Хімія. Повторне видання (2025). 8 клас. Попель
§ 21. Керування хімічними реакціями
Фахівцям, які одержують речовини за допомогою хімічних реакцій у лабораторіях, цехах хімічних заводів, важливо, щоб реагенти взаємодіяли з оптимальною швидкістю. Якщо реакція відбувається дуже повільно, витрачається зайвий час, а якщо дуже швидко — можуть статися надмірне розігрівання речовин (у разі екзотермічної реакції) або викид реакційної суміші з реактора (якщо з розчину виділяється газ). Невипадково учням/ученицям рекомендують використовувати в дослідах малі порції речовин і спостерігати за їх взаємодією протягом усього експерименту.
На кухні ми контролюємо процес приготування страв і за потреби керуємо хімічними перетвореннями харчових продуктів. Передусім добираємо температурний режим, потім уважно нагріваємо, варимо чи смажимо продукти, перевертаємо їх або перемішуємо, щоб не підгоріли, тобто щоб з інгредієнтами не відбулися небажані хімічні реакції.
Дізнаєтеся, зрозумієте, використаєте
- Які чинники впливають на перебіг хімічної реакції?
- Як змінюється швидкість реакції залежно від умов її здійснення?
- У чому полягає керування хімічними перетвореннями речовин?
Швидкість хімічної реакції. Одні хімічні реакції відбуваються миттєво (наприклад, вибух суміші метану з повітрям), інші — досить швидко (горіння речовин), деякі — повільно (багато реакцій розкладу). Процес взаємодії речовин характеризують, використовуючи величину, яку називають швидкістю хімічної реакції. В однорідній суміші реагентів швидкість реакції визначають за зміною кількості речовини реагенту або продукту в суміші об’ємом 1 л за 1 с. Ми не будемо обчислювати швидкість реакцій, а зазначатимемо, збільшується чи зменшується швидкість реакції в разі зміни умов, за яких вона відбувається.
Звісно, швидкість реакції залежить від самих реагентів, їхньої хімічної активності. Наприклад, якщо підпалити магній, то він швидко згоряє, а мідь підпалити не вдається. Реакція цього металу з киснем відбувається повільно, навіть якщо мідь постійно нагрівати.
Думаймо
Який метал швидше кородує — залізо чи срібло? Чому?
Вплив концентрації реагентів на швидкість реакції. Якщо реагент перебуває в розчині, то він взаємодіє з іншим реагентом тим активніше, чим більша його концентрація (частинки реагентів частіше стикаються одна з одною). У разі взаємодії газів реакції прискорюються зі збільшенням тиску. Відстані між молекулами в стисненому газі менші, ніж за стандартного тиску, і молекули реагентів частіше контактують.
Думаймо
В одну пробірку до шматка крейди додали оцет об’ємом 5 мл, а в другу пробірку до такого самого шматка крейди додали оцтову есенцію об’ємом 5 мл. У якій пробірці зафіксуємо швидше виділення вуглекислого газу? Відомості про масові частки оцтової кислоти в оцті та оцтовій есенції відшукайте в інтернеті.
Чи змінюватиметься з часом швидкість реакції між розчиненими речовинами чи між газами? Так, бо реагенти витрачатимуться, кількість їхніх атомів та молекул зменшуватиметься і дедалі рідше частинки цих речовин стикатимуться одна з одною.
Вплив температури на швидкість реакції. З підвищенням температури збільшується швидкість руху молекул у газах і рідинах, частота й амплітуда коливань найменших частинок у твердих речовинах. Унаслідок цього збільшується кількість активних зіткнень частинок реагентів, що зумовлює збільшення швидкості реакції. Як нагрівання впливає на розклад гідроген пероксиду Н2О2, ви з’ясували, виконавши експеримент (с. 38).
Думаймо
Коли свіже молоко швидше скисає — восени чи влітку?
Вплив каталізатора на швидкість реакції. Те, що каталізатор пришвидшує реакцію, ви зафіксували після додавання оксиду МnО2 в розчин гідроген пероксиду (с. 37). Іншим каталізатором цієї реакції є речовина FeCl3. Якщо додати невелику порцію її бурого розчину до розчину Н2О2, починається інтенсивне виділення кисню, а забарвлення рідини не змінюватиметься (мал. 52). Отже, речовина FeCl3, як і МnО2, під час розкладу гідроген пероксиду не витрачається.
Мал. 52. Розклад гідроген пероксиду за наявності каталізатора FeCl3
Іноді каталізатор спричиняє певне хімічне перетворення. На заводах з виробництва азотної кислоти перша стадія технологічного процесу ґрунтується на взаємодії амоніаку з киснем за наявності каталізатора. Один із продуктів цієї реакції — оксид NO — є реагентом на другій стадії процесу: 2NO + О2 = 2NO2. Якщо каталізатор не використовувати, то замість оксиду NO утвориться азот N2, який взаємодіятиме з киснем за дуже високої температури, неприйнятної для промислової технології.
Створення нових ефективних каталізаторів та їх вивчення — важливий напрям досліджень у хімії. Істотні досягнення в цій сфері мають науковці/науковиці Інституту фізичної хімії ім. Л. В. Писаржевського НАН України і вітчизняних університетів.
Керування хімічними реакціями в різних сферах. Маючи на меті здійснити хімічну реакцію, беруть до уваги всі чинники, які впливають на її перебіг. Людина вирішує, використати реагенти чи їх розчини, визначає після відповідних обчислень кількості реагентів, обирає температуру, іноді — тиск і каталізатор. За потреби регулює перебіг реакцій — уповільнює або зупиняє небажані перетворення речовин і прискорює ті, які необхідно здійснити. Якщо, наприклад, реагент чи продукт реакції може окиснитися киснем повітря, то взаємодію речовин здійснюють у реакторі, заповненому вуглекислим газом, азотом чи аргоном.
Експериментуймо
Ви одержуватимете газ взаємодією між розчинами двох реагентів. Як забезпечите перебіг реакції з потрібною швидкістю, використовуючи прилад, зображений на малюнку 53?
Мал. 53. Прилад для одержання газу
На керування хімічними реакціями в атмосфері за участю озону спрямовані заходи зі збереження озонового шару (§ 10). Вони полягають у контролі країн за виробництвом та використанням озоноруйнівних речовин. У § 12 розглянуто способи запобігання корозії металів. Каталізатори у двигунах внутрішнього згоряння (мал. 54) унеможливлюють утворення продуктів неповного згоряння пального, які забруднюють повітря. У виробництві вин для зупинення процесу бродіння виноградного соку в нього пропускають сірчистий газ. З метою поліпшення умов для фотосинтезу влаштовують додаткове освітлення розсади овочевих культур, а також газонів на футбольних полях критих стадіонів (мал. 55).
Мал. 54. Насадка до вихлопної труби з каталізатором у розрізі
Мал. 55. Освітлення газону на футбольному полі
Є речовини, які уповільнюють хімічні реакції. Їх називають інгібіторами (про них ми згадували в § 12). Додавання до бензину таких речовин (антидетонаторів) запобігає надто швидкому його згорянню у двигуні, а також вибуху бензиново-повітряної суміші. У продукцію харчової промисловості часто додають невелику кількість речовин-консервантів (мал. 56), що збільшує термін зберігання продуктів. Ці добавки мають бути безпечними для людини.
Мал. 56. Фрагмент етикетки на упаковці соусу
З інформацією про те, як уникнути швидкого псування харчових продуктів, тобто унеможливити реакції їхніх компонентів з киснем і водою, ви можете ознайомитися за покликанням у QR-коді (https://h8.academiabook.club/r-1-p-22.html).
text
ВИОКРЕМЛЮЄМО ОСНОВНЕ
Проаналізувавши матеріал, викладений у параграфі, запишіть у зошиті висновки про швидкість хімічної реакції, залежність її від різних чинників, а також про необхідність керування хімічними реакціями.
Думаймо
Сформулюйте цікаве запитання за темою параграфа і поставте його своїм однокласникам/однокласницям. Порівняйте свою і їхні відповіді та оцініть їх. Поясніть, чому ваша оцінка саме така.
ВАШІ ДОСЯГНЕННЯ І ВІДКРИТТЯ
Перевірмо себе
1. Наведіть приклади хімічних реакцій у природі, які відбуваються:
- а) дуже повільно;
- б) з помітною швидкістю.
2. Від яких чинників залежить швидкість хімічної реакції і як саме?
3. Наведіть приклади хімічних реакцій, з якими ви стикаєтеся в побуті і швидкість яких різна.
Поміркуймо
4. Назвіть чинники, що впливають на швидкість реакції між газами 2NО + О2 = 2NO2, яка відбувається за стандартних умов без каталізатора.
5.* Жири окиснюються в лабораторних умовах, якщо їх нагрівати, а в організмі людини — за температури тіла. Яка, на ваш погляд, причина такої відмінності?
У команді
6. Чому для приготування овочевих страв часто використовують пароварку замість сковорідки?
7. Для приготування багатьох страв рекомендують певні інтервали значень температури. Чому багато людей обирають найнижчу температуру в цьому інтервалі?
8. Чому компот з ягід доцільно варити 15 хв, а не 30 чи 40 хв?
Аналізуймо
9. Як можна уповільнити процес горіння; пришвидшити його; зупинити?
Формуймо словничок
10. Випишіть ключові слова і словосполучення з тексту параграфа для укладання двомовного словничка.
11. Складіть двомовний словничок із ключових слів і словосполучень, виписаних вами з параграфів 12—21, і об'єднайте його зі словничком до параграфів 4—11. Отримаєте словничок до розділу 1 підручника.
Оцінюймо свої знання
12. Створіть у зошиті таблицю оцінювання ваших знань і заповніть її.
13. Виконайте розміщені за QR-кодом або покликанням (https://learningapps.org/display?v=p37n7bjf324) завдання за матеріалом параграфів 12—21.
test
