Taux de réaction chimique
Taux de réaction chimique- modification de la quantité d'une des substances réactionnelles par unité de temps dans une unité d'espace de réaction. Est un concept clé en cinétique chimique. La vitesse d'une réaction chimique est toujours une quantité positive, donc si elle est déterminée par substance originale(dont la concentration diminue au cours de la réaction), alors la valeur résultante est multipliée par −1.
Par exemple pour la réaction :
l'expression de la vitesse ressemblera à ceci :
.La vitesse d'une réaction chimique à un moment donné est proportionnelle aux concentrations des réactifs élevées à des puissances égales à leurs coefficients stoechiométriques.
- Pour les réactions élémentaires, l'exposant de la concentration de chaque substance est souvent égal à son coefficient stoechiométrique pour les réactions complexes, cette règle n'est pas respectée ; En plus de la concentration, les facteurs suivants influencent la vitesse d'une réaction chimique :
- la nature des réactifs,
- la présence d'un catalyseur,
- température (règle de Van't Hoff),
- pression,
surface des substances réactives. Si l’on considère la réaction chimique la plus simple A + B → C, on remarquera que instantané
La vitesse d'une réaction chimique n'est pas constante.
- Littérature
- Kubasov A. A. Cinétique chimique et catalyse.
- Prigogine I., Defey R. Thermodynamique chimique. Novossibirsk : Nauka, 1966. 510 p.
Yablonsky G.S., Bykov V.I., Gorban A.N., Modèles cinétiques de réactions catalytiques, Novossibirsk : Nauka (Département Sib.), 1983. - 255 p.
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2010. Voyez ce qu’est « Taux d’une réaction chimique » dans d’autres dictionnaires : Concept de base de la cinétique chimique. Pour les réactions homogènes simples, la vitesse d'une réaction chimique est mesurée par la variation du nombre de moles de la substance ayant réagi (à volume constant du système) ou par la variation de la concentration de l'une des substances de départ...
Grand Dictionnaire encyclopédique VITESSE DE RÉACTION CHIMIQUE
- le concept de base de la chimie. cinétique, exprimant le rapport entre la quantité de substance ayant réagi (en moles) et la période de temps pendant laquelle l'interaction s'est produite. Étant donné que les concentrations de réactifs changent au cours de l'interaction, le taux est généralement...- une grandeur caractérisant l'intensité d'une réaction chimique. La vitesse de formation d'un produit de réaction est la quantité de ce produit résultant d'une réaction par unité de temps par unité de volume (si la réaction est homogène) ou par... ...
Concept de base de la cinétique chimique. Pour les réactions homogènes simples, la vitesse d'une réaction chimique est mesurée par la variation du nombre de moles de la substance ayant réagi (à volume constant du système) ou par la variation de la concentration de l'une des substances de départ... Dictionnaire encyclopédique
Une grandeur caractérisant l'intensité d'une réaction chimique (Voir Réactions chimiques). La vitesse de formation d'un produit de réaction est la quantité de ce produit résultant d'une réaction par unité de temps par unité de volume (si... ...
Basique notion de chimie cinétique. Pour des réactions simples et homogènes de S. x. R. mesuré par la variation du nombre de moles ayant réagi en va (avec un volume constant du système) ou par la variation de la concentration de l'un des va initial ou des produits de réaction (si le volume du système...
Pour les réactions complexes composées de plusieurs étapes (réactions simples ou élémentaires), un mécanisme est un ensemble d'étapes à la suite desquelles les matières premières sont transformées en produits. Les molécules peuvent agir comme intermédiaires dans ces réactions... ... Sciences naturelles. Dictionnaire encyclopédique
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Transformation de certaines substances en d'autres, différentes de celles d'origine composition chimique ou un bâtiment. Nombre total les atomes de chaque élément donné, ainsi qu'eux-mêmes éléments chimiques, les substances constitutives, restent dans R. x. inchangé; ce R.x... Grande Encyclopédie Soviétique
vitesse de dessin - vitesse linéaire mouvement du métal à la sortie de la filière, m/s. Sur les machines à dessiner modernes, la vitesse d'étirage atteint 50 à 80 m/s. Cependant, même lors du tréfilage du fil, la vitesse ne dépasse généralement pas 30 à 40 m/s. À… … Dictionnaire encyclopédique de la métallurgie
La vitesse d'une réaction chimique est la variation de la concentration des réactifs par unité de temps.
Dans les réactions homogènes, l'espace de réaction fait référence au volume du récipient de réaction et dans les réactions hétérogènes, à la surface sur laquelle la réaction se produit. La concentration des substances en réaction est généralement exprimée en mol/l - le nombre de moles d'une substance dans 1 litre de solution.
La vitesse d'une réaction chimique dépend de la nature des réactifs, de la concentration, de la température, de la pression, de la surface de contact des substances et de sa nature, ainsi que de la présence de catalyseurs.
Une augmentation de la concentration de substances entrant dans une interaction chimique entraîne une augmentation de la vitesse de la réaction chimique. Cela se produit parce que toutes les réactions chimiques ont lieu entre un certain nombre de particules en réaction (atomes, molécules, ions). Plus ces particules sont nombreuses dans le volume de l'espace de réaction, plus elles entrent en collision et plus l'interaction chimique se produit. Une réaction chimique peut se produire par un ou plusieurs actes élémentaires (collisions). Sur la base de l'équation de réaction, nous pouvons écrire une expression pour la dépendance de la vitesse de réaction sur la concentration des réactifs. Si une seule molécule participe à un acte élémentaire (lors d'une réaction de décomposition), la dépendance aura la forme suivante :
v= k*[A]
C'est l'équation d'une réaction monomoléculaire. Lorsque deux molécules différentes interagissent dans un acte élémentaire, la dépendance a la forme :
v= k*[A]*[B]
La réaction est dite bimoléculaire. Dans le cas d'une collision de trois molécules, l'expression est valable :
v= k*[A]*[B]*[C]
La réaction est appelée trimoléculaire. Désignations des coefficients :
v — réaction rapide;
[A], [B], [C] sont les concentrations des substances réagissantes ;
k - coefficient de proportionnalité ; appelée constante de vitesse de réaction.
Si les concentrations des réactifs sont égales à un (1 mol/l) ou si leur produit est égal à un, alors v = k.. La constante de vitesse dépend de la nature des réactifs et de la température. La dépendance de la vitesse des réactions simples (c'est-à-dire des réactions se produisant par un acte élémentaire) sur la concentration est décrite par la loi de l'action de masse : la vitesse d'une réaction chimique est directement proportionnelle au produit de la concentration des réactifs élevée à la puissance de leurs coefficients stœchiométriques.
Par exemple, regardons la réaction 2NO + O 2 = 2NO 2.
Dedans v= k* 2 *
Dans le cas où l'équation d'une réaction chimique ne correspond pas à l'acte élémentaire d'interaction, mais reflète uniquement le rapport entre la masse des substances qui ont réagi et les substances formées, alors les puissances des concentrations ne seront pas égales à la coefficients apparaissant devant les formules des substances correspondantes dans l'équation de réaction. Pour une réaction qui se déroule en plusieurs étapes, la vitesse de la réaction est déterminée par la vitesse de l’étape la plus lente (limitante).
Cette dépendance de la vitesse de réaction sur la concentration des réactifs est valable pour les gaz et les réactions se déroulant en solution. Les réactions impliquant des solides n'obéissent pas à la loi de l'action de masse, puisque l'interaction des molécules ne se produit qu'à l'interface. Par conséquent, la vitesse d’une réaction hétérogène dépend également de la taille et de la nature de la surface de contact des phases réactionnelles. Comment plus de superficie– plus la réaction sera rapide.
L'effet de la température sur la vitesse d'une réaction chimique
L'effet de la température sur la vitesse d'une réaction chimique est déterminé par la règle de Van't Hoff : avec une augmentation de la température tous les 10 ° C, la vitesse de réaction augmente de 2 à 4 fois. Mathématiquement, cette règle s'exprime par l'équation suivante :
vt2= vt1*g(t2-t1)/10
Où vt1 Et v t2 — vitesses de réaction aux températures t2 et t1 ; g - coefficient de température de réaction - un nombre indiquant combien de fois la vitesse de réaction augmente avec une augmentation de la température tous les 10 ° C. Une dépendance aussi importante de la vitesse d'une réaction chimique à la température s'explique par le fait que la formation de nouvelles substances ne se produit pas à chaque collision de molécules en réaction. Seules les molécules (molécules actives) qui interagissent ont suffisamment d'énergie pour rompre les liaisons dans les particules d'origine. Chaque réaction est donc caractérisée par une barrière énergétique. Pour en venir à bout, la molécule a besoin énergie d'activation - un excès d'énergie qu'une molécule doit avoir pour que sa collision avec une autre molécule conduise à la formation d'une nouvelle substance. Avec l'augmentation de la température, le nombre de molécules actives augmente rapidement, ce qui entraîne une forte augmentation de la vitesse de réaction selon la règle de Van't Hoff. L'énergie d'activation pour chaque réaction spécifique dépend de la nature des réactifs.
Théorie des collisions actives permet d'expliquer l'influence de certains facteurs sur la vitesse d'une réaction chimique. Les principales dispositions de cette théorie :
- Les réactions se produisent lorsque des particules de réactifs possédant une certaine énergie entrent en collision.
- Plus il y a de particules réactives, plus elles sont proches les unes des autres, plus elles risquent d'entrer en collision et de réagir.
- Seules les collisions efficaces entraînent une réaction, c'est-à-dire ceux dans lesquels les « anciennes connexions » sont détruites ou affaiblies et donc de « nouvelles » peuvent être formées. Pour ce faire, les particules doivent disposer de suffisamment d’énergie.
- L’énergie excédentaire minimale requise pour une collision efficace des particules réactives est appelée énergie d'activation Ea.
- L'activité des produits chimiques se manifeste par la faible énergie d'activation des réactions les impliquant. Plus l’énergie d’activation est faible, plus la vitesse de réaction est élevée. Par exemple, dans les réactions entre cations et anions, l'énergie d'activation est très faible, de telles réactions se produisent donc presque instantanément.
Influence catalyseur
Un des plus des moyens efficaces impact sur la vitesse réactions chimiques— utilisation de catalyseurs. À ataliseurs - Ce sont des substances qui modifient la vitesse d’une réaction, mais à la fin du processus, elles restent elles-mêmes inchangées en termes de composition et de masse. En d'autres termes, au moment de la réaction elle-même, le catalyseur participe activement au processus chimique, mais à la fin de la réaction, les réactifs changent de composition chimique, se transformant en produits, et le catalyseur est libéré sous sa forme originale. . En règle générale, le rôle d'un catalyseur est d'augmenter la vitesse d'une réaction, bien que certains catalyseurs ralentissent le processus plutôt que de l'accélérer. Le phénomène d'accélération des réactions chimiques dû à la présence de catalyseurs est appelé catalyse, et ralentissements - inhibition.
Certaines substances n'ont pas d'effet catalytique, mais leurs ajouts augmentent considérablement la capacité catalytique des catalyseurs. De telles substances sont appelées promoteurs. D'autres substances (poisons catalytiques) réduisent voire bloquent complètement l'action des catalyseurs, ce processus est appelé empoisonnement au catalyseur.
Il existe deux types de catalyse : homogène Et hétérogène. À catalyse homogène les réactifs, les produits et le catalyseur forment une seule phase (gazeuse ou liquide). Dans ce cas, il n’y a pas d’interface entre le catalyseur et les réactifs.
Particularité catalyse hétérogène est que les catalyseurs (généralement solides) sont dans un état de phase différent de celui des réactifs et des produits de la réaction. La réaction se développe généralement à la surface d’un solide.
En catalyse homogène, des produits intermédiaires se forment entre le catalyseur et le réactif à la suite d'une réaction avec une énergie d'activation plus faible. En catalyse hétérogène, l'augmentation de vitesse s'explique par l'adsorption des réactifs à la surface du catalyseur. En conséquence, leur concentration augmente et la vitesse de réaction augmente.
Un cas particulier de catalyse est autocatalyse. Cela signifie qu'un processus chimique est accéléré par l'un des produits de réaction.
Taux de réaction chimique
Taux de réaction chimique- modification de la quantité d'une des substances réactionnelles par unité de temps dans une unité d'espace de réaction. Est un concept clé en cinétique chimique. La vitesse d'une réaction chimique est toujours une valeur positive, donc si elle est déterminée par la substance de départ (dont la concentration diminue au cours de la réaction), alors la valeur résultante est multipliée par −1.
Par exemple pour la réaction :
l'expression de la vitesse ressemblera à ceci :
.La vitesse d'une réaction chimique à un moment donné est proportionnelle aux concentrations des réactifs élevées à des puissances égales à leurs coefficients stoechiométriques.
- Pour les réactions élémentaires, l'exposant de la concentration de chaque substance est souvent égal à son coefficient stoechiométrique pour les réactions complexes, cette règle n'est pas respectée ; En plus de la concentration, les facteurs suivants influencent la vitesse d'une réaction chimique :
- la nature des réactifs,
- la présence d'un catalyseur,
- température (règle de Van't Hoff),
- pression,
surface des substances réactives. Si l’on considère la réaction chimique la plus simple A + B → C, on remarquera que instantané
La vitesse d'une réaction chimique n'est pas constante.
- Littérature
- Kubasov A. A. Cinétique chimique et catalyse.
- Prigogine I., Defey R. Thermodynamique chimique. Novossibirsk : Nauka, 1966. 510 p.
Yablonsky G.S., Bykov V.I., Gorban A.N., Modèles cinétiques de réactions catalytiques, Novossibirsk : Nauka (Département Sib.), 1983. - 255 p.
- Dialectes gallois de l'anglais
- Saw (série de films)
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Grand- le concept de base de la cinétique chimique. Pour les réactions homogènes simples, la vitesse d'une réaction chimique est mesurée par la variation du nombre de moles de la substance ayant réagi (à volume constant du système) ou par la variation de la concentration de l'une des substances de départ... Grand dictionnaire encyclopédique
Grand Dictionnaire encyclopédique VITESSE DE RÉACTION CHIMIQUE
- le concept de base de la chimie. cinétique, exprimant le rapport entre la quantité de substance ayant réagi (en moles) et la période de temps pendant laquelle l'interaction s'est produite. Étant donné que les concentrations de réactifs changent au cours de l'interaction, le taux est généralement...- une grandeur caractérisant l'intensité d'une réaction chimique. La vitesse de formation d'un produit de réaction est la quantité de ce produit résultant d'une réaction par unité de temps par unité de volume (si la réaction est homogène) ou par... ...
- le concept de base de la chimie. cinétique, exprimant le rapport entre la quantité de substance ayant réagi (en moles) et la période de temps pendant laquelle l'interaction s'est produite. Étant donné que les concentrations de réactifs changent au cours de l'interaction, le taux est généralement...- le concept de base de la cinétique chimique. Pour les réactions homogènes simples, la vitesse d'une réaction chimique est mesurée par la variation du nombre de moles de la substance ayant réagi (à volume constant du système) ou par la variation de la concentration de l'une des substances de départ... Dictionnaire encyclopédique
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MÉCANISME DE RÉACTION CHIMIQUE- Pour les réactions complexes composées de plusieurs. étapes (réactions simples ou élémentaires), un mécanisme est un ensemble d'étapes à la suite desquelles les matières premières sont transformées en produits. Les molécules peuvent agir comme intermédiaires dans ces réactions... ... Sciences naturelles. Dictionnaire encyclopédique
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7.1. Réactions homogènes et hétérogènes
Les produits chimiques peuvent être trouvés dans différents états d'agrégation, tandis que leur Propriétés chimiques dans différents états sont les mêmes, mais l'activité est différente (ce qui a été montré dans la dernière leçon en utilisant l'exemple de l'effet thermique d'une réaction chimique).
Considérons diverses combinaisonsétats d'agrégation dans lesquels deux substances A et B peuvent exister.
A (g.), B (g.) |
||||||||||||||||||||||||||||||
A (télévision), B (télévision) | A (w.), B (tv.) | mélanger | A(télé.), B(g.) | A (f.), B (g.) |
||||||||||||||||||||||||||
mélanger | (solution) | |||||||||||||||||||||||||||||
hétérogène | hétérogène | hétérogène | homogène | hétérogène | hétérogène | homogène |
||||||||||||||||||||||||
Hg(l) + HNO3 | H2O + D2O | Fe + O2 | H2S + H2SO4 | CO+O2 |
||||||||||||||||||||||||||
Une phase est une région d'un système chimique au sein de laquelle toutes les propriétés du système sont constantes (identiques) ou changent continuellement d'un point à l'autre. Chacun des solides est une phase distincte, et il existe également des phases solution et gazeuse.
Appelé homogène système chimique, dans lequel toutes les substances sont en une seule phase (en solution ou en gaz). S'il y a plusieurs phases, alors le système est appelé
hétérogène.
Respectivement réaction chimique dit homogène si les réactifs sont dans la même phase. Si les réactifs sont dans des phases différentes, alors réaction chimique dit hétérogène.
Il n'est pas difficile de comprendre que puisque le contact des réactifs est nécessaire pour qu'une réaction chimique se produise, une réaction homogène se produit simultanément dans tout le volume d'une solution ou d'un récipient de réaction, tandis qu'une réaction hétérogène se produit à une frontière étroite entre les phases - au niveau interface. Ainsi, en théorie purement, une réaction homogène se produit plus rapidement qu’une réaction hétérogène.
Nous arrivons ainsi au concept - le concept de base de la chimie. cinétique, exprimant le rapport entre la quantité de substance ayant réagi (en moles) et la période de temps pendant laquelle l'interaction s'est produite. Étant donné que les concentrations de réactifs changent au cours de l'interaction, le taux est généralement....
La vitesse d'une réaction chimique. Loi de l'action de masse. Équilibre chimique.
7.2. Taux de réaction chimique
La branche de la chimie qui étudie les vitesses et les mécanismes des réactions chimiques est une branche de la chimie physique et s'appelle cinétique chimique.
Vitesse de réaction chimique est la variation de la quantité d'une substance par unité de temps par unité de volume du système réactionnel (pour une réaction homogène) ou par unité de surface (pour une réaction hétérogène).
Ainsi, si le volume | ou zone | interfaces |
|||||||||
ne changent pas, alors les expressions des vitesses des réactions chimiques ont la forme : |
|||||||||||
hom o | |||||||||||
Le rapport entre une modification de la quantité d'une substance et le volume du système peut être interprété comme une modification de la concentration d'une substance donnée.
Notez que pour les réactifs, l'expression de la vitesse d'une réaction chimique s'écrit avec un signe moins, car la concentration des réactifs diminue et la vitesse de la réaction chimique est en fait une valeur positive.
D'autres conclusions sont basées sur des considérations physiques simples qui considèrent une réaction chimique comme une conséquence de l'interaction de plusieurs particules.
Élémentaire (ou simple) est une réaction chimique qui se produit en une seule étape. S'il y a plusieurs étapes, ces réactions sont appelées réactions complexes, composites ou grossières.
En 1867, il a été proposé de décrire la vitesse d'une réaction chimique loi de l'action de masse: la vitesse d'une réaction chimique élémentaire est proportionnelle aux concentrations des réactifs en puissances de coefficients stoechiométriques.n A + m B P,
A, B – réactifs, P – produits, n, m – coefficients.
W = k n m
Le coefficient k est appelé constante de vitesse d'une réaction chimique,
caractérise la nature des particules en interaction et ne dépend pas de la concentration des particules.
La vitesse d'une réaction chimique. Loi de l'action de masse. Bilan chimique. Les quantités n et m sont appelées ordre de réaction par substance A et B respectivement, et
leur somme (n + m) – ordre de réaction.
Pour les réactions élémentaires, l'ordre des réactions peut être 1, 2 et 3.
Les réactions élémentaires d'ordre 1 sont dites monomoléculaires, d'ordre 2 - bimoléculaires, d'ordre 3 - trimoléculaires selon le nombre de molécules impliquées. Les réactions élémentaires au-dessus du troisième ordre sont inconnues - les calculs montrent que la rencontre simultanée de quatre molécules en un point est un événement trop incroyable.
Puisqu'une réaction complexe consiste en une certaine séquence de réactions élémentaires, sa vitesse peut être exprimée en termes de vitesse des étapes individuelles de la réaction. Par conséquent, pour les réactions complexes, l'ordre peut être quelconque, y compris fractionnaire ou nul (l'ordre zéro d'une réaction indique que la réaction se produit avec vitesse constante et ne dépend pas de la concentration des particules en réaction W = k).
L’étape la plus lente d’un processus complexe est généralement appelée étape de limitation du débit.
Imagine ça un grand nombre de les molécules allaient dans un cinéma gratuit, mais il y avait un contrôleur à l'entrée qui vérifiait l'âge de chaque molécule. Ainsi, un flux de matière entre dans les portes du cinéma et les molécules entrent dans la salle de cinéma une à la fois, c'est-à-dire Tellement lent.
Des exemples de réactions élémentaires du premier ordre sont les processus de désintégration thermique ou radioactive ; par conséquent, la constante de vitesse k caractérise soit la probabilité de rupture d'une liaison chimique, soit la probabilité de désintégration par unité de temps.
Il existe de nombreux exemples de réactions élémentaires du second ordre - c'est la méthode de réaction la plus familière pour nous - la particule A est entrée en collision avec la particule B, une sorte de transformation s'est produite et quelque chose s'est passé là-bas (notez que les produits en théorie n'affectent rien - toute l'attention est portée uniquement aux particules en réaction).
Au contraire, il existe de nombreuses réactions élémentaires du troisième ordre, car il est assez rare que trois particules se rencontrent simultanément.
À titre d’illustration, regardons le pouvoir prédictif de la cinétique chimique.
La vitesse d'une réaction chimique. Loi de l'action de masse. Bilan chimique.
Équation cinétique du premier ordre
(matériel supplémentaire illustratif)
Considérons une réaction homogène du premier ordre dont la constante de vitesse est égale à k, la concentration initiale de la substance A est égale à [A]0.
Par définition, la vitesse d'une réaction chimique homogène est égale à |
||||||||||||||||||
K[A] | changement de concentration par unité de temps. Une fois la substance A – |
|||||||||||||||||
réactif, mettez un signe moins. | ||||||||||||||||||
Une telle équation est appelée différentielle (il existe |
||||||||||||||||||
dérivé) | ||||||||||||||||||
[UN] | Pour le résoudre, on transfère les quantités vers la gauche |
|||||||||||||||||
concentrations, et au bon moment. | ||||||||||||||||||
Si les dérivées de deux fonctions sont égales, alors les fonctions elles-mêmes |
||||||||||||||||||
ne devrait différer que d’une constante. | ||||||||||||||||||
Pour des solutions équation donnée prendre l'intégrale du côté gauche (sur |
||||||||||||||||||
concentration) et le côté droit (dans le temps). Pour ne pas faire peur |
||||||||||||||||||
ln[ A ] = −kt +C | chers auditeurs, nous nous limiterons à la réponse. | |||||||||||||||||
Icône ln – un algorithme naturel, c'est à dire. nombre b tel que | ||||||||||||||||||
= [A],e = 2,71828… | ||||||||||||||||||
ln[ A ]- ln0 = - kt | La constante C est trouvée à partir des conditions initiales : | |||||||||||||||||
à t = 0, la concentration initiale est [A]0 | ||||||||||||||||||
[UN] | Logarithme des temps – | c'est une puissance d'un nombre, on utilise les propriétés des puissances |
||||||||||||||||
[A]0 | e a− b= | |||||||||||||||||
Débarrassons-nous maintenant du vilain logarithme (voir définition |
||||||||||||||||||
logarithme 6-7 lignes plus haut), | Pourquoi augmentons-nous le nombre ? | |||||||||||||||||
à la puissance du côté gauche de l’équation et du côté droit de l’équation. | ||||||||||||||||||
[UN] | E−kt | Multiplier par [A]0 | ||||||||||||||||
[A]0 | ||||||||||||||||||
Équation cinétique du premier ordre. | ||||||||||||||||||
[ UNE ]= 0 × e − kt | Basé | l'équation cinétique obtenue du premier |
||||||||||||||||
commander peut-être | calculé | concentration de la substance | ||||||||||||||||
à tout moment | ||||||||||||||||||
Pour les besoins de notre cours, cette conclusion est à titre informatif afin de vous démontrer l'utilisation d'appareils mathématiques pour calculer la progression d'une réaction chimique. Par conséquent, un chimiste compétent ne peut que connaître les mathématiques. Apprenez les mathématiques !
La vitesse d'une réaction chimique. Loi de l'action de masse. Bilan chimique. Un graphique de la concentration des réactifs et des produits en fonction du temps peut être représenté qualitativement comme suit (en utilisant l'exemple réaction irréversible Premier ordre)
Facteurs qui affectent la vitesse de réaction
1. Nature des réactifs
Par exemple, la vitesse de réaction des substances suivantes : H2 SO4, CH3 COOH, H2 S, CH3 OH - avec l'ion hydroxyde variera en fonction de la force. Obligations HO. Pour évaluer la force d'une liaison donnée, vous pouvez utiliser la charge relative positive sur l'atome d'hydrogène : plus la charge est grande, plus la réaction sera facile.
2. Température
L'expérience de la vie nous apprend que la vitesse de réaction dépend de la température et augmente avec l'augmentation de la température. Par exemple, le processus d’acidification du lait se produit plus rapidement à température ambiante qu’au réfrigérateur.
Passons à l'expression mathématique de la loi de l'action de masse.
W = k n m
Puisque le côté gauche de cette expression (vitesse de réaction) dépend de la température, le côté droit de l’expression dépend également de la température. Dans ce cas, la concentration ne dépend bien entendu pas de la température : par exemple, le lait conserve sa teneur en matières grasses de 2,5 % aussi bien au réfrigérateur qu'à température ambiante. Alors, comme le disait Sherlock Holmes, la solution restante est la bonne, aussi étrange que cela puisse paraître : la constante de vitesse dépend de la température !
La vitesse d'une réaction chimique. Loi de l'action de masse. Bilan chimique. La dépendance de la constante de vitesse de réaction sur la température est exprimée à l'aide de l'équation d'Arrhenius :
− Chaque
k = k0 eRT,
dans lequel
R = 8,314 J mol-1 K-1 – constante universelle des gaz,
E a est l'énergie d'activation de la réaction (voir ci-dessous), elle est classiquement considérée comme indépendante de la température ;
k 0 est le facteur pré-exponentiel (c'est-à-dire le facteur qui précède l'exponentielle), dont la valeur est également presque indépendante de la température et est déterminée tout d'abord par l'ordre de la réaction.
Ainsi, la valeur de k0 est d'environ 1013 s-1 pour une réaction du premier ordre, 10 -10 l mol-1 s-1 pour une réaction du second ordre,
pour une réaction du troisième ordre – 10 -33 l2 mol-2 s-1. Il n'est pas nécessaire de mémoriser ces valeurs.
Les valeurs exactes de k0 pour chaque réaction sont déterminées expérimentalement.
Le concept d’énergie d’activation ressort clairement de la figure suivante. En fait, l’énergie d’activation est l’énergie que doit posséder une particule en réaction pour qu’une réaction se produise.
De plus, si on chauffe le système, alors l'énergie des particules augmente (graphique en pointillés), tandis que l'état de transition (≠) reste au même niveau. La différence d'énergie entre l'état de transition et les réactifs (énergie d'activation) diminue et la vitesse de réaction selon l'équation d'Arrhenius augmente.
La vitesse d'une réaction chimique. Loi de l'action de masse. Bilan chimique. En plus de l'équation d'Arrhenius, il existe l'équation de Van't Hoff, qui
caractérise la dépendance de la vitesse de réaction à la température à travers le coefficient de température γ :
Le coefficient de température γ montre combien de fois la vitesse d'une réaction chimique augmentera lorsque la température change de 10°.
Équation de Van't Hoff :
T 2− T 1
W (T 2 )= W (T 1 )× γ10
Généralement, le coefficient γ est compris entre 2 et 4. Pour cette raison, les chimistes utilisent souvent l'approximation selon laquelle une augmentation de la température de 20 °C entraîne une augmentation de la vitesse de réaction d'un ordre de grandeur (c'est-à-dire 10 fois).
Réaction rapide est déterminé par une modification de la concentration molaire de l'un des réactifs :
V = ± ((C 2 - C 1) / (t 2 - t 1)) = ± (DC / Dt)
Où C 1 et C 2 sont les concentrations molaires des substances aux instants t 1 et t 2, respectivement (signe (+) - si le taux est déterminé par le produit de réaction, signe (-) - par la substance de départ).
Les réactions se produisent lorsque des molécules de substances en réaction entrent en collision. Sa vitesse est déterminée par le nombre de collisions et la probabilité qu'elles conduisent à une transformation. Le nombre de collisions est déterminé par les concentrations des substances en réaction et la probabilité d'une réaction est déterminée par l'énergie des molécules en collision.
Facteurs influençant la vitesse des réactions chimiques.
1. La nature des substances en réaction. Le personnage joue un grand rôle liaisons chimiques et la structure des molécules réactives. 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.
Exemples
Le fluor réagit de manière explosive avec l'hydrogène à température ambiante ; le brome réagit lentement avec l'hydrogène lorsqu'il est chauffé.
L'oxyde de calcium réagit vigoureusement avec l'eau, libérant de la chaleur ; oxyde de cuivre - ne réagit pas.
2. Concentration. Avec l'augmentation de la concentration (le nombre de particules par unité de volume), les collisions de molécules de substances réactives se produisent plus souvent - la vitesse de réaction augmente.
Loi de l'action de masse (K. Guldberg, P. Waage, 1867)
La vitesse d'une réaction chimique est directement proportionnelle au produit des concentrations des réactifs.
AA + bB + . . . ® . . .
- [UNE] une [B] b . . .
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 les réactions hétérogènes, la concentration de la phase solide n'est pas incluse dans l'expression de la vitesse de réaction.
3. Température. Pour chaque augmentation de température de 10°C, la vitesse de réaction augmente de 2 à 4 fois (règle de Van't Hoff). À mesure que la température augmente de t 1 à t 2, la variation de la vitesse de réaction peut être calculée à l'aide de la formule :
| |
|
(t 2 - t 1) / 10 |
| Vt2 / Vt1 | = g | |
(où Vt 2 et Vt 1 sont les vitesses de réaction aux températures t 2 et t 1, respectivement ; g est le coefficient de température de cette réaction).
La règle de Van't Hoff n'est applicable que dans une plage de températures étroite. L'équation d'Arrhenius est plus précise :
- e-Ea/RT
Où
A est une constante dépendant de la nature des réactifs ;
R est la constante universelle des gaz ;
Ea est l'énergie d'activation, c'est-à-dire l'énergie que doivent avoir les molécules en collision pour que la collision conduise à une transformation chimique.
Diagramme énergétique d'une réaction chimique.
| Réaction exothermique | Réaction endothermique |
A - réactifs, B - complexe activé (état de transition), C - produits.
Plus l’énergie d’activation Ea est élevée, plus la vitesse de réaction augmente avec l’augmentation de la température.
4. Surface de contact des substances réactives. Pour les systèmes hétérogènes (lorsque les substances sont dans différents états d'agrégation), plus la surface de contact est grande, plus la réaction est rapide. La surface des solides peut être augmentée en les broyant, et pour les substances solubles en les dissolvant.
5. Catalyse. Les substances qui participent aux réactions et augmentent leur vitesse, restant inchangées à la fin de la réaction, sont appelées catalyseurs. Le mécanisme d'action des catalyseurs est associé à une diminution de l'énergie d'activation de la réaction due à la formation de composés intermédiaires. À catalyse homogène les réactifs et le catalyseur constituent une seule phase (sont dans le même état d'agrégation), avec catalyse hétérogène- différentes phases (sont dans différents états d'agrégation). Ralentir considérablement la progression des indésirables procédés chimiques dans certains cas, il est possible d'ajouter des inhibiteurs au milieu réactionnel (phénomène " catalyse négative").