To increase the rate of a reaction you need to increase the number of successful collisions. One possible way of doing this is to provide an alternative way for the reaction to happen which has a lower activation energy.
In other words, to move the activation energy on the graph like this:
Adding a catalyst has exactly this effect on activation energy. A catalyst provides an alternative route for the reaction. That alternative route has a lower activation energy. Showing this on an energy profile:
A word of caution!
Be very careful if you are asked about this in an exam. The correct form of words is
"A catalyst provides an alternative route for the reaction with a lower activation energy."
It does not "lower the activation energy of the reaction". There is a subtle difference between the two statements that is easily illustrated with a simple analogy.
Suppose you have a mountain between two valleys so that the only way for people to get from one valley to the other is over the mountain. Only the most active people will manage to get from one valley to the other.
Now suppose a tunnel is cut through the mountain. Many more people will now manage to get from one valley to the other by this easier route. You could say that the tunnel route has a lower activation energy than going over the mountain.
But you haven't lowered the mountain! The tunnel has provided an alternative route but hasn't lowered the original one. The original mountain is still there, and some people will still choose to climb it.
In the chemistry case, if particles collide with enough energy they can still react in exactly the same way as if the catalyst wasn't there. It is simply that the majority of particles will react via the easier catalysed route.
ВПЛИВ НА МАЙДАН швидкості реакції Ця сторінка описує і пояснює ефект зміни площі поверхні твердого тіла на швидкість реакції вона бере участь дюйма Це відноситься і до реакції з участю твердих і газу або твердого та рідкого. Вона включає в себе випадки, коли тверде тіло виступає в якості каталізатора.
Факти Що відбувається? Більш дрібнодисперсного твердого тіла, тим швидше реакція відбувається. Порошкові тверді, як правило, виробляють більш швидкого реагування, ніж якби таку ж масу присутній в якості одного грудку. Порошкоподібних твердих має велику площу поверхні, ніж один клубок. Примітка: Чому нормально? Які виключення може йти мова? Уявіть собі, випадок дуже дрібний порошок, що реагують з газом. Якщо порошок в одну велику купу, газ не може бути в змозі проникнути в неї. Це означає, що його ефективна площа поверхні, так само, як (або навіть менше) було б, якщо б представлені в одному грудку. Невелика купа дрібний порошок магнію прагне спалити трохи повільніше, ніж смуга стрічки магнію, наприклад.
Деякі приклади Карбонат кальцію і соляної кислоти У лабораторії, порошкоподібний карбонат кальцію реагує набагато швидше розведеною соляною кислотою, ніж якби таку ж масу присутній як шматків мармуру або вапняку.
Каталітичного розкладання перекису водню Це ще один знайомий реакції лабораторії. Тверді марганцю (IV) оксиду часто використовується в якості каталізатора. Кисень виділяється набагато швидше, якщо каталізатор є у вигляді порошку, ніж як же маси гранул.
Каталізатори Каталітичні нейтралізатори використовувати метали, як платина, паладій і родій для перетворення отруйних сполук в вихлопними газами автотранспорту в менш шкідливі речі. Наприклад, реакція, яка видаляє як чадний газ і оксид азоту:
Оскільки вихлопні гази знаходяться тільки в контакт з каталізатором дуже короткий час, реакції повинні бути дуже швидким. Дуже дорогі метали, що використовуються в якості каталізатора покриті як дуже тонким шаром на керамічну стільникову структуру, щоб максимізувати площа поверхні.
Пояснення Ви тільки збираєтеся отримати реакцію, якщо частинок в газі або рідини стикаються з частками в твердому тілі. Збільшення площі поверхні твердих підвищує шанси на зіткнення відбувається. Уявіть собі реакцію між металевого магнію і розведеною кислоти, як соляна кислота. Реакція включає зіткнення атомів магнію і іонів водню. Збільшення числа зіткнень в секунду, збільшує швидкість реакції.
Вплив концентрації на швидкість реакції Ця сторінка описує і пояснює, таким чином, що зміна концентрації розчину впливає на швидкість реакції. Майте на увазі, що це тільки вступна сторінка. Якщо ви зацікавлені у замовленнях реакції, ви знайдете окремі сторінки, що займаються цими. Ви можете отримати доступ до них за допомогою швидкості реакції меню (посилання внизу сторінки).
Факти Що відбувається? Для багатьох реакцій за участю рідин або газів, збільшення концентрації реагуючих речовин збільшує швидкість реакції. У деяких випадках збільшення концентрації одного з реагуючих речовин, можливо, мало помітний вплив на швидкість. Ці випадки описані і пояснені нижче на цій сторінці. Не думайте, що якщо у вас подвійний концентрації одного з реагуючих речовин, що ви будете в два рази швидкість реакції. Це може статися так, але стосунки цілком може бути більш складним. Примітка: математичну зв'язок між концентрацією і швидкістю реакції розглядається на сторінці про замовлення реакції. Якщо вас цікавить, ви можете використовувати посилання або читали про це пізніше за швидкістю реакції меню (посилання внизу сторінки).
Деякі приклади Приклади на цій сторінці всі пов'язані з рішеннями. Зміна концентрації газу досягається за рахунок зміни його тиску. Це питання розглядається на окремій сторінці. Примітка: Якщо ви хочете, щоб вивчити вплив зміни тиску на швидкість реакції, можна скористатися цим посиланням. Замість цього можна використати посилання на швидкість реакції меню в нижній частині цієї сторінки. Цинк і соляна кислота У лабораторії, цинк гранул реагують досить повільно розведеної соляної кислоти, але набагато швидше, якщо кислота концентрується.
Каталітичного розкладання перекису водню Тверді марганцю (IV) оксиду часто використовується в якості каталізатора у цій реакції. Кисень виділяється набагато швидше, якщо перекис водню сконцентрований, ніж якби це розбавляти.
Реакція між розчином тіосульфату натрію і соляної кислоти Це реакція, яка часто використовується для вивчення взаємозв'язку між концентрацією і швидкістю реакції на вступні курси (наприклад, випускних іспитів у школі). Коли розведеною кислотою додається розчину тіосульфату натрію, блідо-жовтий осад сірки утворюється.
Як розчин натрію тіосульфату розбавляють більше і більше, осад займає більше часу і більше часу, щоб форма.
Пояснення Випадки, коли зміна концентрації впливає на швидкість реакції Це спільна справа, і це легко пояснити. Зіткнення з участю двох частинок Той же самий аргумент застосовується як реакція включає зіткнення двох різних частинок або дві однакові частки. Для того, щоб будь-які заходи впливу на трапитися, ці частки повинні спочатку стикаються. Це вірно обидві частинки знаходяться в розчині, або того, чи йде в розчині і інших твердих тіл. Якщо концентрація вище, шанси зіткнення більше.
Реакції з участю тільки однієї частинки Якщо реакція тільки включає в себе єдиний до поділу часток у деякому роді, то число зіткнень не має значення. Головне в тому, як багато з частинок достатньо енергії, щоб реагувати на будь-який момент часу. Примітка: Якщо ви не впевнені в цьому, тоді прочитайте сторінку про теорії зіткнень і енергія активації, перш ніж іти далі. Використовуйте кнопку НАЗАД на вашому браузері, щоб повернутися на цю сторінку. Припустимо, що в будь-який момент часу в 1 мільйон частинок достатньо енергії, щоб дорівнює або перевищує енергію активації. Якщо у вас було 100 мільйонних часток, 100 з них не реагують. Якщо у вас було 200 мільйонних часток в тому ж обсязі, 200 з них тепер буде реагувати. Швидкість реакції подвоїлася шляхом подвоєння концентрації.
Випадки, коли зміна концентрації не впливає на швидкість реакції На перший погляд це здається дуже дивно! Якщо каталізатор вже працює так само швидко, як це може Припустимо, ви використовуєте невелику кількість твердого каталізатора в реакції, і досить висока концентрація реагенту у розчин так, щоб поверхні каталізатора був повністю завалений реагуючих частинок. Збільшення концентрації розчину ще більше не може мати ніякого ефекту, тому що каталізатор вже працює на максимальній потужності. У деяких багатоступінчастих реакцій Це тим більше важливо в силу з рівня точки "зору. Припустимо, у вас реакція, яка відбувається в серії невеликих кроків. Ці кроки, швидше за все, мають самими різними темпами - деякі швидко, деякі повільно. Наприклад, припустимо, двох реагентів А і В реагують разом в цих двох етапів:
Загальна швидкість реакції будуть регулюватися, наскільки швидко розщеплюється, щоб зробити X і Y. Це описується як швидкість визначення стадії реакції. Якщо збільшити концентрацію, ви збільшите шанси цього кроку відбувається з причин, ми розглянули вище. При збільшенні концентрації B, які, безсумнівно, прискорить другий крок, але це робить чи різниця із загальним показником. Ви можете уявити другий крок, як відбувається так швидко, що вже, як тільки який-небудь X формується, він відразу ж накинувся на Б. Це друга реакція вже "очікування" для першого трапитися. Примітка: загальна швидкість реакції не є повністю незалежним від концентрації B. Якщо ви знизили його концентрації недостатньо, то в кінцевому підсумку знизити темпи другій реакції до точки, де він схожий на швидкості в першу чергу. Обидві концентрації буде мати значення, якщо концентрація B є досить низьким. Проте для звичайних концентраціях, можна сказати, що (в хорошому наближенні) загальна швидкість реакції не залежить від концентрації Б. Кращий конкретні приклади реакцій цього типу відбувається з органічної хімії. Сюди відносяться реакції між третинним halogenoalkane (алкилгалогенидов) і кількість можливих речовини - гідроксид-іонів. Це приклади нуклеофільного заміщення допомогою механізму, відомого як SN1. Примітка: Якщо ви зацікавлені у вивченні нуклеофільних реакцій заміщення далі, ви можете за цим посиланням. В іншому випадку, ви можете знайти додаткову інформацію про зв'язок між концентрацією та швидкість реакції залежить від механізму реакції шляхом вивчення теми в нижній частині швидкості реакції меню (посилання нижче).
ВПЛИВ ТИСКУ НА швидкості реакції Ця сторінка описує і пояснює, таким чином, що зміна тиску газу зміни швидкості реакції.
Факти Що відбувається? Збільшення тиску на реакції за участю реагуючих газів збільшує швидкість реакції. Зміна тиску на реакцію, яка включає в себе тільки тверді речовини або рідини не впливає на швидкість.
Наприклад У виробництві аміаку Процес Габера, швидкість реакції між воднем і азотом збільшується на використання дуже високому тиску.
Насправді, основна причина для використання високих тисків є поліпшення відсоток аміаку в рівноважної суміші, але є корисний ефект на швидкість реакції, а також. Примітка: Якщо ви хочете вивчити рівноваги ви знайдете теми розглядаються в окремому розділі сайту.
Пояснення Співвідношення між тиском і концентрацією Збільшення тиску газу точно такий же, як збільшення його концентрації. Якщо у вас є даної маси газу, то, як ви збільшите його тиск втиснути його в меншому обсязі. Якщо у вас є ж маса в меншому обсязі, то його концентрація вище. Ви також можете показати цей зв'язок математично, якщо ви зіткнулися рівняння ідеального газу:
Реорганізація це дає:
Бо "РТ" є постійною, поки температура постійна, це показує, що тиск прямо пропорційно концентрації. Якщо ви двічі один, ви також подвоїть одного. Примітка: Якщо ви повинні бути в змозі зробити розрахунки за участю рівняння ідеального газу, але не дуже задоволені про них, ви можете бути зацікавлені в моїй книзі хімії розрахунків.
Ефект збільшення тиску на швидкість реакції Зіткнення з участю двох частинок Той же самий аргумент застосовується як реакція включає зіткнення двох різних частинок або дві однакові частки. Для того, щоб будь-які заходи впливу на трапитися, ці частки повинні спочатку стикаються. Це вірно обидві частинки знаходяться в газоподібному стані, або того, чи йде газ та інші тверді. Якщо тиск вищий, шанси зіткнення більше.
Реакції з участю тільки однієї частинки Якщо реакція тільки включає в себе єдиний до поділу часток у деякому роді, то число зіткнень не має значення. Головне в тому, як багато з частинок достатньо енергії, щоб реагувати на будь-який момент часу. Примітка: Якщо ви не впевнені в цьому, тоді прочитайте сторінку про теорії зіткнень і енергія активації, перш ніж іти далі. Використовуйте кнопку НАЗАД на вашому браузері, щоб повернутися на цю сторінку. Припустимо, що в будь-який момент часу в 1 мільйон частинок достатньо енергії, щоб дорівнює або перевищує енергію активації. Якщо у вас було 100 мільйонних часток, 100 з них не реагують. Якщо у вас було 200 мільйонних часток в тому ж обсязі, 200 з них тепер буде реагувати. Швидкість реакції подвоїлася шляхом подвоєння тиску.
ВПЛИВ ТЕМПЕРАТУРИ НА швидкості реакції Ця сторінка описує і пояснює, таким чином, що зміна температури впливає на швидкість реакції. Передбачається, що ви вже знайомі з основними ідеями про теорію зіткнень, а разом з Максвелла-Больцмана розподіл молекулярної енергії в газ. Примітка: Якщо ви ще не читали сторінки про теорію зіткнень, ви повинні зробити, тому, перш ніж іти далі. Використовуйте кнопку НАЗАД на вашому браузері, щоб повернутися на цю сторінку, або повертаються через швидкість реакції меню.
Факти Що відбувається? У міру збільшення температури швидкість реакції збільшується. У грубому наближенні, для багатьох реакцій відбувається при кімнатній температурі, швидкості реакції подвоюється на кожні 10 ° С підвищенням температури. Ви повинні бути обережні, щоб не приймати це занадто буквально. Це не відноситься до всіх реакцій. Навіть там, де це приблизно так, може бути, що ставка подвоюється кожні 9 ° C або 11 ° С або будь-який інший. Число ступенів необхідно подвоїти швидкість також буде змінюватися поступово, у міру підвищення температури. Примітка: Ви знайдете Вплив температури на швидкість вивчені в трохи більше математичним способом на окремій сторінці.
Приклади Деякі реакції практично миттєво - наприклад, реакції преципітації за участю зближення іонів в розчині, щоб нерозчинні тверді, або реакція між іонами водню від кислоти і гідроксид-іонів від лугу в розчині. Так опалення один з них не буде робити будь-якої помітної різниці в швидкості реакції. Майже будь-яка інша реакція ви піклуєтеся назвати відбудеться швидше, якщо ви тепло його - або в лабораторії або в промисловості.
Пояснення Збільшення частоти зіткнень Частинки можуть тільки реагувати, коли вони стикаються. Якщо нагрівати речовину, частки рухаються швидше і тому стикаються частіше. Це дозволить прискорити швидкість реакції. Це здається досить просте пояснення, поки ви подивіться на цифри! Виявляється, що частоти двох зіткнень часток в газах пропорційно квадратному кореню з температури Кельвіна. При збільшенні температури від 293 К до 303 К (20 ° C до 30 ° C), ви збільшите частоту зіткнень на коефіцієнт:
Це збільшення на 1,7% на 10 ° рости. Швидкість реакції, ймовірно, доведеться подвоїти для цього підвищення температури - іншими словами, збільшення приблизно на 100%. Ефект збільшення частоти зіткнень від швидкості реакції є дуже незначним. Важливий ефект зовсім інший. . .
Ключове значення енергії активації Зіткнення призвести лише до реакції, якщо частинки стикаються з досить енергії, щоб почалася реакція. Ця мінімальна енергія, необхідна називається енергією активації для реакції. Зверніть увагу: те, що передбачається, що ви розумна ідея про енергію активації та її зв'язок з Максвелла-Больцмана. Це питання розглядається на вступній сторінці про теорію зіткнень. Якщо ви не впевнені в цьому, пройдіть по цьому посиланню, а також використовувати кнопку НАЗАД на вашому браузері, щоб повернутися на цю сторінку. Ви можете помітити положення енергії активації від Максвелла-Больцмана, щоб отримати діаграму так:
Тільки ті частинки представляють область праворуч від енергії активації буде реагувати, коли вони стикаються. Більшість не вистачає енергії, і буде просто відскакувати один від одного. Для прискорення реакції, необхідно збільшити число дуже енергійні частки - ті, з енергією, рівною або більшою, ніж енергія активації. Підвищення температури має в точності, що ефект - вона змінює форму графіка.
У наступній діаграмі графа помічені T знаходиться на початковій температури. Графа помічені Т + т знаходиться на більш високій температурі. Якщо зараз знак положення енергією активації, ви можете бачити, що хоча крива не просунулося дуже загальна, було таке велике збільшення числа дуже енергійних часток, що багато хто зараз стикаються з досить енергії, щоб реагувати.
Пам'ятайте, що площа під кривою дає підрахунок числа частинок. На останній діаграмі, площа під кривою більш високій температурі праворуч від енергії активації виглядає принаймні в два рази - отже, принаймні подвоїти швидкість реакції.
Резюме Підвищення температури збільшує швидкість реакції через непропорційно великого збільшення числа високої енергії зіткнення. Тільки ці зіткнення (володіють не менше ніж енергія активації реакції), які призводять до реакції.
Вплив каталізаторів на швидкість реакції Ця сторінка описує і пояснює, таким чином, щоб додати каталізатор впливає на швидкість реакції. Передбачається, що ви вже знайомі з основними ідеями про зіткнення теорії швидкостей реакцій, а також з Максвелла-Больцмана розподіл молекулярної енергії в газ. Примітка: Якщо ви ще не читали сторінки про теорію зіткнень, ви повинні зробити, тому, перш ніж іти далі. Використовуйте кнопку НАЗАД на вашому браузері, щоб повернутися на цю сторінку, або повертаються через швидкість реакції меню. Зазначимо, що це лише попередній погляд на каталіз, наскільки це впливає на швидкість реакції. Якщо ви шукаєте більш докладно, є окремий розділ, присвячений каталізаторів, які можна отримати доступ через посилання внизу сторінки.
Факти Які каталізатори? Каталізатор є речовина, що прискорює реакцію, але хімічно незмінними в кінці реакції. Коли реакція завершена, ви б точно так само маса каталізатора, як у вас було на початку.
Деякі приклади Деякі загальні приклади, які ви, можливо, буде потрібно і для інших частин програми курсу включають в себе: реакції каталізатор Розкладання перекису водню, марганцю (IV) оксид, MnO2 Нітрування бензолу концентрованої сірчаної кислотою Виробництво аміаку заліза Процес Габера Перетворення SO2 в SO3 в контактний процес, щоб зробити сірчаної кислоти ванадію (V) оксиду V2O5 Гідрування С = С подвійний нікелю зв'язок
Примітка: Ви можете знайти докладну інформацію про ці та інші каталітичних реакцій, вивчаючи меню для основний розділ про каталізі. Ви знайдете посилання внизу цієї сторінки.
Пояснення Ключове значення енергії активації Зіткнення призвести лише до реакції, якщо частинки стикаються з певною мінімальною енергією називається енергія активації реакції. Зверніть увагу: те, що передбачається, що ви розумна ідея про енергію активації та її зв'язок з Максвелла-Больцмана. Це питання розглядається на вступній сторінці про теорію зіткнень. Якщо ви не впевнені в цьому, пройдіть по цьому посиланню, а також використовувати кнопку НАЗАД на вашому браузері, щоб повернутися на цю сторінку. Ви можете помітити положення енергії активації від Максвелла-Больцмана, щоб отримати діаграму так:
Тільки ті частинки представляють область праворуч від енергії активації буде реагувати, коли вони стикаються. Більшість не вистачає енергії, і буде просто відскакувати один від одного.
Каталізатори та енергії активації Для збільшення швидкості реакції необхідно збільшити число успішних зіткнень. Одним з можливих способів зробити це полягає в наданні альтернативного шляху для реакції станеться який має нижчу енергію активації. Іншими словами, щоб перемістити енергію активації на графіку приблизно так:
Додавання каталізатор має саме це впливає на енергію активації. Каталізатор забезпечує альтернативний маршрут для реакції. Це альтернативний маршрут має нижчу енергію активації. Показані це на енергетичний профіль:
Попередження! Будьте дуже обережні, якщо вас просять про це іспиті. Правильна форма слів "Каталізатор забезпечує альтернативний маршрут для реакції з більш низькою енергією активації." Це не "нижче енергії активації реакції». Існує тонка різниця між двома заявами, які легко проілюструвати на простій аналогії. Припустимо, у вас гірський між двома долинами, так що єдиний спосіб для людей, щоб потрапити з однієї долини в іншу на гори. Тільки найбільш активні люди зуміють дістатися з однієї долини в іншу. Тепер припустимо, що тунель прорубати гору. Набагато більше людей тепер буде управляти, щоб дістатися з однієї долини в іншу це простіше маршруту. Можна сказати, що тунель маршрут має нижчу енергію активації, ніж ходити на гори. Але ви не опустив гори! Тунель надав альтернативний маршрут, але не опустив оригінал. Оригінальні гора як і раніше існує, і деякі люди все одно вирішили піднятися на неї. У хімії випадку, якщо частинки стикаються з досить енергії, вони все ще можуть реагувати точно так само, як якщо каталізатор не було. Це просто, що більшість частинок буде реагувати за допомогою легше каталізатором маршруту.
