Пример прашања што дискутираат за факторите што влијаат на брзината на реакција
Хемиска реакција е трансформација на атоми или молекули карактеризирана со енергетски промени и промени во нивоата на енергија. Во пракса, брзината на реакција опишува колку брзо реактантите се претвораат во производи. Неколку фактори можат да влијаат на брзината на реакцијата, вклучувајќи концентрација, температура, притисок (за гасни реакции), површина и присуство на катализатори. Оваа статија ќе разгледа примери на проблеми поврзани со фактори кои влијаат на брзината на реакцијата со детални објаснувања.
Фактори што влијаат на брзината на реакција
1. Концентрација на реактантите
2. Температура
3. Притисок
4. Површина
5. Катализатор
1. Концентрација на реактантите
Пример за прашање 1:
Дадена реакција:
А + Б → АБ
Ако се дадени концентрациите на [A] = 0,5 M и [B] = 0,5 M, а почетната брзина на реакција е дадена со брзина = k[A][B]. Колкава ќе биде брзината на реакција ако концентрацијата на A се дуплира на 1 M додека [B] останува на 0,5 M?
Пембахасан:
Формула за брзина на реакција:
\[ \text{Стапка} = k[A][B] \]
Почетна цена:
\[ \text{Стапка}_{\text{почетна}} = k[0,5][0,5] = 0,25k \]
Кога концентрацијата на А ќе стане 1 M:
\[ \text{Стапка}_{\text{нова}} = k[1][0,5] = 0,5k \]
Споредба на цени:
\[ \frac{\text{Стапка}_{\text{нова}}}{\text{Стапка}_{\text{почетна}}} = \frac{0,5k}{0,25k} = 2 \]
Значи, новата брзина на реакција е двојно поголема од почетната брзина на реакција.
2. Температура
Пример за прашање 2:
Еден хемичар забележува дека брзината на реакција за еден хемиски процес се зголемува од 0,5 mol/L/s на 2 mol/L/s кога температурата се зголемува од 300 K на 320 K. Кој е факторот на зголемување, врз основа на Арениусовиот закон?
Пембахасан:
Законот на Арениус вели дека:
\[ \text{Стапка} = Ae^{-\frac{E_a}{RT}} \]
Зголемувањето на температурата предизвикува експоненцијалното намалување на Арениусовиот израз, па затоа брзината на реакцијата се зголемува. Во овој случај, факторот на зголемување е:
\[ \frac{\text{Стапка}\ \text{при}\ 320\ K}{\text{Стапка}\ \text{при}\ 300\ K} = \frac{2\ mol/L/s}{0,5\ mol/L/s} = 4 \]
Значи, факторот на зголемување на брзината на реакција е 4 пати.
3. Притисок
Пример за прашање 3:
За гасни реакции:
\[ \text{2NO}(g) + \text{O}_2 (g) → \text{2NO}_2 (g) \]
Ако вкупниот притисок се зголеми од 1 atm на 2 atm при константен волумен, како тоа ќе влијае на брзината на реакцијата?
Пембахасан:
Во гасните реакции, притисокот е директно пропорционален на концентрацијата. Зголемувањето на притисокот ја зголемува концентрацијата на секој гас, зголемувајќи ја брзината на реакцијата. Под претпоставка дека притисокот се одржува пропорционално, брзината на реакцијата се зголемува со притисокот:
\[ \text{Стапка}_{\text{ново}} = k[2NO]^2[O_2] \]
Со зголемување на притисокот, концентрациите на NO и O2 ќе се удвојат, па брзината на реакцијата ќе се зголеми за:
\[ \text{Стапка}_{\text{ново}} = k[2NO]^2[2O_2] = k(2[NO])^2 (2[O_2]) = 4k[NO]^2[O_2] \]
Значи, стапката на реакција се зголемува за 4 пати.
4. Површина
Пример за прашање 4:
Кога цврстиот Zn се става во раствор од HCl, реакцијата за формирање на гас H2 се случува побрзо кога Zn е сомелен во прав отколку кога е во форма на Zn плочка. Зошто е тоа така?
Пембахасан:
Зголемувањето на површината на цврстите честички го зголемува бројот на нови молекули на реактант кои можат да се судрат со површината на цврстиот Zn. Реакцијата помеѓу Zn и HCl е:
\[ \text{Zn}(s) + 2 \text{HCl}(aq) → \text{ZnCl}_2(aq) + \text{H}_2(g) \]
Кога Zn е во форма на прав, контактната површина помеѓу Zn и HCl е поголема во споредба со Zn во форма на прачка, со што се зголемува брзината на реакција низ повеќе места на судир.
5. Катализатор
Пример за прашање 5:
Објаснете ја разликата во брзината на реакција за распаѓање на водород пероксид со и без катализатор (манган диоксид, MnO2).
\[ \text{2H}_2\text{O}_2(aq) → 2\text{H}_2\text{O}(l) + \text{O}_2(g) \]
Пембахасан:
Без катализатор, распаѓањето на водород пероксид е бавно поради високата енергија на активирање. Меѓутоа, со катализаторот MnO2, енергијата на активирање е значително намалена. MnO2 не реагира трајно во реакцијата, туку обезбедува алтернативен пат (механизам на реакција) со помала енергија на активирање, забрзувајќи ја брзината на реакцијата.
Со катализатор:
– Брзината на реакција се зголемува бидејќи потребната енергија е помала.
– Кинетиката на реакцијата се менува, но приносот на производот останува ист.
Катализаторите овозможуваат зголемување на ефективната фреквенција на судири без промена на термодинамиката на реакцијата.
Заклучок
Брзините на реакции се под влијание на неколку фактори, вклучувајќи ја концентрацијата на реактантите, температурата, притисокот, особено кај гасовитите реакции, површината кај цврстите материјали и присуството на катализатори. Концентрацијата е директно пропорционална на брзината на реакцијата; температурата влијае на кинетичката енергија на реактантите; притисокот влијае на гасовитите реакции преку концентрацијата на гас; површината влијае на површината на судирот; а катализаторите ја забрзуваат брзината со намалување на енергијата на активација. Разбирањето на овие фактори е од суштинско значење за контролирање на брзината на реакциите во различни индустриски апликации и лабораториски истражувања.
