Laju reaksi adalah nilai yang menunjukkan perubahan konsentrasi reaktan selama periode waktu tertentu. Untuk memperkirakan ukurannya, perlu mengubah kondisi awal proses.
Interaksi homogen
Laju reaksi antara beberapa senyawa yang berada dalam bentuk agregat yang sama tergantung pada volume zat yang diambil. Dari sudut pandang matematis, adalah mungkin untuk menyatakan hubungan antara laju proses homogen dan perubahan konsentrasi per satuan waktu.
Contoh interaksi tersebut adalah oksidasi oksida nitrat (2) menjadi oksida nitrat (4).
Proses heterogen
Laju reaksi untuk zat awal dalam berbagai keadaan agregasi ditandai dengan jumlah mol reagen awal per satuan luas per satuan waktu.
Interaksi heterogen adalah karakteristik sistem yang memiliki keadaan agregat yang berbeda.
Meringkas, kami mencatat bahwa laju reaksi menunjukkan perubahan jumlah mol reagen awal (produk reaksi) untukperiode waktu, per unit antarmuka atau per unit volume.
Konsentrasi
Mari kita pertimbangkan faktor utama yang mempengaruhi laju reaksi. Mari kita mulai dengan konsentrasi. Ketergantungan seperti itu diungkapkan oleh hukum aksi massa. Ada hubungan berbanding lurus antara produk konsentrasi zat yang berinteraksi, dilihat dari koefisien stereokimianya, dan kecepatan reaksi.
Perhatikan persamaan aA + bB=cC + dD, di mana A, B, C, D adalah cairan atau gas. Untuk proses di atas, persamaan kinetika dapat ditulis dengan memperhatikan koefisien proporsionalitas, yang memiliki nilai tersendiri untuk setiap interaksi.
Sebagai alasan utama untuk peningkatan kecepatan, kita dapat mencatat peningkatan jumlah tumbukan partikel yang bereaksi per satuan volume.
Suhu
Pertimbangkan pengaruh suhu terhadap laju reaksi. Proses yang terjadi dalam sistem homogen hanya mungkin terjadi ketika partikel bertabrakan. Tetapi tidak semua tumbukan mengarah pada pembentukan produk reaksi. Hanya dalam kasus ketika partikel memiliki energi yang meningkat. Ketika reagen dipanaskan, peningkatan energi kinetik partikel diamati, jumlah molekul aktif meningkat, oleh karena itu, peningkatan laju reaksi diamati. Hubungan antara indeks suhu dan laju proses ditentukan oleh aturan van't Hoff: setiap kenaikan suhu sebesar 10°C menyebabkan peningkatan laju proses sebesar 2-4 kali.
Katalis
Mempertimbangkan faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi, mari kita fokus pada zat yang dapat meningkatkan kecepatan proses, yaitu pada katalis. Tergantung pada keadaan agregasi katalis dan reaktan, beberapa jenis katalisis dibedakan:
- bentuk homogen, di mana reaktan dan katalis memiliki keadaan agregasi yang sama;
- heterogen ketika reaktan dan katalis berada dalam fase yang sama.
Nikel, platinum, rhodium, paladium dapat dibedakan sebagai contoh zat yang mempercepat interaksi.
Inhibitor adalah zat yang memperlambat reaksi.
Area kontak
Apa lagi yang menentukan laju reaksi? Kimia dibagi menjadi beberapa bagian, yang masing-masing membahas pertimbangan proses dan fenomena tertentu. Mata kuliah kimia fisika mengkaji hubungan antara luas bidang kontak dan kecepatan proses.
Untuk meningkatkan area kontak reagen, mereka dihancurkan hingga ukuran tertentu. Interaksi tercepat terjadi dalam larutan, itulah sebabnya banyak reaksi dilakukan dalam media berair.
Saat menggiling padatan, ukuran harus diperhatikan. Misalnya, ketika pirit (besi sulfit) diubah menjadi debu, partikelnya disinter dalam tungku, yang secara negatif mempengaruhi laju proses oksidasi senyawa ini, dan hasil sulfur dioksida menurun.
Reagen
Mari kita coba memahami cara menentukan laju reaksi tergantung pada reagen mana yang berinteraksi? Misalnya, logam aktif yang terletak di deret elektrokimia Beketov sebelum hidrogen dapat berinteraksi dengan larutan asam, dan logam yang berada setelah H2 tidak memiliki kemampuan seperti itu. Alasan untuk fenomena ini terletak pada aktivitas kimia logam yang berbeda.
Tekanan
Bagaimana hubungan laju reaksi dengan nilai ini? Kimia merupakan ilmu yang erat hubungannya dengan fisika, sehingga ketergantungannya berbanding lurus, diatur oleh hukum-hukum gas. Ada hubungan langsung antara kuantitas. Dan untuk memahami hukum mana yang menentukan laju reaksi kimia, perlu diketahui keadaan agregasi dan konsentrasi reagen.
Jenis kecepatan dalam kimia
Adalah kebiasaan untuk memilih nilai instan dan rata-rata. Laju rata-rata interaksi kimia didefinisikan sebagai perbedaan konsentrasi reaktan selama periode waktu.
Nilai yang diperoleh negatif jika konsentrasi berkurang, positif ketika konsentrasi produk interaksi meningkat.
Nilai sebenarnya (seketika) adalah rasio dalam satuan waktu tertentu.
Dalam sistem SI, laju suatu proses kimia dinyatakan dalam [mol×m-3×s-1].
Masalah dalam kimia
Mari kita lihat beberapa contoh soal yang berkaitan dengan penentuan kecepatan.
Contoh 1. Dalamklorin dan hidrogen dicampur dalam sebuah wadah, kemudian campuran tersebut dipanaskan. Setelah 5 detik, konsentrasi hidrogen klorida memperoleh nilai 0,05 mol/dm3. Hitung laju rata-rata pembentukan hidrogen klorida (mol/dm3 s).
Perlu untuk menentukan perubahan konsentrasi hidrogen klorida 5 detik setelah interaksi, mengurangkan nilai awal dari konsentrasi akhir:
C(HCl)=c2 - c1=0,05 - 0=0,05 mol/dm3.
Hitung laju rata-rata pembentukan hidrogen klorida:
V=0,05/5=0,010 mol/dm3 ×s.
Contoh 2. Dalam bejana dengan volume 3 dm3, proses berikut terjadi:
C2H2 + 2H2=C2 H6.
Massa awal hidrogen adalah 1 g. Dua detik setelah dimulainya interaksi, massa hidrogen telah memperoleh nilai 0,4 g. Hitung laju rata-rata produksi etana (mol/dm 3×s).
Massa hidrogen yang bereaksi didefinisikan sebagai selisih antara nilai awal dan bilangan akhir. Ini adalah 1 - 0,4=0,6 (g). Untuk menentukan jumlah mol hidrogen, perlu untuk membaginya dengan massa molar gas yang diberikan: n \u003d 0,6/2 \u003d 0,3 mol. Menurut persamaan, 1 mol etana terbentuk dari 2 mol hidrogen, oleh karena itu, dari 0,3 mol H2 kita mendapatkan 0,15 mol etana.
Tentukan konsentrasi hidrokarbon yang dihasilkan, kita dapatkan 0,05 mol/dm3. Kemudian Anda dapat menghitung laju rata-rata pembentukannya:=0,025 mol/dm3 ×s.
Kesimpulan
Berbagai faktor mempengaruhi laju interaksi kimia: sifat zat yang bereaksi (energi aktivasi), konsentrasinya, keberadaan katalis, tingkat penggilingan, tekanan, jenis radiasi.
Pada paruh kedua abad kesembilan belas, Profesor N. N. Beketov menyarankan bahwa ada hubungan antara massa reagen awal dan durasi proses. Hipotesis ini dikonfirmasi dalam hukum aksi massa, didirikan pada tahun 1867 oleh ahli kimia Norwegia: P. Wage dan K. Guldberg.
Kimia fisika mempelajari mekanisme dan kecepatan berbagai proses. Proses paling sederhana yang terjadi dalam satu tahap disebut proses monomolekul. Interaksi kompleks melibatkan beberapa interaksi sekuensial dasar, sehingga setiap tahap dianggap terpisah.
Untuk mendapatkan hasil produk reaksi yang maksimal dengan biaya energi yang minimal, penting untuk mempertimbangkan faktor utama yang mempengaruhi jalannya proses.
Misalnya, untuk mempercepat proses penguraian air menjadi zat sederhana, diperlukan katalis yang perannya dilakukan oleh oksida mangan (4).
Semua nuansa yang terkait dengan pilihan reagen, pemilihan tekanan dan suhu optimal, konsentrasi reagen dipertimbangkan dalam kinetika kimia.
