Nous sommes constamment confrontés à diverses interactions chimiques. La combustion du gaz naturel, la rouille du fer, l'acidification du lait sont loin d'être tous les processus qui sont étudiés en détail dans un cours de chimie à l'école.
Certaines réactions prennent des fractions de secondes, tandis que certaines interactions prennent des jours ou des semaines.
Essayons d'identifier la dépendance de la vitesse de réaction à la température, à la concentration et à d'autres facteurs. Dans la nouvelle norme éducative, un temps d'étude minimum est alloué à cette question. Dans les tests de l'examen d'État unifié, il existe des tâches sur la dépendance de la vitesse de réaction à la température, à la concentration et même des tâches de calcul sont proposées. De nombreux lycéens éprouvent certaines difficultés à trouver des réponses à ces questions, nous allons donc analyser ce sujet en détail.
Pertinence de la question à l'étude
Les informations sur la vitesse de réaction sont d'une grande importance pratique et scientifique. Par exemple, dans une production spécifique de substances et de produits à partir d'unla valeur dépend directement des performances de l'équipement, du coût des marchandises.
Classification des réactions en cours
Il existe une relation directe entre l'état d'agrégation des composants initiaux et les produits formés au cours du processus chimique: interactions hétérogènes.
Un système est généralement compris en chimie comme une substance ou une combinaison de celles-ci.
Un système homogène est celui qui se compose d'une phase (le même état d'agrégation). A titre d'exemple, on peut citer un mélange de gaz, plusieurs liquides différents.
Hétérogène est un système dans lequel les réactifs sont sous forme de gaz et de liquides, de solides et de gaz.
La vitesse de réaction dépend non seulement de la température, mais aussi de la phase dans laquelle les composants impliqués dans l'interaction analysée sont utilisés.
Une composition homogène se caractérise par la fluidité du processus dans tout le volume, ce qui améliore considérablement sa qualité.
Si les substances initiales sont dans des états de phase différents, dans ce cas, l'interaction maximale est observée à la limite de phase. Par exemple, lorsqu'un métal actif est dissous dans un acide, la formation d'un produit (sel) n'est observée qu'à la surface de leur contact.
Relation mathématique entre la vitesse du processus et divers facteurs
À quoi ressemble l'équation de la vitesse d'une réaction chimique en fonction de la température ? Pour un processus homogène, le taux est déterminé par la quantitéune substance qui interagit ou se forme lors d'une réaction dans le volume du système par unité de temps.
Pour un processus hétérogène, le taux est déterminé par la quantité d'une substance réagissant ou produite dans le processus par unité de surface pendant une période de temps minimale.
Facteurs affectant la vitesse d'une réaction chimique
La nature des substances qui réagissent est l'une des raisons des différentes vitesses de processus. Par exemple, les métaux alcalins forment des alcalis avec de l'eau à température ambiante, et le processus s'accompagne d'un dégagement intense d'hydrogène gazeux. Les métaux nobles (or, platine, argent) ne sont pas capables de tels processus ni à température ambiante ni lorsqu'ils sont chauffés.
La nature des réactifs est un facteur pris en compte dans l'industrie chimique afin d'augmenter la rentabilité de la production.
La relation entre la concentration des réactifs et la vitesse d'une réaction chimique a été révélée. Plus il est élevé, plus les particules entreront en collision, par conséquent, le processus se déroulera plus rapidement.
La loi d'action des masses sous forme mathématique décrit une relation directement proportionnelle entre la concentration des substances de départ et la vitesse du processus.
Il a été formulé au milieu du XIXe siècle par le chimiste russe N. N. Beketov. Pour chaque processus, une constante de réaction est déterminée, qui n'est pas liée à la température, à la concentration ou à la nature des réactifs.
Àpour accélérer une réaction impliquant un solide, vous devez le réduire en poudre.
Dans ce cas, la surface augmente, ce qui a un effet positif sur la vitesse du processus. Pour le carburant diesel, un système d'injection spécial est utilisé, grâce auquel, lorsqu'il entre en contact avec l'air, le taux de combustion d'un mélange d'hydrocarbures augmente considérablement.
Chauffage
La dépendance de la vitesse d'une réaction chimique à la température est expliquée par la théorie de la cinétique moléculaire. Il permet de calculer le nombre de collisions entre les molécules des réactifs sous certaines conditions. Armés de telles informations, dans des conditions normales, tous les processus devraient se dérouler instantanément.
Mais si nous considérons un exemple spécifique de la dépendance de la vitesse de réaction à la température, il s'avère que pour l'interaction, il est nécessaire de rompre d'abord les liaisons chimiques entre les atomes afin de former de nouvelles substances à partir d'eux. Cela nécessite une quantité importante d'énergie. Quelle est la dépendance de la vitesse de réaction à la température ? L'énergie d'activation détermine la possibilité de rupture des molécules, elle caractérise la réalité des processus. Ses unités sont le kJ/mol.
Si l'énergie est insuffisante, la collision sera inefficace, elle ne s'accompagne donc pas de la formation d'une nouvelle molécule.
Représentation graphique
La dépendance de la vitesse d'une réaction chimique à la température peut être représentée graphiquement. Lorsqu'elles sont chauffées, le nombre de collisions entre les particules augmente, ce qui contribue à l'accélération de l'interaction.
À quoi ressemble un graphique de vitesse de réaction en fonction de la température ? L'énergie des molécules est tracée horizontalement et le nombre de particules à haute réserve d'énergie est indiqué verticalement. Un graphique est une courbe qui peut être utilisée pour juger de la vitesse d'une interaction particulière.
Plus la différence d'énergie par rapport à la moyenne est grande, plus le point de la courbe est éloigné du maximum, et un plus petit pourcentage de molécules ont une telle réserve d'énergie.
Aspects importants
Est-il possible d'écrire une équation pour la dépendance de la constante de vitesse de réaction à la température ? Son augmentation se traduit par l'augmentation de la vitesse du processus. Une telle dépendance est caractérisée par une certaine valeur, appelée coefficient de température de la vitesse de traitement.
Pour toute interaction, la dépendance de la constante de vitesse de réaction à la température a été révélée. Si elle est augmentée de 10 degrés, la vitesse du processus augmente de 2 à 4 fois.
La dépendance de la vitesse des réactions homogènes à la température peut être représentée sous forme mathématique.
Pour la plupart des interactions à température ambiante, le coefficient est compris entre 2 et 4. Par exemple, avec un coefficient de température de 2,9, une augmentation de température de 100 degrés accélère le processus de près de 50 000 fois.
La dépendance de la vitesse de réaction à la température peut être facilement expliquée par une valeur différente de l'énergie d'activation. Il a une valeur minimale au cours des processus ioniques, qui ne sont déterminés que par l'interaction des cations et des anions. De nombreuses expériences témoignent de l'apparition instantanée de telles réactions.
Lorsque l'énergie d'activation est élevée, seul un petit nombre de collisions entre particules conduira à la mise en œuvre de l'interaction. Avec une énergie d'activation moyenne, les réactifs interagiront à une vitesse moyenne.
Les affectations sur la dépendance de la vitesse de réaction à la concentration et à la température ne sont envisagées qu'au niveau supérieur de l'éducation, ce qui cause souvent de graves difficultés aux enfants.
Mesurer la vitesse d'un processus
Ces processus qui nécessitent une énergie d'activation importante impliquent une rupture initiale ou un affaiblissement des liaisons entre les atomes dans les substances d'origine. Dans ce cas, ils passent dans un certain état intermédiaire, appelé complexe activé. C'est un état instable, qui se désintègre assez rapidement en produits de réaction, le processus s'accompagne de la libération d'énergie supplémentaire.
Dans sa forme la plus simple, un complexe activé est une configuration d'atomes avec des liaisons anciennes affaiblies.
Inhibiteurs et catalyseurs
Analysons la dépendance de la vitesse de réaction enzymatique à la température du milieu. Ces substances agissent comme des accélérateursprocessus.
Ils ne participent pas eux-mêmes à l'interaction, leur nombre après l'achèvement du processus reste inchangé. Si les catalyseurs augmentent la vitesse de réaction, les inhibiteurs, au contraire, ralentissent ce processus.
L'essence de ceci est la formation de composés intermédiaires, à la suite de quoi un changement dans la vitesse du processus est observé.
Conclusion
Diverses interactions chimiques se produisent chaque minute dans le monde. Comment établir la dépendance de la vitesse de réaction à la température ? L'équation d'Arrhenius est une explication mathématique de la relation entre la constante de vitesse et la température. Cela donne une idée de ces valeurs d'énergie d'activation auxquelles la destruction ou l'affaiblissement des liaisons entre les atomes dans les molécules, la distribution des particules dans de nouveaux produits chimiques est possible.
Grâce à la théorie de la cinétique moléculaire, il est possible de prédire la probabilité d'interactions entre les composants initiaux, pour calculer la vitesse du processus. Parmi les facteurs qui affectent la vitesse de réaction, le changement de l'indice de température, le pourcentage de concentration des substances en interaction, la surface de contact, la présence d'un catalyseur (inhibiteur), ainsi que la nature des composants en interaction sont particulièrement importants..
