Sürekli olarak çeşitli kimyasal etkileşimlerle karşı karşıyayız. Doğal gazın yanması, demirin paslanması, sütün ekşimesi, bir okul kimya dersinde ayrıntılı olarak işlenen tüm süreçlerden uzaktır.
Bazı tepkiler saniyeler içinde, bazı etkileşimler günler veya haftalar alır.
Reaksiyon hızının sıcaklığa, konsantrasyona ve diğer faktörlere bağımlılığını belirlemeye çalışalım. Yeni eğitim standardında bu konu için asgari bir çalışma süresi ayrılmıştır. Birleşik durum sınavının testlerinde, reaksiyon hızının sıcaklığa, konsantrasyona bağımlılığı ile ilgili görevler vardır ve hatta hesaplama görevleri sunulmaktadır. Birçok lise öğrencisi bu soruların cevaplarını bulmakta belirli zorluklar yaşıyor, bu yüzden bu konuyu ayrıntılı olarak analiz edeceğiz.
İncelenen konunun alaka düzeyi
Reaksiyon hızıyla ilgili bilgiler büyük pratik ve bilimsel öneme sahiptir. Örneğin, belirli bir madde ve üründen belirli bir üretimdedeğer doğrudan ekipmanın performansına, malların maliyetine bağlıdır.
Devam eden reaksiyonların sınıflandırılması
Kimyasal süreç sırasında oluşan ilk bileşenlerin ve ürünlerin kümelenme durumu arasında doğrudan bir ilişki vardır: heterojen etkileşimler.
Bir sistem kimyada genellikle bir madde veya bunların bir kombinasyonu olarak anlaşılır.
Homojen bir sistem, bir fazdan (aynı toplama durumu) oluşan bir sistemdir. Örnek olarak birkaç farklı sıvıdan oluşan bir gaz karışımından bahsedebiliriz.
Heterojen, reaktantların gazlar ve sıvılar, katılar ve gazlar şeklinde olduğu bir sistemdir.
Yalnızca reaksiyon hızının sıcaklığa değil, aynı zamanda analiz edilen etkileşimde yer alan bileşenlerin kullanıldığı faza da bir bağımlılık vardır.
Homojen bir kompozisyon, hacim boyunca prosesin akışı ile karakterize edilir ve bu da kalitesini önemli ölçüde artırır.
Başlangıçtaki maddeler farklı faz durumlarındaysa, bu durumda maksimum etkileşim faz sınırında gözlenir. Örneğin, aktif bir metal bir asit içinde çözüldüğünde, bir ürün (tuz) oluşumu sadece bunların temas yüzeyinde gözlenir.
Süreç hızı ve çeşitli faktörler arasındaki matematiksel ilişki
Bir kimyasal reaksiyonun sıcaklığa karşı oranı denklemi neye benziyor? Homojen bir süreç için oran, miktara göre belirlenir. Birim zaman başına sistemin hacmindeki bir reaksiyon sırasında etkileşime giren veya oluşan bir madde.
Heterojen bir proses için oran, minimum bir süre boyunca birim alan başına proseste reaksiyona giren veya üretilen bir maddenin miktarı ile belirlenir.
Kimyasal reaksiyon hızını etkileyen faktörler
Reaksiyona giren maddelerin doğası, farklı işlem hızlarının nedenlerinden biridir. Örneğin, alkali metaller, oda sıcaklığında su ile alkaliler oluşturur ve sürece, gaz halindeki hidrojenin yoğun gelişimi eşlik eder. Asil metaller (altın, platin, gümüş) ne oda sıcaklığında ne de ısıtıldıklarında bu tür işlemler yapamazlar.
Reaktanların doğası, üretimin karlılığını artırmak için kimya endüstrisinde dikkate alınan bir faktördür.
Reaktiflerin konsantrasyonu ile bir kimyasal reaksiyonun hızı arasındaki ilişki ortaya çıktı. Ne kadar yüksekse, o kadar çok parçacık çarpışacaktır, bu nedenle süreç daha hızlı ilerleyecektir.
Matematiksel biçimde kütlelerin etki yasası, başlangıç maddelerinin konsantrasyonu ile sürecin hızı arasındaki doğru orantılı ilişkiyi tanımlar.
On dokuzuncu yüzyılın ortalarında Rus kimyager N. N. Beketov tarafından formüle edilmiştir. Her işlem için sıcaklık, konsantrasyon veya reaktanların doğası ile ilgili olmayan bir reaksiyon sabiti belirlenir.
Kimekatı içeren bir reaksiyonu hızlandırmak için onu toz haline getirmeniz gerekir.
Bu durumda yüzey alanı artar, bu da işlemin hızı üzerinde olumlu bir etkiye sahiptir. Dizel yakıt için, hava ile temas ettiğinde, bir hidrokarbon karışımının yanma hızının önemli ölçüde arttığı özel bir enjeksiyon sistemi kullanılır.
Isıtma
Bir kimyasal reaksiyonun hızının sıcaklığa bağımlılığı moleküler kinetik teori ile açıklanır. Belirli koşullar altında reaktiflerin molekülleri arasındaki çarpışma sayısını hesaplamanıza olanak tanır. Bu tür bilgilerle donanmış, normal şartlar altında tüm işlemler anında devam etmelidir.
Ancak, reaksiyon hızının sıcaklığa bağımlılığının belirli bir örneğini ele alırsak, etkileşim için ilk önce atomlardan yeni maddeler oluşturmak için atomlar arasındaki kimyasal bağları kırmanın gerekli olduğu ortaya çıkar. Bu önemli miktarda enerji gerektirir. Reaksiyon hızının sıcaklığa bağımlılığı nedir? Aktivasyon enerjisi, moleküllerin kırılma olasılığını belirler, süreçlerin gerçekliğini karakterize eder. Birimi kJ/mol'dür.
Eğer enerji yetersizse çarpışma etkisiz olacaktır, dolayısıyla yeni bir molekül oluşumu eşlik etmez.
Grafik gösterimi
Kimyasal reaksiyon hızının sıcaklığa bağımlılığı grafik olarak gösterilebilir. Isıtıldığında, parçacıklar arasındaki çarpışma sayısı artar, bu da etkileşimin hızlanmasına katkıda bulunur.
Sıcaklığa karşı reaksiyon hızı grafiği nasıl görünür? Moleküllerin enerjisi yatay olarak çizilir ve yüksek enerji rezervine sahip parçacıkların sayısı dikey olarak gösterilir. Grafik, belirli bir etkileşimin hızını yargılamak için kullanılabilen bir eğridir.
Ortalamadan enerji farkı ne kadar büyükse, eğrinin noktası maksimumdan o kadar uzaktır ve moleküllerin daha küçük bir yüzdesi böyle bir enerji rezervine sahiptir.
Önemli yönler
Reaksiyon hızı sabitinin sıcaklığa bağımlılığı için bir denklem yazmak mümkün müdür? Artışı, sürecin hızındaki artışa yansır. Böyle bir bağımlılık, işlem hızının sıcaklık katsayısı olarak adlandırılan belirli bir değerle karakterize edilir.
Herhangi bir etkileşim için, reaksiyon hızı sabitinin sıcaklığa bağımlılığı ortaya çıkarılmıştır. 10 derece artırılırsa işlem hızı 2-4 kat artar.
Homojen reaksiyonların hızının sıcaklığa bağımlılığı matematiksel biçimde gösterilebilir.
Oda sıcaklığındaki çoğu etkileşim için katsayı 2 ila 4 arasındadır. Örneğin, 2,9 sıcaklık katsayısıyla, 100 derecelik bir sıcaklık artışı, süreci neredeyse 50.000 kat hızlandırır.
Reaksiyon hızının sıcaklığa bağımlılığı, aktivasyon enerjisinin farklı değeri ile kolayca açıklanabilir. Sadece katyonların ve anyonların etkileşimi ile belirlenen iyonik süreçler sırasında minimum bir değere sahiptir. Sayısız deney, bu tür reaksiyonların anında meydana geldiğini doğrulamaktadır.
Aktivasyon enerjisi yüksek olduğunda, parçacıklar arasında yalnızca az sayıda çarpışma etkileşimin uygulanmasına yol açacaktır. Ortalama bir aktivasyon enerjisiyle, reaktanlar ortalama bir hızda etkileşime girer.
Reaksiyon hızının konsantrasyon ve sıcaklığa bağımlılığına ilişkin ödevler, yalnızca eğitimin son düzeyinde ele alınır ve genellikle çocuklar için ciddi zorluklara neden olur.
Bir sürecin hızını ölçme
Önemli bir aktivasyon enerjisi gerektiren bu süreçler, orijinal maddelerdeki atomlar arasındaki bağların başlangıçta kopmasını veya zayıflamasını içerir. Bu durumda, aktive edilmiş kompleks adı verilen belirli bir ara duruma geçerler. Kararsız bir durumdur, oldukça hızlı bir şekilde reaksiyon ürünlerine bozunur, sürece ek enerji salınımı eşlik eder.
En basit haliyle, aktifleştirilmiş bir kompleks, zayıflamış eski bağlara sahip atomların bir konfigürasyonudur.
İnhibitörler ve katalizörler
Enzimatik reaksiyon hızının ortam sıcaklığına bağımlılığını analiz edelim. Bu tür maddeler hızlandırıcı görevi görür.süreç.
Kendileri etkileşimin katılımcıları değiller, işlemin tamamlanmasından sonra sayıları değişmeden kalıyor. Katalizörler reaksiyon hızını arttırırsa, inhibitörler tam tersine bu işlemi yavaşlatır.
Bunun özü, ara bileşiklerin oluşmasıdır ve bunun sonucunda sürecin hızında bir değişiklik gözlemlenir.
Sonuç
Dünyada her dakika çeşitli kimyasal etkileşimler meydana gelir. Reaksiyon hızının sıcaklığa bağımlılığı nasıl belirlenir? Arrhenius denklemi, hız sabiti ile sıcaklık arasındaki ilişkinin matematiksel bir açıklamasıdır. Moleküllerdeki atomlar arasındaki bağların yok edilmesi veya zayıflaması, parçacıkların yeni kimyasallara dağıtılmasının mümkün olduğu aktivasyon enerjisi değerleri hakkında bir fikir verir.
Moleküler-kinetik teori sayesinde, sürecin hızını hesaplamak için ilk bileşenler arasındaki etkileşimlerin olasılığını tahmin etmek mümkündür. Reaksiyon hızını etkileyen faktörler arasında, sıcaklık indeksindeki değişiklik, etkileşime giren maddelerin yüzde konsantrasyonu, temas yüzey alanı, bir katalizörün (inhibitör) varlığı ve ayrıca etkileşime giren bileşenlerin doğası özellikle önemlidir..
