skanowanie0004qg

1. Kinetyka, termodynamika i równowaga chemiczna

Reakcja jodku potasu i azotanu(V) oiowiu(II) prowadzi do wytrącenia osadu jodku ołowiu(II), zgodnie z równaniem:

Ryc. 1.1. Proces wytrącania się osadu w reakcji Na₂S₂0₃ z kwasem solnym przebiega powoli: a) wygląd mieszaniny reakcyjnej bezpośrednio po zmieszaniu roztworów Na₂S₂0₃ i HCI; b) po 1 minucie; c) po 2 minutach.

Pb(N0₃)₂ + 2 KI — 2 KN0₃ + Pbl₂l

Jest to reakcja bardzo szybka, osad wytrąca się już w momencie zmieszania ze sobą odpowiednich roztworów.

W reakcji tiosiarczanu sodu z kwasem solnym również powstaje osad, ale proces ten zachodzi powoli; początkowo obserwujemy tylko zmętnienie, które stopniowo narasta, przybierając ostatecznie postać żółtawego osadu (ryc. 1.1). Reakcja przebiega w tym wypadku zgodnie z równaniem:

Na₂S₂0₃ + 2 HC1 “ 2 NaCl + Sl + S0₂t + H₂0

Wytrąconym osadem jest siarka powstała w wyniku rozkładu tiosiarczanu sodu pod wpływem kwasu solnego.

Reakcja pomiędzy roztworami Pb(N0₃)₂ i KI przebiega bardzo szybko, ponieważ polega na łączeniu się różnoimiennych jonów. W roztworach Pb(N0₃)₂ i KI obecne są między innymi jony Pb²⁺ i I", które po zmieszaniu substratów przyciągają się do siebie i natychmiast tworzą trudno rozpuszczalną w wodzie sól, wytrącającą się w formie osadu.

Nieco inaczej przebiega reakcja między Na₂S₂0₃ i HC1. Najpierw tworzą się cząsteczki H₂S₂0₃, później następuje przebudowa ich struktury, co ostatecznie prowadzi do rozpadu na siarkę, S0₂ i wodę:

h₂s₂o₃ — h₂o + Sl + so₂t

Takie przegrupowanie atomów w cząsteczkach reagentów wymaga więcej czasu i tym samym spowalnia reakcję chemiczną.

Zastanówmy się teraz, w jaki sposób można wyrazić szybkość reakcji chemicznej. Szybkość dwóch opisanych powyżej reakcji porównywaliśmy na podstawie przyrostu ilości produktu, czyli obserwując ilość osadu pojawiającego się w określonym czasie od rozpoczęcia reakcji. Analogicznie można opisywać szybkość reakcji chemicznej przez zachodzący w danym czasie ubytek substratu. Na przykład szybkość reakcji cynku z kwasem solnym, zachodzącej zgodnie z równaniem:

Zn + 2 HC1 — ZnCl₂ + H₂t

moglibyśmy określać za pomocą bądź ilości metalu, jaka ubyła w jednostce czasu, bądź liczby pęcherzyków wodoru powstałych w jednostce czasu. Thk mierzona szybkość reakcji byłaby jednak zależna od początkowych Ilości reagentów użytych do doświadczenia - na dużym kawałku

A t

At

metalu powstaje więcej pęcherzyków wodoru niż na małym. Dlatego szybkość reakcji wyrażamy jako przyrost stężenia molowego produktu (AC_produktu) lub ubytek molowego substratu (AC_substratu) zachodzący w jednostce czasu (Ar):

ACproduktu , _    ACęuijstratu

v =- lub v =--

W powyższym wzorze przed zmianą stężenia substratu stawiamy znak minus, gdyż AC^^m ma wartość ujemną (ilość substratu maleje w reakcji chemicznej), natomiast szybkość reakcji chemicznej musi być wyrażona liczbą dodatnią.

Szybkość reakcji zależy od stężeń substratów (czym zajmiemy się Nzczególowo w następnych podrozdziałach), dlatego jej wartość zmienia Nię podczas przebiegu reakcji. Reakcja zachodzi najszybciej na samym początku, bezpośrednio po zmieszaniu reagentów, natomiast z czasem, w miarę wyczerpywania się substratów i zmniejszania ich stężeń, szybkość ta maleje. Chcąc zmierzyć jak najdokładniej szybkość reakcji w danej chwili, należy więc w jak najmniejszych odstępach czasu At określać zmianę stężenia substratu lub produktu.

1.1.2. Czynniki wpływające na szybkość reakcji

Wiemy już, że szybkość reakcji chemicznych jest zróżnicowana i zależy przede wszystkim od rodzaju reakcji. Szybkość każdej reakcji można też w pewnym stopniu modyfikować, dobierając odpowiednie warunki, to znaczy zmieniając temperaturę, stężenia reagentów, rodzaj użytego rozpuszczalnika oraz stosując odpowiednie substancje, na przykład katalizatory. Zmieniając warunki reakcji, należy jednak uważać, ponieważ w niektórych wypadkach skutkiem jest zmiana biegu reakcji. Na przykład w reakcji cynku z kwasem siarkowym(VI) zwiększanie stężenia roztworu kwasu prowadzi do zmiany produktu reakcji - przy użyciu kwasu rozcieńczonego otrzymujemy głównie wodór, natomiast przy zastosowaniu kwasu stężonego - tlenek siarki(IV). Podobnie wygląda sytuacja w wypadku zmiany rozpuszczalnika w reakcji chloroetanu z wodorotlenkiem potasu. Jeśli reakcja przebiega w środowisku wodnym, jej produktem jest głównie etanol, jeśli natomiast w alkoholowym - eten.

Doświadczenie

Hmliinle wpływu temperatury un szybkość reakęji chemicznej

Do probówki wrzuć kawałek cynku ora/ wiej około 2 enr' 0,1 -molowego kwasu solnego. Za obserwuj szybkość wydziela n In się pęcherzyków gazu. Następnie ogrzej probówkę nad płomieniem palnika. Ponownie zaobserwuj Nzybkośó wydzielaniu kię pychei zykow gazu,

Szybkość r cji oplsywu jest przo11 nę stężenia substratów zmianę slęi produktów w jednontr. czasu.

Na szybko akcji przol jącej mlęd substratai znajdują się w tej a fazie wply stężenie fi tów, temp tum, /alit sowonle kfilnll/iitoi