Przeczytaj

bg‑yellow

Szybkość reakcji chemicznej

Szybkość reakcji chemicznejszybkość reakcji chemicznejSzybkość reakcji chemicznej jest wyrażana przez zmianę stężenia substratu bądź produktu, podzieloną przez czas, w którym ta zmiana zachodzi. Szybkość reakcji chemicznej, w miarę upływu czasu, zmniejsza się.

v = - \frac{zmiana stężenia substratu [\frac{mol}{{dm}^{3}}]}{przedział czasu [s]}

v = \frac{zmiana stężenia produktu [\frac{mol}{{dm}^{3}}]}{przedział czasu [s]}

Ilość substratu podczas reakcji maleje w jednostce czasu (ubytek stężenia substratu), dlatego przed zmianą stężenia substratu jest znak minus. Dodatni znak przed równaniem oznacza przyrost stężenia produktu.

Jednostką szybkości jest: $\frac{mol}{{dm}^{3} \cdot s}$

bg‑yellow

Jak obliczamy szybkość reakcji chemicznej?

Przeprowadzono reakcję, która trwała $20$ minut. W tym czasie zostało zaobserwowane zmniejszenie stężenia substratu z $0,08 \frac{mol}{{dm}^{3}}$ do $0,02 \frac{mol}{{dm}^{3}}$ .

Jak zatem obliczamy średnią szybkość opisanej powyżej reakcji?

Korzystamy z przedstawionych powyżej wzorów. W podanym przykładzie zmierzono zmianę substratu, więc wybieramy wzór:

v = - \frac{zmiana stężenia substratu [\frac{mol}{{dm}^{3}}]}{przedział czasu [s]}

Następnie należy przeliczyć minuty na sekundy oraz obliczyć zmianę stężenia substratu:

Δ t = 20 \min = 1200 s

∆ C = 0,02 \frac{mol}{{dm}^{3}} - 0,08 \frac{mol}{{dm}^{3}} = - 0,06 \frac{mol}{{dm}^{3}}

Teraz, kiedy znane są potrzebne wartości, należy podstawić je do podanego wzoru:

v = - \frac{- 0,06 \frac{mol}{{dm}^{3}}}{1200 s} = 0,00005 \frac{mol}{{dm}^{3} \cdot s}

Odpowiedź: Średnia szybkość reakcji wynosi $0,00005 \frac{mol}{{dm}^{3} \cdot s}$ .

Polecenie 1

W trakcie pewnej reakcji powstaje produkt, którego stężenie zmienia się od $0$ do $0, 5 \frac{mol}{{dm}^{3}}$ w czasie $20$ sekund. Oblicz średnią szybkość reakcji w podanym przedziale czasu.

Reo43jJjaT7Hq

Skorzystaj ze wzoru.

v = \frac{zmiana stężenia produktu [\frac{mol}{{dm}^{3}}]}{przedział czasu [s]}

Δ t = 20 s

Δ C = 0,05 \frac{mol}{{dm}^{3}} - 0 \frac{mol}{{dm}^{3}} = 0,05 \frac{mol}{{dm}^{3}}

v = \frac{0,05 \frac{mol}{{dm}^{3}}}{20 s} = 0,0025 \frac{mol}{{dm}^{3} \cdot s}

Szybkość opisanej reakcji w podanym przedziale czasu wynosi $0,0025 \frac{mol}{{dm}^{3} \cdot s}$ .

bg‑yellow

Jak chemicy mierzą szybkość reakcji? Skąd otrzymują potrzebne dane?

Aby doświadczalnie określić szybkość reakcji chemicznej, chemicy monitorują stężenie lub ilość co najmniej jednego substratu lub produktu. Dostępnych jest wiele metod, a jej wybór zależy od badanej reakcji oraz dostępności sprzętu (monitorowanie masy, $pH$ $pH$ roztworu $pH$ , przewodności elektrycznejprzewodność elektrycznaprzewodności elektrycznej, miareczkowaniemiareczkowaniemiareczkowanie, metody spektroskopowespektroskopia spektroskopowe).

W reakcjach chemicznych, w których następuje zmiana $pH$ roztworu, pomiaru szybkości reakcji chemicznej można dokonać, używając $pH$ -metru (przyrząd, który służy do pomiaru $pH$ ). Rejestrowane są zmiany $pH$ w jednostce czasu.

RshREj8YqIrfs1

Źródło: Datamax, dostępny w internecie: commons.wikimedia.org, domena publiczna.

Rozpatrując poniższą reakcję, szybkość można wyznaczyć, np. badając przewodnictwo elektryczne.

{Ca}_{(s)} + 2 {HCl}_{(aq)} \to {CaCl}_{2 (aq)} + H_{2 (g)}

Jedną z technik, pozwalającą na wyznaczenie szybkości reakcji chemicznej, jest pomiar przewodnictwa elektrycznego roztworu. Jak wiemy, nośnikami ładunku elektrycznego w roztworach, np. soli czy kwasów, są jony powstałe na skutek dysocjacji elektrolitycznej. Określenie przewodnictwa roztworu może nam dostarczyć informacji dotyczącej ilości jonów w roztworze, a na tej podstawie możemy wyznaczyć stężenie jonów oraz szybkość przebiegającej reakcji chemicznej. W powyższym równaniu reakcji widzimy, że ilość jonów mogących być nośnikami ładunku elektrycznego, która znajduje się po stronie substratów, jest różna od ilości po stronie produktów. Zatem z powodzeniem możemy powiązać zmianę przewodnictwa roztworu z szybkością zachodzenia reakcji.

Z otrzymanych danych pomiarowych można obliczyć stężenia badanych reagentów. Innym sposobem kontroli szybkości powyższej reakcji chemicznej jest pomiar objętości wydzielającego się wodoru.

Polecenie 2

Podczas przeprowadzania reakcji opisanej równaniem: $A \to C + D$ badano stężenie produktu $C$ w zależności od czasu. Wyniki eksperymentu podano w poniższej tabeli. Oblicz średnią szybkość reakcji w podanych przedziałach czasu. Narysuj wykres zależności stężenia produktu od czasu reakcji.

a) Od $0$ do $5 s$

b) Od $0$ do $10 s$

c) Od $0$ do $20 s$

RqvI9izFguMFC

Rysunek wykonaj w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.

Podczas przeprowadzania reakcji opisanej równaniem: $A \to C + D$ badano stężenie produktu $C$ w zależności od czasu. Wyniki eksperymentu podano w tabeli. Oblicz średnią szybkość reakcji w podanych przedziałach czasu:

a) od $0$ do $5 s$

b) od $0$ do $10 s$

c) od $0$ do $20 s$ .

R13xHFZRVOxp9

Skorzystaj ze wzoru:

v = \frac{zmiana stężenia produktu [\frac{mol}{{dm}^{3}}]}{przedział czasu [s]}

Δ t = 5 s - 0 s = 5 s

Δ C = 0,021 \frac{mol}{{dm}^{3}} - 0 \frac{mol}{{dm}^{3}} = 0,021 \frac{mol}{{dm}^{3}}

v = \frac{0,021 \frac{mol}{{dm}^{3}}}{5 s} = 0,0042 \frac{mol}{{dm}^{3} \cdot s}

Δ t = 10 s - 0 s = 10 s

Δ C = 0,097 \frac{mol}{{dm}^{3}} - 0 \frac{mol}{{dm}^{3}} = 0,097 \frac{mol}{{dm}^{3}}

v = \frac{0,097 \frac{mol}{{dm}^{3}}}{10 s} = 0,0097 \frac{mol}{{dm}^{3} \cdot s}

Δ t = 20 s

Δ C = 0,05 \frac{mol}{{dm}^{3}} - 0 \frac{mol}{{dm}^{3}} = 0,05 \frac{mol}{{dm}^{3}}

v = \frac{0,05 \frac{mol}{{dm}^{3}}}{20 s} = 0,0025 \frac{mol}{{dm}^{3} \cdot s}

RDu5rZQgrzBnQ

czas_(s) : 0

stężenie_(mol/dm[superscript]3[/]) : 0
czas_(s) : 5

stężenie_(mol/dm[superscript]3[/]) : 0.021
czas_(s) : 7

stężenie_(mol/dm[superscript]3[/]) : 0.052
czas_(s) : 10

stężenie_(mol/dm[superscript]3[/]) : 0.097
czas_(s) : 13

stężenie_(mol/dm[superscript]3[/]) : 0.118
czas_(s) : 15

stężenie_(mol/dm[superscript]3[/]) : 0.159
czas_(s) : 20

stężenie_(mol/dm[superscript]3[/]) : 0.201

czas $[s]$	$C_{c} [\frac{mol}{{dm}^{3}}]$
$0$	$0$
$5$	$0,021$
$7$	$0,052$
$10$	$0,097$
$13$	$0,118$
$15$	$0,159$
$20$	$0,201$

Słownik

szybkość reakcji chemicznej

zmiana stężenia substratów lub produktów $Δ C$ w jednostce czasu $Δ t$

miareczkowanie

metoda w chemii analitycznej, która pozwala na dokładne określenie stężenia danego roztworu

przewodność elektryczna

miara zdolności materiału do przewodzenia prądu elektrycznego

spektroskopia

dziedzina nauki, która obejmuje metody badania materii przy użyciu promieniowania elektromagnetycznego; promieniowanie może być w danym układzie wytworzone lub może oddziaływać z tym układem

pH

roztworu

pH

roztworu

ujemny logarytm dziesiętny ze stężenia kationów oksoniowych; miara kwasowości i zasadowości roztworów

Bibliografia

Atkins P., Jones L., Chemical Principles: The Quest for Insight, 5th Edition, New York 2009.

Bielański A., Podstawy Chemii Nieorganicznej, Warszawa 2010.

Clancy Ch., Mustoe F., Chemistry11, Kanada 2001.

Witowski D., Chemia. Zbiór zadań wraz z odpowiedziami, Warszawa 2015.

encyklopedia.pwn.pl

Wprowadzenie

Film samouczek

Szybkość reakcji chemicznej

Jak obliczamy szybkość reakcji chemicznej?

Jak chemicy mierzą szybkość reakcji? Skąd otrzymują potrzebne dane?

Słownik

Bibliografia