Quelle est la vitesse de réaction. Chimie physique

16.10.2019

Dans la vie, nous sommes confrontés à différentes réactions chimiques. Certains d’entre eux, comme la rouille du fer, peuvent durer plusieurs années. D'autres, comme la fermentation du sucre en alcool, prennent plusieurs semaines. Le bois de chauffage dans un poêle brûle en quelques heures et l'essence dans un moteur brûle en une fraction de seconde.

Pour réduire les coûts d'équipement, les usines chimiques augmentent la vitesse des réactions. Et certains processus, par exemple, endommagent produits alimentaires, corrosion des métaux - doit être ralentie.

Vitesse réaction chimique peut être exprimé comme changement de la quantité de matière (n, modulo) par unité de temps (t) - comparez la vitesse d'un corps en mouvement en physique comme un changement de coordonnées par unité de temps : υ = Δx/Δt. Pour que la vitesse ne dépende pas du volume du récipient dans lequel se déroule la réaction, on divise l'expression par le volume des substances réagissantes (v), c'est-à-dire on obtient changement dans la quantité d'une substance par unité de temps par unité de volume, ou changement dans la concentration de l'une des substances par unité de temps:

n 2 − n 1 Δn
υ = –––––––––– = –––––––– = Δс/Δt (1)
(t 2 − t 1) v Δt v

où c = n / v est la concentration de la substance,

Δ (lire « delta ») est une désignation généralement acceptée pour un changement de valeur.

Si dans l'équation des substances cotes différentes, la vitesse de réaction pour chacun d'eux, calculée à l'aide de cette formule, sera différente. Par exemple, 2 moles de dioxyde de soufre ont réagi complètement avec 1 mole d'oxygène en 10 secondes dans 1 litre :

2SO2 + O2 = 2SO3

Le taux d'oxygène sera : υ = 1 : (10 1) = 0,1 mol/l·s

Vitesse pour le dioxyde de soufre : υ = 2 : (10 1) = 0,2 mol/l·s- cela n'a pas besoin d'être mémorisé et dit lors de l'examen, l'exemple est donné pour ne pas se tromper si cette question se pose.

Le taux de réactions hétérogènes (impliquant des solides) est souvent exprimé par unité de surface de surfaces en contact :

Δn
υ = –––––– (2)
Δt S

Les réactions sont dites hétérogènes lorsque les réactifs sont dans des phases différentes :

un solide avec un autre solide, liquide ou gazeux,
deux liquides non miscibles
liquide avec du gaz.

Des réactions homogènes se produisent entre les substances en une seule phase :

entre des liquides bien mélangés,
des gaz,
substances en solution.

Conditions affectant la vitesse des réactions chimiques

1) La vitesse de réaction dépend de nature des réactifs. Tout simplement, différentes substances réagir à des vitesses différentes. Par exemple, le zinc réagit violemment avec l’acide chlorhydrique, tandis que le fer réagit plutôt lentement.

2) Plus la vitesse de réaction est élevée, plus elle est rapide concentration substances. Le zinc réagira beaucoup plus longtemps avec un acide très dilué.

3) La vitesse de réaction augmente considérablement avec l'augmentation température. Par exemple, pour que du carburant brûle, il faut l’enflammer, c’est-à-dire augmenter la température. Pour de nombreuses réactions, une augmentation de la température de 10 °C s’accompagne d’une augmentation de la vitesse de 2 à 4 fois.

4) Vitesse hétérogène les réactions augmentent avec l'augmentation surfaces de substances réactives. Les solides sont généralement broyés à cet effet. Par exemple, pour que les poudres de fer et de soufre réagissent lorsqu'elles sont chauffées, le fer doit être sous forme de fine sciure de bois.

Veuillez noter que dans dans ce cas la formule (1) est implicite ! La formule (2) exprime la vitesse par unité de surface, elle ne peut donc pas dépendre de la surface.

5) La vitesse de réaction dépend de la présence de catalyseurs ou d'inhibiteurs.

Catalyseurs- des substances qui accélèrent les réactions chimiques, mais ne sont pas consommées. Un exemple est la décomposition rapide du peroxyde d'hydrogène avec l'ajout d'un catalyseur - l'oxyde de manganèse (IV) :

2H 2 O 2 = 2H 2 O + O 2

L'oxyde de manganèse (IV) reste au fond et peut être réutilisé.

Inhibiteurs- des substances qui ralentissent la réaction. Par exemple, des inhibiteurs de corrosion sont ajoutés à un système de chauffage de l’eau pour prolonger la durée de vie des tuyaux et des batteries. Dans les voitures, des inhibiteurs de corrosion sont ajoutés au liquide de frein et au liquide de refroidissement.

Quelques exemples supplémentaires.

Objectif du travail :étude de la vitesse d'une réaction chimique et de sa dépendance à l'égard de divers facteurs: nature des réactifs, concentration, température.

Les réactions chimiques se produisent à des rythmes différents. Vitesse de réaction chimique est appelé la variation de la concentration d’un réactif par unité de temps. Il est égal au nombre d'événements d'interaction par unité de temps par unité de volume pour une réaction se produisant dans un système homogène (pour les réactions homogènes), ou par unité de surface d'interface pour les réactions se produisant dans un système hétérogène (pour les réactions hétérogènes).

vitesse moyenne réactions v moyenne. dans l'intervalle de temps à partir de t1 avant t 2 est déterminé par la relation :

Où C1 Et C2– concentration molaire de tout participant à la réaction à des moments précis t1 Et t 2 respectivement.

Le signe « – » devant la fraction fait référence à la concentration matières premières, Δ AVEC < 0, знак “+” – к концентрации продуктов реакции, ΔAVEC > 0.

Les principaux facteurs influençant la vitesse d'une réaction chimique : la nature des réactifs, leur concentration, la pression (si des gaz sont impliqués dans la réaction), la température, le catalyseur, la zone d'interface pour les réactions hétérogènes.

La plupart des réactions chimiques sont des processus complexes se déroulant en plusieurs étapes, c'est-à-dire composé de plusieurs processus élémentaires. Les réactions élémentaires ou simples sont des réactions qui se produisent en une seule étape.

Pour les réactions élémentaires, la dépendance de la vitesse de réaction à la concentration est exprimée par la loi d'action de masse.

À température constante, la vitesse d'une réaction chimique est directement proportionnelle au produit des concentrations des substances en réaction, prises en puissances égales aux coefficients stoechiométriques.

Pour une réaction dans vue générale

une A + b B… → c C,

selon la loi de l'action de masse v exprimé par le rapport

v = К∙с(А) а ∙ с(В) b,

Où Californie) Et s(B)– les concentrations molaires des réactifs A et B ;

À– constante de vitesse de cette réaction, égale à v, Si c(A)a=1 et c(B)b= 1, et en fonction de la nature des réactifs, de la température, du catalyseur et de la zone d'interface pour les réactions hétérogènes.

L'expression de la vitesse de réaction en fonction de la concentration est appelée équation cinétique.

Dans le cas de réactions complexes, la loi de l'action de masse s'applique à chaque étape individuelle.

Pour les réactions hétérogènes, l'équation cinétique inclut uniquement les concentrations de substances gazeuses et dissoutes ; oui, pour brûler du charbon

C (k) + O 2 (g) → CO 2 (g)

l'équation de la vitesse a la forme

v = K∙s(O2)

Quelques mots sur la molécule et l'ordre cinétique de la réaction.

Concept "molécularité de la réaction" s'applique uniquement aux réactions simples. La molécularité d'une réaction caractérise le nombre de particules participant à une interaction élémentaire.

Il existe des réactions mono-, bi- et trimoléculaires, auxquelles participent respectivement une, deux et trois particules. La probabilité que trois particules entrent en collision simultanément est faible. Le processus élémentaire d'interaction de plus de trois particules est inconnu. Exemples de réactions élémentaires :

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

H 2 + I 2 → 2HI (bimoléculaire)

2NO + Cl 2 → 2NOCl (trimoléculaire)

La molécule des réactions simples coïncide avec l'ordre cinétique général de la réaction. L'ordre de la réaction détermine la nature de la dépendance de la vitesse à la concentration.

L'ordre cinétique général (total) d'une réaction est la somme des exposants aux concentrations de réactifs dans l'équation de la vitesse de réaction, déterminée expérimentalement.

À mesure que la température augmente, la vitesse de la plupart des réactions chimiques augmente. La dépendance de la vitesse de réaction à la température est déterminée approximativement par la règle de Van't Hoff.

Pour chaque augmentation de température de 10 degrés, la vitesse de la plupart des réactions augmente de 2 à 4 fois.

où et sont respectivement la vitesse de réaction à des températures t 2 Et t1 (t 2 >t 1);

γ est le coefficient de température de la vitesse de réaction, c'est un nombre indiquant combien de fois la vitesse d'une réaction chimique augmente lorsque la température augmente de 10 0.

En utilisant la règle de Van't Hoff, il n'est possible d'estimer qu'approximativement l'effet de la température sur la vitesse de réaction. Une description plus précise de la dépendance de la vitesse de réaction en température est réalisable dans le cadre de la théorie de l'activation d'Arrhenius.

L'une des méthodes permettant d'accélérer une réaction chimique est la catalyse, qui est réalisée à l'aide de substances (catalyseurs).

Catalyseurs- ce sont des substances qui modifient la vitesse d'une réaction chimique en raison de la participation répétée à des interactions chimiques intermédiaires avec des réactifs de réaction, mais après chaque cycle d'interaction intermédiaire, elles restaurent leur composition chimique.

Le mécanisme d'action du catalyseur se réduit à une diminution de l'énergie d'activation de la réaction, c'est-à-dire réduire la différence entre l'énergie moyenne des molécules actives (complexe actif) et l'énergie moyenne des molécules des substances de départ. La vitesse de la réaction chimique augmente.

Les mécanismes des transformations chimiques et leurs vitesses sont étudiés par la cinétique chimique. Les processus chimiques se produisent au fil du temps à des rythmes différents. Certaines surviennent rapidement, presque instantanément, tandis que d’autres mettent beaucoup de temps à se produire.

Réaction rapide- la vitesse à laquelle les réactifs sont consommés (leur concentration diminue) ou les produits de réaction se forment par unité de volume.

Facteurs pouvant influencer la vitesse d'une réaction chimique

Les facteurs suivants peuvent affecter la rapidité avec laquelle une réaction chimique se produit :

concentration de substances;
nature des réactifs ;
température;
présence d'un catalyseur;
pression (pour les réactions en milieu gazeux).

Ainsi, en modifiant certaines conditions d'un processus chimique, vous pouvez influencer la rapidité avec laquelle le processus se déroulera.

Au cours du processus d'interaction chimique, les particules de substances en réaction entrent en collision les unes avec les autres. Le nombre de telles coïncidences est proportionnel au nombre de particules de substances dans le volume du mélange réactionnel, et donc proportionnel aux concentrations molaires des réactifs.

Loi de l'action de masse décrit la dépendance de la vitesse de réaction sur les concentrations molaires des substances qui interagissent.

Pour une réaction élémentaire (A + B → ...) cette loi s'exprime par la formule :

υ = k ∙С A ∙С B,

où k est la constante de vitesse ; C A et C B sont les concentrations molaires des réactifs A et B.

Si l'une des substances en réaction est à l'état solide, alors l'interaction se produit à l'interface, par conséquent, la concentration de la substance solide n'est pas incluse dans l'équation de la loi cinétique de l'action de masse ; Pour comprendre la signification physique de la constante de vitesse, il est nécessaire de prendre C, A et C B égaux à 1. Il devient alors clair que la constante de vitesse est égale à la vitesse de réaction à des concentrations de réactifs égales à l'unité.

Nature des réactifs

Puisque dans le processus d'interaction, ils sont détruits liaisons chimiques des réactifs et de nouvelles liaisons de produits de réaction se forment, alors la nature des liaisons impliquées dans la réaction des composés et la structure des molécules des substances en réaction joueront un rôle important.

Surface de contact des réactifs

Une caractéristique telle que la surface de contact des réactifs solides affecte le déroulement de la réaction, parfois de manière assez significative. Broyer un solide permet d'augmenter la surface de contact des réactifs, et donc d'accélérer le processus. La zone de contact des substances solubles est facilement augmentée en dissolvant la substance.

Température de réaction

À mesure que la température augmente, l’énergie des particules en collision augmente ; processus chimique va accélérer. Un exemple clair de la façon dont une augmentation de la température affecte le processus d'interaction des substances peut être considéré comme les données présentées dans le tableau.

Tableau 1. Effet des changements de température sur la vitesse de formation d'eau (O 2 +2H 2 →2H 2 O)

Pour décrire quantitativement comment la température peut affecter le taux d'interaction des substances, la règle de Van't Hoff est utilisée. La règle de Van't Hoff est que lorsque la température augmente de 10 degrés, une accélération se produit de 2 à 4 fois.

La formule mathématique décrivant la règle de Van't Hoff est la suivante :

Où γ est le coefficient de température de la vitesse de la réaction chimique (γ = 2−4).

Mais l'équation d'Arrhenius décrit la dépendance de la constante de vitesse à la température avec beaucoup plus de précision :

Où R est la constante universelle des gaz, A est un facteur déterminé par le type de réaction, E, A est l'énergie d'activation.

L'énergie d'activation est l'énergie qu'une molécule doit acquérir pour qu'une transformation chimique se produise. C'est-à-dire qu'il s'agit d'une sorte de barrière énergétique que les molécules entrant en collision dans le volume réactionnel devront surmonter afin de redistribuer les liaisons.

L'énergie d'activation ne dépend pas de facteurs externes, mais cela dépend de la nature de la substance. La valeur de l'énergie d'activation allant jusqu'à 40 à 50 kJ/mol permet aux substances de réagir assez activement les unes avec les autres. Si l'énergie d'activation dépasse 120 kJ/mol, alors les substances (aux températures ordinaires) réagiront très lentement. Un changement de température entraîne une modification du nombre de molécules actives, c'est-à-dire des molécules qui ont atteint une énergie supérieure à l'énergie d'activation, et sont donc capables de transformations chimiques.

Action catalyseur

Un catalyseur est une substance qui peut accélérer un processus, mais qui ne fait pas partie de ses produits. La catalyse (accélération d'une transformation chimique) est divisée en homogène et hétérogène. Si les réactifs et le catalyseur sont dans le même états d'agrégation, alors la catalyse est dite homogène, si différente, alors hétérogène. Les mécanismes d'action des catalyseurs sont variés et assez complexes. De plus, il convient de noter que les catalyseurs se caractérisent par une sélectivité d'action. Autrement dit, le même catalyseur, tout en accélérant une réaction, ne peut pas modifier la vitesse d’une autre.

Pression

Si des substances gazeuses sont impliquées dans la transformation, la vitesse du processus sera affectée par les changements de pression dans le système. . Cela arrive parce que que pour les réactifs gazeux, un changement de pression entraîne un changement de concentration.

Détermination expérimentale de la vitesse d'une réaction chimique

La vitesse d'une transformation chimique peut être déterminée expérimentalement en obtenant des données sur la façon dont la concentration des substances entrant dans la réaction ou des produits change par unité de temps. Les méthodes d'obtention de ces données sont divisées en

chimique,
physico-chimique.

Les méthodes chimiques sont assez simples, accessibles et précises. Avec leur aide, la vitesse est déterminée en mesurant directement la concentration ou la quantité de substance des réactifs ou des produits. En cas de réaction lente, des échantillons sont prélevés pour contrôler la consommation du réactif. Ensuite, le contenu du réactif dans l'échantillon est déterminé. En prélevant des échantillons à intervalles réguliers, il est possible d'obtenir des données sur les changements dans la quantité d'une substance au cours du processus d'interaction. Les types d'analyse les plus couramment utilisés sont la titrimétrie et la gravimétrie.

Si la réaction se déroule rapidement, il faut alors l’arrêter afin de prélever un échantillon. Cela peut être fait en utilisant le refroidissement, retrait brutal du catalyseur, il est également possible de diluer ou de transférer l'un des réactifs dans un état non réactif.

Les méthodes d'analyse physico-chimique dans la cinétique expérimentale moderne sont plus souvent utilisées que les méthodes chimiques. Avec leur aide, vous pouvez observer les changements dans les concentrations de substances en temps réel. Dans ce cas, il n’est pas nécessaire d’arrêter la réaction et de prélever des échantillons.

Les méthodes physicochimiques sont basées sur la mesure propriétés physiques, en fonction de la teneur quantitative d'un certain composé dans le système et en fonction du temps. Par exemple, si des gaz sont impliqués dans une réaction, la pression peut être une telle propriété. La conductivité électrique, l'indice de réfraction et les spectres d'absorption des substances sont également mesurés.

Comme tout processus, les réactions chimiques se produisent dans le temps et sont donc caractérisées par une vitesse ou une autre.

Branche de la chimie qui étudie la vitesse des réactions chimiques et le mécanisme de leur apparition, appelé cinétique chimique. La cinétique chimique fonctionne avec les concepts de « phase » et de « système ». Phase – c'est une partie d'un système séparée de ses autres parties par une interface.

Les systèmes peuvent être homogènes ou hétérogènes. Systèmes homogènes consister en monophasé. Par exemple, air ou tout mélange de gaz, solution saline. Systèmes hétérogènes consister en deux phases ou plus. Par exemple, eau liquide – glace – vapeur, solution saline + sédiment.

Réactions se produisant dans un système homogène, sont appelés homogène. Par exemple, N 2 (g) + 3H 2 (g) = 2NH 3 (g). Ils coulent partout. Réactions se produisant dans un système hétérogène, sont appelés hétérogène. Par exemple, C (k) + O 2 (g) = CO 2 (g). Ils circulent à l’interface des phases.

Taux de réaction chimique déterminé la quantité de substance qui réagit ou se forme au cours d'une réaction par unité de temps par unité de volume(pour une réaction homogène) ou par unité d'interface(pour un système hétérogène).

La vitesse de réaction dépend de la nature des réactifs, de leur concentration, de leur température et de la présence de catalyseurs.

1. La nature des substances en réaction.

Les réactions vont dans le sens de la destruction de liaisons moins fortes et de la formation de substances ayant des liaisons plus fortes. Ainsi, rompre les liaisons dans les molécules H 2 et N 2 nécessite des énergies élevées ; ces molécules sont légèrement réactives. La rupture des liaisons dans des molécules hautement polaires (HCl, H 2 O) nécessite moins d'énergie et la vitesse de réaction est beaucoup plus élevée. Les réactions entre les ions dans les solutions électrolytiques se produisent presque instantanément.

2. Concentration.

À mesure que la concentration augmente, les collisions de molécules de substances réactives se produisent plus souvent - la vitesse de réaction augmente.

La dépendance de la vitesse d'une réaction chimique sur la concentration des réactifs est exprimée loi de l'action de masse (LMA): à température constante, la vitesse d'une réaction chimique est directement proportionnelle au produit des concentrations des substances en réaction.

En général, pour homogène réactions

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

la dépendance à la vitesse de réaction est exprimée par l'équation :

où C A et C B sont les concentrations de réactifs, mol/l ; k est la constante de vitesse de réaction. Pour une réaction spécifique 2NO (g) + O 2 (g) = 2NO 2 (g), l'expression mathématique du ZDM est :

υ = k∙∙

La constante de vitesse de réaction k dépend de la nature des réactifs, de la température et du catalyseur, mais ne dépend pas des concentrations des réactifs. La signification physique de la constante de vitesse est qu’elle est égale à la vitesse de réaction aux concentrations unitaires des réactifs.

Pour hétérogène réactions (lorsque les substances sont dans différents états d'agrégation), la vitesse de réaction dépend uniquement de la concentration de gaz ou de substances dissoutes, et la concentration de la phase solide n'est pas incluse dans l'expression mathématique de l'EDM :

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

Par exemple, le taux de combustion du carbone dans l'oxygène est proportionnel uniquement à la concentration en oxygène :

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

3. Température.

À mesure que la température augmente, la vitesse de déplacement des molécules augmente, ce qui entraîne une augmentation du nombre de collisions entre elles. Pour qu’une réaction ait lieu, les molécules en collision doivent avoir un certain excès d’énergie. L'excès d'énergie que doivent avoir les molécules avant leur collision peut conduire à la formation d'une nouvelle substance., appelé énergie d'activation. Énergie d'activation ( E un) sont exprimés en kJ/mol. Sa valeur dépend de la nature des substances en réaction, c'est-à-dire Chaque réaction possède sa propre énergie d'activation. Molécules avec énergie d'activation, appelé actif. L'augmentation de la température augmente le nombre de molécules actives, et donc la vitesse de la réaction chimique.

La dépendance de la vitesse d'une réaction chimique sur la température est exprimée la règle de Van't Hoff: pour chaque augmentation de température de 10 °C, la vitesse de réaction augmente de 2 à 4 fois.

où υ 2 et υ 1 sont des vitesses de réaction aux températures t 2 et t 1,

γ est le coefficient de température de la vitesse de réaction, indiquant combien de fois la vitesse de réaction augmente lorsque la température augmente de 10 0 C.

4. Surface de contact des substances réactives.

Pour les systèmes hétérogènes, que plus de surface contact, plus la réaction est rapide. La surface des solides peut être augmentée en les broyant, et pour les substances solubles en les dissolvant.

5. Catalyseurs.

Substances qui participent aux réactions et augmentent leur vitesse, restant inchangées à la fin de la réaction, sont appelés catalyseurs. Le changement de vitesse de réaction sous l'influence de catalyseurs est appelé catalyse. Il y a la catalyse homogène Et hétérogène.

À homogène Il s'agit notamment des processus dans lesquels le catalyseur est dans le même état d'agrégation que les réactifs.

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

L'action d'un catalyseur homogène est de former des composés actifs intermédiaires plus ou moins forts, à partir desquels il est ensuite entièrement régénéré.

À hétérogène La catalyse fait référence à des processus dans lesquels le catalyseur et les réactifs sont dans différents états d'agrégation et la réaction se produit à la surface du catalyseur.

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

Le mécanisme d’action des catalyseurs hétérogènes est plus complexe que celui des catalyseurs homogènes. Un rôle important dans ces processus est joué par les phénomènes d'absorption de substances gazeuses et liquides à la surface d'une substance solide - le phénomène d'adsorption. En raison de l'adsorption, la concentration des réactifs augmente, leur activité chimique augmente, ce qui entraîne une augmentation de la vitesse de réaction.

Chimie physique: notes de cours Berezovchuk A V

2. Facteurs affectant la vitesse d'une réaction chimique

Pour des réactions homogènes et hétérogènes :

1) concentration des substances réactives ;

2) température ;

3) catalyseur ;

4) inhibiteur.

Uniquement pour les hétérogènes :

1) le taux d'apport de substances réactives à l'interface de phase ;

2) superficie.

Le facteur principal est la nature des réactifs – la nature des liaisons entre les atomes dans les molécules des réactifs.

NO 2 – oxyde d'azote (IV) – queue de renard, CO – monoxyde de carbone, monoxyde de carbone.

S'ils sont oxydés avec de l'oxygène, alors dans le premier cas, la réaction se produira instantanément, dès que vous ouvrirez le bouchon du récipient, dans le second cas, la réaction se prolongera dans le temps.

La concentration des réactifs sera discutée ci-dessous.

L'opalescence bleue indique le moment de précipitation du soufre ; plus la concentration est élevée, plus la vitesse est élevée.

Riz. dix

Plus la concentration de Na 2 S 2 O 3 est élevée, moins la réaction prend de temps. Le graphique (Fig. 10) montre une relation directement proportionnelle. La dépendance quantitative de la vitesse de réaction sur la concentration des substances en réaction est exprimée par la LMA (loi d'action de masse), qui stipule : la vitesse d'une réaction chimique est directement proportionnelle au produit des concentrations des substances en réaction.

Donc, loi fondamentale de la cinétique est une loi établie expérimentalement : la vitesse d'une réaction est proportionnelle à la concentration des réactifs, exemple : (c'est-à-dire pour une réaction)

Pour cette réaction H 2 + J 2 = 2HJ – le taux peut être exprimé en termes de changement dans la concentration de l'une des substances. Si la réaction se déroule de gauche à droite, alors la concentration de H 2 et J 2 diminuera et la concentration de HJ augmentera à mesure que la réaction progresse. Pour la vitesse de réaction instantanée, on peut écrire l'expression :

les crochets indiquent la concentration.

Signification physique k– les molécules sont en mouvement continu, entrent en collision, se séparent et heurtent les parois du récipient. Pour que la réaction chimique formant HJ se produise, les molécules H2 et J2 doivent entrer en collision. Le nombre de telles collisions sera plus grand, plus le volume contient de molécules de H 2 et J 2, c'est-à-dire plus les valeurs [H 2 ] et . Mais les molécules se déplacent à des vitesses différentes et l’énergie cinétique totale des deux molécules en collision sera différente. Si les molécules les plus rapides H 2 et J 2 entrent en collision, leur énergie peut être si élevée que les molécules se divisent en atomes d'iode et d'hydrogène, qui se séparent puis interagissent avec d'autres molécules H 2 + J 2 ? 2H+2J, puis H + J 2 ? HJ + J. Si l'énergie des molécules en collision est moindre, mais suffisamment élevée pour affaiblir les liaisons H – H et J – J, la réaction de formation d'iodure d'hydrogène se produira :

Pour la plupart des molécules en collision, l'énergie est inférieure à celle nécessaire pour affaiblir les liaisons dans H 2 et J 2. De telles molécules entreront « tranquillement » en collision et se disperseront également « tranquillement », restant ce qu'elles étaient, H 2 et J 2. Ainsi, toutes les collisions, mais seulement une partie, conduisent à une réaction chimique. Le coefficient de proportionnalité (k) montre le nombre de collisions effectives conduisant à une réaction de collision à des concentrations [H 2 ] = 1 mol. Ordre de grandeur k–vitesse constante. Comment la vitesse peut-elle être constante ? Oui, vitesse uniforme mouvement rectiligne s'appelle une constante quantité de vecteur, égal au rapport mouvement d'un corps sur une période de temps quelconque à la valeur de cet intervalle. Mais les molécules se déplacent de manière chaotique, alors comment la vitesse peut-elle être constante ? Mais vitesse constante ne peut se faire qu’à température constante. Avec l'augmentation de la température, la proportion de molécules rapides dont les collisions conduisent à une réaction augmente, c'est-à-dire que la constante de vitesse augmente. Mais l’augmentation de la constante de vitesse n’est pas illimitée. À une certaine température, l'énergie des molécules deviendra si grande que presque toutes les collisions de réactifs seront efficaces. Lorsque deux molécules rapides entrent en collision, une réaction inverse se produit.

Il viendra un moment où les taux de formation de 2HJ à partir de H 2 et J 2 et de décomposition seront égaux, mais c'est déjà équilibre chimique. La dépendance de la vitesse de réaction sur la concentration des réactifs peut être retracée à l'aide de la réaction traditionnelle d'interaction d'une solution de thiosulfate de sodium avec une solution d'acide sulfurique.

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 réaction (1) se produit presque instantanément. La vitesse de réaction (2) dépend à température constante de la concentration du réactif H 2 S 2 O 3. C'est exactement la réaction que nous avons observée - dans ce cas, la vitesse est mesurée par le temps écoulé depuis le début de la fusion des solutions jusqu'à l'apparition de l'opalescence. Dans l'article L.M. Kouznetsova La réaction du thiosulfate de sodium avec l'acide chlorhydrique est décrite. Elle écrit que lorsque les solutions sont drainées, une opalescence (turbidité) se produit. Mais cette affirmation de L.M. Kuznetsova est erronée puisque l'opalescence et la turbidité sont deux choses différentes. Opalescence (de l'opale et du latin escentia– suffixe signifiant effet faible) – diffusion de la lumière par des milieux troubles en raison de leur inhomogénéité optique. Diffusion de la lumière– déviation des rayons lumineux se propageant dans un milieu dans toutes les directions par rapport à la direction d'origine. Les particules colloïdales sont capables de diffuser la lumière (effet Tyndall-Faraday) - ceci explique l'opalescence, une légère turbidité de la solution colloïdale. Lors de la réalisation de cette expérience, il faut tenir compte de l'opalescence bleue, puis de la coagulation de la suspension colloïdale de soufre. La même densité de la suspension est constatée par la disparition visible de tout motif (par exemple, une grille au fond d'une tasse) observé d'en haut à travers la couche de solution. Le temps est compté à l'aide d'un chronomètre à partir du moment de la vidange.

Solutions de Na 2 S 2 O 3 x 5H 2 O et H 2 SO 4.

Le premier est préparé en dissolvant 7,5 g de sel dans 100 ml de H 2 O, ce qui correspond à une concentration de 0,3 M. Pour préparer une solution de H 2 SO 4 de même concentration, il faut mesurer 1,8 ml de H 2 SO 4 (k), ? = = 1,84 g/cm 3 et dissolvez-la dans 120 ml de H 2 O. Versez la solution de Na 2 S 2 O 3 préparée dans trois verres : 60 ml dans le premier, 30 ml dans le deuxième, 10 ml dans le troisième. Ajoutez 30 ml d'H 2 O distillée dans le deuxième verre et 50 ml dans le troisième verre. Ainsi, dans les trois verres, il y aura 60 ml de liquide, mais dans le premier la concentration en sel est conditionnellement = 1, dans le deuxième – ½ et dans le troisième – 1/6. Une fois les solutions préparées, versez 60 ml de solution H 2 SO 4 dans le premier verre avec une solution saline et allumez le chronomètre, etc. Considérant que la vitesse de réaction diminue avec la dilution de la solution Na 2 S 2 O 3, elle peut être déterminée comme une quantité inversement proportionnelle au temps v = 1/? et construisez un graphique, en traçant la concentration sur l’axe des abscisses et la vitesse de réaction sur l’axe des ordonnées. La conclusion est que la vitesse de réaction dépend de la concentration des substances. Les données obtenues sont répertoriées dans le tableau 3. Cette expérience peut être réalisée à l'aide de burettes, mais cela nécessite beaucoup de pratique de la part de l'interprète, car le graphique peut être incorrect.

Tableau 3

Vitesse et temps de réaction

La loi Guldberg-Waage est confirmée - professeur de chimie Gulderg et jeune scientifique Waage).

Considérons le facteur suivant : la température.

À mesure que la température augmente, la vitesse de la plupart des réactions chimiques augmente. Cette dépendance est décrite par la règle de Van't Hoff : « Pour chaque augmentation de température de 10 °C, la vitesse des réactions chimiques augmente de 2 à 4 fois. »

Où ? – coefficient de température indiquant combien de fois la vitesse de réaction augmente lorsque la température augmente de 10 °C ;

v 1 – vitesse de réaction à température t 1 ;

v 2 – vitesse de réaction à température t2.

Par exemple, une réaction à 50 °C prend deux minutes, combien de temps faudra-t-il pour que le processus se termine à 70 °C si le coefficient de température ? = 2?

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

Même une légère augmentation de la température provoque forte augmentation taux de réaction des collisions actives de molécules. Selon la théorie de l'activation, seules les molécules dont l'énergie est supérieure d'une certaine quantité à l'énergie moyenne des molécules participent au processus. Cet excès d’énergie est l’énergie d’activation. Sa signification physique est l'énergie nécessaire à la collision active des molécules (réarrangement orbital). Le nombre de particules actives, et donc la vitesse de réaction, augmente avec la température selon une loi exponentielle, selon l'équation d'Arrhenius, qui reflète la dépendance de la constante de vitesse sur la température.

Où UN - Coefficient de proportionnalité d'Arrhenius ;

k– constante de Boltzmann ;

EA –énergie d'activation;

R- constante de gaz ;

T- température.

Un catalyseur est une substance qui accélère la vitesse d’une réaction sans être consommée.

Catalyse– le phénomène de modification de la vitesse de réaction en présence d'un catalyseur. Il existe des catalyses homogènes et hétérogènes. Homogène– si les réactifs et le catalyseur sont dans le même état d'agrégation. Hétérogène– si les réactifs et le catalyseur sont dans des états d'agrégation différents. À propos de la catalyse, voir séparément (plus loin).

Inhibiteur– une substance qui ralentit la vitesse de réaction.

Le facteur suivant est la superficie. Plus la surface du réactif est grande, plus plus vite. Considérons, à l'aide d'un exemple, l'effet du degré de dispersion sur la vitesse de réaction.

CaCO 3 – marbre. Nous allons abaisser le carrelage en marbre dans acide hydrochlorique HCl, attendez cinq minutes, il se dissoudra complètement.

Marbre en poudre - nous ferons la même procédure avec, il se dissoudra en trente secondes.

L’équation pour les deux processus est la même.

CaCO 3 (solide) + HCl (g) = CaCl 2 (solide) + H 2 O (liquide) + CO 2 (g) ?.

Ainsi, lors de l’ajout de marbre en poudre, le temps est moindre que lors de l’ajout de marbre en dalle, pour une même masse.

Avec une augmentation de la surface d'interface, le taux de réactions hétérogènes augmente.

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