Hemijske reakcije. Uslovi za tok i završetak hemijskih reakcija. Hemijski procesi i uslovi njihovog nastajanja Šta je uslov za reakciju

Brzina hemijske reakcije Je promjena u količini reaktanta ili produkta reakcije u jedinici vremena po jedinici volumena (za homogenu reakciju) ili po jedinici međupovršine (za heterogenu reakciju).

Zakon o masovnim akcijama: ovisnost brzine reakcije o koncentraciji reaktanata. Što je veća koncentracija, to je više molekula sadržano u volumenu. Posljedično, povećava se broj sudara, što dovodi do povećanja brzine procesa.

Kinetička jednadžba- ovisnost brzine reakcije od koncentracije.

Čvrsta tela jednako 0

Molekularnost reakcije To je minimalni broj molekula koji učestvuju u elementarnom hemijskom procesu. U smislu molekularnosti, elementarne hemijske reakcije se dijele na molekularne (A →) i bimolekularne (A + B →); trimolekularne reakcije su izuzetno rijetke.

Opšti redosled reakcija- ovo je zbir indikatora stupnjeva koncentracije u kinetičkoj jednačini.

Konstanta brzine reakcije- koeficijent proporcionalnosti u kinetičkoj jednačini.

Van't Hoffovo pravilo: Sa povećanjem temperature za svakih 10 stepeni, konstanta brzine homogene elementarne reakcije povećava se dva do četiri puta

Teorija aktivnog sudara(TAS), postoje tri uslova potrebna da bi se reakcija pojavila:

Molekuli se moraju sudarati. Ovo je važan uslov, ali nije dovoljan, jer sudar ne mora nužno rezultirati reakcijom.

Molekuli moraju imati potrebnu energiju (energija aktivacije).

Molekuli moraju biti pravilno orijentisani jedan prema drugom.

Energija aktivacije- minimalna količina energije koju je potrebno prijaviti sistemu da bi došlo do reakcije.

Arrheniusova jednadžba postavlja zavisnost konstante brzine hemijske reakcije o temperaturi

A - karakterizira učestalost sudara reagujućih molekula

R je univerzalna plinska konstanta.

Utjecaj katalizatora na brzinu reakcije.

Katalizator je tvar koja mijenja brzinu kemijske reakcije, ali se sama ne troši u reakciji i nije uključena u konačne proizvode.

U tom slučaju dolazi do promjene brzine reakcije zbog promjene energije aktivacije, a katalizator s reagensima formira aktivirani kompleks.

kataliza - hemijski fenomen, čija je suština promena brzina hemijske reakcije pod djelovanjem određenih tvari (oni se nazivaju katalizatori).

Heterogena kataliza - reagens i katalizator su u različitim fazama - gasovitoj i čvrstoj.

Homogena kataliza - reagensi (reagensi) i katalizator su u istoj fazi - na primjer, oba su plinovi ili su oba otopljena u nekoj vrsti rastvarača.

Uslovi hemijske ravnoteže

stanje hemijske ravnoteže se održava sve dok reakcioni uslovi ostaju nepromenjeni: koncentracija, temperatura i pritisak.

Le Chatelierov princip: ako se na sistem u ravnoteži izvrši bilo kakav vanjski utjecaj, tada će se ravnoteža pomjeriti prema reakciji koju će ovo djelovanje oslabiti.

Konstanta ravnoteže - Ovo je mjera potpunosti toka reakcije, što je veća vrijednost konstante ravnoteže, to je veći stupanj konverzije polaznih materijala u produkte reakcije.

K p = C pr \ C ref

ΔG<0 К р >1 C pr> C ref

ΔG> 0 K str<1 С пр <С исх

Tokom života stalno se suočavamo sa fizičkim i hemijskim pojavama. Prirodne fizičke pojave toliko su nam poznate da im već dugo nismo pridavali poseban značaj. Hemijske reakcije se neprestano odvijaju u našem tijelu. Energija koja se oslobađa tokom hemijskih reakcija stalno se koristi u svakodnevnom životu, u proizvodnji, prilikom lansiranja svemirskih brodova. Mnogi materijali od kojih su napravljene stvari oko nas nisu uzeti iz prirode u gotovom obliku, već su napravljeni pomoću hemijskih reakcija. U svakodnevnom životu nema mnogo smisla da razumijemo šta se dogodilo. Ali kada se proučava fizika i hemija na dovoljnom nivou, ne može se bez ovog znanja. Kako razlikovati fizičke i hemijske pojave? Postoje li znakovi koji vam mogu pomoći u tome?

Tokom hemijskih reakcija iz nekih supstanci nastaju nove supstance, različite od prvobitnih. Nestankom znakova prvog i pojavom znakova drugog, kao i oslobađanjem ili apsorpcijom energije, zaključujemo da je došlo do kemijske reakcije.

Ako je bakrena ploča kalcinirana, na njenoj površini se pojavljuje crni premaz; pri puhanju ugljičnog dioksida kroz krečnu vodu nastaje bijeli talog; kada drvo gori, na hladnim zidovima posude pojavljuju se kapljice vode, kada magnezij gori dobije se bijeli prah.

Pokazalo se da su znakovi hemijskih reakcija promjena boje, mirisa, formiranje sedimenta i pojava plina.

Kada se razmatraju hemijske reakcije, potrebno je obratiti pažnju ne samo na to kako one teku, već i na uslove koji moraju biti ispunjeni za početak i tok reakcije.

Dakle, koji uslovi moraju biti ispunjeni da bi započela hemijska reakcija?

Za to je, prije svega, potrebno dovesti u kontakt tvari koje reagiraju (kombinirati, pomiješati). Što su tvari više usitnjene, što je veća površina njihovog kontakta, to se reakcija između njih odvija brže i aktivnije. Na primjer, grudni šećer je teško zapaliti, ali zgnječen i raspršen u zraku izgori u djelićima sekunde, stvarajući neku vrstu eksplozije.

Otapanjem možemo razbiti supstancu na sitne čestice. Ponekad prethodno otapanje polaznih materijala olakšava hemijsku reakciju između supstanci.

U nekim slučajevima, kontakt tvari, na primjer, željeza sa vlažnim zrakom, dovoljan je da dođe do reakcije. Ali češće za to nije dovoljan jedan kontakt supstanci: potrebno je ispuniti neke druge uslove.

Dakle, bakar ne reaguje sa atmosferskim kiseonikom na niskoj temperaturi od oko 20˚-25˚S. Da bi se izazvala reakcija spoja bakra s kisikom, potrebno je pribjeći zagrijavanju.

Zagrijavanje na različite načine utiče na nastanak hemijskih reakcija. Neke reakcije zahtijevaju kontinuirano zagrijavanje. Ako zagrijavanje prestane, kemijska reakcija se zaustavlja. Na primjer, potrebno je stalno zagrijavanje da bi se šećer razgradio.

U drugim slučajevima zagrijavanje je potrebno samo za nastanak reakcije, ono daje poticaj, a zatim reakcija teče bez zagrijavanja. Na primjer, takvo zagrijavanje opažamo pri sagorijevanju magnezija, drva i drugih zapaljivih tvari.

blog stranice, uz potpuno ili djelomično kopiranje materijala, obavezan je link na izvor.

U poglavlju 5.2 upoznali smo se sa osnovnim principima toka hemijskih reakcija. Oni čine teoriju elementarnih interakcija.

§ 5.3.1 Teorija elementarnih interakcija

Navedenih u nastavku osnovne odredbe TEV odgovori na pitanje:

Šta je potrebno da bi se odigrale hemijske reakcije?

1. Hemijsku reakciju pokreću aktivne čestice reagensa osim zasićenih molekula: radikali, joni, koordinacijski nezasićeni spojevi. Reaktivnost polaznih materijala određena je prisustvom ovih aktivnih vrsta u njihovom sastavu.

Hemija identifikuje tri glavna faktora koji utiču na hemijsku reakciju:

• temperatura;
• katalizator (ako je potrebno);
• priroda reaktanata.

Od ovih, posljednji je najvažniji. Priroda supstance određuje njenu sposobnost da formira određene aktivne čestice. A poticaji samo pomažu da se ovaj proces ostvari.

2. Aktivne čestice su u termodinamičkoj ravnoteži sa početnim zasićenim molekulima.

3. Aktivne čestice stupaju u interakciju s matičnim molekulima lančanim mehanizmom.

4. Interakcija između aktivne čestice i molekula reagensa odvija se u tri faze: asocijacija, elektronska izomerizacija i disocijacija.

U prvoj fazi hemijske reakcije - fazi asocijacije, aktivna čestica se vezuje za zasićeni molekul drugog reagensa pomoću hemijskih veza koje su slabije od kovalentnih. Saradnik se može formirati korištenjem van der Waalsovih, vodikovih, donor-akceptorskih i dinamičkih veza.

U drugoj fazi hemijske reakcije - fazi elektronske izomerizacije, dešava se najvažniji proces - transformacija jake kovalentne veze u početnoj molekuli reagensa u slabiju: vodikovu, donor-akceptorsku, dinamičku ili čak van derovu. Waals.

5. Treća faza interakcije između aktivne čestice i molekule reagensa - disocijacija izomeriziranog asociata sa formiranjem konačnog produkta reakcije - je ograničavajući i najsporiji stupanj cjelokupnog procesa.

Veliki "trik" hemijske prirode supstanci

Upravo ova faza određuje ukupnu potrošnju energije za cijeli trostepeni proces kemijske reakcije. I tu se krije veliki "trik" hemijske prirode supstanci. Proces koji je najviše trošio energiju - razbijanje kovalentne veze u reagensu - odvijao se lako i graciozno, gotovo nevidljivo u vremenu u odnosu na treću, ograničavajuću fazu reakcije. U našem primjeru, tako lako i prirodno, veza u molekulu vodika s energijom od 430 kJ/mol transformirana je u van der Waalsovu vezu s energijom od 20 kJ/mol. I sva potrošnja energije reakcije svedena je na razbijanje ove slabe van der Waalsove veze. Zbog toga su energetski troškovi potrebni za razbijanje kovalentne veze hemijskim putem znatno manji od troškova termičke destrukcije ove veze.

Dakle, teorija elementarnih interakcija daje konceptu "aktivacijske energije" striktno fizičko značenje. To je energija potrebna da se prekine odgovarajuća hemijska veza u asocijaciji, čije formiranje prethodi proizvodnji konačnog proizvoda hemijske reakcije.

Još jednom naglašavamo jedinstvo hemijske prirode supstance. Može ući u reakciju samo u jednom slučaju: kada se pojavi aktivna čestica. A temperatura, katalizator i drugi faktori, sa svim svojim fizičkim razlikama, igraju istu ulogu: pokretača.

1. Navedite da li su pojave prikazane na slikama fizičke ili hemijske.

2. Uspostavite usklađenost.

Primjeri hemijskih reakcija:
I. interakcija mramora sa hlorovodoničnom kiselinom;
II. interakcija željeza sa sumporom;
III. razgradnja vodikovog peroksida;
IV. interakcija ugljičnog dioksida sa krečnom vodom.

Uslovi za nastanak hemijskih reakcija:
a) kontakt supstanci;
b) grijanje;
c) upotreba katalizatora.

Odgovori: I - a; II - a, b; III - c; IV - a.

3. Popunite dijagram 2.

4. "Crossover - obrnuto". Sve riječi u ukrštenici su već unesene. Definišite svaku riječ što je preciznije moguće.

"Ključna riječ" je prva hemijska reakcija s kojom se osoba susrela.

1. Jedno od četiri stanja agregacije materije.
2. Formiranje čvrste supstance u rastvoru tokom hemijske reakcije.
3. Položaj dva ili više tijela, predmeta, supstanci.
4. Prijenosni ili mobilni uređaj za gašenje požara.
5. Proces karakterizira povećanje temperature.
6. Hemijska supstanca koja ubrzava reakciju, ali nije uključena u sastav produkta reakcije.
7. Uticaj objekata jednih na druge.

I. Znakovi i uslovi hemijskih reakcija

Već poznajete mnoge supstance, posmatrali ste njihove transformacije i prateće transformacije. znakovi.

Najviše glavna karakteristika hemijska reakcija je stvaranje novih supstanci. Ali o tome se može suditi po nekim vanjskim znacima toka reakcija.

Vanjski znakovi hemijskih reakcija:

• padavine
• promjena boje
• evolucija gasa
• izgled mirisa
• apsorpcija i oslobađanje energije (toplote, struje, svjetlosti)

Očigledno je da Za nastanak i tok hemijskih reakcija neophodni su neki uslovi:

• kontakt polaznih materijala (reagensa)
• zagrevanje na određenu temperaturu
• upotreba supstanci koje ubrzavaju hemijsku reakciju (katalizatori)

II. Toplotni efekat hemijske reakcije

DI. Mendeljejev je istakao: najvažnija karakteristika svih hemijskih reakcija je promena energije u toku njihovog toka.

Svaka supstanca ima određenu količinu uskladištene energije. S ovim svojstvom supstanci susrećemo se već za doručkom, ručkom ili večerom, jer prehrambeni proizvodi omogućavaju našem tijelu da koristi energiju širokog spektra hemijskih spojeva sadržanih u hrani. U tijelu se ta energija pretvara u kretanje, rad, ide na održavanje konstantne (i prilično visoke!) tjelesne temperature.

Oslobađanje ili apsorpcija toplote u procesu hemijskih reakcija nastaje zbog činjenice da se energija troši na proces razaranja nekih supstanci (razaranje veza između atoma i molekula), a oslobađa se prilikom stvaranja drugih supstanci (formiranje veze između atoma i molekula).

Energetske promjene se manifestiraju ili u oslobađanju ili u apsorpciji topline.

Reakcije koje se odvijaju oslobađanjem topline nazivaju se egzotermna (od grčkog "exo" - prema van).

Reakcije koje se odvijaju uz apsorpciju energije nazivaju seendotermni (od latinskog "endo" - prema unutra).

Energija se najčešće oslobađa ili apsorbira u obliku topline (rjeđe u obliku svjetlosti ili mehaničke energije). Ova toplina se može izmjeriti. Rezultat mjerenja se izražava u kilodžulima (kJ) za jedan MOL reagensa ili (rjeđe) za mol produkta reakcije. Količina toplote koja se oslobađa ili apsorbuje u hemijskoj reakciji naziva se toplotni efekat reakcije(Q).

Egzotermna reakcija:

Početne supstance → produkti reakcije + Q kJ

Endotermna reakcija:

Početne supstance → produkti reakcije - Q kJ

Toplotni efekti hemijskih reakcija potrebni su za mnoge tehničke proračune. Zamislite sebe na trenutak kao dizajnera moćne rakete sposobne da lansira svemirske brodove i druge korisne terete u orbitu.

Pretpostavimo da znate rad (u kJ) koji će se morati potrošiti da se raketa s teretom dopremi sa Zemljine površine u orbitu; također znate rad za savladavanje otpora zraka i drugih troškova energije tokom leta. Kako izračunati potrebnu zalihu vodonika i kiseonika, koji se (u tečnom stanju) koriste u ovoj raketi kao gorivo i oksidator?

Teško je to učiniti bez pomoći toplinskog efekta reakcije stvaranja vode iz vodika i kisika. Na kraju krajeva, toplotni efekat je upravo ta energija koja bi raketu trebalo da stavi u orbitu. U komorama za sagorevanje rakete ova toplota se pretvara u kinetičku energiju molekula užarenog gasa (pare), koji izlazi iz mlaznica i stvara mlazni potisak.

U hemijskoj industriji toplinski efekti su potrebni za izračunavanje količine toplote za reaktore za grijanje u kojima se odvijaju endotermne reakcije. U elektroenergetici, proizvodnja toplote se računa na osnovu toplote sagorevanja goriva.

Nutricionisti koriste termičke efekte oksidacije hrane u tijelu kako bi formulirali ispravnu ishranu ne samo za bolesne ljude, već i za zdrave ljude - sportaše, radnike različitih profesija. Po tradiciji, za proračune ne koriste džule, već druge energetske jedinice - kalorije (1 kal = 4,1868 J). Energetski sadržaj hrane se odnosi na bilo koju masu prehrambenih proizvoda: na 1 g, na 100 g, pa čak i na standardno pakovanje proizvoda. Na primjer, na etiketi limenke kondenziranog mlijeka možete pročitati sljedeći natpis: "sadržaj kalorija 320 kcal / 100 g".

Oblast hemije koja se bavi proučavanjem toplotnih efekata, hemijskih reakcija, naziva se termohemija.

Jednačine hemijskih reakcija u kojima je naznačen toplotni efekat nazivaju se termohemijska.