Хімічні реакції. Умови перебігу та припинення хімічних реакцій. Хімічні процеси та умови їх протікання Що така умова протікання реакції

Швидкість хімічної реакції– це зміна кількості реагуючої речовини або продукту реакції за одиницю часу в одиниці об'єму (для гомогенної реакції) або на одиниці поверхні розділу фаз (для гетерогенної реакції).

Закон чинних мас: залежність швидкості реакції від концентрації реагуючих речовин Чим вище концентрація, тим більше молекул міститься в обсязі. Отже, зростає кількість зіткнень, що призводить до збільшення швидкості процесу.

Кінетичне рівняння- Залежність швидкості реакції від концентрації.

Тверді тіларівні 0

Молекулярність реакції– це мінімальна кількість молекул, що у елементарному хімічному процесі. По молекулярності елементарні хімічні реакції поділяються на молекулярні (А →) та бімолекулярні (А + В →); Тримолекулярні реакції зустрічаються надзвичайно рідко.

Загальний порядок реакції- це сума показників ступенів концентрації у кінетичному рівнянні.

Константа швидкості реакції- Коефіцієнт пропорційності в кінетичному рівнянні.

Правило Вант-Гоффа:При підвищенні температури на кожні 10 градусів константа швидкості гомогенної елементарної реакції збільшується у два – чотири рази

Теорія активних зіткнень(ТАС), є три умови, необхідні для того, щоб відбулася реакція:

Молекули мають зіткнутися. Це важлива умова, проте його мало, оскільки при зіткненні не обов'язково відбудеться реакція.

Молекули повинні мати необхідну енергію (енергію активації).

Молекули мають бути правильно орієнтовані щодо один одного.

Енергія активації- мінімальна кількість енергії, яку потрібно повідомити системі, щоб відбулася реакція.

Рівняння Арреніусавстановлює залежність константи швидкості хімічної реакції від температури

A - характеризує частоту зіткнень реагуючих молекул

R – універсальна газова постійна.

Вплив каталізаторів на швидкість реакції.

Каталізатор - це речовина, що змінює швидкість хімічної реакції, але сама в реакції не витрачається і в кінцеві продукти не входить.

У цьому зміна швидкості реакції відбувається з допомогою зміни енергії активації, причому каталізатор з реагентами утворює активований комплекс.

Каталіз -хімічне явище, суть якого полягає у зміні швидкостей хімічних реакційза дії деяких речовин (їх називають каталізаторами).

Гетерогенний каталізреагент і каталізатор перебувають у різних фазах - газоподібної та твердої.

Гомогенний каталіз -реагенти (реактиви) і каталізатор знаходяться в одній фазі - наприклад, обидва є газами або обидва розчинені в будь-якому розчиннику.

Умови хімічної рівноваги

стан хімічної рівноваги зберігається до тих пір, поки залишаються незмінними умови реакції: концентрація, температура та тиск.

Принцип Ле-Шательє:якщо систему, що у рівновазі надано якесь зовнішнє вплив, то рівноваги зміститься убік тієї реакції, яке це дію буде послаблювати.

Константа рівновагице міра повноти перебігу реакції, що більше величина константи рівноваги, то вище ступінь перетворення вихідних речовин на продукти реакції.

К р =З пр \З ісх

ΔG<0 К р >1 З пр > З вих

ΔG>0 До р<1 С пр <С исх

Протягом усього життя ми постійно стикаємось із фізичними та хімічними явищами. Природні фізичні явища для нас настільки звичні, що ми вже давно не надаємо їм особливого значення. Хімічні реакції постійно протікають у нашому організмі. Енергія, що виділяється при хімічних реакціях, постійно використовується у побуті, на виробництві, під час запуску космічних кораблів. Багато матеріалів, з яких виготовлені навколишні речі, не взяті в природі в готовому вигляді, а виготовлені за допомогою хімічних реакцій. У побуті для нас немає особливого сенсу розумітися на тому, що ж сталося. Але при вивченні фізики та хімії на достатньому рівні без цих знань не обійтись. Як вирізнити фізичні явища від хімічних? Чи є якісь ознаки, які можуть допомогти це зробити?

При хімічних реакціях з одних речовин утворюються нові, відмінні від вихідних. За зникненням ознак перших і появі ознак других, а також з виділення або поглинання енергії ми укладаємо, що відбулася хімічна реакція.

Якщо прожарити мідну пластинку, її поверхні утворюється чорний наліт; при продуванні вуглекислого газу через вапняну воду випадає білий осад; коли горить деревина, з'являються краплі води на холодних стінках судини, при горінні магнію утворюється порошок білого кольору.

Виходить, що ознаками хімічної реакції є зміна забарвлення, запаху, утворення осаду, поява газу.

При розгляді хімічних реакцій необхідно звертати увагу не тільки на те, як вони протікають, але і на умови, які повинні виконуватися для початку та перебігу реакції.

Отже, які умови повинні бути виконані для того, щоб почалася хімічна реакція?

Для цього передусім необхідні реагуючі речовини призвести до дотику (з'єднати, змішати їх). Чим більш подрібнені речовини, що більше поверхню їх дотику, то швидше і активніше протікає реакція з-поміж них. Наприклад, шматковий цукор важко підпалити, але подрібнений і розпорошений у повітрі він згоряє за лічені частки секунди, утворюючи своєрідний вибух.

За допомогою розчинення ми можемо роздробити речовину на найдрібніші частки. Іноді попереднє розчинення вихідних речовин спрощує проведення хімічної реакції між речовинами.

У деяких випадках зіткнення речовин, наприклад заліза з вологим повітрям, достатньо, щоб відбулася реакція. Але найчастіше дотику речовин для цього недостатньо: необхідне виконання ще будь-яких умов.

Так, мідь не вступає в реакцію з киснем повітря при невисокій температурі близько 20-25С. Щоб викликати реакцію з'єднання міді з киснем, необхідно вдатися до нагрівання.

На виникнення хімічних реакцій нагрівання впливає по-різному. Для одних реакцій потрібне безперервне нагрівання. Припиняється нагрівання – припиняється хімічна реакція. Наприклад, для розкладання цукру потрібне постійне нагрівання.

В інших випадках нагрівання потрібне лише для реакції, воно дає поштовх, а далі реакція протікає без нагрівання. Наприклад, таке нагрівання ми спостерігаємо під час горіння магнію, деревини та інших горючих речовин.

blog.сайт, при повному або частковому копіюванні матеріалу посилання на першоджерело обов'язкове.

У розділі 5.2 ми ознайомилися з основними принципами перебігу хімічних реакцій. Вони й становлять теорію елементарних взаємодій.

§ 5.3.1 Теорія елементарних взаємодій

Перелічені нижче основні положення ТЕВвідповідають питанням:

Що потрібно для протікання хімічних реакцій?

1. Хімічна реакція ініціюється активними частинками реагентів, відмінними від насичених молекул: радикалами, іонами, координаційно ненасиченими сполуками. Реакційна здатність вихідних речовин визначається наявністю у складі цих активних частинок.

Хімія виділяє три основні фактори, що впливають на хімічну реакцію:

• температура;
• каталізатор (якщо потрібний);
• природа реагуючих речовин.

З них найважливішим є останній. Саме природа речовини визначає її здатність утворювати ті чи інші активні частинки. А стимули лише допомагають здійснити цей процес.

2. Активні частинки знаходяться в термодинамічній рівновазі з насиченими вихідними молекулами.

3. Активні частинки взаємодіють з вихідними молекулами ланцюгового механізму.

4. Взаємодія між активною часткою та молекулою реагенту відбувається у три стадії: асоціації, електронної ізомеризації та дисоціації.

На першій стадії перебігу хімічної реакції - стадії асоціації активна частка приєднується до насиченої молекули іншого реагенту за допомогою хімічних зв'язків, які слабші, ніж ковалентні. Асоціат може бути утворений за допомогою ван-дер-ваальсового, водневого, донорно-акцепторного та динамічного зв'язку.

На другій стадії перебігу хімічної реакції - стадії електронної ізомеризації відбувається найважливіший процес - перетворення сильного ковалентного зв'язку у вихідній молекулі реагенту на більш слабку: водневу, донорно-акцепторну, динамічну, або навіть ван-дер-ваальсову.

5. Третя стадія взаємодії між активною часткою і молекулою реагенту - дисоціація ізомеризованого асоціату з утворенням кінцевого продукту реакції - є лімітуючою і найповільнішою стадією всього процесу.

Велика «хитрість» хімічної природи речовин

Саме ця стадія визначає загальні енергетичні витрати на тристадійний процес протікання хімічної реакції. І тут міститься велика «хитрість» хімічної природи речовин. Самий енерговитратний процес - розрив ковалентного зв'язку в реагенті - стався легко і витончено, практично не помітно у часі порівняно з третьою стадією реакції, що лімітує. У нашому прикладі так легко і невимушено зв'язок у молекулі водню з енергією 430 кДж/моль перетворилася на ван-дер-ваальсову з енергією 20 кДж/моль. І всі енерговитрати реакції звелися до розриву цього слабкого ван-дер-ваальсового зв'язку. Ось чому енергетичні витрати, необхідні для розриву ковалентного зв'язку хімічним шляхом, значно менші за витрати на термічне руйнування цього зв'язку.

Отже, теорія елементарних взаємодій наділяє суворим фізичним змістом поняття «енергія активації». Це енергія, необхідна для розриву відповідного хімічного зв'язку в асоціаті, утворення якого передує отриманню кінцевого продукту хімічної реакції.

Ми ще раз наголошуємо на єдності хімічної природи речовини. Воно може вступити в реакцію лише в одному випадку: з появою активної частки. А температура, каталізатор та інші фактори, при всій їх фізичній відмінності, відіграють однакову роль: ініціатора.

1. Вкажіть, до фізичних чи хімічних відносяться явища, зображені на малюнках.

2. Встановіть відповідність.

Приклади хімічних реакцій:
I. взаємодія мармуру із соляною кислотою;
ІІ. взаємодія заліза із сіркою;
ІІІ. розкладання пероксиду водню;
IV. взаємодія вуглекислого газу з вапняною водою.

Умови перебігу хімічних реакцій:
а) дотик речовин;
б) нагрівання;
в) використання каталізатора.

Відповідь: I - а; II – а, б; III – в; IV – а.

3. Заповніть схему 2.

4. "Кроссоврд - навпаки". Усі слова у кросворді вже вписані. Дайте кожному зі слів якомога точніше визначення.

"Ключове слово" - перша хімічна реакція, з якою познайомилася людина.

1. Один із чотирьох агрегатних станів речовини.
2. Утворення твердої речовини у розчині в ході хімічної реакції.
3. Положення двох або кількох тіл, предметів, речовин.
4. Переносний або пересувний пристрій для гасіння вогнищ пожежі.
5. Процес характеризується підвищенням температури.
6. Хімічна речовина, що прискорює реакцію, але не входить до складу продуктів реакції.
7. Вплив об'єктів друг на друга.

I. Ознаки та умови протікання хімічних реакцій

Ви вже знаєте багато речовин, спостерігали їх перетворення та супроводжуючі ці перетворення ознаки.

Самим головною ознакоюХімічна реакція є утворення нових речовин. Але про це варто судити і за деякими зовнішніми ознаками перебігу реакцій.

Зовнішні ознаки перебігу хімічних реакцій:

• випадання осаду
• зміна кольору
• виділення газу
• поява запаху
• поглинання та виділення енергії (тепла, електрики, світла)

Очевидно, що для виникнення та перебігу хімічних реакцій необхідні деякі умови:

• зіткнення вихідних речовин (реагентів)
• нагрівання до певної температури
• застосування речовин, що прискорюють хімічну реакцію (каталізаторів)

ІІ. Тепловий ефект хімічної реакції

Д.І. Менделєєв вказував: найважливішою ознакою всіх хімічних реакцій є зміна енергії у процесі їхнього протікання.

У кожній речовині запасено певну кількість енергії. З цією властивістю речовин ми стикаємося вже за сніданком, обідом або вечерею, так як продукти харчування дозволяють нашому організму використовувати енергію найрізноманітніших хімічних сполук, які містяться в їжі. В організмі ця енергія перетворюється на рух, роботу, йде на підтримку постійної (і досить високої!) температури тіла.

Виділення або поглинання теплоти в процесі хімічних реакцій обумовлено тим, що енергія витрачається на процес руйнування одних речовин (руйнування зв'язків між атомами та молекулами) та виділяється при утворенні інших речовин (утворення зв'язків між атомами та молекулами).

Енергетичні зміни виявляються або у виділенні, або у поглинанні теплоти.

Реакції, що протікають із виділенням теплоти, називаються екзотермічними (Від грец. "Екзо" - назовні).

Реакції, що протікають з поглинанням енергії, називаютьсяендотермічними (Від латинського "ендо" - всередину).

Найчастіше енергія виділяється чи поглинається як теплоти (рідше - як світлової чи механічної енергії). Цю теплоту можна виміряти. Результат виміру виражають у кілоджоулях (кДж) для одного МОЛ реагенту або (рідше) для моля продукту реакції. Кількість теплоти, що виділяється або поглинається при хімічній реакції, називається тепловим ефектом реакції(Q).

Екзотермічна реакція:

Вихідні речовини → продукти реакцій + Q кДж

Ендотермічна реакція:

Вихідні речовини → продукти реакцій - Q кДж

Теплові ефекти хімічних реакцій необхідні багатьом технічних розрахунків. Уявіть себе на хвилину конструктором потужної ракети, яка здатна виводити на орбіту космічні кораблі та інші корисні вантажі.

Допустимо, вам відома робота (в кДж), яку доведеться витратити на доставку ракети з вантажем з поверхні Землі до орбіти, відома також робота з подолання опору повітря та інші витрати енергії під час польоту. Як розрахувати необхідний запас водню та кисню, які (у зрідженому стані) використовуються в цій ракеті як паливо та окисник?

Без допомоги теплового ефекту реакції утворення води з водню та кисню зробити це важко. Адже тепловий ефект - це і є та сама енергія, яка має вивести ракету на орбіту. У камерах згоряння ракети ця теплота перетворюється на кінетичну енергію молекул розпеченого газу (пара), який виривається із сопел і створює реактивну тягу.

У хімічній промисловості теплові ефекти необхідні розрахунку кількості теплоти для нагрівання реакторів, у яких йдуть эндотермические реакції. В енергетиці за допомогою теплот згоряння палива розраховують вироблення теплової енергії.

Лікарі-дієтологи використовують теплові ефекти окислення харчових продуктів в організмі для складання правильних раціонів харчування не тільки для хворих, а й для здорових людей – спортсменів, працівників різних професій. За традицією для розрахунків тут використовують не джоулі, а інші енергетичні одиниці – калорії (1 кал = 4,1868 Дж). Енергетичний вміст їжі відносять до якоїсь маси харчових продуктів: до 1 г, до 100 г або навіть до стандартної упаковки продукту. Наприклад, на етикетці баночки зі згущеним молоком можна прочитати такий напис: "калорійність 320 ккал/100 г".

Область хімії, що займається вивченням теплових ефектів, хімічних реакцій, називається термохімії.

Рівняння хімічних реакцій, у яких вказано тепловий ефект, називають термохімічними.