Kita terus-menerus dihadapkan pada berbagai interaksi kimia. Pembakaran gas alam, karat besi, pengasaman susu jauh dari semua proses yang dipelajari secara rinci dalam kursus kimia sekolah.
Beberapa reaksi membutuhkan waktu sepersekian detik, sementara beberapa interaksi membutuhkan waktu berhari-hari atau berminggu-minggu.
Mari kita coba mengidentifikasi ketergantungan laju reaksi pada suhu, konsentrasi, dan faktor lainnya. Dalam standar pendidikan baru, jumlah waktu belajar minimum dialokasikan untuk masalah ini. Dalam tes ujian keadaan terpadu, ada tugas tentang ketergantungan laju reaksi pada suhu, konsentrasi, dan bahkan tugas perhitungan yang ditawarkan. Banyak siswa sekolah menengah mengalami kesulitan tertentu dalam menemukan jawaban atas pertanyaan-pertanyaan ini, jadi kami akan menganalisis topik ini secara rinci.
Relevansi masalah yang sedang dipertimbangkan
Informasi tentang laju reaksi sangat penting secara praktis dan ilmiah. Misalnya, dalam produksi zat dan produk tertentu dari suatunilainya secara langsung tergantung pada kinerja peralatan, harga pokok barang.
Klasifikasi reaksi yang sedang berlangsung
Ada hubungan langsung antara keadaan agregasi komponen awal dan produk yang terbentuk selama proses kimia: interaksi heterogen.
Sistem biasanya dipahami dalam kimia sebagai zat atau kombinasinya.
Sistem homogen adalah sistem yang terdiri dari satu fase (keadaan agregasi yang sama). Sebagai contoh, kita dapat menyebutkan campuran gas, beberapa cairan yang berbeda.
Heterogen adalah sistem yang reaktannya berbentuk gas dan cair, padat dan gas.
Tidak hanya ketergantungan laju reaksi pada suhu, tetapi juga pada fase di mana komponen yang terlibat dalam interaksi yang dianalisis digunakan.
Komposisi homogen dicirikan oleh aliran proses di seluruh volume, yang secara signifikan meningkatkan kualitasnya.
Jika zat awal berada dalam keadaan fase yang berbeda, dalam hal ini, interaksi maksimum diamati pada batas fase. Misalnya, ketika logam aktif dilarutkan dalam asam, pembentukan produk (garam) hanya diamati pada permukaan kontaknya.
Hubungan matematis antara kecepatan proses dan berbagai faktor
Seperti apa persamaan laju reaksi kimia versus suhu? Untuk proses yang homogen, laju ditentukan oleh jumlahzat yang berinteraksi atau terbentuk selama reaksi dalam volume sistem per satuan waktu.
Untuk proses heterogen, laju ditentukan melalui jumlah zat yang bereaksi atau diproduksi dalam proses per satuan luas untuk periode waktu minimum.
Faktor yang mempengaruhi laju reaksi kimia
Sifat zat yang bereaksi adalah salah satu alasan perbedaan laju proses. Misalnya, logam alkali membentuk alkali dengan air pada suhu kamar, dan prosesnya disertai dengan evolusi gas hidrogen yang intens. Logam mulia (emas, platinum, perak) tidak dapat melakukan proses seperti itu baik pada suhu kamar maupun saat dipanaskan.
Sifat reaktan merupakan faktor yang diperhitungkan dalam industri kimia untuk meningkatkan profitabilitas produksi.
Hubungan antara konsentrasi reagen dan kecepatan reaksi kimia telah terungkap. Semakin tinggi, semakin banyak partikel yang akan bertumbukan, sehingga proses akan berlangsung lebih cepat.
Hukum aksi massa dalam bentuk matematika menjelaskan hubungan berbanding lurus antara konsentrasi zat awal dan kecepatan proses.
Itu diformulasikan pada pertengahan abad kesembilan belas oleh ahli kimia Rusia N. N. Beketov. Untuk setiap proses, konstanta reaksi ditentukan, yang tidak terkait dengan suhu, konsentrasi, atau sifat reaktan.
Kepadauntuk mempercepat reaksi yang melibatkan padatan, Anda perlu menggilingnya menjadi bubuk.
Dalam hal ini, luas permukaan meningkat, yang memiliki efek positif pada kecepatan proses. Untuk bahan bakar diesel, sistem injeksi khusus digunakan, sehingga ketika bersentuhan dengan udara, laju pembakaran campuran hidrokarbon meningkat secara signifikan.
Pemanasan
Ketergantungan laju reaksi kimia pada suhu dijelaskan oleh teori kinetika molekuler. Ini memungkinkan Anda untuk menghitung jumlah tumbukan antara molekul reagen dalam kondisi tertentu. Berbekal informasi tersebut, dalam kondisi normal, semua proses harus berjalan secara instan.
Tetapi jika kita mempertimbangkan contoh spesifik dari ketergantungan laju reaksi pada suhu, ternyata untuk interaksi perlu terlebih dahulu memutuskan ikatan kimia antara atom untuk membentuk zat baru dari mereka. Ini membutuhkan energi yang cukup besar. Apa ketergantungan laju reaksi pada suhu? Energi aktivasi menentukan kemungkinan pecahnya molekul, itu mencirikan realitas proses. Satuannya adalah kJ/mol.
Jika energi tidak mencukupi, tumbukan tidak akan efektif, sehingga tidak disertai dengan pembentukan molekul baru.
Representasi grafis
Ketergantungan laju reaksi kimia pada suhu dapat direpresentasikan secara grafis. Saat dipanaskan, jumlah tumbukan antar partikel meningkat, yang berkontribusi pada percepatan interaksi.
Seperti apa grafik laju reaksi versus suhu? Energi molekul diplot secara horizontal, dan jumlah partikel dengan cadangan energi tinggi ditunjukkan secara vertikal. Grafik adalah kurva yang dapat digunakan untuk menilai kecepatan interaksi tertentu.
Semakin besar perbedaan energi dari rata-rata, semakin jauh titik kurva dari maksimum, dan persentase yang lebih kecil dari molekul memiliki cadangan energi tersebut.
Aspek penting
Apakah mungkin untuk menulis persamaan ketergantungan konstanta laju reaksi pada suhu? Peningkatannya tercermin dari peningkatan kecepatan proses. Ketergantungan seperti itu ditandai dengan nilai tertentu, yang disebut koefisien suhu laju proses.
Untuk interaksi apa pun, ketergantungan konstanta laju reaksi pada suhu telah terungkap. Jika ditingkatkan 10 derajat, kecepatan proses meningkat 2-4 kali lipat.
Ketergantungan laju reaksi homogen pada suhu dapat dinyatakan dalam bentuk matematika.
Untuk sebagian besar interaksi pada suhu kamar, koefisien berada dalam kisaran 2 hingga 4. Misalnya, dengan koefisien suhu 2,9, peningkatan suhu 100 derajat mempercepat proses hampir 50.000 kali.
Ketergantungan laju reaksi pada suhu dapat dengan mudah dijelaskan dengan nilai energi aktivasi yang berbeda. Ini memiliki nilai minimum selama proses ionik, yang hanya ditentukan oleh interaksi kation dan anion. Banyak eksperimen membuktikan terjadinya reaksi seperti itu secara instan.
Ketika energi aktivasi tinggi, hanya sejumlah kecil tumbukan antar partikel yang akan mengarah pada implementasi interaksi. Dengan energi aktivasi rata-rata, reaktan akan berinteraksi dengan kecepatan rata-rata.
Tugas tentang ketergantungan laju reaksi pada konsentrasi dan suhu dianggap hanya pada tingkat pendidikan senior, sering menyebabkan kesulitan serius bagi anak-anak.
Mengukur kecepatan suatu proses
Proses yang membutuhkan energi aktivasi yang signifikan melibatkan pemutusan awal atau melemahnya ikatan antara atom dalam zat aslinya. Dalam hal ini, mereka masuk ke keadaan perantara tertentu, yang disebut kompleks teraktivasi. Ini adalah keadaan tidak stabil, agak cepat meluruh menjadi produk reaksi, prosesnya disertai dengan pelepasan energi tambahan.
Dalam bentuknya yang paling sederhana, kompleks teraktivasi adalah konfigurasi atom dengan ikatan lama yang melemah.
Inhibitor dan katalis
Mari kita menganalisis ketergantungan laju reaksi enzimatik pada suhu medium. Zat tersebut bertindak sebagai akseleratorproses.
Mereka sendiri bukan peserta dalam interaksi, jumlah mereka setelah proses selesai tetap tidak berubah. Jika katalis meningkatkan laju reaksi, maka inhibitor, sebaliknya, memperlambat proses ini.
Intinya adalah pembentukan senyawa antara, akibatnya perubahan kecepatan proses diamati.
Kesimpulan
Berbagai interaksi kimia terjadi setiap menit di dunia. Bagaimana menentukan ketergantungan laju reaksi pada suhu? Persamaan Arrhenius adalah penjelasan matematis tentang hubungan antara konstanta laju dan suhu. Ini memberikan gambaran tentang nilai-nilai energi aktivasi di mana penghancuran atau melemahnya ikatan antara atom dalam molekul, distribusi partikel menjadi bahan kimia baru dimungkinkan.
Berkat teori kinetika molekuler, dimungkinkan untuk memprediksi kemungkinan interaksi antara komponen awal, untuk menghitung laju proses. Di antara faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi, yang paling penting adalah perubahan indeks suhu, persentase konsentrasi zat yang berinteraksi, luas permukaan kontak, keberadaan katalis (inhibitor), serta sifat komponen yang berinteraksi..
