Увеличение скорости реакции отрицательное значение. Большая энциклопедия нефти и газа

Большое влияние на ход химического процесса оказывает присутствие в нём посторонних веществ. Это – и стенки сосуда, в котором идёт процесс, и воздушная среда процесса, и специальные вещества, введённые в процесс и призванные воздействовать на его ход.

Те посторонние вещества, которые способствуют химическому процессу, называются катализаторами; которые тормозят процесс – ингибиторами.

Рассмотрим механизмы воздействия тех и других.

В основе этих механизмов лежат такие явления, как резонанс тепловых колебаний, деформация атомов и молекул и изменение электрического состояния.

Начнём с резонанса. Слипшиеся участки жёлобов разных атомов колеблются. Если эти колебания раскачивать, тоесть вводить их в резонанс, то это ускорит разрыв связей слипшихся участков и разделение атомов.

Раскачивать тепловые колебания можно бесконтактными и контактными способами.

Бесконтактный способ осуществляется с помощью света, видимого и невидимого.

Так хлорид серебра Cl 2 (Ag) и бромид серебра Br(Ag) разлагаются под воздействием света с выделением серебра Ag в чистом виде. На этом основана химическая фотография.

Вещества, породившие в данном случае свет, можно считать ускорителями (катализаторами).

При контактном способе колеблющиеся атомы ускорителя соприкасаются со слипшимися участками разделяемых атомов и молекул и раскачивают их в резонансе до полного разрыва. Это равносильно повышению температуры разделяемых частиц.

Пример. Бертолетова соль (K)Cl 2 (K)(O) 6 распадается на хлорид калия (K)Cl 2 (K) и чистый кислород O 2 при температуре 400 градусов. Но если молекулы бертолетовой соли соприкасаются с молекулами оксида марганца O 2 (Mg), то указанный распад происходит уже при температуре 200 градусов. Оксид марганца в данном примере играет роль ускорителя (катализатора).

Когда требуется не распад молекул, а соединение атомов в молекулы (тоесть обратный процесс), используется явление деформации элементов слипания.

Допустим, в обычном виде присасывающий жёлоб атома (или молекулы) – не удобен для слипания. Его можно сделать более удобным, если атом присоединить предварительно обратной стороной к атому (молекуле) катализатора.

Пример. В свободном виде и при нормальных условиях присасывающий жёлоб сернистого газа S(O 2 (круто изогнут и неудобен для слипания с дополнительным атомом кислорода (O. Если же молекула сернистого газа столкнётся с молекулой оксида ванадия O 5 (V 2) и прилипнет к ней своей серной стороной хотя бы на мгновение, вогнутый его жёлоб раскроется и к нему прилипнет дополнительный атом кислорода; возникнет триоксид серы S(O 2 (O(.

Данный химический процесс идёт при температуре 500 градусов. При таком нагреве молекулы атмосферного кислорода O 2 распадаются на атомы, а вновь образованные молекулы триоксида серы легко отрываются от оксида ванадия.

Оксид ванадия выступает в данном случае как ускоритель.

Ускоряющее (каталитическое) влияние на ход химического процесса электричества особенно выразительно при растворении веществ. В качестве ускорителей в таких случаях выступают растворители.

Сначала молекулы растворителя прилипают к поверхностным молекулам растворимого вещества и выдавливают с них электроны. На втором этапе выдавленные электроны внедряются между молекулами растворимого вещества и, как клин, разрывают их взаимные связи.

В результате растворимое вещество оказывается раздробленным на молекулы.

Механизмы замедлителей (ингибиторов), тормозящих химический процесс, - те же самые, только цели у них противоположные. Так свет, тепловые колебания и электроны, действуя в своём стиле, могут тормозить те химические процессы, в которых молекулы должны объединяться.

Цели: углубить и обобщить знания о скорости химической реакции; зависимости скорости гомогенных и гетерогенных реакций от различных факторов; уметь экспериментально подтверждать влияние отдельных факторов на скорость химических реакций. Продолжить формирование таких логических приёмов, как наблюдение, анализ, сравнение и обобщение. Способствовать обучению специфическим умениям коллективной деятельности.

Вопросы ученикам: 1.Приведите примеры реакций, увеличения или уменьшение скорости которых имеет положительное или отрицательное значение на производстве, в быту или природе. 2. Чем измеряется скорость химических реакций в отличие от скорости в механике? 3. Как изменяется скорость химической реакции с течением времени, если не вмешиваться в ход её течения? 4. Что такое концентрация, почему ставят знак (-) перед формулой, для каких реакций верна формула? Дайте определение гомогенной и гетерогенной реакции? Приведите примеры. 1 этап.

2 этап. Исследовательская работа в группах. 1-я группа изучает влияние природы реагирующих веществ. 2-я группа влияние концентрации. 3-я группа влияние температуры. 4-я группа исследует влияние катализатора на скорость химической реакции. 5-я группа влияние площади поверхности реагирующих веществ на скорость гетерогенной химической реакции. Повторить правила техники безопасности!!!

Факторы, влияющие на скорость химической реакции. Примеры и признаки химической реакции. Выводы об условиях, влияющих на скорость химической реакции. Природа реагирующих веществ Mg + HCl MgCl 2 +H 2 Быстрое выделение газа. Fe+HCl FeCl 2 +H 2 Медленное выделение газа Чем активнее металл, тем быстрее протекает реакция. Концентрация Zn+ HCl (1:1) ZnCl 2 +H 2 Быстрое выделение газа Zn+ HCl (1:5) ZnCl 2 +H 2 Медленное выделение газа Чем больше концентрация, тем быстрее протекает реакция. Температура Нагревание Zn+ HCl ZnCl 2 +H 2 Быстрое выделение газа. без Нагревания Zn+ HCl ZnCl 2 +H 2 Медленное выделение газа. Катализаторы MnO 2 H 2 O 2 H 2 O+O 2 быстро Без катализатора; H 2 O 2 H 2 O+O 2 медленно Чем больше температура, тем быстрее протекает реакция. В присутствии катализатора реакция протекает быстрее.

Факторы, влияющие на скорость химической реакции. Примеры и признаки химической реакции. Выводы, об условиях, влияющих на скорость химической реакции. Площадь соприкосновения реагирующих веществ. Zn (порошок) +HCl ZnCl 2 +H 2 Быстрое выделение газа Zn (гранула) +HCl ZnCl 2 +H 2 Медленное выделение газа Чем больше площадь соприкосновения реагирующих веществ, тем быстрее протекает реакция.

4 этап обсуждение вопроса о важности изучения кинетики химических реакций. 1.Почему в кислороде вещества сгорают быстрее, чем в воздухе? 2. Почему скоропортящиеся продукты хранят в холодильнике? 3. Объясните принцип действия скороварки. 4. Как объяснить, что для разложения сахарозы в пробирке, подкисленный раствор надо кипятить, а в пищеварительном тракте этот же процесс протекает при температуре 37 градусов и значительно быстрее? 5. Какую продукцию вырабатывает химическая промышленность, которую получают на основе использования катализаторов? 6. Зачем нужны знания о скорости химической реакции?

Скорость химической реакции - изменение количества одного из реагирующих веществ за единицу времени в единице реакционного пространства.

На скорость химической реакции оказывают влияние следующие факторы:

• природа реагирующих веществ;
• концентрация реагирующих веществ;
• поверхность соприкосновения реагирующих веществ (в гетерогенных реакциях);
• температура;
• действие катализаторов.

Теория активных столкновений позволяет объяснить влияние некоторых факторов на скорость химической реакции. Основные положения этой теории:

• Реакции происходят при столкновении частиц реагентов, которые обладают определённой энергией.
• Чем больше частиц реагентов, чем ближе они друг к другу, тем больше шансов у них столкнуться и прореагировать.
• К реакции приводят лишь эффективные соударения, т.е. такие при которых разрушаются или ослабляются «старые связи» и поэтому могут образоваться «новые». Для этого частицы должны обладать достаточной энергией.
• Минимальный избыток энергии, необходимый для эффективного соударения частиц реагентов, называется энергией активации Еа.
• Активность химических веществ проявляется в низкой энергии активации реакций с их участием. Чем ниже энергия активации, тем выше скорость реакции. Например, в реакциях между катионами и анионами энергия активации очень мала, поэтому такие реакции протекают почти мгновенно

Влияние концентрации реагирующих веществ на скорость реакции

При повышении концентрации реагирующих веществ скорость реакции возрастает. Для того чтобы вступить в реакцию, две химические частицы должны сблизиться, поэтому скорость реакции зависит от числа столкновений между ними. Увеличение числа частиц в данном объеме приводит к более частым столкновениям и к возрастанию скорости реакции.

К увеличению скорости реакции протекающей в газовой фазе приведет повышение давления или уменьшение объема, занимаемого смесью.

На основе экспериментальных данных в 1867 г. норвежские учёные К. Гульдберг, и П Вааге и независимо от них в 1865 г. русский учёный Н.И. Бекетов сформулировали основной закон химической кинетики, устанавливающий зависимость скорости реакции от концентраций реагирующих веществ-

Закон действующих масс (ЗДМ) :

Скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях равных их коэффициентам в уравнении реакции. («действующая масса» – синоним современного понятия «концентрация»)

аА + bВ = cС + dD, где k – константа скорости реакции

ЗДМ выполняется только для элементарных химических реакций, протекающих в одну стадию. Если реакция протекает последовательно через несколько стадий, то суммарная скорость всего процесса определяется самой медленной его частью.

Выражения для скоростей различных типов реакций

ЗДМ относится к гомогенным реакциям. Если реакция геторогенная (реагенты находятся в разных агрегатных состояниях), то в уравнение ЗДМ входят только жидкие или только газообразные реагенты, а твердые исключаются, оказывая влияние только на константу скорости k.

Молекулярность реакции – это минимальное число молекул, участвующих в элементарном химическом процессе. По молекулярности элементарные химические реакции делятся на молекулярные (А →) и бимолекулярные (А + В →); тримолекулярные реакции встречаются чрезвычайно редко.

Скорость гетерогенных реакций

• Зависит от площади поверхности соприкосновения веществ , т.е. от степени измельчения веществ, полноты смешивания реагентов.
• Пример — горение древесины. Целое полено горит на воздухе сравнительно медленно. Если увеличить поверхность соприкосновения дерева с воздухом, расколов полено на щепки, скорость горения увеличится.
• Пирофорное железо высыпают на лист фильтровальной бумаги. За время падения частицы железа раскаляются и поджигают бумагу.

Влияние температуры на скорость реакции

В XIX веке голландский ученый Вант-Гофф опытным путем обнаружил, что при повышении температуры на 10 о С скорости многих реакций возрастают в 2-4 раза.

Правило Вант-Гоффа

При повышении температуры на каждые 10 ◦ С скорость реакции увеличивается в 2-4 раза.

Здесь γ (греческая буква «гамма») — так называемый температурный коэффициент или коэффициент Вант-Гоффа, принимает значения от 2 до 4.

Для каждой конкретной реакции температурный коэффициент определяется опытным путем. Он показывает, во сколько именно раз возрастает скорость данной химической реакции (и ее константа скорости) при повышении температуры на каждые 10 градусов.

Правило Вант-Гоффа используется для приближенной оценки изменения константы скорости реакции при повышении или понижении температуры. Более точное соотношение между константой скорости и температурой установил шведский химик Сванте Аррениус:

Чем больше E a конкретной реакции, тем меньше (при данной температуре) будет константа скорости k (и скорость) этой реакции. Повышение Т приводит к увеличению константы скорости, это объясняется тем, что повышение температуры приводит к быстрому увеличению числа «энергичных» молекул, способных преодолевать активационный барьер E a .

Влияние катализатора на скорость реакции

Можно изменить скорость реакции, используя специальные вещества, которые изменяют механизм реакции и направляют ее по энергетически более выгодному пути с меньшей энергией активации.

Катализаторы – это вещества, участвующие в химической реакции и увеличивающие ее скорость, но по окончании реакции остающиеся неизменными качественно и количественно.

Ингибиторы – вещества, замедляющие химические реакции.

Изменение скорости химической реакции или ее направления с помощью катализатора называют катализом .

Cтраница 1

Замедление реакции, конечно, усиливается при введении в реакционную среду соли, содержащей такой же анион, например хлористого лития.  

Замедление реакции происходит вследствие того, что водорода, сравнительно слабо связанного и, очевидно, наиболее подходящего для гидрирования гексена-1, с ростом рН становится все меньше. Поскольку определенная нами энергия активации не изменяется в изученном интервале рН, то, очевидно, уменьшение активности катализатора с ростом рН связано с уменьшением предэкспоненциального множителя в уравнении Аррениуса. Таким образом, можно считать, что с ростом рН при гидрировании гексена-1 уменьшается число активных центров на поверхности Pt-катализатора.  

Замедление реакции с течением времени связано с возрастанием значения рекомбинации (уничтожение путем взаимного столкновения) активных центров, либо с появлением в качестве одного из продуктов реакции вещества, замедляющего процесс. Реакция чрезвычайно чувствительна к малейшим следам посторонних примесей. Последние могут действовать ускоряющим образом (альдегиды, N02 85 и др. ], органические перекиси [ 86, 87 и др. ]) что связано с их способностью служить начальными центрами (или частями) реакционной цепи или генерировать таковые. В других случаях примеси оказывают тормозящее влияние на реакцию, зависящее от того, что эти отрицательные катализаторы, или так называемые ингибиторы, уничтожают активные центры, например, вступая с ними в реакцию (или поглощают энергию возбужденных частиц) и таким образом прекращают развитие реакционной цепи, обрывая ее.  

Замедление реакции и повышение качества продуктов, обусловленные воздействием щелочного металла и предельной концентрацией марганца, изучены на примере окисления парафина с участием пиролюзита и щелочной двуокиси иарганца с добавкой определенного. Показано, что основные ингибирующие функции в окислении углеводородов принадлежат соединениям щелочного металла.  

Замедление реакции № 204 с толуолом было достигнуто заполнением трубок стружками из нержавеющей стали, разведением реакционной смеси С14 и уменьшением количества N204 до 1 7 - 1 моля на 1 моль толуола. Ускорение реакции нитрования в ядро достигнуто прибавлением к реакционной смеси 0 27 - 0 4 моля уксусного ангидрида на 1 моль толуола, причем было получено 2 5 - 3 % 2 4 6-тринитротолуола и до 30 % нитротолуолов. Образовав-пиеся мононитротолуолы дальше не нитруются. При нитро-зании толуола в ядро получаются только моно - и тринитрото-иуолы без промежуточного образования динитротолуола. За-дена ангидрида на уксусную кислоту не вызывает ускорения реакции.  

Замедление реакции, обусловленное структурными изменениями, может быть столь значительным, что более выгодным оказывается процесс диспропорционирования четырех - или пятивалентного иона, а не процесс непосредственного взаимодействия этих ионов с реагентами.  

Замедление реакции можно объяснить тем, что хлоридный комплекс Т1 (III) менее реакционноспособен, чем ионы Т13 или Т1ОН2, однако причины увеличения скорости реакции в области более высоких концентраций С1 - - - иона не ясны.  

Замедление реакции в первичных и вторичных спиртах Лука-севич объясняет тем, что ъ этих спиртах имеется водород у а-уг-леродного атома, который отрывается в виде радикала, что препятствует развитию цепи. Стоя на позициях свободнорадикаль-ного механизма восстановления муравьиной кислотой, Лукасе-вич приходит к выводу, что формиат натрия ускоряет восстановление шиффовых оснований тем, что он препятствует их разложению.  

Замедление реакции при повышенной температуре можно объяснить снижением активности фосфорной кислоты за счет увеличения растворимости в ней монокальцийфосфата, а замедление реакции при пониженной температуре тем, что фосфорная кислота, концентрация которой в жидкой фазе суперфосфата около 45 % PzOsr становится более вязкой и малоподвижной.  

Замедление реакции в растворе ДДС согласуется с коэффициентом распределения 2 4-динитро-фторбензола, преимущественно локализующегося в мицеллярной фазе, тогда как нуклеофильный агент глицилглицин не солюбилизуется мицеллами. Влияние ДДС может быть объяснено исходя из уменьшения реакционной способности в мицеллярной фазе и перераспределения реагентов.  

Замедление реакции с КОН при замене n - водорода на п-мсточсигруппу , вероятно, зависит от того, что замещение и элиминирование изучались вмссме.  

Замедление реакции алкильными заместителями, поэтому, обусловлено понижением энтропии активации.  

Замедление реакции, связанное с недостатком свободной воды, может быть легко предотвращено повышением скорости диффузии CS2 путем интенсивного перемешивания или механического разрушения структуры волокон, благодаря чему реакция может быть закончена в 10 раз быстрее.  

Замедление реакции N204 с толуолом было достигнуто заполнением трубок стружками из нержавеющей стали, разведением реакционной смеси СС14 и уменьшением количества N204 до 1 7 - 1 моля на 1 моль толуола. Ускорение реакции нитрования в ядро достигнуто прибавлением к реакционной смеси 0 27 - 0 4 моля уксусного ангидрида на 1 моль толуола, причем было получено 2 5 - 3 % 2 4 6-тринитротолуола и до 30 % нитротолуолов. Образовавшиеся мононитротолуолы дальше не нитруются. При нитровании толуола в ядро получаются только моно - и тринитрото-луолы без промежуточного образования динитротолуола. Замена ангидрида на уксусную кислоту не вызывает ускорения реакции.  

В жизни мы сталкиваемся с разными химическими реакциями. Одни из них, как ржавление железа, могут идти несколько лет. Другие, например, сбраживание сахара в спирт, - несколько недель. Дрова в печи сгорают за пару часов, а бензин в моторе - за долю секунды.

Чтобы уменьшить затраты на оборудование, на химических заводах повышают скорость реакций. А некоторые процессы, например, порчу пищевых продуктов, коррозию металлов, - нужно замедлить.

Скорость химической реакции можно выразить как изменение количества вещества (n, по модулю) в единицу времени (t) - сравните скорость движущегося тела в физике как изменение координат в единицу времени: υ = Δx/Δt . Чтобы скорость не зависела от объема сосуда, в котором протекает реакция, делим выражение на объем реагирующих веществ (v), т. е. получаем изменение количества вещества в единицу времени в единице объема, или изменение концентрации одного из веществ в единицу времени :

где c = n / v - концентрация вещества,

Δ (читается «дельта») - общепринятое обозначение изменения величины.

Если в уравнении у веществ разные коэффициенты, скорость реакции для каждого из них, рассчитанная по этой формуле будет различной. Например, 2 моль серни́стого газа прореагировали полностью с 1 моль кислорода за 10 секунд в 1 литре:

2SO 2 + O 2 = 2SO 3

Скорость по кислороду будет: υ = 1: (10 1) = 0,1 моль/л·с

Скорость по серни́стому газу: υ = 2: (10 1) = 0,2 моль/л·с - это не нужно запоминать и говорить на экзамене, пример приведен для того, чтобы не путаться, если возникнет этот вопрос.

Скорость гетерогенных реакций (с участием твердых веществ) часто выражают на единицу площади соприкасающихся поверхностей:

Гетерогенными называются реакции, когда реагирующие вещества находятся в разных фазах:

• твердое вещество с другим твердым, жидкостью или газом,
• две несмешивающиеся жидкости,
• жидкость с газом.

Гомогенные реакции протекают между веществами в одной фазе:

• между хорошо смешивающимися жидкостями,
• газами,
• веществами в растворах.

Условия, влияющие на скорость химических реакций

1) Скорость реакции зависит от природы реагирующих веществ . Проще говоря, разные вещества реагируют с разной скоростью. Например, цинк бурно реагирует с соляной кислотой, а железо довольно медленно.

2) Скорость реакции тем больше, чем выше концентрация веществ. С сильно разбавленной кислотой цинк будет реагировать значительно дольше.

3) Скорость реакции значительно повышается с повышением температуры . Например, для горения топлива необходимо его поджечь, т. е. повысить температуру. Для многих реакций повышение температуры на 10° C сопровождается увеличением скорости в 2–4 раза.

4) Скорость гетерогенных реакций увеличивается с увеличением поверхности реагирующих веществ . Твердые вещества для этого обычно измельчают. Например, чтобы порошки железа и серы при нагревании вступили в реакцию, железо должно быть в виде мелких опилок.

Обратите внимание, что в данном случае подразумевается формула (1) ! Формула (2) выражает скорость на единице площади, следовательно не может зависеть от площади.

5) Скорость реакции зависит от наличия катализаторов или ингибиторов.

Катализаторы - вещества, ускоряющие химические реакции, но сами при этом не расходующиеся. Пример - бурное разложение перекиси водорода при добавлении катализатора - оксида марганца (IV):

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

Оксид марганца (IV) остается на дне, его можно использовать повторно.

Ингибиторы - вещества, замедляющие реакцию. Например, для продления срока службы труб и батарей в систему водяного отопления добавляют ингибиторы коррозии. В автомобилях ингибиторы коррозии добавляются в тормозную, охлаждающую жидкость.

Еще несколько примеров.