Пять рычагов, которыми химик разгоняет или тормозит любую реакцию.
Скорость показывает, как быстро расходуются реагенты (или накапливаются продукты) — то есть как быстро меняется концентрация со временем.
Чтобы прореагировать, частицы должны столкнуться, причём достаточно сильно — преодолеть энергию активации (энергетический барьер). Всё, что увеличивает число или силу удачных столкновений, ускоряет реакцию.
Активные вещества реагируют быстрее. K с водой — бурно, Fe — почти нет.
Больше частиц в объёме → чаще столкновения → быстрее. Для газов то же даёт рост давления.
Нагрев резко ускоряет: частицы движутся быстрее и бьют сильнее.
Для гетерогенных: порошок реагирует быстрее куска — больше контакта.
Снижает энергию активации, открывает «обходной путь». Сам не расходуется.
Наоборот замедляет реакцию (например, защищает металл от коррозии).
Скорость прямо пропорциональна произведению концентраций реагентов, взятых в степенях их коэффициентов. Учитываются только газы и растворённые вещества — твёрдые в выражение не входят.
v = k·[A]2·[B]. Удвоили [A] → множитель 22 = 4.
Скорость вырастет в 4 раза.
Для реакции C(тв) + O2 → CO2 в закон входит только кислород: v = k·[O2]. Концентрация твёрдого углерода постоянна.
При повышении температуры на каждые 10 °C скорость растёт в γ раз (температурный коэффициент γ обычно 2–4).
v₂/v₁ = γ^(30/10) = 33 = 27
Скорость возрастёт в 27 раз.
Катализатор не «толкает» реакцию силой — он предлагает путь с меньшей энергией активации (пунктирная линия на схеме в шапке). Барьер ниже → его преодолевает больше частиц → реакция быстрее.
Катализатор не расходуется и не смещает равновесие — он лишь ускоряет достижение равновесия. Биологические катализаторы — ферменты.
Смесь водорода с кислородом может стоять годами и не реагировать, хотя реакция выгодна энергетически. Причина — энергетический барьер.
Энергия активации — минимальная избыточная энергия, которой должны обладать сталкивающиеся частицы, чтобы столкновение оказалось результативным и привело к реакции. Чем выше барьер, тем медленнее реакция.
Чтобы прореагировать, частицы обязаны: во-первых, столкнуться; во-вторых, столкнуться с достаточной энергией (не меньше Eа); в-третьих, быть правильно ориентированы в пространстве. Большинство столкновений не выполняет хотя бы одно из условий — потому реакции и идут не мгновенно.
| Фактор | Что он делает физически | Меняет ли Eа |
|---|---|---|
| Концентрация | больше частиц в объёме → чаще столкновения | нет |
| Температура | частицы быстрее → больше доля тех, у кого энергия выше барьера | нет |
| Измельчение | больше площадь контакта фаз | нет |
| Катализатор | предлагает другой путь реакции | да, снижает |
Все факторы, кроме катализатора, меняют условия, оставляя барьер прежним. И только катализатор снижает сам барьер. Формулировка «катализатор увеличивает энергию частиц» — ошибка, за неё снимают балл.
Если реагенты в разных фазах (твёрдое + раствор, твёрдое + газ), реакция идёт только на поверхности раздела. Отсюда два следствия, о которых часто забывают.
Порошок цинка реагирует с кислотой намного быстрее, чем гранула той же массы. Поэтому в задачах «измельчили» = «ускорили».
В закон действующих масс концентрации твёрдых веществ не входят: их «концентрация» на поверхности постоянна. Для C + O₂ → CO₂ выражение будет v = k·[O₂], без углерода.
Увеличение давления сжимает газ и повышает его концентрацию — скорость растёт. Но если среди реагентов газов нет (реакция в растворе или между твёрдыми веществами), давление на скорость практически не влияет.
Какие действия ускорят реакцию Zn(тв.) + 2HCl(р-р) → ZnCl₂ + H₂↑? 1) измельчить цинк 2) повысить давление 3) нагреть 4) взять более концентрированную кислоту 5) добавить воды
Ответ: 134.
Реакция энергетически очень выгодна, но у неё высокая энергия активации: при комнатной температуре почти ни одна пара молекул не имеет энергии, достаточной для разрыва прочных связей H–H и O=O. Искра даёт этот стартовый импульс небольшой порции молекул, а дальше выделяющаяся теплота разогревает соседние — процесс лавинообразно ускоряется.
Ответь мысленно, потом раскрой карточку.
v = k·[A]·[B]2. Множитель по B: 32 = 9. Скорость вырастет в 9 раз.
v₂/v₁ = 2^(40/10) = 24 = 16 раз.
Растёт площадь поверхности контакта — больше частиц одновременно участвуют в столкновениях. Работает для гетерогенных реакций.
Нет. Он одинаково ускоряет прямую и обратную реакции, лишь быстрее приводя систему к тому же равновесию.
Орбита оценит уровень по каждой из 34 тем ЕГЭ и сама подберёт, что решать дальше. Первая диагностика — 12 задач, регистрация по логину, почту не спрашиваем.
Начать бесплатно