Le taux de réaction est une valeur qui montre le changement de concentration des réactifs sur une période de temps. Afin d'estimer sa taille, il est nécessaire de changer les conditions initiales du processus.
Interactions homogènes
La vitesse de réaction entre certains composés qui se présentent sous la même forme agrégée dépend du volume des substances prises. D'un point de vue mathématique, il est possible d'exprimer la relation entre la vitesse d'un processus homogène et la variation de concentration par unité de temps.
Un exemple d'une telle interaction est l'oxydation du monoxyde d'azote (2) en monoxyde d'azote (4).
Processus hétérogènes
La vitesse de réaction des substances de départ dans différents états d'agrégation est caractérisée par le nombre de moles de réactifs de départ par unité de surface par unité de temps.
Les interactions hétérogènes sont caractéristiques des systèmes qui ont des états agrégés différents.
En résumé, nous notons que la vitesse de réaction démontre le changement du nombre de moles des réactifs initiaux (produits de réaction) pourpériode de temps, par unité d'interface ou par unité de volume.
Concentration
Considérons les principaux facteurs affectant la vitesse de réaction. Commençons par la concentration. Une telle dépendance s'exprime par la loi d'action de masse. Il existe une relation directement proportionnelle entre le produit des concentrations de substances qui interagissent, prises en fonction de leurs coefficients stéréochimiques, et la vitesse de la réaction.
Considérons l'équation aA + bB=cC + dD, où A, B, C, D sont des liquides ou des gaz. Pour le processus ci-dessus, l'équation cinétique peut être écrite en tenant compte du coefficient de proportionnalité, qui a sa propre valeur pour chaque interaction.
Comme principale raison de l'augmentation de la vitesse, on peut noter une augmentation du nombre de collisions de particules en réaction par unité de volume.
Température
Considérez l'effet de la température sur la vitesse de réaction. Les processus qui se produisent dans des systèmes homogènes ne sont possibles que lorsque les particules entrent en collision. Mais toutes les collisions ne conduisent pas à la formation de produits de réaction. Uniquement dans le cas où les particules ont une énergie accrue. Lorsque les réactifs sont chauffés, on observe une augmentation de l'énergie cinétique des particules, le nombre de molécules actives augmente donc on observe une augmentation de la vitesse de réaction. La relation entre l'indice de température et la vitesse de traitement est déterminée par la règle de van't Hoff: chaque augmentation de température de 10 °C entraîne une augmentation de la vitesse de traitement de 2 à 4 fois.
Catalyseur
Compte tenu des facteurs affectant la vitesse de réaction, concentrons-nous sur les substances qui peuvent augmenter la vitesse du processus, c'est-à-dire sur les catalyseurs. Selon l'état d'agrégation du catalyseur et des réactifs, on distingue plusieurs types de catalyse:
- forme homogène, dans laquelle les réactifs et le catalyseur ont le même état d'agrégation;
- hétérogène lorsque les réactifs et le catalyseur sont dans la même phase.
Le nickel, le platine, le rhodium, le palladium peuvent être distingués comme exemples de substances qui accélèrent les interactions.
Les inhibiteurs sont des substances qui ralentissent une réaction.
Zone de contact
Quoi d'autre détermine la vitesse de réaction ? La chimie est divisée en plusieurs sections, chacune traitant de l'examen de certains processus et phénomènes. Le cours de chimie physique examine la relation entre la surface de contact et la vitesse du processus.
Afin d'augmenter la surface de contact des réactifs, ils sont broyés à une certaine taille. L'interaction la plus rapide se produit dans les solutions, c'est pourquoi de nombreuses réactions sont effectuées en milieu aqueux.
Lors du broyage de solides, la mesure doit être respectée. Par exemple, lorsque la pyrite (sulfite de fer) est transformée en poussière, ses particules sont frittées dans un four, ce qui affecte négativement la vitesse du processus d'oxydation de ce composé et le rendement en dioxyde de soufre diminue.
Réactifs
Essayons de comprendre comment déterminer la vitesse de réaction en fonction des réactifs qui interagissent ? Par exemple, les métaux actifs situés dans la série électrochimique de Beketov avant l'hydrogène sont capables d'interagir avec des solutions acides, et ceux qui se trouvent après H2 n'ont pas une telle capacité. La raison de ce phénomène réside dans l'activité chimique différente des métaux.
Pression
Comment le taux de réaction est-il lié à cette valeur ? La chimie est une science étroitement liée à la physique, donc la dépendance est directement proportionnelle, elle est régulée par les lois des gaz. Il existe une relation directe entre les quantités. Et pour comprendre quelle loi détermine la vitesse d'une réaction chimique, il est nécessaire de connaître l'état d'agrégation et la concentration des réactifs.
Types de vitesses en chimie
Il est d'usage de distinguer les valeurs instantanées et moyennes. Le taux moyen d'interaction chimique est défini comme la différence des concentrations de réactifs sur une période de temps.
La valeur obtenue est négative lorsque la concentration diminue, positive lorsque la concentration des produits d'interaction augmente.
La vraie valeur (instantanée) est un tel rapport dans une certaine unité de temps.
Dans le système SI, la vitesse d'un processus chimique est exprimée en [mol×m-3×s-1].
Problèmes en chimie
Regardons quelques exemples de problèmes liés à la détermination de la vitesse.
Exemple 1. Dansle chlore et l'hydrogène sont mélangés dans un récipient, puis le mélange est chauffé. Après 5 secondes, la concentration de chlorure d'hydrogène a acquis une valeur de 0,05 mol/dm3. Calculer la vitesse moyenne de formation du chlorure d'hydrogène (mol/dm3 s).
Il est nécessaire de déterminer la variation de la concentration de chlorure d'hydrogène 5 secondes après l'interaction, en soustrayant la valeur initiale de la concentration finale:
C(HCl)=c2 - c1=0,05 - 0=0,05 mol/dm3.
Calculer la vitesse moyenne de formation de chlorure d'hydrogène:
V=0,05/5=0,010 mol/dm3 ×s.
Exemple 2. Dans un récipient d'un volume de 3 dm3, le processus suivant se produit:
C2H2 + 2H2=C2 H6.
La masse initiale d'hydrogène est de 1 g. Deux secondes après le début de l'interaction, la masse d'hydrogène a acquis une valeur de 0,4 g. Calculer le taux moyen de production d'éthane (mol/dm 3×s).
La masse d'hydrogène qui a réagi est définie comme la différence entre la valeur initiale et le nombre final. C'est 1 - 0,4=0,6 (g). Pour déterminer le nombre de moles d'hydrogène, il faut le diviser par la masse molaire d'un gaz donné: n \u003d 0,6/2 \u003d 0,3 mol. Selon l'équation, 1 mole d'éthane est formée à partir de 2 moles d'hydrogène, donc à partir de 0,3 mole de H2 on obtient 0,15 mole d'éthane.
Déterminer la concentration de l'hydrocarbure résultant, on obtient 0,05 mol/dm3. Ensuite, vous pouvez calculer le taux moyen de sa formation:=0,025 mol/dm3 ×s.
Conclusion
Divers facteurs influencent la vitesse d'interaction chimique: la nature des substances qui réagissent (énergie d'activation), leur concentration, la présence d'un catalyseur, le degré de broyage, la pression, le type de rayonnement.
Dans la seconde moitié du XIXe siècle, le professeur N. N. Beketov a suggéré qu'il existe un lien entre les masses des réactifs initiaux et la durée du processus. Cette hypothèse a été confirmée par la loi d'action de masse, établie en 1867 par des chimistes norvégiens: P. Wage et K. Guldberg.
La chimie physique étudie le mécanisme et la vitesse de divers processus. Les processus les plus simples se produisant en une étape sont appelés processus monomoléculaires. Les interactions complexes impliquent plusieurs interactions séquentielles élémentaires, de sorte que chaque étape est considérée séparément.
Afin d'obtenir le rendement maximum de produits de réaction avec des coûts énergétiques minimaux, il est important de prendre en compte les principaux facteurs qui affectent le déroulement du processus.
Par exemple, pour accélérer le processus de décomposition de l'eau en substances simples, il faut un catalyseur dont le rôle est joué par l'oxyde de manganèse (4).
Toutes les nuances associées au choix des réactifs, à la sélection de la pression et de la température optimales, à la concentration des réactifs sont prises en compte dans la cinétique chimique.
