Які метали реагують із водою?

Насамперед слід запам'ятати, що метали ділять загалом на три групи:

1) Активні метали: до таких металів належать усі лужні метали, лужноземельні метали, а також магній та алюміній.

2) Метали середньої активності: до таких відносять метали, розташовані між алюмінієм та воднем у низці активності.

3) Малоактивні метали: метали, розташовані в ряду активності правіше водню.

Насамперед слід запам'ятати, що малоактивні метали (тобто ті, що розташовані після водню) з водою не реагують за жодних умов.

Лужні та лужноземельні метали реагують з водою за будь-яких умов (навіть при звичайній температурі та на холоді), при цьому реакція супроводжується виділенням водню та утворенням гідроксиду металу. Наприклад:

Магній через те, що покритий захисною плівкою, реагує з водою тільки при кип'ятінні. При нагріванні у воді оксидна плівка, що складається з MgO, руйнується і магній, що знаходиться під нею, починає реагувати з водою. При цьому реакція також супроводжується виділенням водню та утворенням гідроксиду металу, який, однак, у разі магнію нерозчинний:

Алюміній так само, як і магній, покритий оксидною захисною плівкою, проте в цьому випадку кип'ятінням її зруйнувати не можна. Для її зняття потрібні або механічне чищення (якимось абразивом), або її хімічне руйнування лугом, розчинами солей ртуті або солей амонію:

Метали середньої активності реагують з водою лише тоді, коли вона перебуває у стані перегрітої водяної пари. Сам метал при цьому має бути нагрітий до температури червоного гартування (близько 600-800 о С).На відміну від активних металів метали середньої активності при реакції з водою замість гідроксидів утворюють оксиди металів. Продуктом відновлення і в цьому випадку є водень:

Fe + H₂O = FeO + H₂ (залежно від ступеня нагріву)

Швидкість хімічної реакції

Швидкість хімічної реакції - основне поняття хімічної кінетики, що виражає відношення кількості речовини, що прореагувала (в молях) до відрізку часу, за яке відбулася взаємодія.

Швидкість реакції відбиває зміна концентрацій реагуючих речовин за одиницю часу. Одиниці виміру для гомогенної реакції: моль/л * сек. Фізичний сенс у тому, що кожної секунди якась кількість однієї речовини перетворюється на іншу

Мені зустрічалися завдання, де було дано молярну концентрацію речовини до реакції і після, час і обсяг. Потрібно порахувати швидкість реакції. Давайте вирішимо подібне нескладне завдання для прикладу:

Молярна концентрація речовини до реакції становила 1.5 моль/л за підсумком реакції - 3 моль/л. Об'єм суміші 10 літрів, реакція зайняла 20 секунд. Розрахуйте швидкість реакції.

Вплив природи реагуючих речовин

При вивченні агрегатних станів речовин виникає питання: де ж найшвидше йдуть реакції: між газами, розчинами чи твердими речовинами?

Запам'ятайте, що найвища швидкість реакції між розчинами в рідинах. У газах вона дещо нижча.

Якщо реакція гетерогенна: рідина + тверда речовина, газ + тверда речовина, рідина + газ, то велику роль відіграє площа зіткнення речовин, що реагують.

Очевидно, що великий шматок заліза, покладений у соляну кислоту, набагато довше реагуватиме з нею, ніж подрібнене залізо - залізна стружка.

Хімічна активність також відіграє важливу роль.Наприклад, відповідаючи на запитання "який з металів Fe або Ca швидше прореагує із сіркою?" ми віддамо перевагу кальцію, тому що в ряду активності металів він стоїть лівіше заліза, а значить кальцій активніше заліза.

Іншого підходу вимагають реакції металів із водою, де треба враховувати радіус атома. Наприклад, відповідаючи на запитання "який із металів Li або K швидше прореагує з водою?" ми віддамо перевагу калію, тому що калій має більший радіус атома. Калій швидше взаємодіятиме з водою, ніж літій.

Іноді для правильної відповіді питання швидкості реакції потрібно знання активності кислот. Ми докладніше обговоримо цю тему в гідролізі, проте зараз я зауважу: що сильніша (активніша) кислота, то швидше йде реакція.

Наприклад, реакцію магнію із сірчаною кислотою протікає набагато швидше реакції магнію з оцтовою кислотою. Причиною цього є те, що сірчана кислота відноситься до сильних (активних) кислот, а активність оцтової кислоти менша, вона є слабкою кислотою.

Як я вже згадав, слабкі та сильні кислоти та основи вивчаються в темі гідроліз.

Вплив зміни концентрації

Вплив концентрації "прямо пропорційно" швидкості реакції: при захопленні концентрації речовини, що реагує, швидкість реакції підвищується, при зменшенні - знижується.

Зауважу деталь, яка може бути важливою, якщо реакції беруть участь гази: зі збільшенням тиску концентрація речовини на одиницю обсягу зростає (уявіть, як газ стискається). Тому збільшення тиску, якщо серед вихідних речовин є газ, збільшує швидкість реакції.

Закон діючих мас встановлює співвідношення між концентраціями реагуючих речовин та їх продуктами. Швидкість простої реакції aA + bB → cC визначають за рівнянням:

Фізичний зміст константи швидкості - k - у тому, що вона чисельно дорівнює швидкості реакції за умови, що концентрації реагуючих речовин рівні 1. Зверніть увагу, що стехіометричні коефіцієнти рівняння переносяться в ступеня - a і b.

Записане вище слідство закону чинних мас потрібно не лише "зазубрити", а й зрозуміти. Тому ми вирішимо пару завдань, де потрібно написати таку формулу.

Окислення діоксиду сірки протікає за рівнянням: 2SO_2(г) + O₂ = 2SO_3(г). Як зміниться швидкість цієї реакції, якщо обсяги системи зменшити втричі?

За підсумками рішення стає ясно, що швидкість реакції у разі зросте в 27 раз.

Вирішимо ще одне завдання. Дано реакцію синтезу аміаку: N₂ + ДТ₂ = 2NH₃. Як зміниться швидкість прямої реакції утворення аміаку, якщо зменшити концентрацію водню вдвічі?

В результаті рішення ми бачимо, що при зменшенні концентрації водню вдвічі швидкість реакції сповільниться у 8 разів.

Вплив зміни температури на швидкість реакції

Постулат, який рекомендую тимчасово взяти на озброєння: "Збільшення температури збільшує швидкість будь-якої хімічної реакції: як екзотермічної, так і ендотермічної. Винятків немає!"

Дуже часто в завданнях наступної теми - хімічній рівновазі, вас намагатимуться заплутати і ввести в оману, але ви не піддавайтеся і пам'ятаєте про постулат!

Отже, вплив температури на швидкість реакції "прямо пропорційно": що вища температура, то вища швидкість реакції - що нижча температура, то менше і швидкість реакції. Однак, як і у випадку з концентрацією, це більше, ніж проста "пропорція".

Правило Вант-Гоффа, голландського хіміка, дозволяє точно оцінити вплив температури на швидкість хімічної реакції.Воно звучить так: "При підвищенні температури на кожні 10 градусів константа швидкості гомогенної елементарної реакції збільшується у два-чотири рази"

• υ₁ - Швидкість реакції при температурі t₁
• υ₂ - Швидкість реакції при температурі t₂
• γ - температурний коефіцієнт, який може дорівнювати 2-4

Якщо за підсумками вирішення завдань у вас вийде температурний коефіцієнт менше 2 або більше 4, то, швидше за все, десь ви припустилися помилки. Використовуйте цей факт для самоперевірки.

Для тренування розв'яжемо пару завдань, в яких потрібно використовувати правило Вант-Гоффа.

Як зміниться швидкість гомогенної реакції при підвищенні температури від 27°C до 57°C при температурному коефіцієнті, що дорівнює трьом?

Іноді завдання розраховують температурний коефіцієнт, як, наприклад, тут: "Розрахуйте, чому дорівнює температурний коефіцієнт швидкості, якщо відомо, що при зниженні температури від 250°C до 220°C швидкість реакції зменшилася в 8 разів".

Каталізатори та інгібітори

Каталізатор (грец. katalysis - руйнування) - речовина, що прискорює хімічну реакцію, але не бере участі в ній. Каталізатор не витрачається у хімічній реакції.

Багато хімічних реакцій у нашому організмі протікають за участю каталізаторів - білкових молекул, ферментів. Без каталізаторів подібні реакції тривали б сотні років, а з каталізаторами йдуть одну частку секунди.

Каталіз називають явище прискорення хімічної реакції під дією каталізатора, а хімічні реакції, що йдуть за участю каталізатора - каталітичними.

Інгібітор (лат. inhibere - затримувати) - речовина, що уповільнює або запобігає перебігу будь-якої хімічної реакції.

Інгібітори застосовують для уповільнення корозії металу, окиснення палива, старіння полімерів.Багато лікарських речовин є інгібіторами.

Так при лікуванні гастриту – запалення шлунка (грец. gaster – шлунок) або виразок часто призначаються інгібітори протонної помпи – хімічні речовини, які блокують вироблення HCl слизової шлунку. Внаслідок цього соляна кислота припиняє вплив на пошкоджену стінку шлунка, запалення стихає.

© Беллевич Юрій Сергійович 2018-2024

Ця стаття написана Беллевичем Юрієм Сергійовичем та є його інтелектуальною власністю. Копіювання, розповсюдження (у тому числі шляхом копіювання на інші сайти та ресурси в Інтернеті) або інше використання інформації та об'єктів без попередньої згоди правовласника переслідується за законом. Для отримання матеріалів статті та дозволу їх використання, зверніться, будь ласка, до Беллевичу Юрію.

Бліц-опитування на тему Швидкість хімічної реакції