Скорость химической реакций влияние на скорость химических реакций внешних факторов конспект
Краткий ответ: скорость химической реакции — это изменение концентрации реагента или продукта за единицу времени. На неё влияют природа веществ, концентрация (для газов — давление), температура, площадь поверхности контакта для гетерогенных реакций, катализатор, а также свет, электрический ток и растворитель.
1. Что такое скорость реакции
Для гомогенной реакции:
\[ v=\frac{\Delta C}{\Delta t} \]
Единицы: \(\text{моль}/(\text{л}\cdot\text{с})\).
Для реакции
\[ aA+bB \to cC+dD \]
среднюю скорость можно записать так:
\[ v=-\frac{1}{a}\frac{\Delta[A]}{\Delta t} =-\frac{1}{b}\frac{\Delta[B]}{\Delta t} =\frac{1}{c}\frac{\Delta[C]}{\Delta t} =\frac{1}{d}\frac{\Delta[D]}{\Delta t} \]
По реагентам концентрация уменьшается, поэтому берут знак «минус»; по продуктам — «плюс».
Для гетерогенной реакции дополнительно учитывают площадь поверхности раздела фаз:
\[ v=\frac{\Delta n}{S\Delta t} \]
Концентрация твёрдого вещества постоянна, поэтому в выражение скорости она обычно не входит.
2. Главный принцип: почему факторы влияют
Реакция идёт, когда частицы:
- сталкиваются;
- обладают достаточной энергией — больше энергии активации \(E_a\);
- правильно ориентированы.
Факторы либо увеличивают число столкновений, либо долю активных частиц, либо снижают \(E_a\).
3. Внешние факторы
Природа реагирующих веществ.
Чем активнее вещество и чем меньше энергия активации, тем быстрее реакция. Например, щелочные металлы бурно реагируют с водой, а медь с соляной кислотой практически не реагирует.Концентрация.
Чем больше концентрация реагентов, тем чаще столкновения и тем выше скорость. Для простой реакции:\[ v=k[A]^a[B]^b \]
Это закон действующих масс. \(k\) — константа скорости; она зависит от природы веществ и температуры, но не от концентрации.
Давление.
Для газов увеличение давления равносильно увеличению концентрации, поэтому скорость газовой реакции растёт. Для реакций в растворе давление обычно почти не влияет.Температура.
При нагревании скорость реакции увеличивается. Правило Вант-Гоффа:\[ \frac{v_2}{v_1}=\gamma^{\frac{T_2-T_1}{10}} \]
где \(\gamma=2\ldots4\) — температурный коэффициент. Причина: при нагревании больше молекул имеет энергию выше \(E_a\).
Площадь поверхности контакта.
Важна для гетерогенных реакций. Измельчение, перемешивание, пористость увеличивают площадь соприкосновения, поэтому порошок цинка с кислотой реагирует быстрее куска цинка.Катализатор.
Ускоряет реакцию, снижая энергию активации. Сам не расходуется. Катализатор не смещает химическое равновесие, а только ускоряет его достижение. Вещества, замедляющие реакцию, называют ингибиторами.Другие факторы.
Свет — для фотохимических реакций, электрический ток — например, при электролизе, растворитель и перемешивание.
4. Как применять
- Определи, гомогенная реакция или гетерогенная.
- Если меняют концентрацию — подставь новые значения в \(v=k[A]^a[B]^b\) и сравни.
- Если меняют давление — переведи это в изменение концентраций газов.
- Если меняют температуру — используй формулу Вант-Гоффа.
- Если добавляют катализатор — меняется скорость, но не равновесный выход.
5. Проверь результат
Пример 1.
Для реакции \(A+B\to C\) скорость \(v=k[A][B]\). Концентрацию \(A\) увеличили в 2 раза, \(B\) — в 3 раза.
\[ v'=k(2[A])(3[B])=6k[A][B]=6v \]
Ответ: скорость увеличится в 6 раз.
Пример 2.
Температурный коэффициент \(\gamma=2\). Температуру повысили на \(30^\circ C\).
\[ \frac{v_2}{v_1}=2^{30/10}=2^3=8 \]
Ответ: скорость увеличится в 8 раз.
Важно: катализатор ускоряет и прямую, и обратную реакции, поэтому в обратимой реакции он не увеличивает выход продукта, а только быстрее приводит систему к равновесию.
