Ρυθμός Χημικής Αντίδρασης

Βασική εισαγωγή

Ο ρυθμός αντίδρασης μπορεί να οριστεί ως η ταχύτητα με την οποία προχωρά η αντίδραση. Είναι ο ρυθμός με τον οποίο σχηματίζονται προϊόντα ή καταναλώνονται τα αντιδρώντα κατά τη διάρκεια μιας αντίδρασης. Ο ρυθμός αντίδρασης για τα προϊόντα γενικά αυξάνεται καθώς προχωρά η αντίδραση. Η ποσότητα των προϊόντων αυξάνεται και έτσι η ποσότητα των αντιδρώντων μειώνεται. Μπορεί να ειπωθεί ότι ο ρυθμός αντίδρασης είναι ίσος με τη συγκέντρωση του προϊόντος για μονάδα χρόνου. Ο ρυθμός αντίδρασης επηρεάζεται από διαφορετικές παραμέτρους. Ο ρυθμός αντίδρασης δίνει μια σύντομη ιδέα για τη φύση της αντίδρασης είτε είναι αυθόρμητη είτε μη αυθόρμητη. Ο αριθμός των παραγόντων που επηρεάζουν τον ρυθμό αντίδρασης:-

Παράγοντες που επηρεάζουν τον ρυθμό αντίδρασης

1) Επίδραση της συγκέντρωσης

Εκτός από μεγαλύτερη συγκέντρωση αντιδρώντων, τότε σύμφωνα με τη θεωρία σύγκρουσης, θα υπάρξουν περισσότερες συγκρούσεις και έτσι ο ρυθμός σχηματισμού των προϊόντων θα είναι μεγαλύτερος. Επίσης εκτός από πιο συμπυκνωμένα προϊόντα, σύμφωνα με το νόμο της μάζας ο σχηματισμός προϊόντων σε μια αντίδραση θα είναι πιο αντίστοιχα.

2) Σειρά αντίδρασης

Η σειρά της αντίδρασης καθορίζει επίσης την εμφάνιση της αντίδρασης. Μια αντίδραση που είναι δεύτερης τάξης θα προχωρήσει πιο αποτελεσματικά από την αντίδραση που είναι πρώτης τάξης. Η σειρά της αντίδρασης καθορίζει έτσι τον ρυθμό της αντίδρασης.

3) Επίδραση του καταλύτη

Ο καταλύτης που χρησιμοποιείται στην αντίδραση παίζει επίσης σημαντικό ρόλο στον προσδιορισμό του ρυθμού της αντίδρασης. Μια αντίδραση στην οποία δεν υπάρχει ρόλος καταλύτη θα είναι πιο αργή από την αντίδραση στην οποία χρησιμοποιείται ο καταλύτης.

• Θετικός καταλύτης

Μια χημική ουσία στην οποία ο ρυθμός αντίδρασης αυξάνεται εκτός από τον καταλύτη λέγεται ότι είναι θετικός καταλύτης. Εκτός από τους θετικούς καταλύτες, ο ρυθμός αντίδρασης αυξάνεται αντίστοιχα.

• Αρνητικός καταλύτης

Μια χημική ουσία στην οποία ο ρυθμός αντίδρασης μειώνεται εκτός από τον καταλύτη, τότε ο καταλύτης λέγεται ότι είναι αρνητικός καταλύτης. Εκτός από τους αρνητικούς καταλύτες, ο ρυθμός αντίδρασης μειώνεται αντίστοιχα.

4) Επιφάνεια

Ο ρυθμός αντίδρασης εξαρτάται από την επιφάνεια των μορίων των αντιδρώντων. Όταν το μέγεθος των μορίων είναι μικρό και η επιφάνεια είναι μεγαλύτερη, τότε ο ρυθμός αντίδρασης θα είναι μεγαλύτερος αντίστοιχα.

5) ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΚΑΙ ΠΙΕΣΗΣ

Η επίδραση της θερμοκρασίας και της πίεσης στον ρυθμό αντίδρασης ορίζεται από την Αρχή του Le-Chatelier. Σύμφωνα με τις αέριες αντιδράσεις, η αντίδραση θα προχωρήσει προς τα εμπρός (σχηματισμός προϊόντος) όταν η πίεση αυξάνεται και ο αριθμός των γραμμομορίων των αντιδραστηρίων είναι μεγαλύτερος από τον αριθμό των γραμμομορίων προϊόντων.

Με την αύξηση της θερμοκρασίας, η εξώθερμη αντίδραση θα προχωρήσει προς τα εμπρός (προϊόν) και επομένως ο ρυθμός της αντίδρασης αυξάνεται.

6) Ενέργεια ενεργοποίησης

Η ενέργεια ενεργοποίησης των μορίων παίζει επίσης σημαντικό ρόλο στον προσδιορισμό του ρυθμού αντίδρασης. Η ενέργεια ενεργοποίησης είναι διαφορετική για διαφορετικά μόρια. Τα μόρια που έχουν χαμηλότερη ενέργεια ενεργοποίησης μετατρέπονται εύκολα σε προϊόντα και επομένως έχουν υψηλό ρυθμό αντίδρασης σε σύγκριση με μόρια που έχουν υψηλότερη ενέργεια ενεργοποίησης.

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΑΝΑΠΑΡΑΣΤΑΣΗ

Ο ρυθμός αντίδρασης αντιπροσωπεύεται από r. Ο ρυθμός αντίδρασης μπορεί επίσης να οριστεί ως ο ρυθμός εμφάνισης των προϊόντων και ο ρυθμός εξαφάνισης των αντιδρώντων. Για χημική αντίδραση,

Ο ρυθμός αντίδρασης μπορεί να γραφτεί ως ο ρυθμός εμφάνισης των προϊόντων και ο ρυθμός εξαφάνισης των  αντιδραστηρίων. Μπορεί να αναπαρασταθεί ως,

Ο ρυθμός εμφάνισης των προϊόντων είναι θετικός αριθμός καθώς αυξάνεται ενώ ο ρυθμός εξαφάνισης των προϊόντων είναι αρνητικός αριθμός καθώς μειώνεται. Εδώ το θετικό πρόσημο υποδηλώνει την αύξηση των προϊόντων και το αρνητικό πρόσημο δείχνει τη μείωση της συγκέντρωσης των αντιδρώντων. Επομένως, ο ρυθμός αντίδρασης μπορεί να υπολογιστεί διαιρώντας τον συντελεστή με τη συγκέντρωση του αντιδρώντος.

Μονάδα ταχύτητας αντίδρασης

Ο ρυθμός αντίδρασης είναι ίσος με τη συγκέντρωση των μορίων για ένα μοναδιαίο χρονικό διάστημα. Ο ρυθμός αντίδρασης είναι ο λόγος της συγκέντρωσης των αντιδρώντων ή του προϊόντος και της χρονικής περιόδου. Η μονάδα συγκέντρωσης είναι mole/λίτρο και η μονάδα χρόνου είναι το ‘s’.

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ

Ο ρυθμός αντίδρασης, η ταχύτητα αντίδρασης με την οποία σχηματίζονται τα προϊόντα και τα αντιδρώντα καταναλώνονται κατά τη διάρκεια μιας αντίδρασης. Ο ρυθμός αντίδρασης μπορεί επίσης να οριστεί ως ο ρυθμός εμφάνισης των προϊόντων ή ο ρυθμός εξαφάνισης των αντιδρώντων στην αντίδραση. Ο ρυθμός αντίδρασης εξαρτάται από διάφορους παράγοντες. Μπορεί να περιλαμβάνει τη θερμοκρασία, την επιφάνεια των μορίων των αντιδρώντων, την ενέργεια ενεργοποίησης και την πίεση. Όταν ένα μόριο έχει χαμηλότερη ενεργοποίηση, ο σχηματισμός ενός προϊόντος είναι πολύ πιο εύκολος από τα μόρια υψηλότερης ενέργειας ενεργοποίησης. Ο ρυθμός της αντίδρασης εξαρτάται επίσης από τη συγκέντρωση των μορίων του αντιδρώντος. Όταν η συγκέντρωση των μορίων των αντιδρώντων αυξάνεται, τότε ο ρυθμός εμφάνισης των προϊόντων αυξάνεται και έτσι αυξάνεται και ο ρυθμός αντίδρασης.