Welche Faktoren beeinflussen die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen?

Kinetik

ist die Untersuchung der Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion. Einige chemische Reaktionen sind schnell- andere langsam sind. Manchmal wollen die Chemiker auf die Langsamen zu beschleunigen und die Schnellen verlangsamen.

Es gibt mehrere Faktoren, die die Geschwindigkeit einer Reaktion beeinflussen:

  • Natur der Reaktanden

  • Die Partikelgröße der Reaktanden

  • Konzentration der Reaktanden

  • Druck der gasförmigen Reaktanden

  • Temperatur

  • Katalysatoren

Wenn Sie so viel von einem Produkt wie möglich zu produzieren wollen so schnell wie möglich in einer chemischen Reaktion, müssen Sie die Kinetik der Reaktion in Betracht ziehen.

Natur von chemischen Reagenzien

Damit eine Reaktion eintritt, muss es eine Kollision zwischen den Reaktanten bei der reaktiven Stelle des Moleküls sein. Je größer und komplexer die Reaktantenmoleküle, desto geringer ist die Chance einer Kollision an der reaktiven Stelle.

Manchmal, in sehr komplexe Moleküle, die reaktive Stelle vollständig durch andere Teile des Moleküls blockiert, so dass keine Reaktion auftritt. Es kann eine Menge von Kollisionen, sondern nur diejenigen, die an der reaktiven Stelle auftreten, haben keine Chance, chemische Reaktion führt.

Im allgemeinen ist die Reaktionsgeschwindigkeit langsamer, wenn die Reaktanden sind große und komplexe Moleküle.

Die Partikelgröße von chemischen Reagenzien

Die Reaktion hängt von Kollisionen. Je mehr Oberflächenbereich, an dem Kollisionen können auftreten, desto schneller die Reaktion. Sie können ein brennendes Streichholz, um einen großen Teil der Kohle und nichts wird passieren halten. Aber wenn man das gleiche Stück Kohle nehmen, schleifen es sehr hoch, sehr fein, werfen sie in die Luft, und schlagen ein Spiel, werden Sie eine Explosion bekommen wegen der vergrößerten Oberfläche der Kohle.

Konzentration der chemischen Reaktanten,

Erhöhen der Anzahl von Kollisionen beschleunigt die Reaktionsgeschwindigkeit auf. Je mehr Reaktantenmoleküle es kollidieren, desto schneller wird die Reaktion sein. Zum Beispiel brennt ein Holz Schiene in der Luft (20 Prozent Sauerstoff) in Ordnung, aber es brennt viel schneller in reinem Sauerstoff.

In einfachsten Fällen erhöht sich die Konzentration der Reaktanten Erhöhung der Geschwindigkeit der Reaktion. Wenn jedoch die Reaktion ist komplex und hat eine komplexe Mechanismus (Reihe von Schritten in der Reaktion), kann dies nicht der Fall sein. Die Bestimmung der Konzentrationseffekt auf die Geschwindigkeit der Reaktion kann Ihnen Hinweise geben, wie auf die Reaktanden in der geschwindigkeitsbestimmende Schritt des Mechanismus beteiligt ist.

Sie können dies tun, indem man die Reaktion bei mehreren unterschiedlichen Konzentrationen ausgeführt wird und die Wirkung auf die Reaktionsgeschwindigkeit zu beobachten. Wenn zum Beispiel die Konzentration eines Reaktanden Veränderung keinen Einfluss auf die Reaktionsgeschwindigkeit hat, dann weiß man, dass Reaktant nicht in der langsamsten Stufe (der geschwindigkeitsbestimmende Schritt) in dem Mechanismus beteiligt ist.

Druck der gasförmigen Reaktanden

Der Druck der gasförmigen Reaktanden hat grundsätzlich die gleiche Wirkung wie Konzentration. Je höher der Reaktant Druck, desto schneller ist die Reaktionsgeschwindigkeit. Dies ist auf die erhöhte Anzahl von Kollisionen. Aber wenn es ein komplexer Mechanismus beteiligt sind, kann die Druckänderung nicht haben das erwartete Ergebnis.

Wie Temperatur beeinflusst chemische Reaktionsgeschwindigkeit

Erhöhung der Temperatur bewirkt, dass Moleküle schneller zu bewegen, so gibt es eine erhöhte Chance, um sie miteinander reagieren und zu kollidieren. Aber die Erhöhung der Temperatur erhöht sich auch die durchschnittliche kinetische Energie der Moleküle.

Die folgende Abbildung zeigt ein Beispiel, wie die Erhöhung der Temperatur wirkt sich auf die kinetische Energie der Reaktanden und die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht.

Die Wirkung der Temperatur auf die kinetische Energie der Reaktanden.
Die Wirkung der Temperatur auf die kinetische Energie der Reaktanden.

Bei einer gegebenen Temperatur, die nicht alle die Moleküle bewegen sich mit der gleichen kinetischen Energie. Eine geringe Anzahl der Moleküle bewegen sich sehr langsam (geringe kinetische Energie), während einige sehr schnell sind (hohe kinetische Energie) zu bewegen. Eine große Mehrheit der Moleküle sind irgendwo zwischen diesen beiden Extremen.

In der Tat ist, die Temperatur ein Maß für die mittlere kinetische Energie der Moleküle. Wie Sie in der Abbildung sehen können, erhöht sich die Temperatur erhöht, die durchschnittliche kinetische Energie der Reaktanden, im Wesentlichen die Kurve nach rechts in Richtung auf höhere kinetische Energien verlagern.

Jedoch auch bemerken, die minimale Menge an kinetischer Energie durch die Reaktanten benötigt, um die Aktivierungsenergie zu liefern (die Energie erforderlich, um eine Reaktion in Gang zu bringen) während einer Kollision. Die Reaktanden haben an der reaktiven Stelle zu kollidieren, aber sie müssen auch übertragen genug Energie Bindungen zu brechen, so dass neue Anleihen gebildet werden. Wenn die Reaktanden nicht genug Energie haben, wird eine Reaktion nicht auftreten, selbst wenn die Reaktanden an der reaktiven Stelle kollidieren.

Beachten Sie, dass bei der niedrigeren Temperatur, sehr wenige der Reaktand Moleküle haben die minimale Menge an kinetischer Energie benötigt, um die Aktivierungsenergie zu liefern. Bei der höheren Temperatur besitzen viele mehr Moleküle, die minimale Menge an kinetischer Energie benötigt, die viel mehr Kollisionen bedeutet ausreichend energetisch sein, wird zur Reaktion zu führen.

Erhöhen der Temperatur erhöht nicht nur die Anzahl der Kollisionen, sondern erhöht auch die Anzahl der Kollisionen, die wirksam sind, - dass die Übertragung genug Energie, um eine Reaktion stattfinden zu verursachen.

Wie Katalysatoren erhöhen chemische Reaktionsgeschwindigkeit

Katalysatoren sind Stoffe, die die Reaktionsgeschwindigkeit erhöhen, ohne dass sich am Ende der Reaktion verändert wird. Sie erhöhen die Reaktionsgeschwindigkeit durch die Aktivierungsenergie für die Reaktion verringert wird.

In der vorhergehenden Figur, wenn Sie nach links verschieben, die Linie, die die minimale Menge an kinetischer Energie punktiert benötigt, um die Aktivierungsenergie zur Verfügung zu stellen, dann viele weitere Moleküle die minimale Energie benötigt haben, und die Reaktion wird schneller sein.

Katalysatoren, die Aktivierungsenergie einer Reaktion in einer von zwei Möglichkeiten zu senken:

  • Bereitstellen einer Oberfläche und Orientierung

  • Die Bereitstellung eines alternativen Mechanismus (Reihe von Schritten für die Reaktion zu durchlaufen) mit einer niedrigeren Aktivierungsenergie

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