La velocidad de reacción es un valor que muestra el cambio en la concentración de los reactivos durante un período de tiempo. Para estimar su tamaño, es necesario cambiar las condiciones iniciales del proceso.
Interacciones homogéneas
La velocidad de reacción entre algunos compuestos que están en la misma forma agregada depende del volumen de las sustancias tomadas. Desde un punto de vista matemático, es posible expresar la relación entre la velocidad de un proceso homogéneo y el cambio de concentración por unidad de tiempo.
Un ejemplo de tal interacción es la oxidación del óxido nítrico (2) a óxido nítrico (4).
Procesos heterogéneos
La velocidad de reacción de las sustancias iniciales en diferentes estados de agregación se caracteriza por el número de moles de reactivos iniciales por unidad de área por unidad de tiempo.
Las interacciones heterogéneas son características de los sistemas que tienen diferentes estados agregados.
Resumiendo, notamos que la velocidad de reacción demuestra el cambio en el número de moles de los reactivos iniciales (productos de reacción) paraperíodo de tiempo, por unidad de interfaz o por unidad de volumen.
Concentración
Veamos los principales factores que afectan a la velocidad de reacción. Comencemos con la concentración. Tal dependencia está expresada por la ley de acción de masas. Existe una relación directamente proporcional entre el producto de las concentraciones de las sustancias que interactúan, en términos de sus coeficientes estereoquímicos, y la velocidad de la reacción.
Considere la ecuación aA + bB=cC + dD, donde A, B, C, D son líquidos o gases. Para el proceso anterior, la ecuación cinética se puede escribir teniendo en cuenta el coeficiente de proporcionalidad, que tiene su propio valor para cada interacción.
Como razón principal del aumento de la velocidad, se puede observar un aumento en el número de colisiones de partículas que reaccionan por unidad de volumen.
Temperatura
Considere el efecto de la temperatura en la velocidad de reacción. Los procesos que ocurren en sistemas homogéneos solo son posibles cuando las partículas chocan. Pero no todas las colisiones conducen a la formación de productos de reacción. Solo en el caso de que las partículas tengan una energía aumentada. Cuando se calientan los reactivos, se observa un aumento en la energía cinética de las partículas, aumenta el número de moléculas activas, por lo tanto, se observa un aumento en la velocidad de reacción. La relación entre el índice de temperatura y la velocidad del proceso está determinada por la regla de van't Hoff: cada aumento de temperatura de 10 °C conduce a un aumento de la velocidad del proceso de 2 a 4 veces.
Catalizador
Teniendo en cuenta los factores que afectan la velocidad de reacción, centrémonos en las sustancias que pueden aumentar la velocidad del proceso, es decir, en los catalizadores. Según el estado de agregación del catalizador y los reactivos, se distinguen varios tipos de catálisis:
- forma homogénea, en la que los reactivos y el catalizador tienen el mismo estado de agregación;
- heterogéneo cuando los reactivos y el catalizador están en la misma fase.
Níquel, platino, rodio, paladio se pueden distinguir como ejemplos de sustancias que aceleran las interacciones.
Los inhibidores son sustancias que retardan una reacción.
Zona de contacto
¿Qué más determina la velocidad de reacción? La química se divide en varias secciones, cada una de las cuales se ocupa de la consideración de ciertos procesos y fenómenos. El curso de química física examina la relación entre el área de contacto y la velocidad del proceso.
Para aumentar el área de contacto de los reactivos, se trituran hasta un cierto tamaño. La interacción más rápida ocurre en soluciones, por lo que muchas reacciones se llevan a cabo en un medio acuoso.
Al moler sólidos, se debe observar la medida. Por ejemplo, cuando la pirita (sulfito de hierro) se convierte en polvo, sus partículas se sinterizan en un horno, lo que afecta negativamente la velocidad del proceso de oxidación de este compuesto y la producción de dióxido de azufre disminuye.
Reactivos
Vamos a tratar de entender cómo determinar la velocidad de reacción dependiendo de qué reactivos interactúan. Por ejemplo, los metales activos ubicados en la serie electroquímica de Beketov antes del hidrógeno pueden interactuar con soluciones ácidas, y aquellos que están después de H2 no tienen tal capacidad. La razón de este fenómeno radica en la diferente actividad química de los metales.
Presión
¿Cómo se relaciona la velocidad de reacción con este valor? La química es una ciencia que está muy relacionada con la física, por lo que la dependencia es directamente proporcional, está regulada por las leyes de los gases. Hay una relación directa entre las cantidades. Y para comprender qué ley determina la velocidad de una reacción química, es necesario conocer el estado de agregación y la concentración de los reactivos.
Tipos de velocidades en química
Se acostumbra destacar valores instantáneos y medios. La tasa promedio de interacción química se define como la diferencia en las concentraciones de los reactivos durante un período de tiempo.
El valor obtenido es negativo cuando la concentración disminuye, positivo cuando la concentración de los productos de interacción aumenta.
El valor verdadero (instantáneo) es tal relación en una cierta unidad de tiempo.
En el sistema SI, la velocidad de un proceso químico se expresa en [mol×m-3×s-1].
Problemas en química
Veamos algunos ejemplos de problemas relacionados con la determinación de la velocidad.
Ejemplo 1. Enel cloro y el hidrógeno se mezclan en un recipiente, luego la mezcla se calienta. Después de 5 segundos, la concentración de cloruro de hidrógeno adquirió un valor de 0,05 mol/dm3. Calcule la tasa promedio de formación de cloruro de hidrógeno (mol/dm3 s).
Es necesario determinar el cambio en la concentración de cloruro de hidrógeno 5 segundos después de la interacción, restando el valor inicial de la concentración final:
C(HCl)=c2 - c1=0,05 - 0=0,05 mol/dm3.
Calcular la tasa promedio de formación de cloruro de hidrógeno:
V=0,05/5=0,010 mol/dm3 ×s.
Ejemplo 2. En un recipiente con un volumen de 3 dm3, ocurre el siguiente proceso:
C2H2 + 2H2=C2 H6.
La masa inicial de hidrógeno es 1 g. Dos segundos después del inicio de la interacción, la masa de hidrógeno ha adquirido un valor de 0,4 g. Calcula la tasa promedio de producción de etano (mol/dm 3×s).
La masa de hidrógeno que reaccionó se define como la diferencia entre el valor inicial y el número final. Es 1 - 0,4=0,6 (g). Para determinar la cantidad de moles de hidrógeno, es necesario dividirla por la masa molar de un gas dado: n \u003d 0.6/2 \u003d 0.3 mol. De acuerdo con la ecuación, 1 mol de etano se forma a partir de 2 moles de hidrógeno, por lo tanto, de 0,3 moles de H2 obtenemos 0,15 moles de etano.
Determina la concentración del hidrocarburo resultante, obtenemos 0,05 mol/dm3. Entonces puedes calcular la tasa promedio de su formación:=0.025 mol/dm3 ×s.
Conclusión
Varios factores influyen en la tasa de interacción química: la naturaleza de las sustancias que reaccionan (energía de activación), su concentración, la presencia de un catalizador, el grado de molienda, la presión, el tipo de radiación.
En la segunda mitad del siglo XIX, el profesor N. N. Beketov sugirió que existe una conexión entre las masas de los reactivos iniciales y la duración del proceso. Esta hipótesis fue confirmada en la ley de acción de masas, establecida en 1867 por los químicos noruegos: P. Wage y K. Guldberg.
La química física estudia el mecanismo y la velocidad de varios procesos. Los procesos más simples que ocurren en una etapa se llaman procesos monomoleculares. Las interacciones complejas implican varias interacciones secuenciales elementales, por lo que cada etapa se considera por separado.
Para obtener el máximo rendimiento de los productos de reacción con los mínimos costos de energía, es importante tener en cuenta los principales factores que afectan el curso del proceso.
Por ejemplo, para acelerar el proceso de descomposición del agua en sustancias simples, se necesita un catalizador, cuyo papel lo desempeña el óxido de manganeso (4).
Todos los matices asociados con la elección de los reactivos, la selección de la presión y la temperatura óptimas, la concentración de los reactivos se consideran en la cinética química.
