§ 18. Швидкість хімічних реакцій

Опанувавши зміст параграфа, ви будете

розуміти суть поняття «швидкість хімічної реакції»;
знати чинники, від яких залежить швидкість хімічної реакції;
уміти пояснювати залежність швидкості реакції від певного чинника.

Ви вже знаєте основні типи хімічних реакцій, умієте відрізняти їх від фізичних явищ і робити розрахунки за хімічними рівняннями, а тепер настав час дізнатися, як можна керувати хімічними реакціями.

Для цього треба з'ясувати суть поняття «швидкість хімічної реакції». Це поняття вивчає розділ хімії, що називається хімічною кінетикою.

Вам відомо, що вироби із золота (мал. 30) зберігають свою красу та блиск упродовж віків, а виготовлені із заліза — швидко іржавіють, особливо у вологому повітрі, і з часом перетворюються на брухт. Йонні реакції відбуваються практично миттєво.

Мал. 30. Золота пектораль (Скіфія, IV ст. до н. е.)

Наприклад:

Pb(NO₃)₂ + 2NaCl = PbCl₂↓ + 2NaNO₃

Pb²⁺ + 2Cl^- = PbCl₂↓

Вивітрювання гірських порід — перетворення граніту на пісок, глину та інші речовини, надзвичайно тривалий процес. Отже, хімічні реакції відбуваються з різною швидкістю (мал. 31).

Мал. 31. Пам'ятник Богдану Хмельницькому. Бронзова фігура у вологому повітрі вкривається зеленим нальотом основного купрум(ІІ) карбонату Cu₂(OH)₂CO₃

У житті часто виникає потреба керувати швидкістю хімічної реакції: треба прискорити реакцію горіння, а для гасіння пожежі — сповільнити і припинити зовсім. Небажаною реакцією є іржавіння заліза. Якщо ми не в змозі припинити цей процес, то можемо хоча б загальмувати його. Для контролю за швидкістю хімічної реакції потрібно знати, від чого вона залежить. Розглянемо чинники, які впливають на швидкість перебігу хімічних реакцій.

1. Природа реагуючих речовин. Ви вже знаєте, що в процесі реакції руйнуються хімічні зв'язки. Отже, міцність зв'язків впливає на швидкість хімічної реакції. Так, швидкість взаємодії металів з кислотами залежить від того, який узято метал (і яку взято кислоту). Наприклад, під час взаємодії магнію з хлоридною кислотою швидкість виділення водню більша, ніж під час взаємодії цинку з цією самою кислотою. Своєю чергою, залізо взаємодіє з хлоридною кислотою ще повільніше, ніж цинк, а мідь зовсім не взаємодіє. Чому? Спробуйте пояснити.

2. Ступінь подрібнення речовини. Безперечно, ви знаєте, що дрова легше запалити, якщо спочатку порубати поліна на тріски. Важко запалити шматок цукру, а цукровий пил може миттєво спалахнути й навіть вибухнути. Це пояснюється тим, що в твердій речовині частинки не можуть вільно переміщуватися, вони лише коливаються, а реакція відбувається тільки на поверхні твердої речовини. Якщо ж речовину подрібнити, то поверхня стикання між речовинами збільшується і відповідно збільшується швидкість реакції між ними (мал. 32).

Мал. 32. Додаткова поверхня після руйнування

Лабораторний дослід 11

А. Вплив площі поверхні контакту реагентів на швидкість хімічної реакції

В одну пробірку насипте трохи порошку заліза, а в другу — стільки само за масою залізних ошурок. В обидві пробірки налийте по 2 мл розбавленої хлоридної кислоти (1 : 2). Що спостерігається? Поясніть спостереження і зробіть висновок.

3. Концентрація реагуючих речовин. Якщо порівняти горіння речовин на повітрі та в чистому кисні, легко помітити, що в чистому кисні горіння відбувається інтенсивніше (чому?). Ви знаєте, що в повітрі на частку молекул кисню припадає приблизно 4 молекули інших газів, тобто концентрація молекул кисню в повітрі приблизно у 4 рази менша, ніж у чистому кисні. Через те число зіткнень молекул у чистому кисні буде більшим, отже, і швидкість реакції горіння вища.

Б. Вплив концентрації речовин на швидкість хімічної реакції

У кожну із двох пробірок покладіть по 2 гранули цинку. У першу налийте 2 мл розбавленого розчину сульфатної кислоти (1 : 10), а в другу — такий самий об'єм розбавленого розчину сульфатної кислоти (1 : 20). Що спостерігається? Поясніть свої спостереження і зробіть висновок.

Якщо реакція відбувається між газами, то її швидкість можна збільшити за допомогою тиску, оскільки в разі підвищення тиску концентрація газу збільшується.

В. Вплив температури на швидкість хімічної реакції

У кожну із двох пробірок покладіть по дві гранули цинку. В обидві пробірки налийте по 2 мл розбавленого розчину сульфатної кислоти (1 : 10). Одну пробірку трохи нагрійте, а другу залишіть для порівняння. Що спостерігається? Поясніть свої спостереження і зробіть висновок.

Підвищення температури як чинник прискорення процесу широко використовується на підприємствах у виробництві різних продуктів. Це дає змогу підвищувати економічність процесу і знижувати собівартість продукції.

Висновки

• Швидкість хімічної реакції залежить від природи реагуючих речовин, ступеня їх подрібненості (збільшення поверхні зіткнення), концентрації та температури.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

1. Відомо, що для повного розкладання залишеної у лісі газети потрібен рік, для іржавіння консервної банки — десять років, а скло практично не руйнується і протягом століть. Що ви можете сказати про швидкість зазначених хімічних процесів? Який практичний висновок можна зробити з наведених прикладів?
2. Як ви розумієте швидкість хімічних реакцій? Від яких чинників вона залежить? Відповідь обґрунтуйте.
3. Чому в кам'яновугільних шахтах у разі нагромадження вугільного пилу виникає загроза вибуху? Як запобігти цьому?
4. Чому реакції горіння сірки, фосфору, заліза у повітрі відбуваються повільніше, ніж у чистому кисні? Відповідь мотивуйте.

Зміст