¿Qué es la velocidad de reacción? quimica fisica

16.10.2019

En la vida nos encontramos con diferentes reacciones químicas. Algunos de ellos, como la oxidación del hierro, pueden durar varios años. Otros, como fermentar el azúcar hasta convertirlo en alcohol, tardan varias semanas. La leña en una estufa se quema en un par de horas y la gasolina en un motor se quema en una fracción de segundo.

Para reducir los costos de equipos, las plantas químicas aumentan la velocidad de las reacciones. Y algunos procesos, por ejemplo, daños. productos alimenticios, la corrosión de los metales, es necesario frenarla.

Velocidad reacción química se puede expresar como cambio en la cantidad de materia (n, módulo) por unidad de tiempo (t): compare la velocidad de un cuerpo en movimiento en física como un cambio en las coordenadas por unidad de tiempo: υ = Δx/Δt. Para que la velocidad no dependa del volumen del recipiente en el que tiene lugar la reacción, dividimos la expresión por el volumen de las sustancias reaccionantes (v), es decir, obtenemos cambio en la cantidad de una sustancia por unidad de tiempo por unidad de volumen, o cambio en la concentración de una de las sustancias por unidad de tiempo:

norte 2 − norte 1 Δnorte
υ = –––––––––– = –––––––– = Δс/Δt (1)
(t 2 − t 1) v Δt v

donde c = n / v es la concentración de la sustancia,

Δ (léase “delta”) es una designación generalmente aceptada para un cambio de valor.

Si en la ecuación de sustancias diferentes probabilidades, la velocidad de reacción para cada uno de ellos, calculada mediante esta fórmula, será diferente. Por ejemplo, 2 moles de dióxido de azufre reaccionaron completamente con 1 mol de oxígeno en 10 segundos en 1 litro:

2SO2 + O2 = 2SO3

La tasa de oxígeno será: υ = 1: (10 1) = 0,1 mol/l s

Velocidad para el dióxido de azufre: υ = 2: (10 1) = 0,2 mol/l s- No es necesario memorizarlo ni decirlo durante el examen, se da el ejemplo para no confundirse si surge esta pregunta.

La velocidad de reacciones heterogéneas (que involucran sólidos) a menudo se expresa por unidad de área de superficies en contacto:

Δn
υ = –––––– (2)
ΔtS

Las reacciones se llaman heterogéneas cuando los reactivos se encuentran en diferentes fases:

un sólido con otro sólido, líquido o gas,
dos líquidos inmiscibles
líquido con gas.

Se producen reacciones homogéneas entre sustancias en una fase:

entre líquidos bien mezclados,
gases,
sustancias en soluciones.

Condiciones que afectan la velocidad de las reacciones químicas.

1) La velocidad de reacción depende de naturaleza de los reactivos. En pocas palabras, diferentes sustancias reaccionar a diferentes velocidades. Por ejemplo, el zinc reacciona violentamente con el ácido clorhídrico, mientras que el hierro reacciona con bastante lentitud.

2) Cuanto mayor sea la velocidad de reacción, más rápida concentración sustancias. El zinc reaccionará mucho más tiempo con un ácido muy diluido.

3) La velocidad de reacción aumenta significativamente al aumentar temperatura. Por ejemplo, para que el combustible se queme, es necesario encenderlo, es decir, se debe aumentar la temperatura. Para muchas reacciones, un aumento de temperatura de 10°C va acompañado de un aumento de velocidad de 2 a 4 veces.

4) Velocidad heterogéneo reacciones aumentan al aumentar superficies de sustancias reaccionantes. Para ello, normalmente se muelen los sólidos. Por ejemplo, para que los polvos de hierro y azufre reaccionen cuando se calientan, el hierro debe estar en forma de aserrín fino.

Tenga en cuenta que en en este caso¡La fórmula (1) está implícita! La fórmula (2) expresa la velocidad por unidad de área, por lo tanto no puede depender del área.

5) La velocidad de reacción depende de la presencia de catalizadores o inhibidores.

catalizadores- sustancias que aceleran reacciones químicas, pero no se consumen. Un ejemplo es la rápida descomposición del peróxido de hidrógeno con la adición de un catalizador: el óxido de manganeso (IV):

2H2O2 = 2H2O + O2

El óxido de manganeso (IV) permanece en el fondo y puede reutilizarse.

Inhibidores- sustancias que ralentizan la reacción. Por ejemplo, se añaden inhibidores de corrosión a un sistema de calentamiento de agua para prolongar la vida útil de tuberías y baterías. En los automóviles, se añaden inhibidores de corrosión al líquido de frenos y al líquido refrigerante.

Algunos ejemplos más.

Objeto del trabajo: estudio de la velocidad de una reacción química y su dependencia de varios factores: naturaleza de los reactivos, concentración, temperatura.

Las reacciones químicas ocurren a diferentes velocidades. Velocidad de reacción química Se llama cambio en la concentración de un reactivo por unidad de tiempo. Es igual al número de eventos de interacción por unidad de tiempo por unidad de volumen para una reacción que ocurre en un sistema homogéneo (para reacciones homogéneas), o por unidad de superficie de interfaz para reacciones que ocurren en un sistema heterogéneo (para reacciones heterogéneas).

Velocidad media reacciones v promedio. en el intervalo de tiempo desde t 1 a t 2 está determinada por la relación:

Dónde C 1 Y C 2– concentración molar de cualquier participante de la reacción en puntos temporales t 1 Y t 2 respectivamente.

El signo “-” antes de la fracción se refiere a la concentración. materiales de partida, Δ CON < 0, знак “+” – к концентрации продуктов реакции, ΔCON > 0.

Los principales factores que influyen en la velocidad de una reacción química: la naturaleza de los reactivos, su concentración, presión (si hay gases involucrados en la reacción), temperatura, catalizador, área de interfaz para reacciones heterogéneas.

La mayoría de las reacciones químicas son procesos complejos que ocurren en varias etapas, es decir. que consta de varios procesos elementales. Las reacciones elementales o simples son reacciones que ocurren en un solo paso.

Para reacciones elementales, la dependencia de la velocidad de reacción de la concentración se expresa mediante la ley de acción de masas.

A temperatura constante, la velocidad de una reacción química es directamente proporcional al producto de las concentraciones de las sustancias que reaccionan, tomadas en potencias iguales a los coeficientes estequiométricos.

Para la reacción en vista general

a A + b B… → c C,

según la ley de acción de masas v expresado por la relación

v = К∙с(А) а ∙ с(В) b,

Dónde California) Y s(B)– concentraciones molares de los reactivos A y B;

A– constante de velocidad de esta reacción, igual a v, Si c(A)a=1 y c(B)b=1, y dependiendo de la naturaleza de los reactivos, temperatura, catalizador y área de interfaz para reacciones heterogéneas.

La expresión de la velocidad de reacción en función de la concentración se llama ecuación cinética.

En el caso de reacciones complejas, la ley de acción de masas se aplica a cada etapa individual.

Para reacciones heterogéneas, la ecuación cinética incluye sólo las concentraciones de sustancias gaseosas y disueltas; si, para quemar carbón

C (k) + O 2 (g) → CO 2 (g)

la ecuación de velocidad tiene la forma

v = K∙s(O 2)

Algunas palabras sobre la molecularidad y el orden cinético de la reacción.

Concepto "molecularidad de la reacción" se aplica sólo a reacciones simples. La molecularidad de una reacción caracteriza el número de partículas que participan en una interacción elemental.

Existen reacciones mono, bi y trimoleculares, en las que participan una, dos y tres partículas, respectivamente. La probabilidad de que tres partículas choquen simultáneamente es pequeña. Se desconoce el proceso elemental de interacción de más de tres partículas. Ejemplos de reacciones elementales:

N 2 O 5 → NO + NO + O 2 (monomolecular)

H 2 + I 2 → 2HI (bimolecular)

2NO + Cl 2 → 2NOCl (trimolecular)

La molecularidad de las reacciones simples coincide con el orden cinético general de la reacción. El orden de la reacción determina la naturaleza de la dependencia de la velocidad de la concentración.

El orden cinético general (total) de una reacción es la suma de los exponentes en las concentraciones de los reactivos en la ecuación de velocidad de reacción, determinada experimentalmente.

A medida que aumenta la temperatura, aumenta la velocidad de la mayoría de las reacciones químicas. La dependencia de la velocidad de reacción de la temperatura está determinada aproximadamente por la regla de Van't Hoff.

Por cada aumento de 10 grados en la temperatura, la velocidad de la mayoría de las reacciones aumenta de 2 a 4 veces.

donde y son la velocidad de reacción, respectivamente, a temperaturas t 2 Y t 1 (t2>t1);

γ es el coeficiente de temperatura de la velocidad de reacción, este es un número que muestra cuántas veces aumenta la velocidad de una reacción química cuando la temperatura aumenta en 10 0.

Utilizando la regla de Van't Hoff, sólo es posible estimar aproximadamente el efecto de la temperatura sobre la velocidad de reacción. Es factible una descripción más precisa de la dependencia de la velocidad de reacción de la temperatura en el marco de la teoría de activación de Arrhenius.

Uno de los métodos para acelerar una reacción química es la catálisis, que se lleva a cabo utilizando sustancias (catalizadores).

catalizadores- Estas son sustancias que cambian la velocidad de una reacción química debido a la participación repetida en interacciones químicas intermedias con reactivos de reacción, pero después de cada ciclo de interacción intermedia restauran su composición química.

El mecanismo de acción del catalizador se reduce a una disminución de la energía de activación de la reacción, es decir. reduciendo la diferencia entre la energía promedio de las moléculas activas (complejo activo) y la energía promedio de las moléculas de las sustancias de partida. La velocidad de la reacción química aumenta.

Los mecanismos de las transformaciones químicas y sus velocidades se estudian mediante la cinética química. Los procesos químicos ocurren a lo largo del tiempo a diferentes ritmos. Algunas ocurren rápidamente, casi instantáneamente, mientras que otras tardan mucho en ocurrir.

Velocidad de reacción- la velocidad a la que se consumen los reactivos (su concentración disminuye) o se forman productos de reacción por unidad de volumen.

Factores que pueden influir en la velocidad de una reacción química.

Los siguientes factores pueden afectar la rapidez con la que ocurre una reacción química:

concentración de sustancias;
naturaleza de los reactivos;
temperatura;
presencia de un catalizador;
presión (para reacciones en un ambiente gaseoso).

Por lo tanto, al cambiar ciertas condiciones de un proceso químico, se puede influir en la rapidez con la que se desarrollará el proceso.

En el proceso de interacción química, las partículas de sustancias que reaccionan chocan entre sí. El número de tales coincidencias es proporcional al número de partículas de sustancias en el volumen de la mezcla reactiva y, por tanto, proporcional a las concentraciones molares de los reactivos.

Ley de acción de masas describe la dependencia de la velocidad de reacción de las concentraciones molares de las sustancias que interactúan.

Para una reacción elemental (A + B → ...) esta ley se expresa mediante la fórmula:

υ = k ∙С A ∙С B,

donde k es la constante de velocidad; C A y C B son las concentraciones molares de los reactivos A y B.

Si una de las sustancias que reaccionan está en estado sólido, entonces la interacción se produce en la interfaz, por lo que la concentración de la sustancia sólida no está incluida en la ecuación de la ley cinética de acción de masas. Para comprender el significado físico de la constante de velocidad, es necesario tomar C, A y C B iguales a 1. Entonces queda claro que la constante de velocidad es igual a la velocidad de reacción en concentraciones de reactivo iguales a la unidad.

Naturaleza de los reactivos

Ya que en el proceso de interacción se destruyen. enlaces químicos Se forman reactivos y nuevos enlaces de productos de reacción, entonces la naturaleza de los enlaces involucrados en la reacción de los compuestos y la estructura de las moléculas de las sustancias reaccionantes desempeñarán un papel importante.

Superficie de contacto de reactivos.

Una característica como la superficie de contacto de los reactivos sólidos afecta el curso de la reacción, a veces de manera bastante significativa. Moler un sólido permite aumentar la superficie de contacto de los reactivos y, por tanto, acelerar el proceso. El área de contacto de sustancias solubles aumenta fácilmente disolviendo la sustancia.

Temperatura de reacción

A medida que aumenta la temperatura, aumentará la energía de las partículas en colisión; es obvio que al aumentar la temperatura; proceso químico acelerará. Un claro ejemplo de cómo un aumento de temperatura afecta el proceso de interacción de sustancias pueden considerarse los datos que figuran en la tabla.

Tabla 1. Efecto de los cambios de temperatura en la tasa de formación de agua (O 2 +2H 2 →2H 2 O)

Para describir cuantitativamente cómo la temperatura puede afectar la velocidad de interacción de sustancias, se utiliza la regla de Van't Hoff. La regla de Van't Hoff es que cuando la temperatura aumenta 10 grados, se produce una aceleración de 2 a 4 veces.

La fórmula matemática que describe la regla de van't Hoff es la siguiente:

Donde γ es el coeficiente de temperatura de la velocidad de la reacción química (γ = 2−4).

Pero la ecuación de Arrhenius describe la dependencia de la temperatura de la constante de velocidad con mucha más precisión:

Donde R es la constante universal de los gases, A es un factor determinado por el tipo de reacción, E, A es la energía de activación.

La energía de activación es la energía que debe adquirir una molécula para que se produzca una transformación química. Es decir, se trata de una especie de barrera energética que las moléculas que chocan en el volumen de reacción deberán superar para redistribuir los enlaces.

La energía de activación no depende de factores externos, pero depende de la naturaleza de la sustancia. El valor de la energía de activación de hasta 40 - 50 kJ/mol permite que las sustancias reaccionen entre sí de forma bastante activa. Si la energía de activación excede 120 kJ/mol, entonces las sustancias (a temperaturas normales) reaccionarán muy lentamente. Un cambio de temperatura provoca un cambio en el número de moléculas activas, es decir, moléculas que han alcanzado una energía mayor que la energía de activación y, por tanto, son capaces de realizar transformaciones químicas.

Acción catalizadora

Un catalizador es una sustancia que puede acelerar un proceso, pero no forma parte de sus productos. La catálisis (aceleración de una transformación química) se divide en homogénea y heterogénea. Si los reactivos y el catalizador están en el mismo estados de agregación, entonces la catálisis se llama homogénea, si es diferente, heterogénea. Los mecanismos de acción de los catalizadores son variados y bastante complejos. Además, cabe señalar que los catalizadores se caracterizan por su selectividad de acción. Es decir, el mismo catalizador, aunque acelera una reacción, puede no cambiar la velocidad de otra.

Presión

Si en la transformación intervienen sustancias gaseosas, la velocidad del proceso se verá afectada por los cambios de presión en el sistema. . Esto sucede porque que para reactivos gaseosos, un cambio de presión conduce a un cambio de concentración.

Determinación experimental de la velocidad de una reacción química.

La velocidad de una transformación química se puede determinar experimentalmente obteniendo datos sobre cómo cambia la concentración de sustancias que entran en la reacción o productos por unidad de tiempo. Los métodos para obtener dichos datos se dividen en

químico,
físico-químico.

Los métodos químicos son bastante simples, accesibles y precisos. Con su ayuda, la velocidad se determina midiendo directamente la concentración o cantidad de sustancia de los reactivos o productos. En caso de una reacción lenta, se toman muestras para controlar cómo se consume el reactivo. Luego se determina el contenido del reactivo en la muestra. Al tomar muestras a intervalos regulares, es posible obtener datos sobre los cambios en la cantidad de una sustancia durante el proceso de interacción. Los tipos de análisis más utilizados son la titrimetría y la gravimetría.

Si la reacción avanza rápidamente, es necesario detenerla para tomar una muestra. Esto se puede hacer usando enfriamiento, eliminación abrupta del catalizador, también es posible diluir o transferir uno de los reactivos a un estado no reactivo.

Los métodos de análisis fisicoquímico en la cinética experimental moderna se utilizan con más frecuencia que los químicos. Con su ayuda se pueden observar cambios en las concentraciones de sustancias en tiempo real. En este caso, no es necesario detener la reacción y tomar muestras.

Los métodos fisicoquímicos se basan en la medición. propiedades fisicas, dependiendo del contenido cuantitativo de un determinado compuesto en el sistema y cambiando con el tiempo. Por ejemplo, si en una reacción intervienen gases, entonces la presión puede ser una de esas propiedades. También se miden la conductividad eléctrica, el índice de refracción y los espectros de absorción de sustancias.

Como cualquier proceso, las reacciones químicas ocurren a lo largo del tiempo y, por lo tanto, se caracterizan por una u otra velocidad.

La rama de la química que estudia la velocidad de las reacciones químicas y el mecanismo de su aparición. llamado cinética química. La cinética química opera con los conceptos de "fase" y "sistema". Fase – es parte de un sistema separado de sus otras partes por una interfaz.

Los sistemas pueden ser homogéneos o heterogéneos. Sistemas homogéneos consistir en monofásico. Por ejemplo, aire o cualquier mezcla de gases, solución salina. Sistemas heterogéneos consistir en dos o más fases. Por ejemplo, agua líquida – hielo – vapor, solución salina + sedimento.

Reacciones que ocurren en un sistema homogéneo., se llaman homogéneo. Por ejemplo, N 2 (g) + 3H 2 (g) = 2NH 3 (g). Fluyen por todas partes. Reacciones que ocurren en un sistema heterogéneo., son llamados heterogéneo. Por ejemplo, C (k) + O 2 (g) = CO 2 (g). Fluyen en la interfaz de fase.

Velocidad de reacción química determinado la cantidad de sustancia que reacciona o se forma durante una reacción por unidad de tiempo por unidad de volumen(para reacción homogénea) o por interfaz de unidad(para un sistema heterogéneo).

La velocidad de reacción depende de la naturaleza de los reactivos, su concentración, temperatura y presencia de catalizadores.

1. La naturaleza de las sustancias reaccionantes.

Las reacciones proceden en la dirección de la destrucción de enlaces menos fuertes y la formación de sustancias con enlaces más fuertes. Por tanto, romper enlaces en las moléculas de H 2 y N 2 requiere altas energías; tales moléculas son ligeramente reactivas. Romper enlaces en moléculas altamente polares (HCl, H 2 O) requiere menos energía y la velocidad de reacción es mucho mayor. Las reacciones entre iones en soluciones de electrolitos ocurren casi instantáneamente.

2. Concentración.

A medida que aumenta la concentración, las colisiones de moléculas de sustancias que reaccionan se producen con mayor frecuencia: la velocidad de reacción aumenta.

Se expresa la dependencia de la velocidad de una reacción química de la concentración de reactivos. ley de acción de masas (LMA): a temperatura constante, la velocidad de una reacción química es directamente proporcional al producto de las concentraciones de las sustancias que reaccionan.

En general, para homogéneo reacciones

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

la dependencia de la velocidad de reacción se expresa mediante la ecuación:

donde C A y C B son las concentraciones de reactivos, mol/l; k es la constante de velocidad de reacción. Para una reacción específica 2NO (g) + O 2 (g) = 2NO 2 (g), la expresión matemática para el ZDM es:

υ = k∙∙

La constante de velocidad de reacción k depende de la naturaleza de los reactivos, la temperatura y el catalizador, pero no depende de las concentraciones de los reactivos. El significado físico de la constante de velocidad es que es igual a la velocidad de reacción en concentraciones unitarias de los reactivos.

Para heterogéneo reacciones (cuando las sustancias se encuentran en diferentes estados de agregación), la velocidad de reacción depende únicamente de la concentración de gases o sustancias disueltas, y la concentración de la fase sólida no está incluida en la expresión matemática de EDM:

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

Por ejemplo, la velocidad de combustión del carbono en oxígeno es proporcional únicamente a la concentración de oxígeno:

C (k) + O 2 (g) = CO 2 (k)

3. Temperatura.

A medida que aumenta la temperatura, aumenta la velocidad de movimiento de las moléculas, lo que a su vez conduce a un aumento en el número de colisiones entre ellas. Para que se produzca una reacción, las moléculas que chocan deben tener un cierto exceso de energía. El exceso de energía que deben tener las moléculas antes de colisionar puede dar lugar a la formación de una nueva sustancia, llamado energía de activación. Energía de activación ( mi) se expresan en kJ/mol. Su valor depende de la naturaleza de las sustancias que reaccionan, es decir. Cada reacción tiene su propia energía de activación. Moléculas con energía de activación., llamado activo. El aumento de la temperatura aumenta el número de moléculas activas y, por tanto, aumenta la velocidad de la reacción química.

La dependencia de la velocidad de una reacción química de la temperatura se expresa. regla de van't hoff: Por cada aumento de 10 °C en la temperatura, la velocidad de reacción aumenta de 2 a 4 veces..

donde υ 2 y υ 1 son velocidades de reacción a temperaturas t 2 y t 1,

γ es el coeficiente de temperatura de la velocidad de reacción, que muestra cuántas veces aumenta la velocidad de reacción cuando la temperatura aumenta en 10 0 C.

4. Superficie de contacto de sustancias reaccionantes.

Para sistemas heterogéneos, que más superficie contacto, más rápida se produce la reacción. La superficie de los sólidos se puede aumentar triturándolos y de las sustancias solubles disolviéndolas.

5. Catalizadores.

Sustancias que participan en reacciones y aumentan su velocidad, permaneciendo sin cambios al final de la reacción., se llaman catalizadores. El cambio en la velocidad de reacción bajo la influencia de catalizadores se llama catálisis. Hay catálisis homogéneo Y heterogéneo.

A homogéneo Estos incluyen procesos en los que el catalizador se encuentra en el mismo estado de agregación que los reactivos.

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

La acción de un catalizador homogéneo es formar compuestos activos intermedios más o menos fuertes, a partir de los cuales luego se regenera completamente.

A heterogéneo La catálisis se refiere a procesos en los que el catalizador y los reactivos se encuentran en diferentes estados de agregación y la reacción ocurre en la superficie del catalizador.

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)

El mecanismo de acción de los catalizadores heterogéneos es más complejo que el de los homogéneos. Un papel importante en estos procesos lo desempeñan los fenómenos de absorción de sustancias gaseosas y líquidas en la superficie de una sustancia sólida: el fenómeno de adsorción. Como resultado de la adsorción, aumenta la concentración de las sustancias que reaccionan, aumenta su actividad química, lo que conduce a un aumento en la velocidad de reacción.

quimica fisica: notas de clase Berezovchuk A V

2. Factores que afectan la velocidad de una reacción química.

Para reacciones homogéneas y heterogéneas:

1) concentración de sustancias reaccionantes;

2) temperatura;

3) catalizador;

4) inhibidor.

Sólo para heterogéneos:

1) la tasa de suministro de sustancias reactivas a la interfaz de fases;

2) superficie.

El factor principal es la naturaleza de los reactivos: la naturaleza de los enlaces entre los átomos en las moléculas de los reactivos.

NO 2 – óxido de nitrógeno (IV) – cola de zorro, CO – monóxido de carbono, monóxido de carbono.

Si se oxidan con oxígeno, en el primer caso la reacción se producirá instantáneamente, tan pronto como se abra la tapa del recipiente, en el segundo caso la reacción se prolongará en el tiempo.

La concentración de reactivos se discutirá a continuación.

La opalescencia azul indica el momento de la precipitación del azufre; cuanto mayor es la concentración, mayor es la velocidad.

Arroz. 10

Cuanto mayor sea la concentración de Na 2 S 2 O 3, menos tiempo tardará la reacción. El gráfico (Fig. 10) muestra una relación directamente proporcional. La dependencia cuantitativa de la velocidad de reacción de la concentración de las sustancias que reaccionan se expresa mediante la LMA (ley de acción de masas), que establece: la velocidad de una reacción química es directamente proporcional al producto de las concentraciones de las sustancias que reaccionan.

Entonces, ley básica de la cinética es una ley establecida experimentalmente: la velocidad de una reacción es proporcional a la concentración de los reactivos, ejemplo: (es decir, para una reacción)

Para esta reacción H 2 + J 2 = 2HJ, la velocidad se puede expresar en términos de un cambio en la concentración de cualquiera de las sustancias. Si la reacción avanza de izquierda a derecha, entonces la concentración de H 2 y J 2 disminuirá y la concentración de HJ aumentará a medida que avanza la reacción. Para la velocidad de reacción instantánea, podemos escribir la expresión:

los corchetes indican concentración.

Significado físico k– las moléculas están en movimiento continuo, chocan, se separan y golpean las paredes del recipiente. Para que se produzca la reacción química para formar HJ, las moléculas de H2 y J2 deben chocar. El número de tales colisiones será mayor cuantas más moléculas de H 2 y J 2 estén contenidas en el volumen, es decir, mayores serán los valores [H 2 ] y . Pero las moléculas se mueven a diferentes velocidades y la energía cinética total de las dos moléculas en colisión será diferente. Si las moléculas más rápidas H 2 y J 2 chocan, su energía puede ser tan alta que las moléculas se rompen en átomos de yodo e hidrógeno, que se separan y luego interactúan con otras moléculas H 2 + J 2. ? 2H+2J, entonces H + J 2 ? HJ + J. Si la energía de las moléculas en colisión es menor, pero lo suficientemente alta como para debilitar los enlaces H – H y J – J, se producirá la reacción de formación de yoduro de hidrógeno:

Para la mayoría de las moléculas en colisión, la energía es menor que la requerida para debilitar los enlaces en H 2 y J 2. Tales moléculas colisionarán “silenciosamente” y también se dispersarán “silenciosamente”, quedando lo que eran, H 2 y J 2. Por lo tanto, no todas las colisiones, sino solo una parte, conducen a una reacción química. El coeficiente de proporcionalidad (k) muestra el número de colisiones efectivas que conducen a una reacción de colisión en concentraciones [H 2 ] = 1 mol. Magnitud k–velocidad constante. ¿Cómo puede ser constante la velocidad? Sí, velocidad uniforme movimiento rectilíneo llamada constante cantidad vectorial, igual a la proporción movimiento de un cuerpo durante cualquier período de tiempo hasta el valor de este intervalo. Pero las moléculas se mueven caóticamente, entonces ¿cómo puede ser constante la velocidad? Pero velocidad constante Sólo se puede hacer a temperatura constante. Al aumentar la temperatura, aumenta la proporción de moléculas rápidas cuyas colisiones conducen a una reacción, es decir, aumenta la constante de velocidad. Pero el aumento de la constante de tasa no es ilimitado. A una determinada temperatura, la energía de las moléculas será tan grande que casi todas las colisiones de los reactivos serán efectivas. Cuando dos moléculas rápidas chocan, se producirá una reacción inversa.

Llegará un momento en que las velocidades de formación de 2HJ a partir de H 2 y J 2 y de descomposición serán iguales, pero esto ya es equilibrio químico. La dependencia de la velocidad de reacción de la concentración de los reactivos se puede rastrear mediante la reacción tradicional de interacción de una solución de tiosulfato de sodio con una solución de ácido sulfúrico.

Na 2 S 2 O 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + H 2 S 2 O 3, (1)

H 2 S 2 O 3 = S? + H 2 O + SO 2?. (2)

La reacción (1) ocurre casi instantáneamente. La velocidad de reacción (2) depende a temperatura constante de la concentración del reactivo H 2 S 2 O 3. Esta es exactamente la reacción que observamos; en este caso, la velocidad se mide por el tiempo desde el comienzo de la fusión de las soluciones hasta la aparición de opalescencia. en el articulo L. M. Kuznetsova Se describe la reacción del tiosulfato de sodio con ácido clorhídrico. Ella escribe que cuando se drenan las soluciones, se produce opalescencia (turbidez). Pero esta afirmación de L.M. Kuznetsova es errónea, ya que la opalescencia y la turbidez son cosas diferentes. Opalescencia (del ópalo y del latín esencia– sufijo que significa efecto débil) – dispersión de la luz por medios turbios debido a su falta de homogeneidad óptica. dispersión de luz– desviación de los rayos de luz que se propagan en un medio en todas direcciones desde la dirección original. Las partículas coloidales son capaces de dispersar la luz (efecto Tyndall-Faraday); esto explica la opalescencia, una ligera turbidez de la solución coloidal. Al realizar este experimento, es necesario tener en cuenta la opalescencia azul y luego la coagulación de la suspensión coloidal de azufre. La misma densidad de la suspensión se nota por la desaparición visible de cualquier patrón (por ejemplo, una rejilla en el fondo de una taza) observado desde arriba a través de la capa de solución. El tiempo se cuenta mediante un cronómetro desde el momento del drenaje.

Soluciones de Na 2 S 2 O 3 x 5H 2 O y H 2 SO 4.

El primero se prepara disolviendo 7,5 g de sal en 100 ml de H 2 O, lo que corresponde a una concentración de 0,3 M. Para preparar una solución de H 2 SO 4 de la misma concentración, es necesario medir 1,8 ml de H 2 SO 4 (k), ? = = 1,84 g/cm 3 y disolverlo en 120 ml de H 2 O. Vierta la solución de Na 2 S 2 O 3 preparada en tres vasos: 60 ml en el primero, 30 ml en el segundo, 10 ml en el tercero. Agregue 30 ml de H2O destilada al segundo vaso y 50 ml al tercero. Así, en los tres vasos habrá 60 ml de líquido, pero en el primero la concentración de sal es condicionalmente = 1, en el segundo – ½ y en el tercero – 1/6. Una vez preparadas las soluciones, verter 60 ml de solución de H 2 SO 4 en el primer vaso con solución salina y encender el cronómetro, etc. Teniendo en cuenta que la velocidad de reacción disminuye con la dilución de la solución de Na 2 S 2 O 3, se puede determinar como una cantidad inversamente proporcional al tiempo v = 1/? y construya una gráfica, trazando la concentración en el eje de abscisas y la velocidad de reacción en el eje de ordenadas. La conclusión de esto es que la velocidad de reacción depende de la concentración de sustancias. Los datos obtenidos se enumeran en la Tabla 3. Este experimento se puede realizar utilizando buretas, pero esto requiere mucha práctica por parte del realizador, porque el gráfico puede ser incorrecto.

Tabla 3

Velocidad y tiempo de reacción.

Se confirma la ley de Guldberg-Waage (profesor de química Gulderg y joven científico Waage).

Consideremos el siguiente factor: la temperatura.

A medida que aumenta la temperatura, aumenta la velocidad de la mayoría de las reacciones químicas. Esta dependencia se describe mediante la regla de Van't Hoff: "Por cada aumento de 10 °C en la temperatura, la velocidad de las reacciones químicas aumenta de 2 a 4 veces".

Dónde ? – coeficiente de temperatura que muestra cuántas veces aumenta la velocidad de reacción cuando la temperatura aumenta en 10 °C;

v 1 – velocidad de reacción a temperatura t1;

v 2 – velocidad de reacción a temperatura t2.

Por ejemplo, una reacción a 50 °C tarda dos minutos, ¿cuánto tiempo tardará en completarse el proceso a 70 °C si el coeficiente de temperatura ? = 2?

t 1 = 120 s = 2 minutos; t 1 = 50°C; t 2 = 70°C.

Incluso un ligero aumento de temperatura provoca fuerte aumento Velocidades de reacción de colisiones activas de moléculas. Según la teoría de la activación, en el proceso sólo participan aquellas moléculas cuya energía es en cierta medida mayor que la energía media de las moléculas. Este exceso de energía es energía de activación. Su significado físico es la energía necesaria para la colisión activa de moléculas (reordenamiento orbital). El número de partículas activas, y por tanto la velocidad de reacción, aumenta con la temperatura según una ley exponencial, según la ecuación de Arrhenius, que refleja la dependencia de la constante de velocidad de la temperatura.

Dónde A - coeficiente de proporcionalidad de Arrhenius;

k– la constante de Boltzmann;

E A – energía de activación;

R – constante de los gases;

T- temperatura.

Un catalizador es una sustancia que acelera la velocidad de una reacción sin consumirse.

Catálisis– el fenómeno de cambiar la velocidad de reacción en presencia de un catalizador. Hay catálisis homogénea y heterogénea. Homogéneo– si los reactivos y el catalizador se encuentran en el mismo estado de agregación. Heterogéneo– si los reactivos y el catalizador se encuentran en diferentes estados de agregación. Acerca de la catálisis, ver por separado (más).

inhibidor– una sustancia que ralentiza la velocidad de reacción.

El siguiente factor es la superficie. Cuanto mayor sea la superficie del reactivo, mayor más velocidad. Consideremos, usando un ejemplo, el efecto del grado de dispersión sobre la velocidad de reacción.

CaCO 3 – mármol. Bajaremos el azulejo de mármol hasta ácido clorhídrico HCl, espera cinco minutos, se disolverá por completo.

Mármol en polvo: haremos el mismo procedimiento con él, se disolverá en treinta segundos.

La ecuación para ambos procesos es la misma.

CaCO3 (sólido) + HCl (g) = CaCl2 (sólido) + H2O (líquido) + CO2 (g)?.

Entonces, al agregar mármol en polvo, el tiempo es menor que al agregar mármol en losa, para la misma masa.

Con un aumento en la superficie de la interfaz, aumenta la velocidad de reacciones heterogéneas.

Del libro Química física: notas de la conferencia. autor Berezovchuk A.V.

2. Ecuación de la isoterma de una reacción química Si la reacción procede de forma reversible, entonces G = 0. Si la reacción procede de forma reversible, ¿entonces? 0 y se puede calcular el cambio?G. ¿Dónde? – rango de reacción: un valor que muestra cuántos moles cambiaron durante la reacción. Yo sp – caracteriza

Del libro Libro más nuevo hechos. Volumen 3 [Física, química y tecnología. Historia y arqueología. Misceláneas] autor Kondrashov Anatoli Pavlovich

3. Ecuaciones de isocoros, isobaras de una reacción química Dependencia de K de la temperatura Ecuación isobárica: Ecuación isócora: Se utilizan para juzgar la dirección del flujo.

Del libro Neutrino: la partícula fantasmal de un átomo. por Isaac Asimov

1. El concepto de cinética química La cinética es la ciencia de las velocidades de las reacciones químicas. La velocidad de una reacción química es el número de actos elementales de interacción química que ocurren por unidad de tiempo por unidad de volumen (homogéneo) o por unidad de superficie.

Del libro Energía nuclear con fines militares. autor Smith Henry De Wolf

8. Factores que afectan la sobretensión del hidrógeno. Sobretensión de oxígeno Factores que afectan la corriente ?H2:1) (densidad de corriente). La dependencia de la densidad de corriente se describe mediante la ecuación de Tafel; 2) la naturaleza del material del cátodo – ¿series en orden creciente?, – sobretensión.

Del libro Curso de Historia de la Física. autor Stepanovich Kudryavtsev Pavel

Del libro ¿Qué es la teoría de la relatividad? autor Landau Lev Davidovich

reacciones nucleares y carga electrica A medida que los físicos comenzaron a comprender más claramente la estructura del átomo en la década de 1990, descubrieron que al menos algunas partes de él llevaban una carga eléctrica. Por ejemplo, los electrones que llenan las regiones exteriores de un átomo.

Del libro Física a cada paso. autor Perelman Yakov Isidorovich

REACCIONES NUCLEARES MÉTODOS DE BOMBARDEO NUCLEAR 1.40. Cockroft y Walton obtuvieron protones con suficiente gran energía por ionización del gas hidrógeno y posterior aceleración de los iones mediante una instalación de alta tensión con transformador y rectificador. Un método similar puede ser

Del libro 50 años de física soviética. autor Leshkovtsev Vladimir Alekseevich

PROBLEMA DE REACCIÓN EN CADENA 2.3. Principio de funcionamiento bombas atómicas o una central eléctrica que utilice la fisión de uranio es bastante sencilla. Si un neutrón causa fisión, lo que resulta en la liberación de varios neutrones nuevos, entonces el número de fisiones puede ocurrir extremadamente rápido.

Del libro The King's New Mind [Sobre las computadoras, el pensamiento y las leyes de la física] por Penrose Roger

PRODUCTOS DE REACCIÓN Y PROBLEMA DE SEPARACIÓN 8.16. En las instalaciones de Hanford, el proceso de producción de plutonio se divide en dos partes principales: producirlo en la caldera y separarlo de los bloques de uranio en los que se forma. Pasemos a la segunda parte del proceso.

Del libro ¿Sobre quién cayó la manzana? autor Kesselman Vladimir Samuilovich

FACTORES QUE AFECTAN LA SEPARACIÓN DE ISÓTOPOS 9.2. Por definición, los isótopos de un elemento difieren en sus masas, pero no propiedades quimicas. Más precisamente, aunque las masas de los núcleos de los isótopos y su estructura son diferentes, las cargas de los núcleos son las mismas y, por lo tanto, las capas externas de electrones

Del libro del autor

Implementación de una reacción en cadena de fisión nuclear Ahora ha surgido con toda su fuerza la cuestión de la reacción en cadena de fisión y la posibilidad de obtener energía de fisión explosiva y destructiva. esta pregunta fatalmente entrelazado con la guerra mundial desatada por la Alemania nazi el 1 de septiembre

Del libro del autor

¡Y la velocidad es relativa! Del principio de relatividad del movimiento se deduce que hablar del movimiento rectilíneo y uniforme de un cuerpo con una determinada velocidad, sin indicar en cuál de los laboratorios en reposo se mide la velocidad, tiene tan poco sentido como decir

Del libro del autor

Velocidad del sonido ¿Alguna vez has visto desde lejos a un leñador talar un árbol? ¿O tal vez has visto a un carpintero trabajando a lo lejos, clavando clavos? Habrás notado una cosa muy extraña: el golpe no se produce cuando el hacha choca contra un árbol o

Del libro del autor

REACCIONES TERMONUCLERES CONTROLADAS Durante las explosiones se producen reacciones termonucleares incontroladas. bombas de hidrógeno. Conducen a la liberación de enormes cantidades de energía nuclear, acompañadas de una explosión extremadamente destructiva. Ahora la tarea de los científicos es encontrar formas.

Del libro del autor

En los laberintos de la reacción de fisión En 1938, los científicos alemanes Otto Hahn y Fritz Strassmann (1902-1980) hicieron un descubrimiento sorprendente. Descubrieron que el bombardeo de uranio con neutrones a veces producía núcleos que eran aproximadamente dos veces más ligeros que el núcleo de uranio original. Más