Определение скорости реакции по кривой скорости

В общем случае скорость образования продукта реакции определяется выражением В нашем примере проводится измерение объема образующегося диоксида углерода.


Скорость, вычисленная с помощью этого выражения, представляет собой среднюю скорость реакции за период времени t. Мгновенная скорость реакции в какой-либо конкретный момент времени определяется выражением

Скорость реакции = dV/dt

Мгновенная скорость реакции геометрически определяется тангенсом угла наклона касательной к кривой скорости в соответствующий момент времени.

Пример

Пользуясь кривой скорости реакции, показанной на рис. 9.2, вычислим скорость реакции через 40 с после ее начала.

Решение

На графике показана касательная к кривой скорости в точке, соответствующей 40 с от момента начала реакции. Несложное геометрическое построение, выполненное на графике, показывает, что

Тангенс угла наклона = 41 см3/50 с

Следовательно, скорость образования CO2 через 40 с после начала реакции равна 0,82 смэ/с.

O влиянии площади поверхности твердого вещества на скорость реакции

На примере реакции между кислотой и мраморной крошкой можно также исследовать влияние площади поверхности твердого вещества на скорость реакции. В табл. 9.2 показаны результаты, полученные в одном из таких исследований.

В этом эксперименте варьировался только один фактор, способный влиять на скорость реакции,-площадь поверхности твердого вещества. Крупная мраморная крошка имеет меньшую площадь поверхности по сравнению с мелкой мраморной крошкой такой же массы

 

Сахарный песок растворяется в чае быстрее, чем кусковой сахар, потому что сахарный песок имеет большую площадь поверхности, чем то же количество кускового сахара.

 

Таблица 9.2. Экспериментальные данные, полученные для реакции между мраморной крошкой и разбавленной кислотой

Размер крошки

Крупная

Средняя

Мелкая

Время выделения первых 20 см3 собранного CO2, с

55

21

8

. Результаты, приведенные в таблице, показывают, что мраморная крошка с большей площадью поверхности реагирует быстрее, чем крошка с меньшей площадью поверхности. Дело в том, что реакции между твердыми и жидкими веществами протекают на поверхности твердого вещества. Следовательно, увеличение площади поверхности твердого вещества в результате повышения его степени измельчения увеличивает доступ реагирующих частиц жидкости к частицам твердого вещества. По этой причине все химикаты обычно используются в виде порошков, а не в виде крупных кусков.

Выше было показано, что скорость реакции между разбавленной соляной кислотой и мраморной крошкой можно определить при помощи графика зависимости объема образующегося CO2 от времени. Экспериментальные данные, необходимые для изучения скорости реакций, можно получать также путем измерения других величин, например концентрации, давления, угла оптического вращения, интенсивности поглощения света либо других форм излучения, электропроводности.

Рис. 9.3. За скоростью некоторых реакций удобно следить, измеряя электропровод ность раствора через одинаковые промежутки времени.

Методы химического анализа. Экспериментальные данные о скорости реакций в( многих случаях можно получать, отбирая небольшие образцы реакционной смеси i анализируя их. Этот метод может использоваться, например, для измерения скоросп омыления (см. разд. 20.3) этилацетата

C2H5CO2C2H5 (водн.) + NaOH (водн.) = C2H5CO2Na(водн.) + C2H5OH (водн.)

Через равные промежутки времени по мере протекания этой реакции из реакционно! смеси берут образец и титруют его кислотой. Это позволяет определять концентрацш гидроксида натрия в реакционной смеси в ходе реакции.

Оптические методы. Если реагент либо продукт поглощает электромагнитное излучение, за ходом реакции можно следить, измеряя интенсивность поглощеню излучения. Поглощение ультрафиолетового или инфракрасного излучения (см. разд 17.1) часто используется для изучения скорости протекания органических реакций. Ест в реакции принимают участие окрашенные соединения, то можно использоватг колориметр, позволяющий измерять интенсивность окраски. Интенсивность окраска соединения или количество поглощаемого им излучения пропорциональны концентра ции этого соединения.

Если в реакции принимает участие оптически активное соединение, это позволяет следить за скоростью реакции с помощью поляриметра (см. разд. 17.2). Поляриметр позволяет измерять угол оптического вращения. Этот метод особенно удобен для исследования скорости реакций с участием сахаров.

Электрохимические методы. Измерение скорости многих неорганических и органических реакций удобно проводить, наблюдая изменения электропроводности реакционной смеси в ходе реакции. Этот метод может использоваться, например, для измерения скорости омыления этилацетата (см. выше). Два инертных электрода подключенные к прибору для измерения электропроводности, погружают в реакционную смесь (рис. 9.3). В рассматриваемом случае электропроводность почти полностьк обусловлена гидроксидом натрия, поскольку он является единственным сильным электролитом в реакционной смеси. По мере протекания реакции происходит потребление гидроксида натрия и, следовательно, уменьшение электропроводности раствора. Преимущество этого метода над методом титрования заключается в том. что он избавляет от необходимости брать образцы из реакционной смеси.

 

Оглавление: