Reacciones químicas. Condiciones para la ocurrencia y terminación de reacciones químicas. Procesos químicos y condiciones para su ocurrencia ¿Cuál es la condición para la reacción?

La velocidad de una reacción química es el cambio en la cantidad del reactivo o producto de reacción por unidad de tiempo por unidad de volumen (para una reacción homogénea) o por unidad de interfase (para una reacción heterogénea).

Ley de las masas actuantes: dependencia de la velocidad de reacción de la concentración de los reactivos. Cuanto mayor sea la concentración, mayor será el número de moléculas contenidas en el volumen. En consecuencia, aumenta el número de colisiones, lo que conduce a un aumento en la velocidad del proceso.

ecuación cinética– dependencia de la velocidad de reacción de la concentración.

Sólidos son 0

Molecularidad de la reacción es el número mínimo de moléculas involucradas en un proceso químico elemental. Por molecularidad, las reacciones químicas elementales se dividen en moleculares (A →) y bimoleculares (A + B →); Las reacciones trimoleculares son extremadamente raras.

Orden general de reacción es la suma de los exponentes de los grados de concentración en la ecuación cinética.

Constante de velocidad de reacción- coeficiente de proporcionalidad en la ecuación cinética.

Regla de Van't Hoff: Con un aumento de temperatura por cada 10 grados, la constante de velocidad de una reacción elemental homogénea aumenta de dos a cuatro veces

Teoría de las colisiones activas(TAC), hay tres condiciones necesarias para que ocurra una reacción:

Las moléculas deben chocar. Esta es una condición importante, pero no es suficiente, ya que no necesariamente ocurrirá una reacción durante una colisión.

Las moléculas deben tener la energía necesaria (energía de activación).

Las moléculas deben estar correctamente orientadas entre sí.

Energía de activación es la cantidad mínima de energía que debe suministrarse al sistema para que ocurra una reacción.

Ecuación de Arrhenius establece la dependencia de la constante de velocidad de una reacción química con la temperatura

A - caracteriza la frecuencia de colisiones de moléculas que reaccionan

R es la constante universal de los gases.

Influencia de los catalizadores en la velocidad de reacción.

Un catalizador es una sustancia que cambia la velocidad de una reacción química, pero no se consume en la reacción y no se incluye en los productos finales.

En este caso, el cambio en la velocidad de reacción ocurre debido a un cambio en la energía de activación y el catalizador con los reactivos forma un complejo activado.

Catálisis - fenómeno químico, cuya esencia es un cambio en la velocidad reacciones químicas bajo la acción de ciertas sustancias (se les llama catalizadores).

catálisis heterogénea - el reactivo y el catalizador están en diferentes fases - gaseoso y sólido.

catálisis homogénea - los reactivos (reactivos) y el catalizador están en la misma fase; por ejemplo, ambos son gases o ambos están disueltos en algún solvente.

Condiciones para el equilibrio químico

el estado de equilibrio químico se mantiene mientras no cambien las condiciones de reacción: concentración, temperatura y presión.

Principio de Le Chatelier: si se ejerce alguna influencia externa sobre un sistema en equilibrio, entonces el equilibrio se desplazará en la dirección de la reacción que debilitará esta acción.

Equilibrio constante - esta es una medida de la compleción de la reacción, cuanto mayor sea el valor de la constante de equilibrio, mayor será el grado de conversión de los materiales de partida en productos de reacción.

K p \u003d C pr \ C referencia

ΔG<0 К р >1 Cpr > Cref

ΔG>0 Kp<1 С пр <С исх

A lo largo de la vida, nos enfrentamos constantemente a fenómenos físicos y químicos. Los fenómenos físicos naturales nos son tan familiares que no les hemos dado mucha importancia durante mucho tiempo. Las reacciones químicas están teniendo lugar constantemente en nuestro cuerpo. La energía que se libera durante las reacciones químicas se usa constantemente en la vida cotidiana, en la producción y en el lanzamiento de naves espaciales. Muchos de los materiales de los que están hechas las cosas que nos rodean no se toman en la naturaleza en forma acabada, sino que se fabrican mediante reacciones químicas. En la vida cotidiana, no tiene mucho sentido que entendamos lo que sucedió. Pero cuando se estudia física y química a un nivel suficiente, este conocimiento es indispensable. ¿Cómo distinguir los fenómenos físicos de los químicos? ¿Hay alguna señal que pueda ayudar a hacer esto?

En las reacciones químicas, se forman nuevas sustancias a partir de algunas sustancias, que son diferentes de las originales. Por la desaparición de los signos del primero y la aparición de los signos del segundo, así como por la liberación o absorción de energía, concluimos que ha ocurrido una reacción química.

Si se calcina una placa de cobre, aparece una capa negra en su superficie; soplar dióxido de carbono a través de agua de cal produce un precipitado blanco; cuando se quema la madera, aparecen gotas de agua en las paredes frías del recipiente, cuando se quema el magnesio, se obtiene un polvo blanco.

Resulta que los signos de las reacciones químicas son un cambio de color, olor, la formación de un precipitado, la aparición de un gas.

Al considerar las reacciones químicas, es necesario prestar atención no solo a cómo se desarrollan, sino también a las condiciones que deben cumplirse para que la reacción comience y avance.

Entonces, ¿qué condiciones deben cumplirse para que comience una reacción química?

Para esto, en primer lugar, es necesario poner en contacto las sustancias que reaccionan (combinarlas, mezclarlas). Cuanto más trituradas están las sustancias, mayor es la superficie de su contacto, más rápida y activamente procede la reacción entre ellas. Por ejemplo, el azúcar en terrones es difícil de encender, pero triturado y rociado en el aire, se quema en cuestión de fracciones de segundo, formando una especie de explosión.

Con la ayuda de la disolución, podemos romper la sustancia en partículas diminutas. A veces, la disolución preliminar de las sustancias de partida facilita la reacción química entre las sustancias.

En algunos casos, el contacto de sustancias, como el hierro con el aire húmedo, es suficiente para que se produzca una reacción. Pero la mayoría de las veces, un contacto de sustancias no es suficiente para esto: se deben cumplir algunas otras condiciones.

Entonces, el cobre no reacciona con el oxígeno atmosférico a una temperatura baja de alrededor de 20˚-25˚С. Para provocar la reacción de la combinación de cobre con oxígeno, es necesario recurrir al calentamiento.

El calentamiento afecta la ocurrencia de reacciones químicas de diferentes maneras. Algunas reacciones requieren calentamiento continuo. El calentamiento se detiene: la reacción química se detiene. Por ejemplo, es necesario un calentamiento constante para descomponer el azúcar.

En otros casos, solo se requiere calentamiento para que ocurra la reacción, da un ímpetu y luego la reacción continúa sin calentamiento. Por ejemplo, observamos dicho calentamiento durante la combustión de magnesio, madera y otras sustancias combustibles.

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En el capítulo 5.2 nos familiarizamos con los principios básicos del flujo de reacciones químicas. Constituyen la teoría de las interacciones elementales.

§ 5.3.1 Teoría de las interacciones elementales

A continuación puntos principales VET responde la pregunta:

¿Qué se necesita para que se produzcan las reacciones químicas?

1. Una reacción química es iniciada por partículas activas de reactivos que no sean moléculas saturadas: radicales, iones, compuestos coordinativamente insaturados. La reactividad de las sustancias de partida está determinada por la presencia de estas partículas activas en su composición.

La química identifica tres factores principales que afectan una reacción química:

• temperatura;
• catalizador (si es necesario);
• la naturaleza de los reactivos.

De estos, el último es el más importante. Es la naturaleza de la sustancia la que determina su capacidad para formar ciertas partículas activas. Y los incentivos solo ayudan a llevar a cabo este proceso.

2. Las partículas activas están en equilibrio termodinámico con las moléculas saturadas originales..

3. Las partículas activas interactúan con las moléculas iniciales mediante un mecanismo de cadena.

4. La interacción entre la partícula activa y la molécula reactiva ocurre en tres etapas: asociación, isomerización electrónica y disociación.

En la primera etapa de una reacción química, la etapa de asociación, una partícula activa se une a una molécula saturada de otro reactivo mediante enlaces químicos que son más débiles que los covalentes. Se puede formar un asociado utilizando enlaces de van der Waals, hidrógeno, donante-aceptor y dinámicos.

En la segunda etapa del curso de una reacción química, la etapa de isomerización electrónica, ocurre el proceso más importante: la transformación de un enlace covalente fuerte en la molécula reactiva inicial en uno más débil: hidrógeno, donante-aceptor, dinámico y incluso van der Waals.

5. La tercera etapa de la interacción entre la partícula activa y la molécula reactiva, la disociación del asociado isomerizado con la formación del producto de reacción final, es la etapa limitante y más lenta de todo el proceso.

El gran "truco" de la naturaleza química de las sustancias

Es esta etapa la que determina los costos totales de energía para todo el proceso de tres etapas de una reacción química. Y aquí radica la gran "astucia" de la naturaleza química de las sustancias. El proceso de mayor consumo de energía, la ruptura del enlace covalente en el reactivo, ocurrió fácil y elegantemente, casi imperceptiblemente en el tiempo en comparación con la tercera etapa limitante de la velocidad de la reacción. En nuestro ejemplo, el enlace de una molécula de hidrógeno con una energía de 430 kJ/mol se transformó de forma fácil y natural en un enlace de van der Waals con una energía de 20 kJ/mol. Y todo el consumo de energía de la reacción se redujo a romper este débil enlace de van der Waals. Por eso, los costes energéticos necesarios para romper químicamente un enlace covalente son mucho menores que los costes de destrucción térmica de este enlace.

Así, la teoría de las interacciones elementales dota al concepto de "energía de activación" de un sentido estrictamente físico. Esta es la energía requerida para romper el enlace químico correspondiente en el asociado, cuya formación precede al producto final de la reacción química.

Destacamos una vez más la unidad de la naturaleza química de la materia. Solo puede reaccionar en un caso: cuando aparece una partícula activa. Y la temperatura, el catalizador y otros factores, con todas sus diferencias físicas, juegan el mismo papel: el iniciador.

1. Indica si los fenómenos que se muestran en las figuras son físicos o químicos.

2. Establecer el partido.

Ejemplos de reacciones químicas:
I. interacción de mármol con ácido clorhídrico;
II. interacción de hierro con azufre;
tercero descomposición del peróxido de hidrógeno;
IV. interacción del dióxido de carbono con el agua de cal.

Condiciones para la ocurrencia de reacciones químicas:
a) contacto de sustancias;
b) calefacción;
c) el uso de un catalizador.

Responder: I a; II - a, b; III - en; IV-a.

3. Complete el cuadro 2.

4. "Crucigrama - viceversa". Ya se han introducido todas las palabras del crucigrama. Dé a cada una de las palabras una definición lo más precisa posible.

"Palabra clave" - ​​la primera reacción química que conoció el hombre.

1. Uno de los cuatro estados de la materia.
2. La formación de un sólido en solución durante una reacción química.
3. La posición de dos o más cuerpos, objetos, sustancias.
4. Dispositivo portátil o móvil para la extinción de incendios.
5. El proceso se caracteriza por un aumento de la temperatura.
6. Una sustancia química que acelera una reacción, pero que no forma parte de los productos de la reacción.
7. El impacto de los objetos entre sí.

I. Signos y condiciones para la ocurrencia de reacciones químicas.

Ya conoces muchas sustancias, has observado sus transformaciones y las transformaciones que las acompañan. señales.

por la mayoría caracteristica principal reacción química es la formación de nuevas sustancias. Pero esto también puede juzgarse por algunos signos externos del curso de las reacciones.

Signos externos de reacciones químicas:

• precipitación
• cambio de color
• desgasificación
• la aparición de un olor
• absorción y liberación de energía (calor, electricidad, luz)

Es obvio que Para la ocurrencia y el curso de las reacciones químicas, son necesarias ciertas condiciones:

• contacto de sustancias iniciales (reactivos)
• calentamiento a cierta temperatura
• el uso de sustancias que aceleran una reacción química (catalizadores)

II. Efecto térmico de una reacción química.

D.I. Mendeleev señaló: la característica más importante de todas las reacciones químicas es el cambio de energía en el proceso de su ocurrencia.

Cada sustancia tiene una cierta cantidad de energía almacenada en ella. Nos encontramos con esta propiedad de las sustancias ya en el desayuno, el almuerzo o la cena, ya que los alimentos permiten que nuestro cuerpo utilice la energía de una amplia variedad de compuestos químicos contenidos en los alimentos. En el cuerpo, esta energía se convierte en movimiento, trabajo y se utiliza para mantener una temperatura corporal constante (¡y bastante alta!).

La liberación o absorción de calor en el proceso de reacciones químicas se debe a que la energía se gasta en el proceso de destrucción de algunas sustancias (destrucción de enlaces entre átomos y moléculas) y se libera durante la formación de otras sustancias (formación de enlaces entre átomos y moléculas).

Los cambios de energía se manifiestan ya sea en la liberación o absorción de calor.

Las reacciones que liberan calor se llaman exotérmico (del griego "exo" - fuera).

Las reacciones que tienen lugar con absorción de energía se denominanendotérmico (del latín "endo" - dentro).

La mayoría de las veces, la energía se libera o absorbe en forma de calor (con menos frecuencia, en forma de luz o energía mecánica). Este calor se puede medir. El resultado de la medición se expresa en kilojulios (kJ) por mol de reactivo o (más raramente) por mol de producto de reacción. La cantidad de calor liberado o absorbido en una reacción química se llama el efecto térmico de la reacción(Q).

Reacción exotérmica:

Materiales de partida → productos de reacción + Q kJ

Reacción endotérmica:

Materiales de partida → productos de reacción - Q kJ

Los efectos térmicos de las reacciones químicas son necesarios para muchos cálculos técnicos. Imagínese por un momento como diseñador de un poderoso cohete capaz de poner en órbita naves espaciales y otras cargas útiles.

Suponga que conoce el trabajo (en kJ) que deberá gastar para llevar un cohete con una carga desde la superficie de la Tierra a la órbita, también conoce el trabajo para superar la resistencia del aire y otros costos de energía durante el vuelo. ¿Cómo calcular el suministro requerido de hidrógeno y oxígeno, que (en estado licuado) se utilizan en este cohete como combustible y comburente?

Sin la ayuda del efecto térmico de la reacción de formación de agua a partir de hidrógeno y oxígeno, esto es difícil de hacer. Después de todo, el efecto térmico es la misma energía que debería poner el cohete en órbita. En las cámaras de combustión del cohete, este calor se convierte en la energía cinética de las moléculas de gas caliente (vapor), que escapa de las toberas y crea el empuje del chorro.

En la industria química, los efectos térmicos son necesarios para calcular la cantidad de calor para calentar los reactores en los que tienen lugar las reacciones endotérmicas. En el sector energético, utilizando el calor de combustión de los combustibles, se calcula la generación de energía térmica.

Los dietistas utilizan los efectos térmicos de la oxidación de los alimentos en el cuerpo para formular dietas adecuadas no solo para pacientes, sino también para personas sanas: atletas, trabajadores de diversas profesiones. Tradicionalmente, para los cálculos, aquí no se usan julios, sino otras unidades de energía: calorías (1 cal = 4.1868 J). El contenido energético de los alimentos se refiere a alguna masa de productos alimenticios: a 1 g, a 100 g, o incluso al envase estándar del producto. Por ejemplo, en la etiqueta de un frasco de leche condensada, puede leer la siguiente inscripción: "contenido calórico 320 kcal / 100 g".

La rama de la química que se ocupa del estudio de los efectos térmicos y las reacciones químicas se denomina termoquímica.

Las ecuaciones de las reacciones químicas en las que se indica el efecto térmico se denominan termoquímico.