Figyelem, a sebesség!
A kémiai tudomány egy speciális terület, amely tanulmányozza a sebessége és mechanizmusa különböző reakciók - kémiai kinetika.
Bár a kémiai elmélet magyarázza a sok, elméletileg megjósolni az arány bármilyen reakciót, amíg ez lehetetlen. Ő kísérletileg a laboratóriumban, majd fejleszteni módon megváltoztatni ezt az arányt. Sok reakciók, amelyek fontosak az ipar számára, amely túl lassú, akkor képesnek kell lennie arra, hogy gyorsítsa fel őket. Egyéb reakciók, másrészt, meg kell lassítani, mert káros.
Röviden, a kémiai kinetika - a kísérleti tudomány. Érvényességét annak törvényei igazolni lehet üzembe néhány egyszerű kísérlettel.
Kezdeni, hogy győződjön meg arról, hogy az arány ugyanez a reakció valóban lehet változtatni, és elég jelentősen. (Ez azonban nem lehet feltételezni alapján kémiai és élettapasztalat, például a termékek a hideg romlik lassabb, mint a hőt, mert a különböző hőmérsékleteken azonos biokémiai reakció lezajlásának eltérő mértékben).
Annak ellenőrzésére, ismételje meg a tapasztalatait a fejét a „kémiai órát”. de ezúttal változtatni az anyagok koncentrációja nem (ha már tudja ezt), és a hőmérsékletet. Ha mind a kiindulási oldat - kálium-jodát és nátrium-szulfát felett szárítjuk, kénsavval - jeges vízbe öntjük, az időt, amíg a kék szín kerül sor lényegesen hosszabb, mint amikor a forró víz. Megjegyzés Csak, hogy a nagyon meleg víz folt nem jelenik meg minden, mint egy színes vegyület a jód-keményítő instabil.
Tehát megtalálta a tapasztalat: minél magasabb a koncentráció és a hőmérséklet, annál gyorsabb a reakció. De néhány reakciók első pillantásra úgy tűnik, hogy a kivétel a szabály alól. Itt egy példa.
Pour egy kémcsőbe, hogy a magassága 12 cm ecetsav és öntött bele több darab cink. A cink szükséges a előtisztított merítve húsz másodpercig egy sósav-oldattal, vízzel leöblítjük.
Ecetsav gyenge, és a cink oldjuk nagyon lassan benne - a hidrogén buborékok alig megkülönböztetni. Hogyan lehet felgyorsítani válasz? Melegítsük fel a megoldást. Ez így van. Lehetséges egyébként? Mi a következőképpen kell eljárni: válik fokozatosan adjunk hozzá a tiszta víz, keverés is minden egyes alkalommal egy kémcsőben. Gondosan kövesse a buborékok. Elképesztő: sav már hígított kétszer, háromszor, és a reakció helyett lassul, majd egyre gyorsabban és gyorsabban!
Ha fel ezt a tapasztalatot, hogy az osztályteremben bögre, cserélje cink kis darab magnézium-forgács, nem tud feldolgozni. Híg ecetsavval magnézium reagál erőteljesebben, mint a cink.
Ez a „kivétel” a szabály érthető, ha ez jól tanulni. Tapasztalataink ecetsavval magyarázata a következő. Az arány, amely cink és magnézium a savval reagáljon függ hidrogénionok koncentrációját az oldatban. Ezek az ionok képződnek vízben oldjuk bármilyen sav. De amikor kevés vizet, gyenge ecetsav oldatban szinte kizárólag formájában disszociálatlan molekulák. Ahogy egyre több hígító a vízmolekulák bontjuk ecetsav ionok, és a reakció gyorsabb. De ha hozzá túl sok vizet, a reakció lelassul megint más okból: mert az erős hígítás a hidrogénion-koncentráció csökkenni fog újra. A leggyorsabb reagál a cink 15% -os ecetsavval.
Persze, megbeszéltük ezt az élményt nem kedvéért csak mutatja, milyen szokatlan kémiai átalakításokkal. Szeretnénk felhívni a figyelmet, hogy a következő: érdemes tudni, hogyan fog irányítani a reakció sebessége.
Minden reakció kezdődik az a tény, hogy az anyag a molekulák ütköznek egymással. Lássuk, hogy a reakció indul.
Vegye nem túl széles üvegcső egy néhány tíz centiméter hosszú, és vegye fel az ő két dugó. A belső oldalán a cső felé néző, csatlakoztassa a villásdugót mind kis üvegbot és a szél őket egy darab vattát. Egy darab visszafogja néhány csepp tömény sósavat, és a másik - egy tömény ammónia-oldatot. Ugyanakkor, dugja a dugót a cső egy fültisztító pálcikát a két végét. Néhány perc múlva - attól függően, hogy a hossza a cső - benne, közelebb a fleece sósavval, úgy tűnik, fehér gyűrű NH4Cl Ammónium-klorid.
Jellemzően, az elegyet a folyamat előrehaladásával gyorsabb kémiai reakciók. Mi szándékosan nem csinál, és nem próbálja meg, hogy segítsen még a molekulák megfelelnek - költöztek magukat. Az ilyen független mozgását molekulák egy adott környezetben az úgynevezett diffúziós. Az elpárologtatott gyapjú, molekulái mindkét anyagot vizsgáltunk a több milliárd ütközések levegő molekulák másodpercenként és egymással. Bár a molekulák sebessége igen magas, ez több száz méter másodpercenként, 0 ° C-on és normál nyomáson, az átlagos szabad úthossz, azaz. E. távolsága, amely kezeli, hogy adja át egy molekula egy másik ütközés ezen anyagok csak körülbelül 0,0001 mm . Ezért, az ammónia és a hidrogén-klorid (a sósav), így lassan a csőben. Ugyanilyen lassan terjed körül a szobában egy álló odorant levegőt.
De miért nem egy fehér gyűrű jelent meg a közepén a csövet? Mivel az ammónia-molekulák kevésbé mozognak a levegőben gyorsabban. Ha a levegő szivattyúzzák ki a cső, az ammónia-molekulák és a hidrogén-klorid találkozik a másodperc tört része - a szabad úthossza molekulák jelentősen megnő.
Gáz mozogni folyadékok. Ezek diffúzió lassabban. Próbáld ki az élményt.
Egy sima és tiszta üveglapra közelében csepegtető néhány csepp három folyadékok: a középső - a víz mindkét oldalán meg - szóda és sósav megoldásokat. Folyadék a vizsgálat előtt nem kell a kapcsolatot. Ezután, nagyon óvatosan, elkerülve a keverés Stick csatlakozni megoldásokat. Amennyiben a kibocsátott szén-dioxid, de ez nem történik meg azonnal. Amikor a gáz kezd kiosztandó, a buborékok lesz található mentén határoló elválasztó régió savval és szóda diffúzió.
Ahelyett, szóda és a sav vehet bármely két vízben oldódó anyagok, amelyek összekeverve így csapadékot vagy színes. Ugyanakkor ezekben a kísérletekben, nehéz elkerülni a folyadék áramlik, torzítva a képet, ezért a legjobb, ha kísérletezni megvastagodott megoldásokat. És lehet megvastagodott zselatin.
Készítsünk egy 4% -os zselatinoldatot csökkentésével forró vízbe (nem forró!). Pour forró oldatot egy kémcsőbe, és, ha lehűl, Center csövek gyorsan, egy mozdulattal, adja fogó kristály kálium-permanganát, réz-szulfát vagy más élénk színű és a víz-oldható anyag. Csipesz azonnal távolítsa el a gondos, de gyors mozdulattal. Néhány órán belül meg lehet nézni egy nagyon szép képet a diffúzió. Oldott eloszlik minden irányban azonos sebességgel, amely egy színes gömb.
A sűrített oldatot tudunk újabb élmény. Öntsünk forró zselatin oldatba két kémcsőbe, és adjunk hozzá egy enyhén lúgos oldatot, és egy másik - a fenolftalein. Amikor a csöveket megkeményedik, csipeszek gyorsan be a központba az első cső közepén a második darab fenolftalein tabletták - egy darab szóda. Mindkét esetben lesz bíbor. De megjegyezzük, hogy a második cső színező terjed sokkal gyorsabb. Hidroxid ionokra során képződött alkálifém disszociációs, sokkal könnyebb, valamint kevésbé összetett szerves molekulák fenolftaleint, és ezért gyorsabb oldatban.
Most viszont, hogy szilárd. A reakciók között (között, vagy egy szilárd anyag, folyadék vagy gáz) molekulák találkozás csak a felszínen. Minél több a felület, annál gyorsabb a reakció. Persze. levegő vasaló nem éget. Ez azonban csak akkor igaz, a vas tárgyakat. Például, a köröm érintkezési felület a levegő kis, az oxidációs reakció túl lassan. Vasreszelék reagál az oxigénnel gyorsabban: a hideg előtt fordult a rozsda és a láng meggyulladhat. A legkisebb szemcsék is megtörni általában melegítés nélkül. Ilyen vas úgynevezett piroforos. Nem lehet gyalult még a kis fájlt úgy, hogy kapott vegyi úton, például elbontása az oxalát só - vas-oxalát.
Lassan és óvatosan öntse ki a tartalmát a cső, hogy a fém vagy azbeszt lemez: por villog fényes szikrák. Különösen mutatós tapasztalat egy elsötétített szobában.
Fontos megjegyzés: piroforos vas nem lehet tárolni, akkor tüzet okozhat! Végén a tapasztalat a por szükséges levegőn kalcináljuk, vagy kezeltük egy savval, amely nem marad el nem égett részecskék - tudnak válni öngyulladó.
Ezután megvizsgáljuk a hatását a méret a szilárd felület a mértéke, hogy az reakcióba a folyadék. Vegyünk két egyforma darab krétát, és egyikük őrölni porrá. Helyezzük mindkét cső egy mintában, és öntsünk egyenlő mennyiségű sósav. Finomra tört kréta, ahogy azt várják, feloldja sokkal gyorsabb. Egy másik darab krétát helyezni egy kémcsőbe kénsavval. A járvány energikus reakció lecsendesedik hamarosan, majd teljesen leállt. Miért nem? Miután az összes kénsavat gyengébb, mint a sósav.
Amikor a reakció kialakítva kréta kalcium-kloridot CaCI2 sósavval, amely vízben könnyen oldódik, és nem zavarja a beáramló kréta a felszínre új rész sósav oldat. A reakcióelegyet kénsavval kapjuk a kalcium-szulfát CaSO4. de nagyon rosszul oldódik vízben, marad a felszínen a kréta és lezárja azt. Ahhoz, hogy a reakció ment, szükséges időről időre tisztítani a felületet a kréta vagy a pre-alakítani porrá. A tudás, mint az eljárás részleteit, nagyon fontos, hogy a kémiai technológia.
És még egy tapasztalat. Keverjünk össze mozsárban két szilárd anyagot adva festett termékek a reakció. Ólom-nitrát és kálium-jodid, vas-szulfát és a vörös vér-só, stb-és mozsártörő őrölni keveréket. Fokozatosan mivel a dörzsölés, a keverék kezd festett, például a felszíni kölcsönhatások anyagok növekvő. Ha öntsük a keveréket egy kis vizet, majd azonnal megjelenik intenzív szín -, mert a molekulák könnyebben mozoghatnak az oldatban.
Összefoglalva, a kísérletek a kinetikai szállít mennyiségi kísérletben; az egyetlen eszköz, ami szükséges, - a stoppert vagy órát egy használt.
Készítsünk 0,5 liter 3% -os vizes kénsavoldattal (öntés ecetsav vízben!), És ugyanazt a 12% -os nátrium-tioszulfát. Oldás előtt tioszulfát adjunk hozzá néhány csepp ammónia.
A két henger alakú lombikba (szemüveg, verem) 100 ml vonatkozik címkék 50; 25; 12,5 és 37,5 ml szekvenciálisan a magasságot elosztjuk a felére. Címke a lombikot, és ráöntjük a felső címke (50 ml) oldatokat készítettünk.
Közös vékony üvegből 200 vagy 250 ml-a sötét helyen papírt és öntsük a tioszulfát-oldattal, majd - sav. Most vegye figyelembe az időt, és a keverést 1-2 másodpercig. Annak érdekében, hogy ne szakadjon el az üveg, akkor jobb, hogy egy fa bottal. Amikor az oldat kezd zavarossá vált, rögzíti az eltelt idő kezdete óta a reakciót. Tapasztalja célszerűen együtt, az egyik figyelte az órát, egy másik megoldás kiürítjük, és jelzi a zavarosság.
Mossuk meg az üveget és vonja még három alkalommal; tioszulfát-oldattal öntjük egy pohár, hogy a harmadik (37,5), a második (25) és az első (12,5 ml) címkék minden alkalommal vízutántöltő a felső osztály. A sav mennyisége az összes kísérletben állandó marad, és a teljes térfogatát a reakcióelegy mindig 100 ml.
Most felhívni egy grafikont, hogy a reakció sebessége függ a koncentráció-tioszulfát. A koncentráció célszerűen tetszőleges egységekben fejeztük ki: 1, 2, 3, és 4. Tedd az x tengelyen. De hogyan kell kiszámítani a reakció sebessége?
Ugyanígy nem lehet megtenni, ha csak azért, mert abban az időben a felhő, mi határozza meg a szem, egy bizonyos mértékig szubjektív. Továbbá zavarosság jelzi, hogy csak a legkisebb részecskék kén, amelyek felszabadulnak a reakció folyamán elért egy olyan méretű, hogy látható. És mégis, jobb híján, vesszük az elején a felhő a reakció végén (ami mellesleg nem nagyon messze az igazságtól). Azt, hogy egy további feltétele: a reakció sebessége fordítottan arányos annak időtartamát. Ha a reakció 10 másodperc, akkor feltételezzük, hogy az arány egyenlő 0,1. Tedd sebesség ordináta.
Négy kísérletet feladta négy pontot, az ötödik - az origó. Mind az öt pont lesz található, körülbelül ugyanazon a vonalon. A egyenlet van írva a következő:
ahol V- a reakció sebességét, a szögletes zárójelek - elfogadott kémiai kinetikáját kijelölése a koncentráció, és a sebességi állandó K-, hogy könnyű megtalálni a gráf.
De a reakció sebessége függ a koncentráció és a kénsav. Változatlanul hagyva A tioszulfát mennyiségét és hígított kénsav, ellenőrizze, hogy a reakció sebessége. Különös módon nem változik!
Az ilyen esetek nem ritkák. Tapasztalataink szerint a reakció nehéz, és a termék - a kén kibocsátása nem közvetlenül a közvetlen ütközések molekulák sav és tioszulfát. Általában reakciók, ahol a termékeket kapunk egyszerre, nem annyira.
A komplex reakciósor bizonyos szakaszában fordul elő lassabb, mint a többi. A mi esetünkben - az utóbbi, amelyben a képződött ként. Ez volt az a sebesség, mi, sőt, és mértük.
O. Holguin. „Kísérletek nélkül robbanások”
M. "Chemistry" 1986