Παράγοντες που επηρεάζουν τον ρυθμό αντίδρασης – Χημική κινητική
Αρκετοί παράγοντες επηρεάζουν τον ρυθμό αντίδρασης. Μια χημική αντίδραση συμβαίνει μόνο εάν τα αντιδρώντα σωματίδια συγκρούονται μεταξύ τους επιτυχώς. Οτιδήποτε αυξάνει την πιθανότητα επιτυχών συγκρούσεων σωματιδίων αυξάνει τον ρυθμό αντίδρασης.
Η χρήση αυτών των παραγόντων για τον έλεγχο του ρυθμού μιας χημικής αντίδρασης είναι σημαντική για πολλές χημικές διεργασίες. Για παράδειγμα, η επιβράδυνση μιας εξαιρετικά εξώθερμης αντίδρασης μπορεί να αποτρέψει μια έκρηξη. Η επιτάχυνση του ρυθμού μιας αντίδρασης ράβδου λάμψης κάνει το φως της να λάμπει πιο φωτεινό. Ακολουθεί μια λίστα παραγόντων που επηρεάζουν τον ρυθμό αντίδρασης, μια εξήγηση του γιατί λειτουργούν και μια ματιά στους περιορισμούς της αύξησης του ρυθμού.
Σύνοψη των παραγόντων που επηρεάζουν τον ρυθμό αντίδρασης
| Συντελεστής | Επίδραση στον ρυθμό αντίδρασης |
| Θερμοκρασία | Η αύξηση της θερμοκρασίας αυξάνει τον ρυθμό αντίδρασης (μέχρι ένα σημείο) |
| Πίεση | Η αύξηση της πίεσης των αερίων αυξάνει τον ρυθμό αντίδρασης |
| Συγκέντρωση | Η αύξηση της ποσότητας των αντιδρώντων σε ένα διάλυμα αυξάνει τον ρυθμό αντίδρασης |
| Καταλύτες | Η παρουσία καταλύτη αυξάνει τον ρυθμό αντίδρασης |
| Μέγεθος σωματιδίου | Η μείωση του μεγέθους των σωματιδίων ή η αύξηση της επιφάνειας αυξάνει τον ρυθμό αντίδρασης |
| Φυσική κατάσταση | Τα αντιδρώντα στην ίδια κατάσταση ύλης αντιδρούν πιο εύκολα από εκείνα σε διαφορετικές φάσεις. Η ανάμειξη βοηθά στη βελτίωση του ρυθμού αντίδρασης. |
| Φως | Ορισμένες αντιδράσεις λαμβάνουν την ενέργεια ενεργοποίησής τους από το φως, αυξάνοντας τον ρυθμό της χημικής αντίδρασης. |
| Φύση των αντιδρώντων | Ορισμένοι τύποι αντιδράσεων είναι εγγενώς ταχύτεροι από άλλους. |
Μια πιο προσεκτική ματιά στους παράγοντες
Θερμοκρασία
Η θερμοκρασία είναι συχνά ο παράγοντας που έχει τη μεγαλύτερη επίδραση στον ρυθμό αντίδρασης. Η αύξηση της θερμοκρασίας δίνει στα σωματίδια κινητική ενέργεια, ώστε να αναπηδούν πιο γρήγορα και είναι πιο πιθανό να συνδυαστούν. Το πιο σημαντικό είναι ότι η προστιθέμενη ενέργεια είναι πιο πιθανό να καλύψει την απαίτηση ενέργειας ενεργοποίησης για την αντίδραση. Αντίθετα, η μείωση της θερμοκρασίας κάνει τα μόρια πιο αργά και λιγότερο πιθανό να αντιδράσουν.
Ο ρυθμός πολλών χημικών αντιδράσεων διπλασιάζεται για κάθε αύξηση της θερμοκρασίας κατά 10 °C. Ο «κανόνας» ισχύει για τις περισσότερες, αλλά όχι όλες τις αντιδράσεις. Για παράδειγμα, πολλοί ρυθμοί βιοχημικών αντιδράσεων διπλασιάζονται με πολύ μικρότερες αυξήσεις θερμοκρασίας. Επίσης, υπάρχει ένα ανώτερο όριο θερμοκρασίας πάνω από το οποίο μια αντίδραση θα επιβραδυνθεί ή θα σταματήσει.
Πίεση
Η αύξηση της πίεσης αναγκάζει τα αντιδρώντα σωματίδια πιο κοντά μεταξύ τους, αυξάνοντας την αλληλεπίδρασή τους και τον ρυθμό αντίδρασης. Όπως μπορείτε να περιμένετε, η πίεση επηρεάζει τα αέρια πολύ περισσότερο από τα υγρά ή τα στερεά.
Συγκέντρωση
Η αύξηση της συγκέντρωσης υγρών και αέριων αντιδραστηρίων αυξάνει τον αριθμό των συγκρούσεων μεταξύ των σωματιδίων και επομένως αυξάνει τον ρυθμό αντίδρασης.
Χρήση καταλύτη
Οι καταλύτες ή τα ένζυμα μειώνουν την ενέργεια ενεργοποίησης μιας χημικής αντίδρασης. Δεδομένου ότι είναι πιο εύκολο να συμβεί η αντίδραση, είναι πιο γρήγορη.
Οι καταλύτες αυξάνουν τη συχνότητα των συγκρούσεων μεταξύ των αντιδρώντων, αλλάζουν τον μοριακό προσανατολισμό, μειώνουν τους διαμοριακούς δεσμούς μέσα στα αντιδρώντα ή δίνουν πυκνότητα ηλεκτρονίων στα αντιδρώντα. Η παρουσία ενός καταλύτη δεν αλλάζει μια χημική αντίδραση, αλλά την βοηθά να φτάσει πιο γρήγορα στην ισορροπία.
Αντίθετα, ορισμένες ουσίες μειώνουν τον ρυθμό μιας χημικής αντίδρασης. Αυτοί οι αναστολείς μπορεί να ανταγωνίζονται για ένα αντιδρών, να αλλάξουν τον προσανατολισμό του αντιδραστηρίου ή να αλλάξουν την πυκνότητα ηλεκτρονίων του σχηματισμού χημικών δεσμών.
Μέγεθος σωματιδίων – Εμβαδόν επιφάνειας
Τα μικρότερα μεγέθη σωματιδίων και η αυξημένη επιφάνεια μεγιστοποιούν τις ευκαιρίες σύγκρουσης των αντιδρώντων. Η σύνθλιψη στερεών σε σκόνες αυξάνει την επιφάνεια. Για παράδειγμα, ένα κομμάτι μετάλλου μαγνησίου οξειδώνεται στον αέρα, αλλά το κονιοποιημένο μαγνήσιο οξειδώνεται τόσο γρήγορα που μπορεί να αναφλεγεί αυθόρμητα.
Φυσική κατάσταση των αντιδρώντων
Η φυσική κατάσταση των αντιδρώντων (στερεό, υγρό, αέριο) επηρεάζει τον ρυθμό αντίδρασης. Το υγρό και το αέριο αντιδραστήριο στην ίδια φάση τείνουν να αντιδρούν γρήγορα επειδή η θερμική κίνηση τα φέρνει κοντά. Η ταχύτητα μιας αντίδρασης περιορίζεται από την επιφάνεια της διεπιφάνειας όταν τα αντιδρώντα βρίσκονται σε διαφορετικές φάσεις. Εδώ, η ανακίνηση και η ανάμειξη μπορούν να επιταχύνουν τον ρυθμό της αντίδρασης φέρνοντας τα αντιδρώντα μαζί.
Απορρόφηση φωτός
Το φως παρέχει την ενέργεια ενεργοποίησης που απαιτείται για ορισμένες αντιδράσεις. Για αυτές τις αντιδράσεις, η αύξηση της ποσότητας φωτός αυξάνει τον ρυθμό αντίδρασης. Η φωτοσύνθεση είναι ένα καλό παράδειγμα αντίδρασης που επηρεάζεται από το φως.
Φύση των αντιδρώντων
Οι τύποι χημικών δεσμών στα αντιδρώντα επηρεάζουν το πόσο γρήγορα συμβαίνουν οι αντιδράσεις. Για παράδειγμα, οι αντιδράσεις οξέος-βάσης και ιοντοανταλλαγής τείνουν να είναι γρήγορες αντιδράσεις. Οι αντιδράσεις που περιλαμβάνουν μεγάλα μόρια τείνουν να είναι πιο αργές. Μερικές φορές είναι δυνατό να αυξηθεί ο ρυθμός μιας αντίδρασης επιλέγοντας διαφορετικές ενώσεις για να δώσει το επιθυμητό προϊόν. Για παράδειγμα, σε μια αντίδραση υποκατάστασης, θα έχετε μια πιο γρήγορη αντίδραση χρησιμοποιώντας ένα διαλυτό αλάτι από ένα αδιάλυτο, επειδή το διαλυτό αλάτι θα διαλυθεί σε μικρότερα σωματίδια.
Περιορισμοί στην επιτάχυνση του ρυθμού μιας αντίδρασης
Υπάρχει ένα όριο σχετικά με το πόσο ένας παράγοντας μπορεί να αυξήσει τον ρυθμό μιας χημικής αντίδρασης. Για παράδειγμα, η αύξηση της θερμοκρασίας επιταχύνει μια αντίδραση, αλλά πάνω από μια ορισμένη θερμοκρασία τα αντιδρώντα μπορεί να μετουσιωθούν. Η προσθήκη ενός καταλύτη επιταχύνει μια αντίδραση, αλλά η προσθήκη περισσότερου από αυτόν δεν θα προκαλέσει περαιτέρω αύξηση του ρυθμού.
Αναφορές
- Atkins P.; de Paula J. (2006). Φυσική χημεία (8η έκδ.) W.H. Φρίμαν. ISBN 0-7167-8759-8.
- Laidler, K. J. (1987). Χημική κινητική (3η έκδ.). Χάρπερ και Ρόου. ISBN 0-06-043862-2.
- Steinfeld, J. I.; Francisco, J. S.; Hase, W. L. (1999). Χημική κινητική και δυναμική (2η έκδ.). Prentice-Hall. ISBN 0-13-737123-3.
