Od czego zależy szybkość reakcji?

1. Czym w ogóle jest reakcja chemiczna ?

Zanim odpowiemy na tytułowe pytanie, czyli od czego zależy szybkość reakcji, to zadamy sobie najpierw pytanie nieco bardziej fundamentalne. Pytanie niby trywialne, ale czy na pewno?

Czy jak na przykład do naczynia wpuścimy trochę wodoru i fluoru to po prostu grzecznie, potulnie niczym baranki spłodzą one owoc swojego zderzenia, czyli HF ?

H2 + F2 ⟶ 2HF

Reakcja wodoru z fluorem z utworzeniem HF na poziomie mikroskopowym

Otóż nie! Przecież wpuszczając cząsteczki wodoru i fluoru nie mamy absolutnie żadnej gwarancji, że one się ze sobą zderzą. Będziemy mieć całą plejadę zderzeń dla nas nieistotnych : cząsteczki wodoru będą się obijać same o siebie, podobnie cząsteczki fluoru. Każda z nich będzie się też obijać o ścianki naczynia! Idać dalej, gdy już powstanie cząsteczka HF, to jakby powstała nam kolejna przeszkoda, która zabiera miejsce i sprawia, że cząsteczce wodoru ciężej znaleźć się z cząsteczką fluoru.

Przykład nieefektywnych zderzeń – obijające się ze sobą cząsteczki wodoru, czy uderzanie o ścianki naczynia.

A nawet jak już wodór zderzy się z fluorem, to musi się to wydarzyć w odpowiedni sposób – mówimy wówczas o tak zwanym zderzeniu efektywnym. Muszą one się ze sobą zderzyć z odpowiednią siłą, szybkością i pod odpowiednim kątem[1]. Reakcja chemiczna to nie taka prosta sprawa!

2. Im więcej cząsteczek będzie się pałętać tym większa szansa na zderzenie

Logiczne zatem, że im więcej będziemy mieć cząsteczek substratów, tym większa szansa (prawdopodobieństwo), że się one ze sobą zderzą (w sposób efektywny). Ilość możemy przedstawić za pomocą liczby moli, ciśnienia czy stężenia albo i nawet masy. Jako, że większość reakcji będzie przebiegać w roztworze wodnym, to będziemy mieli najczęściej do czynienia ze stężeniami.

ilość substratów 〜 szybkość reakcji

stężenie 〜 szybkość reakcji , czyli matematycznie : c 〜 v

3. Wpływ temperatury

Jak już mówiliśmy, reakcja chemiczna to żadne tam delikatne głaskanie – cząsteczki muszą wjechać w siebie niczym Hanka w kartony. Zatem muszą one nabrać rozpędu, potrzebują odpowiedniej energii kinetycznej. A to zostanie im zapewnione przez odpowiednio dobraną temperaturę.

Temperatura zwykle ma znaczny wpływ na szybkość reakcji. Znasz to doskonale od kuchni, przecież po to wkładamy mięso do zamrażarki, aby mogło tam siedzieć miesiącami – nie robimy wówczas nic innego jak właśnie spowalnianie reakcji chemicznych, które są odpowiedzialne za ,,psucie się” mięsa. A jak chcemy zjeść? To cyk, na patelnię czy do piekarnika, aby co zrobić? Dokładnie, przyspieszyć reakcje.

Wzrost temperatury powoduje dwie rzeczy :

zwiększenie energii kinetycznej cząsteczek, przez co mogą one zderzyć się ze sobą z odpowiednią siłą, aby ta reakcja w ogóle zaszła.

zwiększenie częstości zderzeń, ponieważ cząsteczki szybciej się poruszają, przez co zderzenia są częstsze.

4. Czy stan skupienia ma znaczenie ?

Nie ma, koniec akapitu.

Fajnie by było, ale jednak ma to spore znaczenie! Jeśli substraty są w tym samym stanie skupienia, np. oba są cieczami to ich kontakt ze sobą jest łatwy, chociaż mieszanie spowoduje, że kontakt ten jest jeszcze lepszy. Kiedy jednak mamy dwa różne stany skupienia, to substraty stykają się ze sobą tylko na powierzchni. Dlatego też rozdrabnianie[2], ucieranie (cokolwiek, by po prostu zwiększyć powierzchnię) zwiększa szybkość reakcji, ponieważ jest większa powierzchnia kontaktu substratów ze sobą. Z tego samego powodu ognisko robimy o wiele łatwiej z małych gałązek niż ogromnych kłód drewna.

Z tego samego też powodu w kopalniach tak łatwo o pożar, jest tam niesamowicie dużo sadzy, a więc powierzchnia węgla jest tam niewyobrażalna.

5. I jeszcze katalizator (oraz inhibitor)

Słówko katalizator jest chyba ogólnie znane bądź chociaż kojarzone. Inhibitor już może mniej, ale też rzadziej się na maturze pojawia. Katalizator odgrywa niezwykle ważną rolę w kinetyce chemicznej, podczas gdy ich antagoniści (inhibitory) są wszechobecne w lekach. Rozprawimy się z nimi w następnym poście (link).


[1] To wszystko można by porównać do, hmm… erotycznego zbliżenia. To, że wpadłeś na korytarzu na koleżankę, nie oznacza, że już nie jesteś prawiczkiem (zderzenie nieefektywne). Wasze zderzenie musi nastąpić z odpowiednią energią (uczuciem), a wszelkie próby atakowania na przykład pępka do niczego nie doprowadzą (cząsteczki muszą być odpowiednio ułożone w przestrzeni).

[2] Na maturalnych pytaniach spotkasz to wyrażenie w postaci : stopień rozdrobnienia.

Leave a Reply

%d bloggers like this: