12.2: Mambo yanayoathiri Viwango vya Majibu

Malengo ya kujifunza

• Eleza madhara ya kemikali, hali ya kimwili, joto, ukolezi, na kichocheo juu ya viwango vya majibu

Viwango ambavyo reactants hutumiwa na bidhaa hutengenezwa wakati wa athari za kemikali hutofautiana sana. Tunaweza kutambua mambo matano yanayoathiri viwango vya athari za kemikali: asili ya kemikali ya vitu vinavyoitikia, hali ya ugawaji (donge moja kubwa dhidi ya chembe nyingi ndogo) za reactants, joto la reactants, mkusanyiko wa reactants, na uwepo wa kichocheo.

Hali ya Kemikali ya Vitu vya Kujibu

Kiwango cha mmenyuko hutegemea asili ya vitu vinavyoshiriki. Majibu yanayoonekana sawa yanaweza kuwa na viwango tofauti chini ya hali sawa, kulingana na utambulisho wa wahusika. Kwa mfano, wakati vipande vidogo vya chuma vya metali na sodiamu vinaonekana kwa hewa, sodiamu humenyuka kabisa na hewa mara moja, wakati chuma haipatikani. Kazi ya metali ya kalsiamu na sodiamu wote huguswa na maji ili kuunda gesi ya hidrojeni na msingi. Hata hivyo kalsiamu humenyuka kwa kiwango cha wastani, ambapo sodiamu humenyuka kwa kasi kiasi kwamba mmenyuko ni karibu kulipuka.

Hali ya ugawaji wa Reactants

Isipokuwa kwa vitu katika hali ya gesi au katika suluhisho, athari hutokea kwenye mipaka, au interface, kati ya awamu mbili. Kwa hiyo, kiwango cha mmenyuko kati ya awamu mbili inategemea kwa kiasi kikubwa juu ya mawasiliano ya uso kati yao. Nguvu iliyogawanyika vizuri ina eneo zaidi la uso linalopatikana kwa majibu kuliko kipande kimoja kikubwa cha dutu moja. Hivyo kioevu kitachukua kasi zaidi na imara iliyogawanyika vizuri kuliko kwa kipande kikubwa cha imara sawa. Kwa mfano, vipande vikubwa vya chuma huguswa polepole na asidi; chuma kilichogawanyika vizuri humenyuka kwa kasi zaidi (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Vipande vikubwa vya kuni hupuka, vipande vidogo vinawaka haraka, na kuona vumbi vinawaka.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): (a) Poda ya chuma humenyuka haraka na asidi hidrokloriki ya kuondokana na hutoa Bubbles ya gesi ya hidrojeni kwa sababu poda ina eneo kubwa la jumla: 2Fe (s) + 6HCl (aq) 2FeCl3 (aq) + 3H2 (g). (usob) Msumari wa chuma humenyuka polepole zaidi.

Takwimu hii inaonyesha picha mbili zilizoandikwa (a) na (b). Picha (a) inaonyesha chini ya tube ya mtihani. Bomba la mtihani linajazwa na gesi ya giza, na kuna dutu la giza na Bubbles chini. Picha (b) inaonyesha fimbo na Bubbles katika tube ya mtihani sawa na picha (a), lakini gesi katika tube ya mtihani si kama giza.

Video\(\PageIndex{1}\): Majibu ya cesium na maji katika mwendo wa polepole na majadiliano ya jinsi hali ya reactants na ukubwa wa chembe huathiri viwango vya majibu.

Joto la Reactants

Athari za kemikali hutokea kwa kasi kwa joto la juu. Chakula kinaweza kuharibu haraka wakati wa kushoto kwenye counter ya jikoni. Hata hivyo, joto la chini ndani ya jokofu hupunguza mchakato huo ili chakula hicho kinabaki safi kwa siku. Tunatumia burner au sahani ya moto katika maabara ili kuongeza kasi ya athari zinazoendelea polepole kwa joto la kawaida. Mara nyingi ongezeko la joto la 10 °C tu litakriban mara mbili kiwango cha mmenyuko katika mfumo wa homogeneous.

Viwango vya Reactants

Viwango vya athari nyingi hutegemea viwango vya reactants. Viwango vya kawaida huongezeka wakati mkusanyiko wa moja au zaidi ya reactants huongezeka. Kwa mfano, calcium carbonate (\(\mathrm{CaCO_3}\)) huharibika kutokana na mmenyuko wake na dioksidi ya sulfuri yenye uchafuzi. Kiwango cha mmenyuko huu inategemea kiasi cha dioksidi ya sulfuri katika hewa (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Kama oksidi tindikali, dioksidi sulfuri inachanganya na mvuke wa maji katika hewa ili kuzalisha asidi sulfurous katika majibu yafuatayo:

\[\ce{SO}_{2(g)}+\ce{H_2O}_{(g)}⟶\ce{H_2SO}_{3(aq)} \label{12.3.1} \]

Calcium carbonate humenyuka na asidi sulfurous kama ifuatavyo:

\[\ce{CaCO}_{3(s)}+\ce{H_2SO}_{3(aq)}⟶\ce{CaSO}_{3(aq)}+\ce{CO}_{2(g)}+\ce{H_2O}_{(l)} \label{12.3.2} \]

Katika hali ya uchafu ambapo mkusanyiko wa dioksidi sulfuri ni ya juu, calcium carbonate huharibika kwa kasi zaidi kuliko hewa isiyo na uchafu. Vile vile, fosforasi huwaka kwa kasi zaidi katika hali ya oksijeni safi kuliko hewa, ambayo ni asilimia 20 tu ya oksijeni.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Sanamu alifanya kutoka misombo carbonate kama vile chokaa na marumaru kawaida hali ya hewa polepole baada ya muda kutokana na matendo ya maji, na upanuzi mafuta na contraction. Hata hivyo, uchafu kama dioksidi sulfuri unaweza kuharakisha hali ya hewa. Kama mkusanyiko wa uchafuzi wa hewa huongezeka, kuzorota kwa chokaa hutokea kwa kasi zaidi. (mikopo: James P Fisher III).

Picha imeonyeshwa kwenye sanamu ya malaika. Wakati baadhi ya maelezo ya sanamu, ikiwa ni pamoja na sifa za uso, zipo, madhara ya hali ya hewa yanaonekana kupungua kwa vipengele hivi.

Video\(\PageIndex{2}\): Fosforasi huwaka haraka katika hewa, lakini itawaka hata haraka zaidi ikiwa ukolezi wa oksijeni ni wa juu.

Uwepo wa Catalyst

Ufumbuzi wa peroxide ya hidrojeni povu wakati hutiwa kwenye jeraha la wazi kwa sababu vitu katika tishu zilizo wazi hufanya kama kichocheo, na kuongeza kiwango cha kuharibika kwa peroxide ya hidrojeni. Hata hivyo, kwa kutokuwepo kwa vichocheo hivi (kwa mfano, katika chupa katika baraza la mawaziri la dawa) utengano kamili unaweza kuchukua miezi. Kichocheo ni dutu inayoongeza kiwango cha mmenyuko wa kemikali kwa kupunguza nishati ya uanzishaji bila yenyewe kutumiwa na majibu. Nishati ya uanzishaji ni kiwango cha chini cha nishati kinachohitajika kwa mmenyuko wa kemikali ili kuendelea na mwelekeo wa mbele. Kichocheo huongeza kiwango cha majibu kwa kutoa njia mbadala au utaratibu wa majibu ya kufuata (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Catalysis itajadiliwa kwa undani zaidi baadaye katika sura hii kama inahusiana na utaratibu wa athari.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Uwepo wa kichocheo huongeza kiwango cha mmenyuko kwa kupunguza nishati yake ya uanzishaji.

Grafu inavyoonyeshwa kwa lebo, “Kuratibu majibu,” kwenye mhimili wa x-axis. Mhimili wa x unaonyeshwa kama mshale. Mhimili wa y pia ni mshale na umeandikwa, “Nishati.” Kuna mstari usio na usawa unaoendesha upana wa grafu na inaonekana tu juu ya mhimili wa x. Sehemu ya mstari huu ni bluu na imeandikwa, “Reactants.” Kutoka upande wa kulia wa sehemu hii ya mstari, nyeusi imara, concave chini Curve inavyoonekana ambayo inafikia ngazi tu chini ya mwisho wa y-mhimili. Curve inaisha kwenye mstari mwingine mfupi, wa bluu ulioandikwa, “Bidhaa.” Mstari wa “Bidhaa” unaonekana kwenye ngazi ya juu kuliko mstari wa “Reactants”. Mshale unatoka kwenye mstari usio na usawa hadi kilele cha pembe. Mshale umeandikwa, “Nishati ya uanzishaji wa majibu ya uncatalized.” pili, nyeusi concave chini Curve inavyoonekana. Curve hii pia hukutana reactants na bidhaa bluu line makundi, lakini tu inaenea kwa karibu theluthi mbili urefu wa Curve awali. Kutoka kwenye mstari usio na usawa ni mshale mwingine unaoelekeza kwenye kilele cha pembe ya pili. Mshale huu umeandikwa, “Kichocheo cha nishati ya uanzishaji wa majibu.”

Athari za kemikali hutokea wakati molekuli zinapogongana na kufanyiwa mabadiliko ya kemikali. Kabla ya kufanya kimwili majibu katika maabara, wanasayansi wanaweza kutumia uigaji wa mfano wa Masi kutabiri jinsi vigezo vilivyojadiliwa mapema vitaathiri kiwango cha mmenyuko. Tumia PhET Reactions & Viwango maingiliano ili kuchunguza jinsi joto, ukolezi, na asili ya reactants huathiri viwango vya majibu.

Muhtasari

Kiwango cha mmenyuko wa kemikali huathiriwa na vigezo kadhaa. Athari zinazohusisha awamu mbili zinaendelea kwa kasi zaidi wakati kuna mawasiliano zaidi ya eneo la uso. Ikiwa joto au ukolezi wa majibu huongezeka, kiwango cha mmenyuko uliopewa huongezeka pia. Kichocheo kinaweza kuongeza kiwango cha mmenyuko kwa kutoa njia mbadala inayosababisha nishati ya uanzishaji wa majibu kupungua.

faharasa

kichocheo

Dutu kwamba ongezeko la kiwango cha mmenyuko bila yenyewe kuwa zinazotumiwa na mmenyuko