Biali w akcji! - cz.3 - Teoretyczna

Dla równowagi  po doświadczeniach trochę teorii:

Szybkość reakcji

Szybkość reakcji chemicznej jest określana jako zmiana stężenia substratu (lub produktu) w jednostce czasu.
                                                   
Zależność między szybkością reakcji a parametrami decydującymi o tej szybkości jest dla danej reakcji ustalana doświadczalnie.

Tak wyrażona szybkość reakcji jest tzw. średnią szybkością reakcji. Ponieważ przyjęto, że szybkość reakcji ma zawsze wartość dodatnią, więc w zależności od tego czy jest rozważana jako ubytek substratu ,czy przyrost stężenia produktu w równaniu pojawia się znak – lub +.
Rzeczywistą szybkość reakcji w danej chwili określa się jako stosunek nieskończenie małej zmiany stężenia jednego z reagentów do nieskończenie małego czasu, w którym ta zmiana nastąpiła.

Czynniki wpływające na szybkość reakcji:

a) Temperatura

Szybkość reakcji w bardzo znaczący sposób zależy od temperatury.
Przykładem może być tu reakcja tlenu z wodorem, która w 200°C przebiega powoli, natomiast w 600°C przebiega wybuchowo, w ciągu ułamka sekundy.
Jacobus van’t Hoff (1852-1911) jako pierwszy, na podstawie wyników swoich doświadczeń podał ogólna zależność dotyczącą wpływu temperatury na szybkość reakcji.
Według reguły van’t Hoffa podwyższenie temperatury o około 10 stopni powoduje 2-4-krotny wzrost szybkości reakcji.

Silny wpływ temperatury na szybkość reakcji tłumaczy, dlaczego w praktyce trzeba często stosować ogrzewanie, również w przypadku reakcji egzotermicznych (przebiegających z wydzieleniem ciepła).

b) Stężenie reagentów

Wzrost stężenia substratów powoduje zwiększenie szybkości reakcji np. my przeprowadziliśmy rozkład nadtlenku wodoru o różnych stężeniach

c) Rozdrobnienie substancji

W przypadku użycia do reakcji substancji stałych nie możemy zmienić ich stężenia ale można je rozdrobnić, zwiększając przez to powierzchnię substratu i możliwość kontaktu z pozostałymi substratami. W efekcie, w wyniku rozdrobnienia również wzrasta szybkość reakcji.

d) Rozpuszczalnik

Rozpuszczalniki polarne ułatwiają reakcje pomiędzy związkami polarnymi, natomiast rozpuszczalniki niepolarne można stosować do zwiększenia szybkości reakcji związków niepolarnych. Odpowiednio dobrany rozpuszczalnik pozwala na dokładne wymieszanie się cząsteczek substratów, ułatwiając kontakt miedzy nimi, a więc zwiększając szybkość reakcji.

f) Katalizator, inhibitor

Katalizatorem nazywa się substancję, której obecność w mieszaninie reagentów zwiększa szybkość reakcji.

Inhibitorem – substancję, której obecność powoduje obniżenie szybkości reakcji.

Zarówno katalizator jak i inhibitor praktycznie nie ulegają zużyciu podczas reakcji, po jej zakończeniu pozostają w stanie niezmienionym w stosunku do ich stanu sprzed reakcji. Katalizatory/inhibitory biorą udział w reakcji chemicznej, ale ulegają w trakcie procesu odtworzeniu. Katalizator/inhibitor zmienia w jednakowym stopniu szybkość reakcji biegnącej z lewa na prawo jak i reakcji odwrotnej. Katalizatory nie wpływają na położenie stanu równowagi, przyspieszają jedynie czas, po którym ta równowaga zostanie osiągnięta.
Istotnymi cechami katalizatorów/inhibitorów są selektywność i specyficzność. Selektywność jest to zdolność do przyspieszania/opóźniania tylko niektórych z procesów możliwych w danym środowisku. Specyficzność- działanie każdego z katalizatorów/inhibitorów ogranicza się co najwyżej do kilku różnych reakcji.

W zależności od tego, czy katalizator i substancje reagujące znajdują się w tej samej fazie, czy też katalizator stanowi oddzielna fazę, katalizę określa się odpowiednio jako homogeniczną i heterogeniczną.
Przykładem katalizy homogenicznej może być reakcja estryfikacji kwasu octowego metanolem w obecności kwasu siarkowego(VI) jako katalizatora. Substraty reakcji oraz katalizator występują w fazie ciekłej. Innymi przykładami może być hydroliza sacharozy katalizowana jonami H⁺, lub utlenianie SO₂ katalizowane przez tlenek azotu (jako przykład katalizy w fazie gazowej).
W przypadku katalizy heterogenicznej najczęściej mamy do czynienia z katalizatorem występującym w fazie stałej (stanowi on tzw. kontakt) oraz reagentami, które znajdują się w fazie gazowej lub ciekłej.
Jako przykłady katalizy heterogenicznej można przytoczyć syntezę amoniaku z azotu i wodoru na katalizatorze żelazowym lub rozkład wody utlenionej katalizowany przez tlenek manganu(IV).

Znane są również reakcje, w których rolę katalizatora pełni jeden z produktów reakcji. Ten typ katalizy nazywa się autokatalizą. Jej przykładem jest reakcja redukcji manganianu(VII) potasu przez kwas szczawiowy w środowisku kwaśnym:
2 MnO₄^- + 5 C₂O₄^2- + 16 H⁺ = 10CO₂ + 2Mn²⁺ + 8 H₂O
w której to reakcji katalizatorem są powstające jony Mn²⁺.

(Opracowanie: W. Kunicka) 

Dokładna fotorelacja z tych ciekawych zajęć w galerii obok. Zapraszam.