Reaksiyon hızı, belirli bir süre boyunca reaktanların konsantrasyonundaki değişimi gösteren bir değerdir. Büyüklüğünü tahmin edebilmek için sürecin başlangıç koşullarını değiştirmek gerekir.
Homojen etkileşimler
Aynı agrega halindeki bazı bileşikler arasındaki reaksiyon hızı, alınan maddelerin hacmine bağlıdır. Homojen bir sürecin hızı ile birim zamandaki konsantrasyon değişimi arasındaki ilişkiyi matematiksel bir bakış açısıyla ifade etmek mümkündür.
Böyle bir etkileşimin bir örneği, nitrik oksidin (2) nitrik okside (4) oksidasyonudur.
Heterojen süreçler
Farklı kümelenme durumlarındaki başlangıç maddeleri için reaksiyon hızı, birim alan başına birim zamanda başlangıç reaktiflerinin mol sayısı ile karakterize edilir.
Heterojen etkileşimler, farklı toplu durumlara sahip sistemlerin karakteristiğidir.
Özetlemek gerekirse, reaksiyon hızının başlangıç reaktiflerinin (reaksiyon ürünleri) mol sayısındaki değişimi gösterdiğini not ediyoruz.zaman periyodu, birim arayüz başına veya birim hacim başına.
Konsantrasyon
Reaksiyon hızını etkileyen ana faktörleri ele alalım. Konsantrasyonla başlayalım. Böyle bir bağımlılık, kitle eylemi yasasıyla ifade edilir. Etkileşen maddelerin konsantrasyonlarının, stereokimyasal katsayılarına göre alınan çarpımı ile reaksiyonun hızı arasında doğru orantılı bir ilişki vardır.
A, B, C, D'nin sıvı veya gaz olduğu aA + bB=cC + dD denklemini düşünün. Yukarıdaki işlem için, her etkileşim için kendi değerine sahip olan orantı katsayısı dikkate alınarak kinetik denklem yazılabilir.
Hızdaki artışın ana nedeni olarak, birim hacim başına reaksiyona giren parçacıkların çarpışma sayısındaki artış görülebilir.
Sıcaklık
Sıcaklığın reaksiyon hızı üzerindeki etkisini düşünün. Homojen sistemlerde meydana gelen süreçler ancak partiküller çarpıştığında mümkündür. Ancak tüm çarpışmalar reaksiyon ürünlerinin oluşumuna yol açmaz. Sadece parçacıkların artan bir enerjiye sahip olduğu durumda. Reaktifler ısıtıldığında parçacıkların kinetik enerjisinde bir artış gözlenir, aktif moleküllerin sayısı artar, dolayısıyla reaksiyon hızında bir artış gözlenir. Sıcaklık indeksi ile işlem hızı arasındaki ilişki van't Hoff kuralı tarafından belirlenir: 10°C'lik her sıcaklık artışı, işlem hızında 2-4 kat artışa yol açar.
Katalizör
Reaksiyon hızını etkileyen faktörleri göz önünde bulundurarak, sürecin hızını artırabilecek maddelere yani katalizörlere odaklanalım. Katalizörün ve reaktanların kümelenme durumuna bağlı olarak, çeşitli kataliz türleri ayırt edilir:
- reaktantların ve katalizörün aynı kümelenme durumuna sahip olduğu homojen form;
- reaktanlar ve katalizör aynı fazda olduğunda heterojendir.
Nikel, platin, rodyum, paladyum etkileşimleri hızlandıran maddelere örnek olarak ayırt edilebilir.
İnhibitörler, bir reaksiyonu yavaşlatan maddelerdir.
İletişim alanı
Reaksiyon hızını başka ne belirler? Kimya, her biri belirli süreçlerin ve fenomenlerin dikkate alınmasıyla ilgilenen birkaç bölüme ayrılmıştır. Fizikokimya dersi, temas alanı ile sürecin hızı arasındaki ilişkiyi inceler.
Reaktiflerin temas alanını arttırmak için belirli bir boyuta ezilirler. En hızlı etkileşim çözeltilerde meydana gelir, bu nedenle birçok reaksiyon sulu bir ortamda gerçekleştirilir.
Katıları öğütürken ölçüye dikkat edilmelidir. Örneğin pirit (demir sülfit) toza dönüştürüldüğünde partikülleri bir fırında sinterlenir, bu da bu bileşiğin oksidasyon işleminin hızını olumsuz etkiler ve kükürt dioksit verimi düşer.
Reaktifler
Hangi reaktiflerin etkileşime girdiğine bağlı olarak reaksiyon hızının nasıl belirleneceğini anlamaya çalışalım? Örneğin, Beketov elektrokimyasal serisinde hidrojenden önce yer alan aktif metaller asit çözeltileri ile etkileşebilirken, H2'dan sonrakilerin böyle bir yeteneği yoktur. Bu fenomenin nedeni metallerin farklı kimyasal aktivitelerinde yatmaktadır.
Basınç
Reaksiyon hızı bu değerle nasıl ilişkilidir? Kimya, fizikle yakından ilgili bir bilimdir, dolayısıyla bağımlılık doğru orantılıdır, gaz yasalarıyla düzenlenir. Miktarlar arasında doğrudan bir ilişki vardır. Ve bir kimyasal reaksiyonun hızını hangi yasanın belirlediğini anlamak için, kümelenme durumunu ve reaktiflerin konsantrasyonunu bilmek gerekir.
Kimyada hız türleri
Anlık ve ortalama değerleri ayırmak gelenekseldir. Ortalama kimyasal etkileşim hızı, bir süre boyunca reaktanların konsantrasyonlarındaki fark olarak tanımlanır.
Konsantrasyon düştüğünde elde edilen değer negatif, etkileşim ürünlerinin konsantrasyonu arttığında pozitiftir.
Gerçek (anlık) değer, belirli bir zaman birimindeki böyle bir orandır.
SI sisteminde, bir kimyasal işlemin hızı [mol×m-3×s-1] cinsinden ifade edilir..
Kimyadaki problemler
Hız belirleme ile ilgili bazı problem örneklerine bakalım.
Örnek 1. İçindeklor ve hidrojen bir kapta karıştırılır, ardından karışım ısıtılır. 5 saniye sonra, hidrojen klorür konsantrasyonu 0,05 mol/dm3 değeri elde etti. Hidrojen klorürün ortalama oluşum hızını hesaplayın (mol/dm3 s).
Etkileşimden 5 saniye sonra hidrojen klorür konsantrasyonundaki değişimi, son konsantrasyondan ilk değeri çıkararak belirlemek gerekir:
C(HCl)=c2 - c1=0,05 - 0=0,05 mol/dm3.
Hidrojen klorürün ortalama oluşum hızını hesaplayın:
V=0.05/5=0.010 mol/dm3 ×s.
Örnek 2. Hacmi 3 dm3 olan bir kapta aşağıdaki işlem gerçekleşir:
C2H2 + 2H2=C2 H6.
Hidrojenin ilk kütlesi 1 g'dır. Etkileşimin başlamasından iki saniye sonra, hidrojen kütlesi 0,4 g değerini almıştır. Ortalama etan üretim hızını hesaplayın (mol/dm 3×s).
Reaksiyona giren hidrojen kütlesi, başlangıç değeri ile son sayı arasındaki fark olarak tanımlanır. 1 - 0,4=0,6 (g)'dir. Hidrojenin mol sayısını belirlemek için, onu belirli bir gazın mol kütlesine bölmek gerekir: n \u003d 0.6/2 \u003d 0.3 mol. Denkleme göre, 2 mol hidrojenden 1 mol etan oluşur, bu nedenle 0,3 mol H2'den 0,15 mol etan elde ederiz.
Ortaya çıkan hidrokarbonun konsantrasyonunu belirleyin, 0,05 mol/dm3 elde ederiz. Daha sonra oluşumunun ortalama hızını hesaplayabilirsiniz:=0.025 mol/dm3 ×s.
Sonuç
Çeşitli faktörler kimyasal etkileşim oranını etkiler: reaksiyona giren maddelerin doğası (aktivasyon enerjisi), konsantrasyonları, bir katalizörün varlığı, öğütme derecesi, basınç, radyasyon türü.
On dokuzuncu yüzyılın ikinci yarısında, Profesör N. N. Beketov, ilk reaktiflerin kütleleri ile sürecin süresi arasında bir bağlantı olduğunu öne sürdü. Bu hipotez, 1867'de Norveçli kimyagerler: P. Wage ve K. Guldberg tarafından kurulan kitle hareketi yasasında doğrulandı.
Fiziksel kimya, çeşitli süreçlerin mekanizmasını ve hızını inceler. Bir aşamada meydana gelen en basit süreçlere monomoleküler süreçler denir. Karmaşık etkileşimler birkaç temel ardışık etkileşimi içerir, bu nedenle her aşama ayrı ayrı değerlendirilir.
Minimum enerji maliyetleriyle maksimum reaksiyon ürünü verimini elde etmek için, prosesin gidişatını etkileyen ana faktörleri hesaba katmak önemlidir.
Örneğin, suyun basit maddelere ayrışma sürecini hızlandırmak için, rolü manganez oksit (4) tarafından gerçekleştirilen bir katalizör gereklidir.
Reaktif seçimi, optimal basınç ve sıcaklık seçimi, reaktiflerin konsantrasyonu ile ilgili tüm nüanslar kimyasal kinetikte dikkate alınır.
