Понятие о скорости химической реакции. Понятие о гомогенных и гетерогенных реакциях

Научиться понимать, что такое скорость химической реакции, чем гомогенные реакции отличаются от гетерогенных и как это различие влияет на измерение скорости.

Знание скорости реакций позволяет управлять химическими процессами: ускорять нужные (например, в производстве удобрений) и замедлять нежелательные (например, коррозию металлов). В природе скорость реакций определяет, как быстро разлагаются вещества, усваивается пища и протекают процессы в клетках.

• Скорость химической реакции — это изменение концентрации реагента или продукта за единицу времени.
• Для гомогенных реакций скорость определяется изменением концентрации в единицу времени, так как все вещества находятся в одной фазе.
• Для гетерогенных реакций скорость зависит от площади поверхности соприкосновения реагентов, так как реакция идёт на границе раздела фаз.
• Скорость реакции всегда положительна, поэтому при расчёте по реагенту берут модуль изменения концентрации.
• Скорость реакции зависит от природы веществ, концентрации, температуры, катализатора и площади поверхности (для гетерогенных реакций).
• Гомогенные реакции протекают во всём объёме, а гетерогенные — только на поверхности раздела фаз.
• Для гетерогенных реакций концентрация твёрдых веществ не входит в выражение скорости, так как она постоянна.

Скорость химической реакции

Величина, показывающая, как быстро изменяется концентрация одного из реагирующих веществ или продуктов реакции за единицу времени.

Гомогенная реакция

Реакция, в которой все реагирующие вещества находятся в одной фазе (например, в растворе или в газовой смеси).

Гетерогенная реакция

Реакция, в которой реагирующие вещества находятся в разных фазах (например, твёрдое вещество и газ, или две несмешивающиеся жидкости).

Фаза

Однородная часть системы, отделённая от других частей поверхностью раздела (например, лёд, вода и пар — три разные фазы).

Молярная концентрация

Количество вещества (в молях), содержащееся в одном литре раствора; обозначается буквой c, измеряется в моль/л.

• Скорость гомогенной реакции вычисляется по формуле: v = Δc / Δt, где Δc — изменение молярной концентрации (моль/л), Δt — время (с). Единица измерения — моль/(л·с).
• Для гетерогенной реакции скорость определяется как изменение количества вещества на единицу площади поверхности за единицу времени: v = Δn / (S·Δt), где S — площадь поверхности раздела фаз.
• В гетерогенных реакциях концентрация твёрдых веществ не входит в выражение скорости, так как она постоянна в ходе реакции.
• Скорость реакции всегда положительна: если считаем по реагенту, берём модуль изменения концентрации (концентрация реагента убывает).
• Скорость реакции зависит от природы реагирующих веществ: например, цинк реагирует с соляной кислотой быстрее, чем с уксусной.
• Увеличение концентрации реагентов обычно ускоряет реакцию, так как частицы сталкиваются чаще.

1. Пример 1случай

   Гомогенная реакция

   Пояснение

   • растворение кислоты в воде (например, HCl + NaOH в растворе) — все вещества в одной жидкой фазе
2. Пример 2случай

   Гетерогенная реакция

   Пояснение

   • ржавление железа — твёрдое железо реагирует с кислородом воздуха (газ) на поверхности
3. Пример 3случай

   Гетерогенная реакция

   Пояснение

   • горение дров — твёрдые дрова реагируют с кислородом воздуха
   • скорость зависит от того, насколько мелко наколоты дрова
4. Пример 4случай

   Гомогенная реакция

   Пояснение

   • взаимодействие газов, например водорода и хлора при освещении, — оба вещества в газовой фазе

• В гетерогенных реакциях, например при горении угля, скорость можно увеличить, измельчив уголь: площадь поверхности растёт, и реакция идёт быстрее.
• Скорость реакции в живых организмах регулируется ферментами — биологическими катализаторами, которые ускоряют реакции в миллионы раз.
• Взрыв — это химическая реакция, скорость которой настолько велика, что выделяющиеся газы создают ударную волну.

• При изучении скорости реакций на практике важно соблюдать осторожность с кислотами и щелочами: они могут вызвать ожоги.
• Работа с горючими газами (например, водородом) требует проветривания и отсутствия открытого огня, так как смеси газов могут взрываться.

• Факторы, влияющие на скорость химической реакции (урок 8)
• Химическое равновесие (урок 9)
• Классификация химических реакций (урок 5)