Συγκέντρωση αντιδρώντων
Η αύξηση εντός της συγκέντρωσης των αντιδρώντων αντανακλάται στην ταχύτητα της αντίδρασης καθώς θα αυξηθεί. Τα ιόντα και τα μόρια θα αντιδράσουν για να δημιουργήσουν μια ολοκαίνουργια ένωση αυξάνοντας την ποσότητα των αντιδρώντων. Καθώς η συγκέντρωση των αντιδρώντων μειώνεται, υπάρχουν όλο και λιγότερα μόρια και ιόντα. Αυτό θα προκαλέσει τελικά τη μείωση του ρυθμού αντίδρασης.
Στα αέρια, αν αυξήσουμε την ποσότητα, η συγκέντρωση θα αυξηθεί και ο ρυθμός αντίδρασης θα αυξηθεί επίσης. Όταν η συγκέντρωση των αντιδρώντων αυξάνεται στην αντίδραση, περισσότερα μόρια ή ιόντα αλληλεπιδρούν και σχηματίζουν νεότερες ενώσεις, και ως εκ τούτου παρατηρείται καθαρή αύξηση στον ρυθμό της αντίδρασης.
Ορισμός της συγκέντρωσης
Η συγκέντρωση είναι ένα ποσοτικό μέτρο της ποσότητας/ποσότητας της ύλης που διαλύεται σε μια δεδομένη ποσότητα διαλύματος. Είναι γενικά ως προς τη μάζα ανά μονάδα όγκου.
Παράδειγμα
Η ποσότητα των ρύπων στον αέρα εξαρτάται από την ταχύτητα της αντίδρασης. Το SO2 είναι μια όξινη χημική ένωση. Συνδυάζεται με ατμό για την παροχή H2SO3. Η αντίδραση είναι η εξής:
SO2 + H2O → H2SO4
Στη συνέχεια το ανθρακικό αντιδρά με το θειικό οξύ:
CaCO3 + H2SO3 → CaSO3 + CO2 + H2O
Η συγκέντρωση του αντιδρώντος (ρυπαντικού) είναι υψηλή στον ακάθαρτο αέρα. Μέσα στον ακάθαρτο αέρα, το CaCO3 εκφυλίζεται περισσότερο σε σύγκριση με τον καθαρό αέρα.
Από την άλλη πλευρά, ο φώσφορος (P) αρχίζει να καίγεται με εξαιρετικό ρυθμό παρουσία καθαρού οξυγόνου (O²) παρά στον αέρα.
Μονάδα συγκέντρωσης
Η συγκέντρωση μετριέται συνήθως σε moles ανά λίτρο.
Ρυθμός αντίδρασης και η εξάρτησή του από τη φύση των αντιδρώντων
Η ταχύτητα με την οποία συμβαίνει μια χημική αντίδραση ονομάζεται ταχύτητα της αντίδρασης. Ένας από τους παράγοντες που καθοδηγούν την αντίδραση είναι η συγκέντρωση των αντιδρώντων. Εκφράζεται ως προς την ποσότητα του προϊόντος που λαμβάνεται ανά μονάδα χρόνου. Σημαίνει ότι η συγκέντρωση του αντιδρώντος καταναλώνεται σε μια μονάδα χρόνου.
Ρυθμός αντίδρασης =Μεταβολή στη συγκέντρωση ανά μονάδα χρόνου
Η φύση της ουσίας που αντιδρά συμβάλλει σημαντικά στη χημική διεργασία. Ορισμένες αντιδράσεις μπορεί να έχουν εντελώς διαφορετικούς ρυθμούς ανάλογα με τον τύπο των αντιδραστηρίων που χρησιμοποιούνται. Για παράδειγμα, εάν μικρές ποσότητες μετάλλου Fe και Na εκτεθούν στον αέρα, ο Fe έχει ελάχιστη επίδραση. Ωστόσο, το μεταλλικό στοιχείο Na αντιδρά γρήγορα με τον αέρα. Το αέριο Η2, μαζί με μια βάση, σχηματίζεται ως τελικό προϊόν της αντίδρασης ενεργού μετάλλου Ca με Na. Το καθένα αντιδρά με το νερό. Έτσι, το Ca αντιδρά γενικά με μέτριο ρυθμό, ενώ το Na αντιδρά πολύ γρήγορα. Η θερμοκρασία του είναι επίσης αρκετά υψηλή σε σύγκριση με το Ca. Εξαιτίας αυτού, η αντίδραση είναι εκρηκτική.
Χημική κινητική
Η χημική κινητική παίζει εξαιρετικό ρόλο στη φυσική χημεία καθώς περιλαμβάνει στενά τη μελέτη του ρυθμού αντίδρασης. Ασχολείται επίσης με τα αποτελέσματα πολλών μεταβλητών, π.χ. θερμοκρασία, παρουσία καταλυτών, συγκέντρωση αντιδρώντων κ.λπ.
Παράγοντες που επηρεάζουν τις ταχύτητες αντίδρασης
- Συγκέντρωση αντιδρώντων
- Θερμοκρασία
- Καταλύτες
- Επιφάνεια
- Φύση των αντιδρώντων
Σχέση μεταξύ της ταχύτητας της αντίδρασης και της συγκέντρωσης των αντιδρώντων
Τυχαίνει να υπάρχει μια μαθηματική σχέση μεταξύ της ταχύτητας της αντίδρασης και της συγκέντρωσης των αντιδρώντων.
Υψηλότερη συγκέντρωση =Πρόσθετες συγκρούσεις
Επίδραση της συγκέντρωσης αερίων
Ας αγνοήσουμε την πίεση των στερεών και των υγρών γιατί η πίεση σε αυτά είναι αμελητέα. Ωστόσο, θα λάβουμε υπόψη την πίεση αντίδρασης των αερίων. Υπάρχει μια ενδιαφέρουσα διάκριση μεταξύ της πίεσης αντίδρασης στερεών, υγρών και αερίων.
Παραδείγματα
Στο παρακάτω παράδειγμα, υπάρχει ένα μόριο N2O4 και μερικά μόρια NO2. Παρατηρούμε αύξηση στην προς τα εμπρός αντίδραση αυξάνοντας τη συγκέντρωση των αντιδρώντων. Αυτή η μη ισορροπημένη αντίδραση μπορεί να έχει επίδραση στην ισορροπία. Μερικές φορές, ενδέχεται να προκύψουν αλλαγές λόγω της πίεσης των αντιδρώντων:
2NO2(g) → N2O4(g)
Εδώ είναι ένα άλλο παράδειγμα αέριων αντιδραστηρίων. Περιέχει δύο μόρια μιας αέριας χημικής ουσίας και δύο μόρια ενός αερίου προϊόντος. Με την αύξηση της πίεσης, η ταχύτητα της προς τα εμπρός αντίδρασης αυξάνεται και υπάρχουν εξαιρετικά αποτελέσματα στην αντιστροφή της αντίδρασης. Όπου ο ρυθμός αντίδρασης είναι ίσος, η ισορροπία δεν μετατοπίζεται προς καμία κατεύθυνση.
H2(g) + I2 → 2HI(g)
Επιδράσεις της αλλαγής στη συγκέντρωση
Το ακόλουθο παράδειγμα θα απεικονίσει την κατεύθυνση της αντίδρασης με βάση τη συγκέντρωση των αντιδρώντων και των προϊόντων.
N2 +3H2 → 2NH3
Στην αύξηση της συγκέντρωσης του αντιδρώντος/προϊόντος,
Προσθήκη N2 (αντιδρών) → Μετατόπιση προς τα δεξιά (προς προϊόντα)
Προσθέστε H2 (αντιδρόν) → Μετατόπιση προς τα δεξιά (προς προϊόντα)
Προσθέστε NH3 (αντιδρών) → Μετατόπιση προς τα αριστερά (προς τα αντιδρώντα)
Μειώνοντας τη συγκέντρωση του αντιδρώντος ή του προϊόντος,
Αφαιρέστε N2 (αντιδρών) → Μετατόπιση προς τα αριστερά (προς τα αντιδρώντα)
Αφαιρέστε H2 (αντιδρών) → Μετατόπιση προς τα αριστερά (προς τα αντιδρώντα)
Αφαιρέστε NH3 (προϊόν) → Μετατόπιση προς τα δεξιά (προς προϊόντα)
Συμπέρασμα
Από τα παραπάνω δεδομένα, μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι όσο πιο αποτελεσματικά γίνονται οι συγκρούσεις, τόσο πιο γρήγορος είναι ο ρυθμός αντίδρασης. Στην υπόθεσή μας, μπορούμε έτσι να καταλήξουμε στο συμπέρασμα ότι η αύξηση της συγκέντρωσης των αντιδρώντων θα αυξήσει τον ρυθμό της αντίδρασης. Ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης μπορεί να γίνει κατανοητός ως ο ρυθμός με τον οποίο χρησιμοποιούνται τα αντιδρώντα ή σχηματίζονται προϊόντα.
Η αλλαγή της πίεσης δεν φέρνει διαφορά στην ισορροπία της αντίδρασης εάν η συγκέντρωση των μορίων αερίων αντιδρώντων και των μορίων του αερίου προϊόντος παραμένουν ίσες. Έτσι, εάν οι ποσότητες του αντιδραστηρίου αερίου και του προϊόντος αερίου είναι ίδιες, δεν παρατηρείται σχεδόν καμία επίδραση στην ισορροπία. Εάν οι συγκεντρώσεις των μορίων των αντιδρώντων του αερίου και του αέριου προϊόντος είναι διαφορετικές, υπάρχει μεγάλη επίδραση στην ισορροπία της αντίδρασης.
