Внимание, бързина!
В химическата наука е специална зона, която изучава скоростта и механизма на различни реакции - химична кинетика.
Въпреки, че химическата теория може да обясни много, теоретично предсказване на скоростта на реакция, докато не е невъзможно. Учила е експериментално в лабораторията, а след това се развива начините за промяна на този процент. Има много реакции, които са важни за индустрията, които са твърде бавни, което трябва да бъде в състояние да ги ускори. Други реакции, от друга страна, ние трябва да се забавя, тъй като те са вредни.
С една дума, химична кинетика - експериментална наука. Валидността на нейните закони могат да бъдат проверени чрез поставяне на няколко прости експерименти.
За да започнете, уверете се, че скоростта на същата реакция наистина може да се променя, и доста значително. (Въпреки това, това не може да се предположи на базата на химически и живот опит, например, продуктите на студено се развалят по-бавно от топлината, тъй като при различни температури същите биохимични реакции протичат при различни скорости).
За да проверите повтаря опита на ръководителя на "химически часовника". но този път се променят концентрациите на веществата, които не (вече знаете това), и температурата. Ако и двете изходния разтвор - калиев йодат и натриев сулфат, със сярна киселина - се излива в ледена вода, времето до син цвят се провежда значително по-дълго, отколкото при използване на гореща вода. Имайте предвид, че само в петното много гореща вода, не се появява изобщо като цвят съединение с йод нишесте нестабилна.
Така че сте открили от опит: колкото по-висока концентрацията и температурата, толкова по-бързо, реакцията. Но някои реакции на пръв поглед изглежда да е изключение от правилото. Ето един пример.
Излива се в епруветка на височина от 12 см оцетна киселина и се хвърля в него няколко части цинк. Цинкът е необходимо да се почиства предварително чрез потапяне в продължение на двадесет секунди в разтвор на солна киселина и се промива с вода.
Оцетната киселина е слаба, и цинк се разтваря бавно в него - мехурчета водородните едва ли са разграничени. Как да се ускори отговор? Разтворът се загрява. Точно така. Възможно ли е по друг начин? Ние се процедира, както следва: стават постепенно се добавя чиста вода, като се разбърква добре всеки път в епруветка. Следвайте внимателно мехурчетата. Това е невероятно: киселина е била разредена, два пъти, три пъти, и реакцията вместо забавя, става по-бързо и по-бързо!
Ако поставите този опит да чашата в класната стая, на мястото на цинк малка част от магнезиеви стружки и то не обработва. С разредена оцетна киселина магнезиев реагира по-силно от цинк.
Това "изключение" от правилото е разбираемо, ако то е добре да изследване. Опитът с оцетна киселина се обясни както следва. Скоростта, с която цинк и магнезий реагира с киселината зависи от концентрацията на водородните йони в разтвор. Тези йони се образуват чрез разтваряне във вода всяка киселина. Но когато малко вода, слабо оцетна киселина е в разтвор почти изключително под формата на недисоциираните молекули. Тъй като все повече молекули вода за разреждане разложен на йони с оцетна киселина, и реакцията протича по-бързо. Но ако добавите твърде много вода, реакцията се забавя отново, по друга причина: поради силното разреждане на концентрацията на водородни йони ще намалее отново. Най-бързият реагира с цинк на 15% оцетна киселина.
Разбира се, ние обсъдихме този опит не е в името на само показва какво са необичайни химични трансформации. Бихме искали да привлечем вниманието ви към следното: Определено трябва да знаят как това ще се контролира скоростта на реакция.
Всяка реакция започва с факта, че молекулите на веществото се сблъскват една с друга. Нека да видим как реакцията започва.
Вземете не много широка стъклена тръба, в рамките на няколко десетки сантиметра на дължина и вземете двете си свещи. От вътрешната страна, обърната към тръбата, поставете слой както на малка стъклена пръчка и ги приключване на парче памук. Едно парче забавят няколко капки концентрирана солна киселина, а другият - концентриран разтвор на амоняк. В същото време, да поставите щепсела в една тръба с памучен тампон, и в двата края. След няколко минути - в зависимост от дължината на тръбата - в нея, близо до руното със солна киселина, се появява бяло пръстен на NH4CI амониев хлорид.
Обикновено, сместа се разбърква в процес протича по-бързо химични реакции. Ние съзнателно не съм направил и не се опита да помогне дори и молекулите се срещнат - те се мести. Такова независимо движение на молекулите в дадена среда се нарича дифузия. Изпарява с вълна, молекули на двете вещества бяха тествани в милиарди сблъсъци с въздушните молекули в секунда и с всеки друг. Въпреки, че скоростта на молекулите е много висока, е стотици метра в секунда, при 0 ° С и нормално налягане, средният свободен път, т.е.. Е. разстояние, което успява да премине от една молекула на друг сблъсък е за тези вещества само около 0.0001 мм , Следователно, амоняк и водороден хлорид (от солна киселина), така бавно в тръбата. Също бавно се разпространява из стаята с неподвижна ароматизираща въздух.
Но защо не се появи на бял пръстен в средата на тръбата? Тъй амоняк молекули малко те се движат във въздуха бързо. Ако въздухът се изпомпва от тръбата, молекулите на амоняк и хлороводород отговарят на части от секундата - средният свободен пътя на молекули се увеличи значително.
От газ за пренос на течности. Те дифузия постъпленията по-бавно. Проверете го на опита.
Върху гладка и чиста стъклена плоча близо до капкови няколко капки три течности: в средата - водата от двете страни на това - сода и разтвори на хлороводородна киселина. Fluid преди изпитването не трябва да бъде в контакт. След това много внимателно, като се избягва смесването пръчка свържете решения. В случай, излъчвана въглероден диоксид, но това няма да стане веднага. Когато газ започва да се разпределят, мехурчетата ще бъдат разположени по нейната граница разделяне област киселина и сода дифузия.
Вместо сода и киселина може да е две водоразтворими вещества, които, когато се смеси дават утайка или оцветени. Въпреки това, в тези експерименти, е трудно да се избегнат ликвидни потоци, изкривяване на картината, така че е най-добре да се експериментира в удебелени решения. И те могат да бъдат уплътнени желатин.
Изготвяне на 4% разтвор на желатин чрез понижаване в гореща вода (не кипене!). Излива горещ разтвор в епруветка и, когато се охлади, Център тръби бързо, в едно движение, влизат форцепс кристал на калиев перманганат, меден сулфат или друго ярко оцветени и водоразтворимо вещество. Пинсети веднага отстраняват внимателно, но бързо движение. В рамките на няколко часа можете да гледате много красива картина на дифузия. Вещество, се разпределя във всички посоки със същата скорост, образувайки оцветена област.
С сгъстения разтвор може да се постави още един опит. Излива горещ разтвор на желатин в две епруветки и се добавя до леко алкален разтвор, и друг - на фенолфталеин. Когато тръбите втвърдяват, пинсети бързо влизат в центъра на първата тръба в центъра на втората част на фенолфталеина таблетки - еднократно на калцинирана сода. И в двата случая ще бъде пурпурно. Но имайте предвид, че: вторият тръба оцветяване се разпространява много по-бързо. Хидроксилни йони, образувани по време на алкален дисоциация, много по-леки и по-малко сложни органични молекули фенолфталеин и следователно те се движат по-бързо в разтвор.
Сега е ред на стабилно. В реакциите между тях (или между твърдо вещество с течен или газ) молекули могат срещат само на повърхността. Колкото по-интерфейса, толкова по-бързо на реакцията. Разбира се. въздух желязо не гори. Това обаче е вярно само за железни обекти. Например, нокътната повърхност контакт с въздуха е малка, окислителната реакция протича твърде бавно. Железни стърготини реагират с кислород по-бързо: студа преди превръща в ръжда и пламък може да се възпламени. Най-малките зърната също могат да се счупят по принцип без отопление. Такава желязо нарича пирофорен. Не може да се рендосан дори малък файл, така че да се получи чрез химически средства, например, разлагащо се оксалатната сол - желязо оксалат.
Бавно и внимателно се излива съдържанието на тръбата на метал или азбест лист: прах мига ярки искри. Особено ефектен опит в тъмна стая.
Важно: пирофорен желязо не може да се съхранява, това може да причини пожар! В края на опита на прах необходимо калцинира на въздух или третира с киселина, която не остава неизгорели частици - те могат да станат самозапалване.
Следваща изследваме ефекта на размера на твърдата повърхност на скоростта на реакцията му с течността. Вземете две еднакви части от креда и един от тях се смила на прах. Поставете двете тръби в проба и се изсипва равни количества солна киселина. Фино смлени креда, както можеше да се очаква, се разтваря много по-бързо. Друг тебешир поставя в епруветка със сярна киселина. Огнището е енергична реакция утихне скоро, и след това напълно спрян. Защо не? В края на краищата на сярната киселина е по-слаба от солна киселина.
Когато реакцията се образува креда калциев хлорид СаСЬ 2 със солна киселина, която е лесно разтворим във вода и не пречи на притока на креда към повърхността на нови порции киселина. Чрез взаимодействие със сярна киселина се получава калциев сулфат CaSO4. но е много слабо разтворим във вода, остава на повърхността на креда и го затваря. За реакцията продължи, е необходимо от време на време, за да почистите повърхността на креда или предварително го превръщат в прах. Познаването на тези подробности за това процесът е много важно за химическата технология.
И още един опит. Разбърква се в хаван две твърди вещества, даващи обагрени продукти от реакцията. Оловен нитрат и калиев йодид, железен сулфат и червени кръвни сол и т.н., и чукало мелене смес. Постепенно като триене, сместа започва да бъдат боядисани, като повърхностните взаимодействия вещества увеличават. Ако изсипете сместа на малко вода, а след това веднага показва интензивен цвят - тъй като молекулите се движат по-лесно в разтвора.
В заключение, експериментите върху кинетиката доставят количествен експеримент; единственото средство, което е необходимо, - хронометър или часовник с втора ръка.
Приготвя се 0.5 L от 3% воден разтвор на сярна киселина (леене киселина във вода!) И същото 12% разтвор на натриев тиосулфат. Преди разтваряне тиосулфат добавите няколко капки амоняк.
В две цилиндрични колба (очила, стека) с 100 мл прилагат етикети до 50; 25; 12.5 и 37.5 мл последователно разделящи височината на половина. Етикет колбата и ги изсипва в началото на етикетите са получени (50 мл) решения.
Общата тънък стъкло с 200 или 250 мл на тъмно място хартия и се изсипва в тиосулфат разтвор, а след това - киселина. Сега се отбелязва времето и сместа се разбърква в продължение на една до две секунди. За да не се счупят стъклото, по-добре е да се използва дървена пръчка. След като разтворът започва да се превърне облачно, записва времето, изминало от началото на реакцията. Насладете се удобно да извършват заедно, един гледа часовника, друго решение е изпразнен и показва мътност.
Измийте чашата и направи опит още три пъти; тиосулфат разтвор се излива в чаша с трета (37.5), втора (25) и първата (12.5 мл) етикети всеки път доливане на вода към горната деление. Количеството киселина във всички експерименти остава постоянна, а общият обем на реакционната смес е винаги 100 мл.
Сега се направи графика на това как скоростта на реакцията зависи от концентрацията на тиосулфат. Концентрацията е удобно изразена в произволни единици: 1, 2, 3 и 4. ги поставя върху оста х. Но как да се изчисли скоростта на реакция?
По същия начин, тя не може да се направи, дори и само заради това време на облака, ние определяме окото, до известна степен субективно. Освен мътност показва само, че най-малките частици на сяра, които се отделят по време на реакцията достигна такъв размер, че да могат да се види. И все пак, поради липса на нещо по-добро, ние приемаме началото на облака за края на реакцията (което, между другото, не е много далеч от истината). Ние правим едно допълнително предположение: скоростта на реакцията е обратно пропорционална на неговата продължителност. Ако реакцията е 10 секунди, а след това ние приемаме, че скоростта е равна на 0,1. Поставете скорост в ордината.
Четири експерименти дадоха четири точки, петият - за произхода. Всички пет точки ще бъдат разположени приблизително на една и съща линия. уравнение му е писано, както следва:
където v- е скоростта на реакцията, квадратните скоби - приемат в химическите кинетиката на определянето на концентрацията и скоростна константа К, че е лесно да се намери от графиката.
Но скоростта на реакцията ще зависи от концентрацията и сярна киселина. Оставянето непроменен количеството тиосулфат и разредена сярна киселина, проверете как скоростта на реакцията. Странното е, че тя не се променя!
Такива случаи не са рядкост. В нашия опит, реакцията е трудно, и продукти - сяра не освобождава незабавно при директни сблъсъци на молекули на киселина и тиосулфат. Като цяло, реакции, когато продуктите са получени едновременно, а не толкова много.
Комплексът последователността от реакции, някои етап настъпва по-бавно от останалите. В нашия случай - на последния, при което образуваната сяра. Това е скоростта си, ние, всъщност, и е измерена.
О. Олгин. "Експерименти без експлозии"
М. "Химия" 1986
Свързани статии