Reakcijos greitį lemiantys veiksniai

Susidūrimo tikimýbė, koncentrãcija, slėgis, heterogèninė reãkcija, reãkcijos greičio konstánta, kinètinė lygtis, veikiančiųjų mãsių dėsnis.

Reakcijos greitis priklauso nuo:

reaguojančiųjų medžiagų prigimties;
dalelių susidūrimo dažnio;
temperatūros;
katalizatorių.

Daugiau

Reaguojančiųjų medžiagų prigimtis

Sakant „medžiagų prigimtis“ turimos omenyje medžiagų savybės. Jų pakeisti neįmanoma. Pavyzdžiui, į vandenį patekęs natris reaguoja labai sparčiai, net užsidega, o geležinė vinis drėgnoje vietoje rūdija labai lėtai. Vandeniniuose tirpaluose mainų reakcijos tarp joninių medžiagų vyksta labai greitai. Pavyzdžiui, į natrio chlorido tirpalą įpylus sidabro nitrato tirpalo, nuosėdų atsiranda akimirksniu, o sacharozės (kovalentinės medžiagos) skaidymas į gliukozę ir fruktozę yra gana lėtas procesas.

Daugiau

Dalelių susidūrimo dažnis

Medžiagos reaguoja susidūrus jų dalelėms (molekulėms, jonams, radikalams, atomams). Kuo dažniau susiduria dalelės, tuo sparčiau vyksta reakcija. Susidūrimo dažnis tuo didesnis, kuo:

didesnė medžiagų koncentracija;
didesnis slėgis (jei reaguoja dujos);
didesnis medžiagų sąlyčio plotas (tik vykstant heterogeninei reakcijai, t. y. kai kietoji medžiaga reaguoja su dujomis arba tirpalu).

6.2.1 pav. Koncentracija rodo medžiagos sutelktumą. (a) Medžiagų koncentracija inde maža, tarp molekulių dideli atstumai; (b) medžiagų koncentracija didelė, atstumai tarp molekulių maži. Kuo didesnė medžiagų koncentracija, tuo dažniau molekulės susiduria ir sparčiau vyksta cheminė reakcija.

Tiriant reakciją

2NO(d) + O₂(d) → 2NO₂(d),

nustatyta, kad jos greitis nuo reaguojančiųjų medžiagų koncentracijos priklauso taip:

ν = k · c²(NO) · c(O₂).

(6.2.1)

Ši lygtis rodo, kad, didinant NO ir (arba) O₂ koncentraciją (žr. 6.2.1 pav.), reakcijos greitis didėja. Atkreipkite dėmesį, kad NO koncentracija pakelti kvadratu. Tad šios medžiagos koncentracijos didinimas daro didesnę įtaką reakcijos greičiui negu O₂ koncentracijos didinimas. Jeigu, tarkime, patrigubinsime NO koncentraciją, reakcija paspartės 3² = 9 kartus. Tris kartus padidinus deguonies koncentraciją, reakcija paspartės 3 kartus.

Šiame pavyzdyje laipsnio rodiklis prie NO koncentracijos sutampa su reakcijos lygties koeficientu. Bet tai veikiau atsitiktinumas nei dėsningumas. Paprastai greičio priklausomybės nuo medžiagų koncentracijos lygtyse laipsnio rodikliai neturi nieko bendra su lygties koeficientais. Jie nustatomi tik bandymais, kaitaliojant medžiagų koncentraciją ir matuojant, kaip dėl to pasikeičia reakcijos greitis.

Lygtyje (6.2.1) k raide pažymėta reãkcijos greičio konstánta. Kiekvienos reakcijos greičio konstanta nustatoma bandymais. Skirtingų reakcijų greičio konstantos matavimo vienetai gali būti skirtingi. Nagrinėjamo pavyzdžio atveju iš (6.2.1) lygties galime išreikšti greičio konstantą ir nustatyti jos matavimo vienetus:

$k = \frac{ν}{c^{2} (NO) \cdot c (O_{2})}$ $= \frac{\frac{mol}{l \cdot s}}{{(\frac{mol}{l})}^{2} \cdot (\frac{mol}{l})}$ $= \frac{l^{2}}{{mol}^{2} \cdot s}$ $= \frac{{dm}^{6}}{{mol}^{2} \cdot s} .$

(6.2.2)

Daugiau

Kinetinė lygtis

Reakcijos greitis priklauso nuo reaguojančiųjų medžiagų koncentracijų sandaugos. Tarkime, reaguoja trys medžiagos – A, M ir Q:

A + M + Q → Produktai.

Šios reakcijos greičio priklausomybės nuo koncentracijos lygtis yra:

\nu=k\ \cdot\ c^x\left(\mathrm{A}\right)\ \cdot\ c^y\left(\mathrm{M}\right)\ \cdot\ c^z\left(\mathrm{Q}\right).

(6.2.3)

Ši priklausomybė vadinama kinètine lygtimi, tačiau tebevartojamas jos ankstesnis pavadinimas veikiančiųjų mãsių dėsnis. Laipsnio rodikliai x, y ir z teoriškai neapskaičiuojami, jie nustatomi atliekant bandymus.Panagrinėkite lygtis (6.1.2) ir (6.2.3), ką kiekviena jų rodo ir kam naudojama (6.1 lentelė).

6.1 lentelė. Dvi greičio apskaičiavimo lygtys

Lygtis	$ν = \pm \frac{1}{n} \cdot \frac{∆ c}{∆ t} .$	$ν = k \cdot c^{x} (A) \cdot c^{y} (M) \cdot c^{z} (Q)$ .
Ką rodo?	Rodo tai, ką vadiname reakcijos greičiu. Tai reakcijos greičio apibrėžimas. Joje nėra koncentracijos, tik jos pokytis. Reakcijos lygties koeficientas n naudojamas tos medžiagos, kurios koncentracijos pokytis matuojamas.	Rodo, kaip reakcijos greitis priklauso nuo medžiagų koncentracijos.
Kam skirta?	Vidutiniam reakcijos greičiui apskaičiuoti, jei žinome, per kiek laiko kiek pakinta koncentracija.	Reakcijos greičiui apskaičiuoti tuo momentu, kuriuo žinome visas reaguojančiųjų medžiagų koncentracijas.

1 pavyzdys

Vandenilio peroksido skilimo reakcijos

2H₂O₂(aq) → 2H₂O(s) + O₂(d)

kinetinė lygtis yra:

ν = k · c(H₂O₂).

Kokie yra šios reakcijos greičio konstantos matavimo vienetai, jei greitis matuojamas mol/(l · s)?
Kokia yra greičio konstantos skaitinė vertė? Žinoma, kad kai vandenilio peroksido koncentracija tirpale yra 0,25 mol/l, reakcija vyksta 7,5 · 10^–5 mol/(l · s) greičiu.
Kokiu greičiu vyks vandenilio peroksido skilimas, jei jo koncentracija bus 0,10 mol/l?

Sprendimas

Iš pateiktos kinetinės lygties išreiškiame konstantą k:

$k = \frac{ν}{c (H_{2} O_{2})}$ $= \frac{\frac{mol}{l \cdot s}}{\frac{mol}{l}}$ $= \frac{1}{s} = s^{- 1} .$

$k = \frac{ν}{c (H_{2} O_{2})}$ $= \frac{7, 5 \cdot 10^{- 5} \frac{mol}{l \cdot s}}{0, 25 \frac{mol}{l}}$ $= 3, 0 \cdot 10^{- 4} \frac{1}{s}$ $= 3, 0 \cdot 10^{- 4} s^{- 1} .$

$ν = k \cdot c (H_{2} O_{2})$ $= 3, 0 \cdot 10^{- 4} s^{- 1} \cdot 0, 10 \frac{mol}{l}$ $= 3, 0 \cdot 10^{- 5} \frac{mol}{l \cdot s} .$

Atsakymas:

s^–1,
3,0 · 10^–4s^–1,
3,0\ \cdot\ 10^{-5}\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{l\ \cdot\ s}}.

2 pavyzdys

Vandenilio ir bromo jungimosi reakcijosH₂(d) + Br₂(d) → 2HBr(d)kinetinė lygtis yra:

ν = k \cdot c (H_{2}) \cdot \sqrt[2]{c ({Br}_{2})} .

Tiriant šią reakciją apskaičiuota, kad vidutinis reakcijos greitis per pirmąsias 15 s yra v₁ = 1,5 · 10^–3 mol/(l · s). Koks būtų šios reakcijos greitis:

v₂, jeigu pradiniu momentu vandenilio slėgis būtų buvęs dvigubai didesnis?
v₃, jeigu pradiniu momentu bromo slėgis būtų buvęs dvigubai didesnis?

Sprendimas

Dujų slėgis ir koncentracija yra vienas kitam proporcingi dydžiai. Dujų slėgiui padvigubėjus, dujų koncentracija irgi padvigubėja (6.2.2 pav.). Todėl a) atveju kalbama apie dvigubai didesnę pradinę vandenilio koncentraciją, o b) atveju – apie dvigubai didesnę pradinę bromo koncentraciją.

6.2.2 pav. Slėgio dvigubinimas tolygus koncentracijos dvigubinimui.

Apskaičiuosime, kiek kartų greitis v₂ skiriasi nuo v₁.

$\frac{ν_{2}}{ν_{1}} = \frac{k \cdot (2 \cdot c (H_{2})) \cdot \sqrt[2]{c ({Br}_{2})}}{k \cdot c (H_{2}) \cdot \sqrt[2]{c ({Br}_{2})}} = 2 .$

Skaitiklis ir vardiklis skiriasi tik tuo, kad vardiklyje vandenilio koncentracija yra c, o skaitiklyje 2c. Suprastinę vienodus dydžius, gauname, kad greičiai skirtųsi du kartus.

v_2=2\ \cdot\ v_1=\ 2\ \cdot\ 1,5\ \cdot\ 10^{-3}\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{l\ \cdot\ s}}=\ 3,0\ \cdot\ 10^{-3}\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{l\ \cdot\ s}}.

Apskaičiuosime, kiek kartų greitis v₂ skiriasi nuo v₁.

\frac{v_{3}}{v_{1}} = \frac{k \cdot c (H_{2}) \cdot \sqrt[2]{(2 \cdot C ({Br}_{2}))}}{k \cdot c (H_{2}) \cdot \sqrt[2]{c ({Br}_{2})}} =

\sqrt[2]{2}

.

Skaitiklis ir vardiklis skiriasi tik tuo, kad vardiklyje bromo koncentracija yra c, o skaitiklyje 2c. Suprastinę vienodus dydžius gauname, kad greičiai skirtųsi $\sqrt[2]{2}$ kartų.

$ν_{3} = \sqrt[2]{2} \cdot ν_{1}$ $= \sqrt[2]{2} \cdot 1, 5 \cdot 10^{- 3} \frac{mol}{l \cdot s}$ $= 2, 1 \cdot 10^{- 3} \frac{mol}{l \cdot s} .$

Atsakymas:

3,0 · 10^-3 mol/(l · s);
2,1 · 10^-3 mol/(l · s).

Daugiau

Heterogeninė reakcija ir paviršiaus ploto įtaka jos greičiui

6.2.3 pav. Cinko ir druskos rūgšties reakcija. (a) Vandenilio jonai (raudoni rutuliukai) gali susidurti tik su cinko granulės paviršiuje esančiais atomais (melsvi rutuliukai). Giliau esantys cinko atomai nepasiekiami (balti rutuliukai). (b) Padalijus cinko granulę į dvi dalis, atsiveria dalis gilumoje buvusių atomų.

Į druskos rūgšties HCl(aq) tirpalą įdėjus cinko granulę, vandenilio jonai gali susidurti tik su cinko granulės paviršiuje esančiais atomais, todėl susidūrimų dažnis priklauso nuo metalo (cinko) paviršiaus ploto ir vandenilio jonų koncentracijos (6.2.3 pav.). Tai heterogeninė reakcija – reaguoja skirtingos agregatinės būsenos medžiagos. Apie cinko ir druskos rūgšties reakcijos greitį galima spręsti iš to, kaip sparčiai skiriasi vandenilio dujos. 6.2.4 paveiksle parodyta, kaip renkamos išsiskiriančios dujos, o 6.2.5 paveiksle – kaip didėja išsiskiriančio divandenilio kiekis, kai cinkas yra miltelių pavidalo (žalia kreivė) arba granulių pavidalo (oranžinė kreivė). Kuo labiau susmulkinta medžiaga, tuo jos paviršiaus plotas didesnis, tuo yra daugiau vietų, kuriose į cinko paviršių gali atsitrenkti vandenilio jonas, tuo sparčiau vyksta reakcija.

6.2.4 pav. Dujinių reakcijos produktų rinkimas išstumiant vandenį. Pradžioje matavimo cilindras pripildomas vandens ir dugnu į viršų panardinamas į kitą indą su vandeniu. Išsiskiriančios dujos išstumia vandenį. Eksperimentatorius registruoja surinktų dujų tūrį skirtingu laiku ir perskaičiuoja kiekiu moliais.

6.2.5 pav. Išsiskyrusio divandenilio kiekis moliais, druskos rūgščiai reaguojant su cinko milteliais ir granulėmis

3 pavyzdys

Į dvi kolbas įpilta po 0,400 litro 1,00 mol/l druskos rūgšties HCl tirpalo. Į vieną kolbą įberta 11,05 g smulkių cinko miltelių, į kitą – tiek pat cinko granulių. Abi kolbos greitai užkimštos kamščiu su dujų tiekimo vamzdeliu. Dujos nukreiptos į dujų rinkimo cilindrus (6.2.4 pav.). Bandymo duomenys pateikti 6.2.5 paveiksle.

Apskaičiuokite:

kiek pakito druskos rūgšties koncentracija atliekant vieną ir kitą bandymą per pirmąsias 300 sekundžių;
kokiu vidutiniu greičiu vyko reakcija pirmąsias 300 sekundžių.

Sprendimas

Iš grafiko matome, kad 300 sekundę išsiskyrusio vandenilio kiekis vienu atveju buvo 0,0120 mol, kitu 0,0060 mol.

Reakcijos lygtis:

Zn(k) + 2HCl(aq) → ZnCl₂(aq) + H₂(d).

Įbėrus cinko miltelių,

n(H₂) = 0,0120 mol.

HCl sureagavo:

\frac{2\ \mathrm{mol\ HCl}}{x\ \mathrm{mol\ HCl}}=\frac{1\mathrm{\ mol\ H_2}}{0,0120\ \mathrm{mol\ H_2}};x = 0,0240 mol;\Delta c\left(\mathrm{HCl}\right)=-\frac{0,0240\ \mathrm{mol}}{0,400\ \mathrm{l}}=-0,0600\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{l}}.Minuso ženklas todėl, kad HCl koncentracija mažėja.v=-\frac{1}{2}\cdot\frac{\left(-0,0600\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{l}}\right)}{300\ \mathrm{s}}=1,00\ \cdot10^{-4}\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{l\cdot s}}.

Įbėrus cinko granulių,n(H₂) = 0,0060 mol.

\frac{2\ \mathrm{mol\ HCl}}{y\ \mathrm{mol\ HCl}}

=\frac{1\mathrm{\ mol\ H_2}}{0,0060\ \mathrm{mol\ H_2}};

y = 0,0120 mol;\Delta c\left(\mathrm{HCl}\right)

=-\frac{0,0120\ \mathrm{mol}}{0,400\ \mathrm{l}}

=-0,0300\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{l}}.

v=-\frac{1}{2}\cdot\frac{\left(-0,0300\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{l}}\right)}{300\ \mathrm{s}}

=5,00\ \cdot10^{-5}\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{l\cdot s}}.

Atsakymas:

–0,0600 mol/l ir –0,0300 mol/l;
1,00 · 10^–4 mol/(l · s) ir 5,00 · 10^–5 mol/(l · s).

Klausimai ir užduotys

Paaiškinkite, kodėl reakcijos greitis mažėja.
Reakcijos

Cl₂(d) + 2NO(d) → 2NOCl(d)kinetinės lygties laipsnio rodikliai sutampa su šios cheminės lygties koeficientais.

Parašykite šios reakcijos kinetinę lygtį.

Apskaičiuokite, kiek kartų pasikeis reakcijos greitis, jeigu:

padvigubinsime Cl₂ koncentraciją, bet nekeisime NO koncentracijos;
padvigubinsime NO koncentraciją, bet nekeisime Cl₂ koncentracijos;
reaguojantį mišinį suspausime tiek, kad dvigubai sumažėtų jo tūris, t. y. dvigubai padidinsime ir Cl₂, ir NO koncentraciją;
trigubai padidinsime NO koncentraciją ir keturis kartus sumažinsime Cl₂ koncentraciją.

Dviejuose mėgintuvėliuose buvo vienodi tūriai vienodos koncentracijos druskos rūgšties tirpalo. Į vieną mėgintuvėlį įdėtas 0,5 g marmuro, t. y. CaCO₃, gabaliukas, į kitą – 0,5 g sugrūsto marmuro. Kuriuo atveju reakcija vyksta sparčiau? Paaiškinkite, kodėl.
Tiek 1-brombutanas (pažymėkime jį medžiaga A), tiek 2-brom-2-metilpropanas (pažymėkime jį medžiaga B) reaguoja su natrio hidroksidu. Vyksta pakaitų (pavadavimo) reakcija. Bromas pakeičiamas OH grupe.

v_A= k_A· c(A) · c(OH^–);

v_B = k_B · c(B) · c⁰(OH^–).

Kiek kartų paspartės viena ir kita reakcija, jeigu abiem atvejais trigubai padidinsime ir halogenalkano, ir natrio hidroksido koncentraciją?
Abiejų reakcijų greitis matuojamas mol/(l · s). Kokiais vienetais matuojama konstanta k_A, k_B?

Aukštoje temperatūroje etano molekulės gali skilti:

C₂H₆(d) → C₂H₄(d) + H₂(d).Šios reakcijos kinetinė lygtis:

v = k \cdot c {}_{C_{2} H_{6}}^{\frac{1}{2}}.

Kiek kartų pasikeičia šios reakcijos greitis:
- 4 kartus padidinus etano koncentraciją;
- 9 kartus sumažinus etano slėgį?
Nurodykite šios reakcijos greičio konstantos matavimo vienetus, jei greitis matuojamas mol/(l · s).

Daugiau

Paslaugą teikia UAB "Biznio mašinų kompanija" ir "Star Cloud OÜ"

Prisijungti prie „Opiq“

„Opiq“ rezultatas

	Užduotys
	Tema mokomasi

Reakcijos greitį lemiantys veiksniai

Daugiau

Reaguojančiųjų medžiagų prigimtis

Daugiau

Dalelių susidūrimo dažnis

(6.2.1)

(6.2.2)

Daugiau

Kinetinė lygtis

(6.2.3)

6.1 lentelė. Dvi greičio apskaičiavimo lygtys

1 pavyzdys

2 pavyzdys

Daugiau

Heterogeninė reakcija ir paviršiaus ploto įtaka jos greičiui

3 pavyzdys

Klausimai ir užduotys

Daugiau

Pridėti turinį

Failai, kuriuos reikia pridėti

Pranešti apie klaidą

Praneškite tik apie klaidas, susijusias su Opiq funkcionalumu ar turiniu. Prašome kuo tiksliau apibūdinti klaidą.

Jei sutinkate pasidalinti papildoma informacija, pridėkite savo kontaktinius duomenis (el. paštas, telefonas).

Patikrinkite, kad padėtumėte kovoti su šlamštu

„Opiq“ naudoja slapukus