageerivatel osakestel peab efektiivse kokkupõrke tekitamiseks olema aktiveerimisenergia või aktiveerimisenergia (Ea).
- Kõik reaktsioonid, nii eksotermilised kui ka endotermilised, nõuavad ea. Reaktsioon, mis võib toimuda madalal temperatuuril, tähendab, et sellel on madal Ea. Ja vastupidi, reaktsioon, mis võib toimuda kõrgel temperatuuril, tähendab, et sellel on kõrge Ea.
- Ea tõlgendatakse järgmiselt tõkkeenergia ( tõke ) reaktiivide ja toodete vahel. Reaktiivid tuleb suruda läbi energiabarjääri, et neist saaksid tooted.
Näide reaktsioonikiirusest Soal
Reaktsioonis SO3 moodustumiseks vastavalt reaktsioonile: 2SO2 (g) + O2 (g) → 2SO3 (g), nii et saadakse järgmised andmed.
Tehke kindlaks:
a. SO3 suurenemise määr
b. SO2. Ammendumise määr
c. O2. Ammendumiskiirus
Lahendus:
On tuntud :
Reaktsioonivõrrand: 2SO2 (g) + O2 (g) → 2SO3 (g)
Kontsentratsiooni andmed (tabelis).
Küsis:
a. rSO3.
b. rSO2.
c. rO2.
Vastus:
a. [S03] = [S03] 3 - [S03] 2 = 0,50 - 0,25 = 0,25 M
t = t3 - t2 = 40 - 20 = 20 s
Niisiis, SO3 suurenemise kiirus on 1,25 x 10–2 M / s.
b. Kuna SO2 koefitsient = SO3 koefitsient, siis:
rS02 = - rS03 = - 0,0125 M / s
Niisiis, SO2 reduktsioonikiirus on –1,25 x 10–2 M / s
c. rO2 = - x rS03 = - x 0,0125 = - 0,00625 M / s
Niisiis, O2 kaotuse määr on - 6,25 x 10–3 M / s
See on ülevaade umbes Reaktsioonikiirus: määratlus, mõjutegurid ja valemid koos täielike probleemide näidetega Loodetavasti on eelpool vaadatu lugejatele kasulik. See on kõik ja aitäh.
Siit saate lugeda ka teisi seotud artikleid:
- Elektrolüütide lahused: määratlus, omadused ja tüübid koos täielike näidetega
- Puhverlahendused: määratlus, funktsioonid ja tüübid koos täielike näidetega
- Soola lahus: määratlus, omadused ja omadused koos täielike näidetega
- Põhilahendused: määratlus, omadused ja omadused koos täielike näidetega
- Happelahused: määratlus, omadused ja omadused koos täielike näidetega
- Hapete, aluste ja soolade määratlus, omadused ja omadused koos täielike näidetega.
- bokeh videod