|
|
|
|
|
Глава вторая. Химические реакции
§ 15. Скорость химической реакции (продолжение)
Данное выше определение скорости химической реакции и соответствующая ему формула справедливы только для гомогенных химических реакций. Если химическая реакция гетерогенная, то она может идти только на поверхности раздела реагирующих веществ. В этом случае скорость химической реакции будет определяться площадью поверхности соприкосновения реагирующих веществ. Следовательно, для гетерогенных реакций одним из факторов, определяющих скорость химической реакции, является величина площади поверхности соприкосновения реагирующих веществ. Учитывая этот фактор изменения скорости химических реакций, на химическом производстве очень часто проводятся химические реакции в «кипящем слое». Твёрдое вещество для этой цели дробят, измельчают почти до состояния пыли, а затем через него пропускают снизу второе вещество, как правило, газ. Прохождение его через мелко- раздробленное твёрдое вещество-реагент сопровождается иллюзией кипения. Например, в «кипящем слое» осуществляют обжиг мелко измельчённого серного колчедана при производстве серной кислоты или крекинг нефтепродуктов. Зависимость скорости гетерогенной реакции от величины поверхности соприкосновения реагирующих веществ можно проследить в опыте, изображённом на рисунке 103. В химические стаканы налиты одинаковые объёмы соляной кислоты одинаковой концентрации. На часовых стёклах находится мрамор одинаковой массы: для первого опыта кусочек, для второго — порошок. Нетрудно убедиться, что взаимодействие порошка мрамора с кислотой протекает гораздо энергичнее, чем взаимодействие кусочка мрамора с ней. Скорость химических реакций зависит от природы реагирующих веществ. На рисунке 104 показано взаимодействие двух щелочных металлов — лития и калия — с водой. Калий взаимодействует с водой очень бурно и настолько энергично, что даже воспламеняется, а с литием реакция протекает медленнее. В качестве другого примера можно привести реакции окисления серебра кислородом и озоном: первая идёт медленно, вторая протекает почти мгновенно. Влияние природы веществ на скорость химических реакций очень велико. Например, процесс превращения гранита в глину, так называемое выветривание горных пород, протекает на протяжении тысячелетий. Природа бутылочного или оконного стекла, полиэтилена и других веществ, созданных человеком, такова, что эти вещества практически не разлагаются или разлагаются в окружающей среде чрезвычайно медленно. Вот и приходится человеку находить способы их утилизации, например сжигать полиэтилен и другой мусор. И как мудро распорядилась природа, когда предусмотрела для человека и большинства животных в качестве транспортирующего кислород вещества гемоглобин крови, который уже при комнатной температуре способен соединяться с кислородом воздуха со значительной скоростью, а следовательно, и быстро доставлять его из лёгких в ткани.
Ещё одним важнейшим фактором, влияющим на скорость химической реакции, является концентрация реагирующих веществ. Проделаем опыт, показывающий это влияние. Нальём в три пробирки раствор тиосульфата натрия, известного в фотографии под названием фиксаж: в первую пробирку — 3 мл, во вторую — 2 мл и в третью — 1 мл. Затем прильём во все пробирки воды так, чтобы уровень растворов в них стал одинаковым — 5 мл, т. е. в первую пробирку прильём 2 мл воды, во вторую — 3 мл, а в третью — 4 мл. Понятно, что наибольшей будет концентрация раствора тиосульфата в первой пробирке, а наименьшей — в третьей. Теперь быстро прильём в каждую пробирку (начиная с третьей) по 2 мл раствора серной кислоты и проследим, в какой из них раньше всего будет выпадать осадок серы. Раньше всего он образуется там, где выше концентрация тиосульфата натрия, т. е. в первой пробирке. Это и понятно. Ведь для химического взаимодействия серной кислоты и тиосульфата натрия необходимо, чтобы частички (ионы), из которых они состоят, столкнулись. Чем больше число столкновений, тем быстрее протекает реакция. А число столкновений тем больше, чем больше концентрация реагирующих веществ, т. е. количества веществ, или массы этих веществ в единице объёма. Зависимость скорости химической реакции от температуры определяется правилом Вант-Гоффа (1884):
|
|
|