Четыре причины изменения скорости
Выбирай фактор и меняй уровень воздействия. Модель показывает механизм и отдельно отмечает границы численного сравнения.
Смысл k поясняется под выбранным фактором.
Размеры и энергетические высоты условны. Для концентрации и поверхности показано изменение фактора, а не универсальная кратность скорости.
Реакции нужны результативные столкновения
Столкновение частиц ещё не гарантирует превращение: необходимы достаточная энергия и подходящая взаимная ориентация. Энергетический барьер характеризуют энергией активации. При той же температуре разные вещества реагируют с разной скоростью, потому что различаются связи, строение и возможные пути перестройки.
- Частицы сближаются
Концентрация влияет на частоту встреч
- Преодолевается барьер
Нужна достаточная энергия
- Подходит ориентация
Контакт должен вести к перестройке
- Возникают продукты
Не каждое столкновение результативно
Повышение концентрации обычно увеличивает число встреч реагирующих частиц в единице объёма. Для газов сжатие при постоянной температуре повышает их концентрации. Точная зависимость скорости от концентраций устанавливается экспериментально; показатели степеней нельзя автоматически переписать из суммарного уравнения.
Скорость зависит от числа результативных столкновений. Коэффициенты суммарной реакции сами по себе не задают закон скорости.
Температура: почему эффект может быть большим
При нагревании увеличивается доля частиц, способных преодолеть энергетический барьер. Поэтому реакция нередко ускоряется гораздо сильнее, чем можно ожидать только из увеличения скорости движения частиц. Приближённое правило Вант-Гоффа используют в ограниченном температурном интервале, если дан коэффициент γ.
Три шага нагрева — восемь раз по скорости
ПРИБЛИЖЕНИЕ: γ = 2
Правило Вант-Гоффа применяется при заданном γ в ограниченном интервале. Это не универсальная зависимость для любой реакции.
Отношение скоростей v₂/v₁ = γ^((T₂−T₁)/10). При γ = 2 и нагревании с 20 до 50 °C получаем 2³ = 8. Для одинаковой степени превращения время приблизительно сокращается в восемь раз, если остальные условия сопоставимы. Это учебная оценка, а не универсальная формула для любой реакции.
Подробности: понятия и примеры
| Повышение температуры | При γ = 2 | Относительное время |
|---|---|---|
| 10 °C | Скорость ×2 | Время ÷2 |
| 20 °C | Скорость ×4 | Время ÷4 |
| 30 °C | Скорость ×8 | Время ÷8 |
Нагревание увеличивает долю энергетически подходящих столкновений. Правило Вант-Гоффа применяют как приближение при заданном γ.
Лабораторная стеклянная посуда
Лабораторная посуда помогает наблюдать вещества и их превращения в контролируемых условиях.
Diane A. Reid / National Cancer Institute · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Кристаллы сульфата меди
Синие кристаллы медного купороса — сульфата меди(II) с кристаллизационной водой CuSO₄·5H₂O.
Crystal Titan · Wikimedia Commons · CC BY-SA 4.0. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Поверхность определяет доступ к твёрдому реагенту
В гетерогенной реакции вещества встречаются на границе фаз. Измельчение твёрдого реагента увеличивает площадь контакта при той же массе, поэтому взаимодействие часто ускоряется. Перемешивание подводит новые порции раствора к поверхности и отводит продукты, уменьшая ограничения переноса.
- До измельчения
1 куб: 24 см² поверхности
- После измельчения
8 кубиков: 48 см² поверхности
- Сохранилось
Общий объём 8 см³
- Изменилось
Доступная площадь контакта
Представим куб ребром 2 см: его поверхность 6 × 2² = 24 см². Разрежем на восемь кубиков ребром 1 см: суммарная поверхность станет 8 × 6 = 48 см², хотя объём и масса сохранятся. Площадь удвоилась, но реальная скорость не обязана удвоиться, если есть защитная плёнка или другой лимитирующий фактор.
Измельчение увеличивает площадь контакта фаз. Масса реагента при этом может оставаться прежней.
Катализатор меняет путь превращения
Катализатор участвует в промежуточных стадиях и восстанавливается в конце цикла. Он предоставляет другой путь реакции с меньшим энергетическим барьером. Поэтому нельзя представлять его как источник дополнительного количества продукта или как вещество, которое вообще ни с чем не взаимодействует.
| Признак / объект | Что означает | Пояснение |
|---|---|---|
| Энергия активации | Уменьшается для доступного пути | Реакция ускоряется |
| ΔH реакции | Не меняется | Те же исходные и конечные вещества |
| Равновесие | Достигается быстрее | Состав при тех же условиях прежний |
Катализатор не меняет тепловой эффект между теми же исходными и конечными состояниями. В обратимой реакции он ускоряет достижение равновесия, но не сдвигает его и не меняет равновесную константу при данной температуре. Промышленные катализаторы могут терять активность из-за загрязнения или изменения поверхности.
Катализатор ускоряет реакцию через другой путь превращения. Он не изменяет тепловой эффект и положение равновесия.
Шесть выводов
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Химия, 11 класс», § 21. Материал переработан и дополнен разъяснениями; источник: 11 класс. Химия — § 21. Факторы, влияющие на скорость.pdf. Указаны условия реакций, единицы величин и границы применимости моделей. Числовые примеры решены по шагам.
Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.
OpenStax: Chemistry 2e