Ταχύτητα χημικών αντιδράσεων. Μελέτη της ταχύτητας των αντιδράσεων

Ο Χημική Κινητική είναι ένα πεδίο που μελετά τους παράγοντες που επηρεάζουν το ρυθμό ανάπτυξης χημικών αντιδράσεων, δηλαδή την ταχύτητα με την οποία λαμβάνουν χώρα. Υπάρχει όλο και περισσότερη έρευνα σε αυτόν τον τομέα, καθώς συχνά θέλουμε να επιταχύνουμε κάποιες αντιδράσεις ή να επιβραδύνουμε άλλες. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για τις βιομηχανίες και αυτή η έρευνα έχει σημαντικές τεχνολογικές συνέπειες.

Αλλά επειδή η ταχύτητα μιας αντίδρασης μπορεί να ποικίλει σε κάθε χρονικό διάστημα και από τη μία ουσία στην άλλη, είναι σύνηθες να υπολογίζεται το μέση ταχύτητα αντίδρασης.

Εξετάστε την ακόλουθη γενική αντίδραση, όπου οι συντελεστές είναι πεζά γράμματα και τα αντιδραστήρια και τα προϊόντα αντιπροσωπεύονται με κεφαλαία γράμματα:

a A + b B → c C + d D

Θα δοθεί η μέση ταχύτητα αυτής της αντίδρασης διαιρώντας τον μέσο ρυθμό αντίδρασης οποιασδήποτε από τις αντιδρώντες ουσίες ή τον μέσο ρυθμό σχηματισμού οποιουδήποτε από τα προϊόντα με τον αντίστοιχο συντελεστή του στη χημική εξίσωση. Αυτό δίνεται από:

Για παράδειγμα, εξετάστε την αντίδραση αποσύνθεσης υπεροξειδίου του υδρογόνου:

2 ώρες₂Ο_{2 (υδ)} → 2 Ω₂Ο₍₁₎ + 1 Ο_{2 (ζ)}

Ας πούμε ότι σε 1 λεπτό σχηματίστηκαν 0,3 mol / L Η₂Ο και 0,15 mol / L Ο₂, ενώ 0,3 mol / L του H αποσυντέθηκαν₂Ο₂, δηλαδή, οι μέσοι ρυθμοί αποσύνθεσης και σχηματισμού αυτών των ουσιών στην αντίδραση είναι:

Β_mH2O2 = 0,3 mol / L. ελάχ

Β_mH2O = 0,3 mol / L. ελάχ

Β_mO2 = 0,15 mol / L. ελάχ

Η μέση ταχύτητα της παγκόσμιας αντίδρασης θα βρεθεί λαμβάνοντας μία από αυτές τις τιμές και διαιρώντας την με τον αντίστοιχο συντελεστή στην εξίσωση:

Β_Μ = Β_mH2O2 = 0,3 mol / L. ελάχ = 0,15 mol / L. ελάχ
2 2

Β_Μ = Β_mH2O = 0,3 mol / L. ελάχ = 0,15 mol / L. ελάχ
2 2

Β_Μ = Β_mO2 = 0,15 mol / L. ελάχ = 0,15 mol / L. ελάχ
1 1

Σημειώστε ότι οι τρεις τιμές είναι ίσες, επομένως, ο ρυθμός αντίδρασης είναι ο ίδιος με τη συνάρτηση οποιουδήποτε αντιδραστηρίου ή προϊόντος, στο ίδιο χρονικό διάστημα.

Ωστόσο, πώς βρέθηκαν οι τιμές των μέσων ταχυτήτων καθεμιάς από τις ουσίες που εμπλέκονται σε αυτές τις αντιδράσεις;

Μπορεί να υπολογιστεί διαιρώντας τη διακύμανση της συγκέντρωσης της ουσίας (αντιδραστήριο ή προϊόν) με το χρονικό διάστημα. Εάν πρόκειται να προσδιορίσουμε τη μέση ταχύτητα ενός από τα αντιδραστήρια της αντίδρασης, θα πρέπει να βάλουμε ένα αρνητικό σημάδι πριν, αλλιώς λάβετε υπόψη την τιμή συγκέντρωσης στην ενότητα ||, αφού, δεδομένου ότι η συγκέντρωση του αντιδρώντος μειώνεται με την πάροδο του χρόνου, η τιμή ταχύτητας θα είναι αρνητική, αλλά δεν υπάρχει αρνητική ταχύτητα.

Για παράδειγμα, εξετάστε την ακόλουθη αντίδραση αποσύνθεσης αερίου όζοντος (O_{3 (ζ)}) σε αέριο οξυγόνο (O_{2 (ζ)}):

2 Ο_{3 (ζ)} → 3 O_{2 (ζ)}

Ας πούμε ότι σε ένα μπαλόνι υπήρχαν 10 γραμμομόρια αερίου όζοντος, αλλά μετά από 1 λεπτό, έμειναν μόνο 4 γραμμομόρια. Αυτό σημαίνει ότι 6 γραμμομόρια όζον μετατράπηκαν σε αέριο οξυγόνο. Έτσι έχουμε:

2 Ο_{3 (ζ)} → 3 O_{2 (ζ)}
t = 0 min 2 mol / L 0 mol / L
σχηματισμένα έξοδα
6 mol / L 9 mol / L
t = 1 λεπτό 4 mol / L 9 mol / L

Σημειώστε ότι επειδή ο λόγος αντίδρασης είναι 2: 3, τότε εάν χρησιμοποιήθηκαν 6 mol του Ο₃Σχηματίστηκαν 9 mol Ο₂. Έτσι, μετά από 1 λεπτό, έχουμε τις ακόλουθες μέσες ταχύτητες:

Β_Μ = - Δ [Το₃]
τ

Β_Μ = - ([Ο_{3 τελικό -}  Ο_{3 αρχικό}])
τ_{Τελικός} - τ_{αρχικός}

Β_Μ = - ([4 - 10])
1– 0

Β_Μ = 6 mol / L. ελάχ→ Για 1 λεπτό, 6 mol όζοντος αντέδρασαν σε κάθε λίτρο του συστήματος.

Β_Μ = Δ [Το₂]
τ

Β_Μ = ([Ο_{2η τελική -}  Ο_{2 αρχικό}])
τ_{Τελικός} - τ_{αρχικός}

Β_Μ = ([9 - 0])
1– 0

Β_Μ = 9 mol / L. ελάχ→ Κατά τη διάρκεια 1 λεπτού, 9 γραμμομόρια οξυγόνου σχηματίστηκαν σε κάθε λίτρο του συστήματος.

Αυτό μας δείχνει ότι μπορούμε να υπολογίσουμε τη μέση ταχύτητα ως συνάρτηση των αντιδρώντων ή ως συνάρτηση των προϊόντων.

Τώρα, αν θέλουμε να υπολογίσουμε τη μέση ταχύτητα αυτής της παγκόσμιας αντίδρασης, κάντε ακριβώς όπως δείξαμε στην αρχή: διαιρέστε κάθε μία από αυτές τις ταχύτητες με τους αντίστοιχους συντελεστές τους στη χημική εξίσωση:

Β_Μ = Β_mO3 = 6 mol / λίτρο. ελάχ = 3 mol / L. ελάχ
2 21

Β_Μ = Β_mO2 = 9 mol / λίτρο. ελάχ = 3 mol / L. ελάχ
3 3

Β_Μ = Β_mO3 = Β_mO2
23

Από την Jennifer Fogaça
Αποφοίτησε στη Χημεία

Πηγή: Σχολείο της Βραζιλίας - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/velocidade-das-reacoes-quimicas.htm