ในชีวิตเราต้องเผชิญกับปฏิกิริยาเคมีที่แตกต่างกัน บางส่วนเช่นเดียวกับการเกิดสนิมของเหล็กสามารถคงอยู่ได้นานหลายปี ส่วนอย่างอื่นเช่นการหมักน้ำตาลให้เป็นแอลกอฮอล์ต้องใช้เวลาหลายสัปดาห์ ฟืนในเตาเผาไหม้ภายในสองสามชั่วโมง และน้ำมันเบนซินในเครื่องยนต์เผาไหม้ในเสี้ยววินาที
เพื่อลดต้นทุนอุปกรณ์ โรงงานเคมีจึงเพิ่มความเร็วของปฏิกิริยา และกระบวนการบางอย่าง เช่น การเน่าเสียของอาหารและการกัดกร่อนของโลหะ จำเป็นต้องชะลอตัวลง
อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีสามารถแสดงเป็น การเปลี่ยนแปลงในปริมาณของสสาร (n, โมดูโล) ต่อหน่วยเวลา (t) - เปรียบเทียบความเร็วของวัตถุที่เคลื่อนไหวในฟิสิกส์กับการเปลี่ยนแปลงพิกัดต่อหน่วยเวลา: υ = Δx/Δt เพื่อให้ความเร็วไม่ขึ้นอยู่กับปริมาตรของภาชนะที่เกิดปฏิกิริยาเราจึงแบ่งการแสดงออกตามปริมาตรของสารที่ทำปฏิกิริยา (v) เช่น เราได้รับการเปลี่ยนแปลงปริมาณของสารต่อหน่วยเวลาต่อหน่วยปริมาตร หรือ การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารชนิดใดชนิดหนึ่งต่อหน่วยเวลา:
n 2 − n 1 Δn
υ = –––––––––– = –––––––– = Δс/Δt (1)
(t 2 − t 1) v Δt v
โดยที่ c = n / v คือความเข้มข้นของสาร
Δ (อ่านว่า “เดลต้า”) เป็นชื่อที่ยอมรับโดยทั่วไปสำหรับการเปลี่ยนแปลงค่า
หากสารมีค่าสัมประสิทธิ์ต่างกันในสมการ อัตราการเกิดปฏิกิริยาของสารแต่ละตัวที่คำนวณโดยใช้สูตรนี้จะแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ 2 โมลทำปฏิกิริยาอย่างสมบูรณ์กับออกซิเจน 1 โมลใน 10 วินาทีใน 1 ลิตร:
2SO2 + O2 = 2SO3
อัตราออกซิเจนจะเป็น: υ = 1: (10 1) = 0.1 โมล/ลิตร วินาที
ความเร็วของซัลเฟอร์ไดออกไซด์: υ = 2: (10 1) = 0.2 โมล/ลิตร วินาที- ไม่จำเป็นต้องท่องจำและพูดในระหว่างการสอบโดยมีตัวอย่างให้เพื่อไม่ให้สับสนหากมีคำถามนี้เกิดขึ้น
อัตราของปฏิกิริยาที่ต่างกัน (รวมถึงของแข็ง) มักแสดงต่อหน่วยพื้นที่ของพื้นผิวสัมผัส:
∆n
υ = –––––– (2)
∆t ส
ปฏิกิริยาจะเรียกว่าต่างกันเมื่อสารตั้งต้นอยู่ในระยะที่ต่างกัน:
- ของแข็งที่มีของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซอีกชนิดหนึ่ง
- ของเหลวที่ละลายไม่ได้สองชนิด
- ของเหลวกับแก๊ส
ปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันเกิดขึ้นระหว่างสารต่างๆ ในเฟสเดียว:
- ระหว่างของเหลวที่ผสมกันอย่างดี
- ก๊าซ
- สารในสารละลาย
สภาวะที่ส่งผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
1) ความเร็วของปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับ ลักษณะของสารตั้งต้น. พูดง่ายๆ ก็คือ สารต่างๆ จะทำปฏิกิริยาในอัตราที่ต่างกัน ตัวอย่างเช่น สังกะสีทำปฏิกิริยาอย่างรุนแรงกับกรดไฮโดรคลอริก ในขณะที่เหล็กทำปฏิกิริยาค่อนข้างช้า
2) ยิ่งความเร็วในการตอบสนองสูงเท่าไรก็ยิ่งเร็วขึ้นเท่านั้น ความเข้มข้นสาร สังกะสีจะทำปฏิกิริยากับกรดเจือจางสูงนานกว่ามาก
3) ความเร็วของปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อเพิ่มขึ้น อุณหภูมิ. ตัวอย่างเช่นเพื่อให้เชื้อเพลิงเผาไหม้จำเป็นต้องจุดไฟนั่นคือเพิ่มอุณหภูมิ สำหรับปฏิกิริยาหลายอย่าง อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น 10°C มาพร้อมกับอัตราการเพิ่มขึ้น 2–4 เท่า
4) ความเร็ว ต่างกันปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้น พื้นผิวของสารที่ทำปฏิกิริยา. ของแข็งมักจะบดเพื่อจุดประสงค์นี้ ตัวอย่างเช่น เพื่อให้เหล็กและผงซัลเฟอร์ทำปฏิกิริยาเมื่อถูกความร้อน เหล็กจะต้องอยู่ในรูปของขี้เลื่อยเนื้อละเอียด
โปรดทราบว่าในกรณีนี้คือสูตร (1) โดยนัย! สูตร (2) แสดงความเร็วต่อหน่วยพื้นที่ จึงไม่สามารถขึ้นอยู่กับพื้นที่ได้
5) อัตราการเกิดปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับการมีอยู่ของตัวเร่งปฏิกิริยาหรือสารยับยั้ง
ตัวเร่งปฏิกิริยา- สารที่เร่งปฏิกิริยาเคมีแต่ไม่ถูกบริโภค ตัวอย่างคือการสลายตัวอย่างรวดเร็วของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ด้วยการเติมตัวเร่งปฏิกิริยา - แมงกานีส (IV) ออกไซด์:
2H 2 O 2 = 2H 2 O + O 2
แมงกานีส (IV) ออกไซด์ยังคงอยู่ที่ด้านล่างและสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้
สารยับยั้ง- สารที่ทำให้ปฏิกิริยาช้าลง ตัวอย่างเช่น มีการเติมสารยับยั้งการกัดกร่อนลงในระบบทำน้ำร้อนเพื่อยืดอายุของท่อและแบตเตอรี่ ในรถยนต์ สารยับยั้งการกัดกร่อนจะถูกเติมลงในน้ำมันเบรกและน้ำหล่อเย็น
ตัวอย่างเพิ่มเติมบางส่วน
ปฏิกิริยาเคมีบางอย่างเกิดขึ้นเกือบจะในทันที (การระเบิดของส่วนผสมออกซิเจน-ไฮโดรเจน ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนไอออนในสารละลายที่เป็นน้ำ) ปฏิกิริยาอื่นๆ เกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว (การเผาไหม้ของสาร ปฏิกิริยาของสังกะสีกับกรด) และอื่นๆ อย่างช้าๆ (การเกิดสนิมของเหล็ก การเน่าเปื่อยของสารอินทรีย์ ). เป็นที่รู้กันว่าปฏิกิริยาเกิดขึ้นช้ามากจนบุคคลไม่สามารถสังเกตเห็นได้ ตัวอย่างเช่น การเปลี่ยนหินแกรนิตเป็นทรายและดินเหนียวเกิดขึ้นเป็นเวลาหลายพันปี
กล่าวอีกนัยหนึ่งปฏิกิริยาเคมีสามารถเกิดขึ้นได้ต่างกัน ความเร็ว.
แต่มันคืออะไร ปฏิกิริยาความเร็ว? อะไรคือคำจำกัดความที่แท้จริงของปริมาณนี้ และที่สำคัญที่สุดคือนิพจน์ทางคณิตศาสตร์ของปริมาณนี้
อัตราการเกิดปฏิกิริยาคือการเปลี่ยนแปลงปริมาณของสารต่อหน่วยเวลาในหนึ่งหน่วยปริมาตร ในทางคณิตศาสตร์ นิพจน์นี้เขียนเป็น:
ที่ไหน n 1 และn 2 – ปริมาณของสาร (โมล) ณ เวลา t 1 และ t 2 ตามลำดับ ในระบบปริมาตร วี.
เครื่องหมายบวกหรือลบ (±) ใดจะปรากฏหน้านิพจน์ความเร็วนั้นขึ้นอยู่กับว่าเรากำลังดูการเปลี่ยนแปลงปริมาณของสาร - ผลิตภัณฑ์หรือสารตั้งต้น
เห็นได้ชัดว่าในระหว่างการทำปฏิกิริยารีเอเจนต์จะถูกใช้นั่นคือปริมาณของมันลดลงดังนั้นสำหรับรีเอเจนต์นิพจน์ (n 2 - n 1) จะมีค่าน้อยกว่าศูนย์เสมอ เนื่องจากความเร็วไม่สามารถเป็นค่าลบได้ ในกรณีนี้ คุณต้องใส่เครื่องหมายลบหน้านิพจน์
หากเราดูการเปลี่ยนแปลงในปริมาณของผลิตภัณฑ์ไม่ใช่รีเอเจนต์ก็ไม่จำเป็นต้องใส่เครื่องหมายลบก่อนนิพจน์สำหรับคำนวณความเร็วเนื่องจากนิพจน์ (n 2 - n 1) ในกรณีนี้จะเป็นค่าบวกเสมอเพราะ ปริมาณของผลิตภัณฑ์อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาสามารถเพิ่มขึ้นได้เท่านั้น
อัตราส่วนปริมาณสาร nปริมาตรที่มีสารอยู่จำนวนนี้เรียกว่าความเข้มข้นของโมล กับ:
ดังนั้น เมื่อใช้แนวคิดเรื่องความเข้มข้นของฟันกรามและการแสดงออกทางคณิตศาสตร์ เราสามารถเขียนอีกทางเลือกหนึ่งในการกำหนดอัตราการเกิดปฏิกิริยาได้:
อัตราการเกิดปฏิกิริยาคือการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของโมลาร์ของสารอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาเคมีในหนึ่งหน่วยเวลา:
ปัจจัยที่ส่งผลต่อความเร็วของปฏิกิริยา
บ่อยครั้งเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งที่จะต้องรู้ว่าอะไรเป็นตัวกำหนดความเร็วของปฏิกิริยาหนึ่งๆ และจะมีอิทธิพลต่อปฏิกิริยานั้นอย่างไร ตัวอย่างเช่น อุตสาหกรรมการกลั่นน้ำมันต่อสู้เพื่อทุกๆ ครึ่งเปอร์เซ็นต์ของผลิตภัณฑ์เพิ่มเติมต่อหน่วยเวลาอย่างแท้จริง ท้ายที่สุดแล้ว เมื่อพิจารณาถึงปริมาณน้ำมันที่แปรรูปเป็นจำนวนมาก แม้แต่ครึ่งเปอร์เซ็นต์ก็ส่งผลให้มีกำไรทางการเงินจำนวนมากต่อปี ในบางกรณี การชะลอปฏิกิริยาบางอย่างเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งการกัดกร่อนของโลหะ
แล้วอัตราการเกิดปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับอะไร? มันขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ต่างๆ มากมายอย่างน่าประหลาด
เพื่อให้เข้าใจถึงปัญหานี้ ก่อนอื่น ลองจินตนาการว่าเกิดอะไรขึ้นอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาเคมี เช่น:
A + B → C + D
สมการที่เขียนไว้ข้างต้นสะท้อนถึงกระบวนการที่โมเลกุลของสาร A และ B ชนกันทำให้เกิดโมเลกุลของสาร C และ D
นั่นคือไม่ต้องสงสัยเลยว่าเพื่อให้ปฏิกิริยาเกิดขึ้นอย่างน้อยที่สุดจำเป็นต้องมีการชนกันของโมเลกุลของสารตั้งต้น แน่นอนว่าหากเราเพิ่มจำนวนโมเลกุลต่อหน่วยปริมาตร จำนวนการชนก็จะเพิ่มขึ้นในลักษณะเดียวกับความถี่ของการชนกับผู้โดยสารบนรถบัสที่มีผู้คนหนาแน่นจะเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับการชนกันครึ่งหนึ่ง
กล่าวอีกนัยหนึ่ง อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นของสารตั้งต้นที่เพิ่มขึ้น
ในกรณีที่สารตั้งต้นตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไปเป็นก๊าซ อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้นตามความดันที่เพิ่มขึ้น เนื่องจากความดันของก๊าซจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มข้นของโมเลกุลที่เป็นส่วนประกอบเสมอ
อย่างไรก็ตาม การชนกันของอนุภาคเป็นสิ่งจำเป็น แต่ก็ไม่เพียงพอที่จะทำให้ปฏิกิริยาเกิดขึ้น ความจริงก็คือจากการคำนวณจำนวนการชนกันของโมเลกุลของสารที่ทำปฏิกิริยาที่ความเข้มข้นที่เหมาะสมนั้นมีมากจนปฏิกิริยาทั้งหมดจะต้องเกิดขึ้นในทันที อย่างไรก็ตามในทางปฏิบัติสิ่งนี้จะไม่เกิดขึ้น เกิดอะไรขึ้น?
ความจริงก็คือไม่ใช่ว่าการชนกันของโมเลกุลของสารตั้งต้นทุกครั้งจะมีประสิทธิภาพเสมอไป การชนกันหลายครั้งเป็นแบบยืดหยุ่น โมเลกุลจะกระเด้งออกจากกันเหมือนลูกบอล เพื่อให้เกิดปฏิกิริยา โมเลกุลต้องมีพลังงานจลน์เพียงพอ พลังงานขั้นต่ำที่โมเลกุลของสารที่ทำปฏิกิริยาต้องมีเพื่อให้ปฏิกิริยาเกิดขึ้นเรียกว่าพลังงานกระตุ้นและแสดงเป็น E a ในระบบที่ประกอบด้วยโมเลกุลจำนวนมาก มีการกระจายตัวของโมเลกุลด้วยพลังงาน บางชนิดมีพลังงานต่ำ บางชนิดมีพลังงานสูงและปานกลาง ในบรรดาโมเลกุลทั้งหมดนี้ มีเพียงส่วนเล็กๆ ของโมเลกุลเท่านั้นที่มีพลังงานมากกว่าพลังงานกระตุ้น
ดังที่คุณทราบจากหลักสูตรฟิสิกส์ อุณหภูมิเป็นตัววัดพลังงานจลน์ของอนุภาคที่ประกอบเป็นสาร กล่าวคือ ยิ่งอนุภาคที่ประกอบเป็นสารเคลื่อนที่ได้เร็วเท่าไร อุณหภูมิก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ดังนั้นเห็นได้ชัดว่าการเพิ่มอุณหภูมิทำให้เราเพิ่มพลังงานจลน์ของโมเลกุลเป็นหลักซึ่งเป็นผลมาจากสัดส่วนของโมเลกุลที่มีพลังงานเกิน E เพิ่มขึ้นและการชนกันของพวกมันจะนำไปสู่ปฏิกิริยาทางเคมี
ข้อเท็จจริงของผลกระทบเชิงบวกของอุณหภูมิต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาได้รับการพิสูจน์โดยนักเคมีชาวดัตช์ Van't Hoff ย้อนกลับไปในศตวรรษที่ 19 จากการวิจัยของเขา เขาได้กำหนดกฎเกณฑ์ที่ยังคงมีชื่อของเขาอยู่ และมีลักษณะดังนี้:
ความเร็วของปฏิกิริยาเคมีใด ๆ จะเพิ่มขึ้น 2-4 เท่าโดยอุณหภูมิเพิ่มขึ้น 10 องศา
การแทนค่าทางคณิตศาสตร์ของกฎนี้เขียนเป็น:
ที่ไหน วี 2 และ วี 1 คือความเร็วที่อุณหภูมิ t 2 และ t 1 ตามลำดับและ γ คือค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของปฏิกิริยาซึ่งค่าส่วนใหญ่มักอยู่ในช่วงตั้งแต่ 2 ถึง 4
บ่อยครั้งที่ความเร็วของปฏิกิริยาหลายอย่างสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยใช้ ตัวเร่งปฏิกิริยา.
ตัวเร่งปฏิกิริยาคือสารที่เร่งปฏิกิริยาโดยไม่ถูกบริโภค
แต่ตัวเร่งปฏิกิริยาจะเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาได้อย่างไร?
มาจำเกี่ยวกับพลังงานกระตุ้น E a กัน โมเลกุลที่มีพลังงานต่ำกว่าพลังงานกระตุ้นหากไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยาจะไม่สามารถโต้ตอบซึ่งกันและกันได้ ตัวเร่งปฏิกิริยาเปลี่ยนเส้นทางที่ปฏิกิริยาดำเนินไป เช่นเดียวกับไกด์ที่มีประสบการณ์จะกำหนดเส้นทางการเดินทางที่ไม่ผ่านภูเขาโดยตรง แต่ด้วยความช่วยเหลือจากเส้นทางอ้อม ซึ่งส่งผลให้แม้แต่เพื่อนร่วมทางที่ไม่มีพลังงานเพียงพอที่จะปีนขึ้นไป ภูเขาจะสามารถเคลื่อนตัวไปยังอีกฟากหนึ่งของเธอได้
แม้ว่าตัวเร่งปฏิกิริยาจะไม่ถูกใช้ในระหว่างการทำปฏิกิริยา แต่ก็ยังมีส่วนร่วมอยู่โดยสร้างสารประกอบกลางด้วยรีเอเจนต์ แต่เมื่อสิ้นสุดปฏิกิริยาก็จะกลับสู่สถานะดั้งเดิม
นอกจากปัจจัยข้างต้นที่ส่งผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาแล้ว หากมีส่วนต่อประสานระหว่างสารที่ทำปฏิกิริยา (ปฏิกิริยาต่างกัน) อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะขึ้นอยู่กับพื้นที่สัมผัสของสารตั้งต้นด้วย ตัวอย่างเช่น ลองจินตนาการถึงเม็ดโลหะอะลูมิเนียมที่ตกลงในหลอดทดลองที่มีสารละลายกรดไฮโดรคลอริกที่เป็นน้ำ อลูมิเนียมเป็นโลหะแอคทีฟที่สามารถทำปฏิกิริยากับกรดที่ไม่ออกซิไดซ์ได้ ด้วยกรดไฮโดรคลอริกสมการปฏิกิริยาจะเป็นดังนี้:
2Al + 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2
อลูมิเนียมเป็นของแข็ง ซึ่งหมายความว่าปฏิกิริยากับกรดไฮโดรคลอริกจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวเท่านั้น แน่นอนว่าหากเราเพิ่มพื้นที่ผิวโดยการรีดเม็ดอะลูมิเนียมเป็นฟอยล์ก่อน เราก็จะได้อะตอมอะลูมิเนียมจำนวนมากขึ้นสำหรับการทำปฏิกิริยากับกรด ส่งผลให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น ในทำนองเดียวกัน การเพิ่มพื้นที่ผิวของของแข็งสามารถทำได้โดยการบดให้เป็นผง
นอกจากนี้ อัตราของปฏิกิริยาที่ต่างกันซึ่งของแข็งทำปฏิกิริยากับสารที่เป็นก๊าซหรือของเหลวมักจะได้รับอิทธิพลเชิงบวกจากการกวน ซึ่งเป็นผลมาจากการที่โมเลกุลที่สะสมของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาจะถูกลบออกจากปฏิกิริยาจากการกวน โซนและส่วนใหม่ของโมเลกุลของสารตั้งต้นจะถูก "นำเข้า"
สุดท้ายนี้ ควรสังเกตด้วยว่ามีอิทธิพลอย่างมากต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาและธรรมชาติของรีเอเจนต์ ตัวอย่างเช่น ยิ่งโลหะอัลคาไลอยู่ในตารางธาตุยิ่งต่ำก็ยิ่งทำปฏิกิริยากับน้ำได้เร็วยิ่งขึ้น ฟลูออรีน ในบรรดาฮาโลเจนทั้งหมด ก็จะทำปฏิกิริยาได้เร็วที่สุดกับก๊าซไฮโดรเจน เป็นต้น
โดยสรุปทั้งหมดข้างต้น ความเร็วของปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับปัจจัยต่อไปนี้:
1) ความเข้มข้นของรีเอเจนต์: ยิ่งสูง อัตราการเกิดปฏิกิริยาก็จะยิ่งมากขึ้น
2) อุณหภูมิ: เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น อัตราการเกิดปฏิกิริยาใดๆ จะเพิ่มขึ้น
3) พื้นที่สัมผัสของสารตั้งต้น: ยิ่งพื้นที่สัมผัสของสารรีเอเจนต์มากเท่าไรอัตราการเกิดปฏิกิริยาก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น
4) การกวน หากเกิดปฏิกิริยาระหว่างของแข็งกับของเหลวหรือก๊าซ การกวนสามารถเร่งปฏิกิริยาให้เร็วขึ้นได้
คำนิยาม
จลนพลศาสตร์เคมี– การศึกษาอัตราและกลไกของปฏิกิริยาเคมี
การศึกษาอัตราการเกิดปฏิกิริยาการรับข้อมูลเกี่ยวกับปัจจัยที่มีอิทธิพลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีตลอดจนการศึกษากลไกของปฏิกิริยาเคมีนั้นดำเนินการทดลอง
คำนิยาม
อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี– การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของหนึ่งในสารทำปฏิกิริยาหรือผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาต่อหน่วยเวลาด้วยปริมาตรคงที่ของระบบ
อัตราของปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันและปฏิกิริยาต่างกันถูกกำหนดไว้แตกต่างกัน
คำจำกัดความของการวัดอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีสามารถเขียนได้ในรูปแบบทางคณิตศาสตร์ กำหนดให้เป็นอัตราของปฏิกิริยาเคมีในระบบที่เป็นเนื้อเดียวกัน n B คือจำนวนโมลของสารใดๆ ที่เกิดจากปฏิกิริยา V คือปริมาตรของระบบ และเป็นเวลา จากนั้นในขอบเขต:
สมการนี้สามารถทำให้ง่ายขึ้น - อัตราส่วนของปริมาณของสารต่อปริมาตรคือความเข้มข้นของโมลาร์ของสาร n B / V = c B โดยที่ dn B / V = dc B และสุดท้าย:
ในทางปฏิบัติ ความเข้มข้นของสารตั้งแต่หนึ่งชนิดขึ้นไปจะถูกวัดในช่วงเวลาหนึ่ง ความเข้มข้นของสารตั้งต้นลดลงเมื่อเวลาผ่านไป และความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์เพิ่มขึ้น (รูปที่ 1)
ข้าว. 1. การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารตั้งต้น (a) และผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา (b) เมื่อเวลาผ่านไป
ปัจจัยที่ส่งผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี ได้แก่ ลักษณะของสารตั้งต้น ความเข้มข้น อุณหภูมิ การมีอยู่ของตัวเร่งปฏิกิริยาในระบบ ความดันและปริมาตร (ในเฟสก๊าซ)
อิทธิพลของความเข้มข้นต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีสัมพันธ์กับกฎพื้นฐานของจลนศาสตร์เคมี - กฎการออกฤทธิ์ของมวล (LMA): อัตราของปฏิกิริยาเคมีเป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลคูณของความเข้มข้นของสารตั้งต้นที่เพิ่มขึ้นเป็น พลังของสัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์ ZDM ไม่ได้คำนึงถึงความเข้มข้นของสารในสถานะของแข็งในระบบที่ต่างกัน
สำหรับปฏิกิริยา mA +nB = pC +qD นิพจน์ทางคณิตศาสตร์ของ ZDM จะถูกเขียน:
K × C A m × C B n
K × [A] ม. × [B] n
โดยที่ k คืออัตราคงที่ของปฏิกิริยาเคมี ซึ่งเป็นอัตราของปฏิกิริยาเคมีที่ความเข้มข้นของสารตั้งต้น 1 โมล/ลิตร ต่างจากอัตราของปฏิกิริยาเคมี ค่า k ไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารตั้งต้น ค่า k ยิ่งสูง ปฏิกิริยาก็จะยิ่งเร็วขึ้น
การขึ้นต่อกันของอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีกับอุณหภูมิถูกกำหนดโดยกฎแวนต์ฮอฟฟ์ กฎของแวนต์ ฮอฟฟ์: ทุกๆ 10 องศาของอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีส่วนใหญ่จะเพิ่มขึ้นประมาณ 2 ถึง 4 เท่า นิพจน์ทางคณิตศาสตร์:
(ท2) = (ท1) × (T2-T1)/10,
โดยที่ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของแวนท์ ฮอฟฟ์ คือจำนวนเท่าใดที่อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น 10 o C
ลำดับโมเลกุลและปฏิกิริยา
ความเป็นโมเลกุลของปฏิกิริยาถูกกำหนดโดยจำนวนโมเลกุลขั้นต่ำที่มีปฏิกิริยาพร้อมกัน (มีส่วนร่วมในการกระทำเบื้องต้น) มี:
- ปฏิกิริยาโมเลกุลเดี่ยว (ตัวอย่างคือปฏิกิริยาการสลายตัว)
ไม่มี 2 O 5 = 2NO 2 + 1/2O 2
K × C, -dC/dt = kC
อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ทุกปฏิกิริยาที่เป็นไปตามสมการนี้จะเป็นปฏิกิริยาโมเลกุลเดี่ยว
- สองโมเลกุล
CH 3 COOH + C 2 H 5 OH = CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O
K × C 1 × C 2 , -dC/dt = k × C 1 × C 2
- ไตรโมเลกุล (หายากมาก)
ความเป็นโมเลกุลของปฏิกิริยาถูกกำหนดโดยกลไกที่แท้จริงของมัน เป็นไปไม่ได้ที่จะระบุความเป็นโมเลกุลโดยการเขียนสมการของปฏิกิริยา
ลำดับของปฏิกิริยาถูกกำหนดโดยรูปแบบของสมการจลน์ของปฏิกิริยา มันเท่ากับผลรวมของเลขชี้กำลังของระดับความเข้มข้นในสมการนี้ ตัวอย่างเช่น:
CaCO 3 = CaO + CO 2
K × C 1 2 × C 2 – ลำดับที่สาม
ลำดับของปฏิกิริยาสามารถเป็นเศษส่วนได้ ในกรณีนี้จะพิจารณาจากการทดลอง หากปฏิกิริยาเกิดขึ้นในขั้นตอนเดียว ลำดับของปฏิกิริยาและความเป็นโมเลกุลของมันจะตรงกัน หากในหลายขั้นตอน ลำดับจะถูกกำหนดโดยขั้นตอนที่ช้าที่สุดและเท่ากับความเป็นโมเลกุลของปฏิกิริยานี้
ตัวอย่างการแก้ปัญหา
ตัวอย่างที่ 1
| ออกกำลังกาย | ปฏิกิริยาเกิดขึ้นตามสมการ 2A + B = 4C ความเข้มข้นเริ่มต้นของสาร A คือ 0.15 โมล/ลิตร และหลังจาก 20 วินาทีจะเป็น 0.12 โมล/ลิตร คำนวณอัตราการเกิดปฏิกิริยาเฉลี่ย | ||||||||||
| สารละลาย | ลองเขียนสูตรคำนวณอัตราเฉลี่ยของปฏิกิริยาเคมี: ปฏิกิริยาความเร็วถูกกำหนดโดยการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของโมลของสารตั้งต้นตัวใดตัวหนึ่ง: V = ± ((C 2 - C 1) / (t 2 - เสื้อ 1)) = ± (DC / Dt) โดยที่ C 1 และ C 2 คือความเข้มข้นของโมลาร์ของสาร ณ เวลา t 1 และ t 2 ตามลำดับ (เครื่องหมาย (+) - หากอัตราถูกกำหนดโดยผลคูณของปฏิกิริยา เครื่องหมาย (-) - โดยสารเริ่มต้น) ปฏิกิริยาเกิดขึ้นเมื่อโมเลกุลของสารที่ทำปฏิกิริยาชนกัน ความเร็วของมันถูกกำหนดโดยจำนวนการชนและความน่าจะเป็นที่จะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลง จำนวนครั้งที่ชนกันจะพิจารณาจากความเข้มข้นของสารที่ทำปฏิกิริยา และความน่าจะเป็นของการเกิดปฏิกิริยาจะพิจารณาจากพลังงานของโมเลกุลที่ชนกัน 2. ความเข้มข้น เมื่อความเข้มข้นเพิ่มขึ้น (จำนวนอนุภาคต่อหน่วยปริมาตร) การชนกันของโมเลกุลของสารที่ทำปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นบ่อยขึ้น - อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น เอเอ+บีบี+ . . . ® . . .
ค่าคงที่อัตราการเกิดปฏิกิริยา k ขึ้นอยู่กับลักษณะของสารตั้งต้น อุณหภูมิ และตัวเร่งปฏิกิริยา แต่ไม่ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารตั้งต้น 3. อุณหภูมิ สำหรับอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นทุกๆ 10°C อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้น 2-4 เท่า (กฎของแวนต์ ฮอฟฟ์) เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นจาก t 1 เป็น t 2 การเปลี่ยนแปลงของอัตราการเกิดปฏิกิริยาสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร:
(โดยที่ Vt 2 และ Vt 1 คืออัตราการเกิดปฏิกิริยาที่อุณหภูมิ t 2 และ t 1 ตามลำดับ g คือค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของปฏิกิริยานี้)
ที่ไหน Ea คือพลังงานกระตุ้นเช่น พลังงานที่โมเลกุลที่ชนกันต้องมีเพื่อให้การชนทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมี
A - รีเอเจนต์, B - คอมเพล็กซ์ที่เปิดใช้งาน (สถานะการเปลี่ยนผ่าน), C - ผลิตภัณฑ์ 4. พื้นผิวสัมผัสของสารที่ทำปฏิกิริยา สำหรับระบบที่ต่างกัน (เมื่อสารอยู่ในสถานะการรวมกลุ่มที่แตกต่างกัน) ยิ่งพื้นผิวสัมผัสมีขนาดใหญ่เท่าไร ปฏิกิริยาก็จะยิ่งเกิดขึ้นเร็วขึ้นเท่านั้น พื้นที่ผิวของของแข็งสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการบดและสำหรับสารที่ละลายได้โดยการละลาย 5. การเร่งปฏิกิริยา สารที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาและเพิ่มความเร็วของสารซึ่งยังคงไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อสิ้นสุดปฏิกิริยาเรียกว่าตัวเร่งปฏิกิริยา กลไกการออกฤทธิ์ของตัวเร่งปฏิกิริยาสัมพันธ์กับการลดลงของพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยาเนื่องจากการก่อตัวของสารประกอบระดับกลาง ที่ การเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันรีเอเจนต์และตัวเร่งปฏิกิริยาประกอบด้วยเฟสเดียว (อยู่ในสถานะการรวมตัวเดียวกัน) โดยมี การเร่งปฏิกิริยาต่างกัน- ระยะต่างๆ (อยู่ในสถานะการรวมกลุ่มที่แตกต่างกัน) ในบางกรณี กระบวนการทางเคมีที่ไม่พึงประสงค์สามารถเกิดขึ้นได้ช้าลงอย่างรวดเร็วโดยการเติมสารยับยั้งลงในตัวกลางที่ทำปฏิกิริยา ("ปรากฏการณ์" การเร่งปฏิกิริยาเชิงลบ"). หนึ่งในสาขาวิชาเคมีฟิสิกส์ จลนศาสตร์เคมี ศึกษาอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีและสภาวะที่ส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลง นอกจากนี้ยังตรวจสอบกลไกของปฏิกิริยาเหล่านี้และความถูกต้องทางอุณหพลศาสตร์ด้วย การศึกษาเหล่านี้มีความสำคัญไม่เพียงแต่สำหรับวัตถุประสงค์ทางวิทยาศาสตร์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงการติดตามปฏิกิริยาของส่วนประกอบในเครื่องปฏิกรณ์ในระหว่างการผลิตสารทุกประเภทอีกด้วย แนวคิดเรื่องความเร็วในวิชาเคมีอัตราการเกิดปฏิกิริยามักเรียกว่าการเปลี่ยนแปลงบางอย่างในความเข้มข้นของสารประกอบที่เข้าสู่ปฏิกิริยา (ΔC) ต่อหน่วยเวลา (Δt) สูตรทางคณิตศาสตร์สำหรับอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีมีดังนี้ ᴠ = ±ΔC/Δt อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะวัดเป็นโมล/ลิตร ∙s หากเกิดขึ้นตลอดปริมาตรทั้งหมด (นั่นคือ ปฏิกิริยาเป็นเนื้อเดียวกัน) และในหน่วยโมล/ลูกบาศก์เมตร 2 ∙s หากอันตรกิริยาเกิดขึ้นบนพื้นผิวที่แยกเฟส (นั่นคือ ปฏิกิริยาต่างกัน) เครื่องหมาย “-” ในสูตรหมายถึงการเปลี่ยนแปลงในความเข้มข้นของสารตั้งต้นและเครื่องหมาย “+” หมายถึงการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ที่เกิดปฏิกิริยาเดียวกัน ตัวอย่างปฏิกิริยาในอัตราต่างๆปฏิกิริยาทางเคมีสามารถเกิดขึ้นได้ในอัตราที่ต่างกัน ดังนั้นอัตราการเติบโตของหินงอกหินย้อยซึ่งก็คือการก่อตัวของแคลเซียมคาร์บอเนตจึงอยู่ที่เพียง 0.5 มิลลิเมตรต่อ 100 ปี ปฏิกิริยาทางชีวเคมีบางอย่างเกิดขึ้นอย่างช้าๆ เช่น การสังเคราะห์ด้วยแสงและการสังเคราะห์โปรตีน การกัดกร่อนของโลหะเกิดขึ้นในอัตราที่ค่อนข้างต่ำ ความเร็วปานกลางสามารถใช้เพื่ออธิบายปฏิกิริยาที่ต้องใช้เวลาหนึ่งถึงหลายชั่วโมง ตัวอย่างได้แก่ การปรุงอาหาร ซึ่งเกี่ยวข้องกับการย่อยสลายและการเปลี่ยนแปลงของสารประกอบที่มีอยู่ในอาหาร การสังเคราะห์โพลีเมอร์แต่ละตัวจำเป็นต้องให้ความร้อนแก่ส่วนผสมของปฏิกิริยาในช่วงระยะเวลาหนึ่ง ตัวอย่างของปฏิกิริยาเคมีที่มีความเร็วค่อนข้างสูงคือ ปฏิกิริยาการทำให้เป็นกลาง ปฏิกิริยาของโซเดียมไบคาร์บอเนตกับสารละลายกรดอะซิติกพร้อมกับการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ คุณยังสามารถพูดถึงปฏิกิริยาของแบเรียมไนเตรตกับโซเดียมซัลเฟตซึ่งมีการตกตะกอนของแบเรียมซัลเฟตที่ไม่ละลายน้ำ ปฏิกิริยาจำนวนมากสามารถเกิดขึ้นได้ที่ความเร็วฟ้าผ่าและเกิดพร้อมกับการระเบิด ตัวอย่างคลาสสิกคือปฏิกิริยาระหว่างโพแทสเซียมกับน้ำ
ปัจจัยที่ส่งผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีเป็นที่น่าสังเกตว่าสารชนิดเดียวกันสามารถทำปฏิกิริยากันในอัตราที่ต่างกัน ตัวอย่างเช่น ส่วนผสมของก๊าซออกซิเจนและไฮโดรเจนอาจไม่แสดงสัญญาณของปฏิกิริยากันเป็นเวลานาน แต่เมื่อภาชนะถูกเขย่าหรือกระแทก ปฏิกิริยาจะเกิดการระเบิด ดังนั้นจลนพลศาสตร์เคมีจึงระบุปัจจัยบางอย่างที่มีความสามารถในการมีอิทธิพลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี ซึ่งรวมถึง:
อิทธิพลของธรรมชาติของสารความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในอัตราของปฏิกิริยาเคมีอธิบายได้ด้วยค่าพลังงานกระตุ้น (Ea) ที่แตกต่างกัน เป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นพลังงานส่วนเกินจำนวนหนึ่งเมื่อเปรียบเทียบกับค่าเฉลี่ยที่โมเลกุลต้องการระหว่างการชนเพื่อให้ปฏิกิริยาเกิดขึ้น มีหน่วยวัดเป็น kJ/mol และค่ามักจะอยู่ในช่วง 50-250
เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าถ้า E a = 150 kJ/mol สำหรับปฏิกิริยาใดๆ แล้วที่ n ยู. มันไม่รั่วไหลในทางปฏิบัติ พลังงานนี้ถูกใช้ไปกับการเอาชนะแรงผลักระหว่างโมเลกุลของสารและทำให้พันธะในสารดั้งเดิมอ่อนลง กล่าวอีกนัยหนึ่ง พลังงานกระตุ้นแสดงถึงความแข็งแกร่งของพันธะเคมีในสารต่างๆ ขึ้นอยู่กับค่าของพลังงานกระตุ้น คุณสามารถประมาณอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีเบื้องต้นได้:
ผลของความเข้มข้นการขึ้นต่อกันของอัตราการเกิดปฏิกิริยาต่อความเข้มข้นนั้นมีลักษณะที่แม่นยำที่สุดโดยกฎการออกฤทธิ์ของมวล (LMA) ซึ่งระบุว่า:
กฎนี้เหมาะสำหรับปฏิกิริยาเบื้องต้นในขั้นตอนเดียวหรือขั้นตอนใด ๆ ของอันตรกิริยาของสารที่มีกลไกที่ซับซ้อน หากคุณต้องการกำหนดอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีสมการที่สามารถเขียนตามเงื่อนไขได้ดังนี้: αA+ bB = ϲС ดังนั้น ตามที่กำหนดของกฎหมายข้างต้นสามารถหาความเร็วได้โดยใช้สมการ: V=k·[A] a ·[B] b โดยที่ a และ b เป็นสัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์ [A] และ [B] คือความเข้มข้นของสารประกอบตั้งต้น k คือค่าคงที่อัตราของปฏิกิริยาที่กำลังพิจารณา
ความหมายของค่าสัมประสิทธิ์อัตราของปฏิกิริยาเคมีคือค่าของมันจะเท่ากับอัตราถ้าความเข้มข้นของสารประกอบเท่ากับหน่วย ควรสังเกตว่าสำหรับการคำนวณที่ถูกต้องโดยใช้สูตรนี้ควรคำนึงถึงสถานะการรวมตัวของรีเอเจนต์ด้วย ความเข้มข้นของของแข็งถือเป็นเอกภาพและไม่รวมอยู่ในสมการเนื่องจากความเข้มข้นของของแข็งจะคงที่ในระหว่างการทำปฏิกิริยา ดังนั้นเฉพาะความเข้มข้นของสารของเหลวและก๊าซเท่านั้นที่จะรวมอยู่ในการคำนวณตาม ZDM ดังนั้นสำหรับปฏิกิริยาการผลิตซิลิคอนไดออกไซด์จากสารธรรมดาที่อธิบายไว้ในสมการ ศรี (ทีวี) + Ο 2(g) = SiΟ 2(ทีวี) , ความเร็วจะถูกกำหนดโดยสูตร: งานทั่วไปอัตราปฏิกิริยาเคมีของไนโตรเจนมอนอกไซด์กับออกซิเจนจะเปลี่ยนไปอย่างไรหากความเข้มข้นของสารประกอบตั้งต้นเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า วิธีแก้ปัญหา: กระบวนการนี้สอดคล้องกับสมการปฏิกิริยา: 2ΝΟ + Ο 2 = 2ΝΟ 2. ให้เราเขียนนิพจน์สำหรับอัตราการเกิดปฏิกิริยาเริ่มต้น (ᴠ 1) และสุดท้าย (ᴠ 2): ᴠ 1 = k·[ΝΟ] 2 ·[Ο 2 ] และ ᴠ 2 = k·(2·[ΝΟ]) 2 ·2·[Ο 2 ] = k·4[ΝΟ] 2 ·2[Ο 2 ]. ᴠ 1 /ᴠ 2 = (k·4[ΝΟ] 2 ·2[Ο 2 ]) / (k·[ΝΟ] 2 ·[Ο 2 ]) ᴠ 2 /ᴠ 1 = 4 2/1 = 8. คำตอบ: เพิ่มขึ้น 8 เท่า
ผลกระทบของอุณหภูมิการพึ่งพาอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีกับอุณหภูมิถูกกำหนดโดยการทดลองโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวดัตช์ J. H. Van't Hoff เขาพบว่าอัตราของปฏิกิริยาหลายอย่างเพิ่มขึ้น 2-4 เท่า เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นทุกๆ 10 องศา มีนิพจน์ทางคณิตศาสตร์สำหรับกฎนี้ที่มีลักษณะดังนี้: ᴠ 2 = ᴠ 1 ·γ (Τ2-Τ1)/10 โดยที่ ᴠ 1 และ ᴠ 2 - ความเร็วที่สอดคล้องกันที่อุณหภูมิ Τ 1 และ Τ 2; γ - ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเท่ากับ 2-4 ในเวลาเดียวกันกฎนี้ไม่ได้อธิบายกลไกของอิทธิพลของอุณหภูมิต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเฉพาะและไม่ได้อธิบายรูปแบบทั้งชุด มีเหตุผลที่จะสรุปได้ว่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น การเคลื่อนที่ของอนุภาคที่วุ่นวายจะรุนแรงขึ้น และกระตุ้นให้เกิดการชนกันมากขึ้น อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ไม่ได้ส่งผลกระทบเป็นพิเศษต่อประสิทธิภาพของการชนกันของโมเลกุล เนื่องจากขึ้นอยู่กับพลังงานกระตุ้นเป็นหลัก นอกจากนี้การติดต่อกันเชิงพื้นที่ยังมีบทบาทสำคัญในประสิทธิภาพของการชนกันของอนุภาค การขึ้นอยู่กับอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีกับอุณหภูมิโดยคำนึงถึงธรรมชาติของรีเอเจนต์นั้นเป็นไปตามสมการของ Arrhenius: k = A 0 e -Ea/RΤ โดยที่ A o คือตัวคูณ E a - พลังงานกระตุ้น ตัวอย่างปัญหาการใช้กฎของแวนต์ ฮอฟฟ์ควรเปลี่ยนอุณหภูมิอย่างไรเพื่อให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีซึ่งมีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเท่ากับ 3 เพิ่มขึ้น 27 เท่า? สารละลาย. ลองใช้สูตรกัน ᴠ 2 = ᴠ 1 ·γ (Τ2-Τ1)/10 จากเงื่อนไข ᴠ 2 /ᴠ 1 = 27 และ γ = 3 คุณต้องหา ΔΤ = Τ 2 -Τ 1 การแปลงสูตรดั้งเดิมที่เราได้รับ: V 2 /V 1 =γ ΔΤ/10 เราแทนค่า: 27 = 3 ΔΤ/10 จากนี้เห็นได้ชัดว่า ΔΤ/10 = 3 และ ΔΤ = 30 คำตอบ: อุณหภูมิควรเพิ่มขึ้น 30 องศา
ผลกระทบของตัวเร่งปฏิกิริยาในเคมีฟิสิกส์ อัตราของปฏิกิริยาเคมียังได้รับการศึกษาอย่างจริงจังในส่วนที่เรียกว่าตัวเร่งปฏิกิริยา เขาสนใจว่าสารบางชนิดในปริมาณที่ค่อนข้างน้อยจะเพิ่มอัตราการปฏิสัมพันธ์ของสารอื่นๆ ได้อย่างไรและทำไม สารที่สามารถเร่งปฏิกิริยาได้แต่ไม่ได้ถูกใช้ไปในนั้นเรียกว่าตัวเร่งปฏิกิริยา ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าตัวเร่งปฏิกิริยาเปลี่ยนกลไกของปฏิกิริยาระหว่างกันทางเคมี และมีส่วนทำให้เกิดสภาวะการเปลี่ยนแปลงใหม่ ซึ่งมีลักษณะเฉพาะด้วยความสูงของกำแพงพลังงานที่ต่ำกว่า กล่าวคือ ช่วยลดพลังงานกระตุ้น และเพิ่มจำนวนผลกระทบของอนุภาคที่มีประสิทธิภาพ ตัวเร่งปฏิกิริยาไม่สามารถทำให้เกิดปฏิกิริยาที่เป็นไปไม่ได้อย่างมีพลัง ดังนั้นไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์จึงสามารถสลายตัวเป็นออกซิเจนและน้ำได้: ยังไม่มีข้อความ 2 Ο 2 = ไม่มี 2 Ο + Ο 2. แต่ปฏิกิริยานี้ช้ามากและในชุดปฐมพยาบาลของเรานั้นไม่มีการเปลี่ยนแปลงมาเป็นเวลานาน เมื่อเปิดเฉพาะขวดเปอร์ออกไซด์ที่เก่ามาก คุณอาจสังเกตเห็นเสียงแตกเล็กน้อยที่เกิดจากแรงดันออกซิเจนบนผนังของถัง การเติมแมกนีเซียมออกไซด์เพียงไม่กี่เม็ดจะกระตุ้นให้เกิดการปล่อยก๊าซที่ออกฤทธิ์ ปฏิกิริยาเดียวกันของการสลายตัวของเปอร์ออกไซด์ แต่ภายใต้อิทธิพลของตัวเร่งปฏิกิริยาเกิดขึ้นเมื่อรักษาบาดแผล สิ่งมีชีวิตประกอบด้วยสารหลายชนิดที่เพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาทางชีวเคมี มักเรียกว่าเอนไซม์ สารยับยั้งมีผลตรงกันข้ามกับปฏิกิริยา อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ใช่สิ่งที่เลวร้ายเสมอไป สารยับยั้งใช้เพื่อปกป้องผลิตภัณฑ์โลหะจากการกัดกร่อน เพื่อยืดอายุการเก็บอาหาร เช่น เพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันของไขมัน บริเวณที่สัมผัสกับสารในกรณีที่ปฏิกิริยาเกิดขึ้นระหว่างสารประกอบที่มีสถานะการรวมตัวต่างกัน หรือระหว่างสารที่ไม่สามารถสร้างสภาพแวดล้อมที่เป็นเนื้อเดียวกันได้ (ของเหลวที่ผสมไม่ได้) ปัจจัยนี้ยังส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีอีกด้วย นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าปฏิกิริยาต่างกันเกิดขึ้นโดยตรงที่ส่วนต่อประสานระหว่างเฟสของสารที่มีปฏิกิริยา แน่นอนว่ายิ่งขอบเขตนี้กว้างขึ้นเท่าใด อนุภาคก็ยิ่งมีโอกาสที่จะชนกันมากขึ้นเท่านั้น และปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นเร็วขึ้นเท่านั้น ตัวอย่างเช่น มันจะไปเร็วกว่าในรูปของชิปขนาดเล็กมากกว่าในรูปของท่อนไม้ เพื่อจุดประสงค์เดียวกัน ของแข็งจำนวนมากจะถูกบดเป็นผงละเอียดก่อนที่จะเติมลงในสารละลาย ดังนั้นชอล์กที่เป็นผง (แคลเซียมคาร์บอเนต) จึงออกฤทธิ์กับกรดไฮโดรคลอริกได้เร็วกว่าชิ้นส่วนที่มีมวลเท่ากัน อย่างไรก็ตาม นอกเหนือจากการเพิ่มพื้นที่แล้ว เทคนิคนี้ยังนำไปสู่การแตกของโครงผลึกของสารอย่างวุ่นวาย ดังนั้นจึงเพิ่มปฏิกิริยาของอนุภาค
ในทางคณิตศาสตร์ อัตราของปฏิกิริยาเคมีต่างกันพบได้จากการเปลี่ยนแปลงในปริมาณของสาร (Δν) ที่เกิดขึ้นต่อหน่วยเวลา (Δt) ต่อหน่วยพื้นผิว (S): V = Δν/(S·Δt) ผลกระทบของแรงกดดันการเปลี่ยนแปลงความดันในระบบจะมีผลก็ต่อเมื่อก๊าซมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเท่านั้น ความดันที่เพิ่มขึ้นจะมาพร้อมกับการเพิ่มขึ้นของโมเลกุลของสารต่อหน่วยปริมาตรนั่นคือความเข้มข้นของสารจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วน ในทางกลับกัน ความดันที่ลดลงจะทำให้ความเข้มข้นของรีเอเจนต์ลดลงเท่ากัน ในกรณีนี้ สูตรที่สอดคล้องกับ ZDM เหมาะสำหรับการคำนวณอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี งาน. อัตราการเกิดปฏิกิริยาที่อธิบายโดยสมการจะเพิ่มขึ้นอย่างไร 2ΝΟ + Ο 2 = 2ΝΟ 2, ถ้าปริมาตรของระบบปิดลดลงสามเท่า (T=const)? สารละลาย. เมื่อปริมาตรลดลง ความดันจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วน มาเขียนนิพจน์สำหรับอัตราปฏิกิริยาเริ่มต้น (V 1) และสุดท้าย (V 2): V 1 = k 2 [Ο 2 ] และ V 2 = k·(3·) 2 ·3·[Ο 2 ] = k·9[ΝΟ] 2 ·3[Ο 2 ]. หากต้องการทราบว่าความเร็วใหม่มากกว่าความเร็วเริ่มต้นกี่ครั้ง คุณควรแยกนิพจน์ด้านซ้ายและขวา: V 1 /V 2 = (k 9[ΝΟ] 2 3[Ο 2 ]) / (k [ΝΟ] 2 [Ο 2 ]) ค่าความเข้มข้นและค่าคงที่อัตราจะลดลงและสิ่งที่เหลืออยู่คือ: วี 2 /วี 1 = 9 3/1 = 27 คำตอบ: ความเร็วเพิ่มขึ้น 27 เท่า โดยสรุป ควรสังเกตว่าความเร็วของอันตรกิริยาของสารหรือที่แม่นยำกว่านั้นคือปริมาณและคุณภาพของการชนกันของอนุภาคนั้นได้รับอิทธิพลจากหลายปัจจัย ประการแรก สิ่งเหล่านี้คือพลังงานกระตุ้นและรูปทรงของโมเลกุล ซึ่งแทบเป็นไปไม่ได้เลยที่จะแก้ไข สำหรับเงื่อนไขที่เหลือ หากต้องการเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยา ควร:
|
