Скорость химических реакций
Вам известна цепная разветвленная реакция деления урана-235, в каждом элементарном акте которой захватывается 1 нейтрон (играющий роль радикала) и испускается до 3 нейтронов. В зависимости от условий (например, от концентрации поглотителей нейтронов) для нее также возможно стационарное течение или взрыв. Это еще один пример корреляции кинетики химических и ядерных процессов.
Влияние поверхности соприкосновения реагентов на скорость химической реакции.
Пока что для простоты рассматривались гомогенные реакции, т.е. реакции, которые протекают в однородной среде, например, в смеси газов или в растворе. Но существует множество гетерогенных процессов, идущих на поверхности соприкосновения:
· твердого вещества и газа: S + O2 = SO2,
· твердого вещества и жидкости: Fe + 2HCl = FeCl2 + H2,
· двух несмешивающихся жидкостей: C3H7Br + KCN (водн.) = C3H7CN + KBr(водн.)
Скорость гетерогенной реакции прямо пропорциональна площади поверхности соприкосновения реагентов.
*Твердые вещества, участвующие в гетерогенной реакции, для увеличения скорости взаимодействия измельчают, чтобы увеличить площадь поверхности частиц. Например, уголь для приготовления пороха растирают в порошок. Жидкость для реакции с газом распыляют в мельчайшие капельки: так, дизельное топливо (смесь углеводородов) впрыскивают в камеру, где оно встречается с воздухом, через специальное устройство, обеспечивающее распыление.
Влияние поверхности соприкосновения реагентов на скорость химической реакции. Дополнительный материал.
У гетерогенных реакций есть два возможных режима протекания: кинетический
и диффузионный
. Это обусловлено тем, что для таких реакций важны стадии притока реагентов к месту реакции и отвода продуктов.
Винни-Пух способен съедать 1 ложку варенья за секунду, т.е. скорость поедания варенья составляет 1 л./с. Но если Кролик не будет успевать подносить ему варенье, то скорость поедания варенья снизится независимо от возможностей Винни-Пуха: при скорости подачи варенья 1 банка в минуту (= 30 ложек за 60 секунд = 0,5 л./с) наблюдаемая скорость поедания варенья будет равна скорости его подачи, т.е. 0,5 л./с. Так и с химическими реакциями.
Если реагенты подходят друг к другу быстрее, чем реагируют, то лимитирующей стадией является собственно реакция, и наблюдается кинетический режим
.
Если химическая реакция происходит быстрее, чем реагенты успевают подходить друг к другу, то наблюдаемая скорость реакции определяется не ее механизмом, а скоростью диффузии реагентов к месту реакции. Это - диффузионный режим
.Прежде чем изучать кинетику химической реакции, необходимо убедиться, что она протекает в кинетическом режиме.
Влияние природы реагентов на скорость химической реакции.
Константа скорости реакции зависит в первую очередь от природы реагирующих веществ. Калий быстрее взаимодействует с водой, чем натрий, а литий - еще медленнее натрия. Водород реагирует с кислородом очень быстро (часто со взрывом), а азот с кислородом - крайне медленно и лишь в жестких условиях (электрический разряд, высокие температуры).
Влияние природы реагентов на скорость химической реакции. Дополнительный материал.
Под "природой реагирующих веществ" понимают:
1. Для веществ молекулярного строения - тип химических связей в молекулах реагентов, прочность связей. Чтобы молекула прореагировала, связь в ней необходимо разорвать.
2. Для веществ немолекулярного строения (ионный или атомный кристалл) - строение кристаллической решетки, ее прочность.
3. Для веществ, у которых "молекула" состоит из одного атома (например, металлы, благородные газы) - строение электронной оболочки атома, прочность связывания внешних электронов.
4. Для молекул сложной формы - вероятность благоприятного для реакции взаимного расположения реагентов при соударении. Если соударение на левом рисунке приведет к реакции, то на правом - нет, с какой бы силой оно ни осуществилось.
