Szybkość reakcji chemicznych

Reakcje chemiczne przebiegają z różną szybkością. Są wśród nich zachodzące w niezwykle krótkim czasie (np. wybuch mieszaniny gazu z powietrzem), ale i bardzo powolne (np. wietrzenie skał). Przeprowadzone doświadczenia pozwolą zbadać czynniki wpływające na szybkość, z jaką zachodzą reakcje chemiczne. W praktycznym zastosowaniu chemii interesują nas zarówno metody przyspieszenia przebiegu reakcji, jak i zwolnienia tempa procesu.

Do przeprowadzenia wszystkich doświadczeń potrzebne będą: roztwór kwasu solnego HCl i metaliczny magnez Mg w postaci wiórków oraz wstążki. Miarą szybkości reakcji roztwarzania magnezu w roztworze kwasu solnego:

będzie intensywność wydzielania gazowego wodoru.

Pierwszy eksperyment pozwoli sprawdzić, jaki wpływ wywiera stężenie kwasu (fotografia 1). W tym celu przygotowujemy w probówkach roztwory kwasu solnego – jeden z nich o dwukrotnie większym stężeniu HCl (fotografia 2). Po wrzuceniu do obu probówek kilku wiórków metalicznego magnezu (fotografia 3) możemy zaobserwować intensywniejsze wydzielanie gazu w probówce zawierającej roztwór kwasu o większym stężeniu (fotografia 4).

Wniosek: wzrost stężenia substratu zwiększa szybkość zachodzenia reakcji.

Teoretycznym wytłumaczeniem wpływu stężenia na szybkość reakcji jest fakt, że cząsteczki w roztworze o większym stężeniu mogą się częściej ze sobą zderzać.

W przemyśle chemicznym stosuje się metodę przyspieszenia przebiegu reakcji opartą na zwiększeniu stężeń substratów. W odniesieniu do reagentów gazowych identycznie działa wzrost ciśnienia – cząsteczki gazu są bardziej ?ściśnięte” w jednostce objętości, więc tym samym substancja ma większe stężenie.

W drugim doświadczeniu zbadamy wpływ temperatury na szybkość reakcji. Przygotowujemy w probówkach roztwory kwasu solnego o identycznym stężeniu, a następnie jeden z nich umieszczamy w zlewce z wrzącą wodą, drugi zaś w zlewce zawierającej lód (fotografia 5). Po ogrzaniu roztworu w pierwszej probówce i ochłodzeniu w drugiej (fotografia 6), do obu z nich wrzucamy kilka wiórków metalicznego magnezu. Intensywniejsze wydzielanie gazu obserwujemy w probówce z roztworem ogrzanym (fotografia 7).

Wniosek: wzrost temperatury zwiększa szybkość zachodzenia reakcji.

Teoretycznym wytłumaczeniem wpływu temperatury na szybkość reakcji jest fakt, że w wyższej temperaturze cząsteczki poruszają się szybciej (i w konsekwencji częściej się zderzają), a ponadto posiadają większą energię, niezbędną do zerwania starych i wytworzenia nowych wiązań chemicznych. Istnieje empiryczna (oparta na doświadczeniu) reguła van’t Hoffa, wedle której wzrost temperatury o 10 stopni powoduje 2?4-krotne zwiększenie szybkości reakcji.

Przemysł chemiczny prawie zawsze stosuje ogrzewanie substratów jako metodę przyspieszenia przebiegu reakcji lub wręcz ?wymuszenia” jej zajścia. Także w życiu codziennym powszechnie przyspieszamy niektóre reakcje poprzez zwiększenie temperatury (np. gotowanie potraw) lub zwalniamy je poprzez obniżenie (np. chłodzenie produktów żywnościowych w celu zapobieżenia ich rozkładowi).

W trzecim eksperymencie zbadamy wpływ rozdrobnienia substancji stałej na szybkość reakcji przebiegającej z jej udziałem. W probówkach przygotowujemy roztwory kwasu solnego o identycznym stężeniu (fotografia 8 ). Następnie do jednej z nich wrzucamy wiórki metalicznego magnezu, zaś do drugiej wstążkę z tego metalu. Gaz intensywniej wydziela się w probówce, do której wrzuciliśmy wiórki magnezowe (fotografia 9).

Wniosek: wzrost rozdrobnienia substancji stałej zwiększa szybkość zachodzenia reakcji.

Teoretycznym wytłumaczeniem wpływu rozdrobnienia substancji stałej na szybkość reakcji jest fakt, że przemiana z jej udziałem może zachodzić tylko na powierzchni ciała stałego. Substancja bardziej rozdrobniona ma większą sumaryczną powierzchnię niż identyczna masa substancji o mniejszym stopniu rozdrobnienia.

Przemysł chemiczny stosuje powszechnie również i tę metodę zwiększenia szybkości reakcji (mielenie substratów stałych), a i my sami wiele razy ją stosowaliśmy (np. pokrojone ?w kostkę” ziemniaki ugotują się szybciej).

Zdjęcia

Tagi: , , , , ,

Podobne