§ 21. Керування хімічними реакціями

Зміст

ДІЗНАЄТЕСЯ, ЗРОЗУМІЄТЕ, ВИКОРИСТАЄТЕ

Які чинники впливають на перебіг хімічної реакції?

На хімічну реакцію впливають: природа речовин (їхня активність), концентрація, температура, тиск (для газів), площа контакту (подрібнення твердих тіл) та наявність каталізаторів чи інгібіторів.

Як змінюється швидкість реакції залежно від умов її здійснення?

Швидкість реакції зростає при підвищенні концентрації, температури або тиску (для газів). Каталізатори прискорюють процес, а інгібітори — уповільнюють.

У чому полягає керування хімічними перетвореннями речовин?

Це вибір найкращих умов (температури, тиску, концентрації, каталізаторів), щоб прискорити корисні реакції, збільшити вихід продукту або зупинити шкідливі процеси, як-от корозію.

Який метал швидше кородує — залізо чи срібло? Чому?

Залізо ($Fe$) іржавіє швидше, бо воно хімічно активніше (стоїть лівіше в ряду активності металів). Срібло ($Ag$) — благородний метал, стійкий до кисню та вологи за звичайних умов.

В одну пробірку до шматка крейди додали оцет об’ємом 5 мл, а в другу пробірку до такого самого шматка крейди додали оцтову есенцію об’ємом 5 мл. У якій пробірці зафіксуємо швидше виділення вуглекислого газу?

Вуглекислий газ ($CO_2$) виділятиметься швидше в пробірці з оцтовою есенцією. Вона має вищу концентрацію оцтової кислоти ($CH_3COOH$) — 70–80%, порівняно з 9% у звичайному оцті. Чим вища концентрація реагентів, тим більша швидкість реакції.

Чи змінюватиметься з часом швидкість реакції між розчиненими речовинами чи між газами?

Так, швидкість поступово падатиме. Під час реакції реагенти витрачаються, їхня концентрація знижується, тому частинки стикаються рідше.

Коли свіже молоко швидше скисає — восени чи влітку?

Влітку молоко скисає швидше. Вища температура повітря прискорює біохімічне бродіння, яке викликають молочнокислі бактерії.

Як забезпечите перебіг реакції з потрібною швидкістю, використовуючи прилад, зображений на малюнку 53?

Регулюючи подачу рідини з крапельної лійки в колбу. Це змінює концентрацію реагентів і дозволяє контролювати швидкість виділення газу або утворення продукту.

ВИОКРЕМЛЮЄМО ОСНОВНЕ

Проаналізувавши матеріал, викладений у параграфі, запишіть у зошиті висновки про швидкість хімічної реакції, залежність її від різних чинників, а також про необхідність керування хімічними реакціями.

Швидкість хімічної реакції показує зміну кількості речовини за одиницю часу в певному об’ємі або на площі поверхні. Вона залежить від:

1. Природи речовин.
2. Концентрації.
3. Температури.
4. Тиску (для газів).
5. Ступеня подрібнення.
6. Каталізаторів.

Керування реакціями потрібне для покращення виробництва, захисту від корозії, запобігання аваріям та збереження продуктів.

Сформулюйте цікаве запитання за темою параграфа і поставте його своїм однокласникам / однокласницям. Порівняйте свою і їхні відповіді та оцініть їх.

Запитання: Чому в автомобільних каталізаторах використовують платину та паладій, а не просто збільшують температуру двигуна для спалювання шкідливих газів?

Відповідь: Каталізатори швидко знешкоджують токсичні гази ($CO$, $NO_x$) при відносно низьких температурах. Сильне нагрівання могло б зламати двигун і створити нові шкідливі сполуки.

ПЕРЕВІР СЕБЕ

222. Наведіть приклади хімічних реакцій у природі, які відбуваються: а) дуже повільно; б) з помітною швидкістю.

а) Дуже повільно: утворення вугілля та нафти, ріст сталактитів, руйнування гірських порід.

б) З помітною швидкістю: лісова пожежа, гниття листя, скисання соку.

223. Від яких чинників залежить швидкість хімічної реакції і як саме?

• Природа речовин: активні речовини реагують швидше.
• Концентрація: вища концентрація збільшує кількість зіткнень частинок.
• Температура: нагрівання підвищує енергію частинок і прискорює реакцію.
• Площа контакту: подрібнення твердих тіл прискорює реакцію.
• Каталізатор: знижує енергію активації, пришвидшуючи процес.

224. Наведіть приклади хімічних реакцій, з якими ви стикаєтеся в побуті і швидкість яких різна.

• Миттєві: запалювання сірника, горіння газу.
• Швидкі: гасіння соди оцтом ($NaHCO_3 + CH_3COOH$), згортання білка під час варіння яєць.
• Повільні: іржавіння металу, утворення накипу.

ПОМІРКУЙМО

225. Назвіть чинники, що впливають на швидкість реакції між газами $2NO + O_2 = 2NO_2$, яка відбувається за стандартних умов без каталізатора.

На швидкість цієї реакції впливають:

1. Концентрація газів $NO$ та $O_2$.
2. Тиск (його підвищення збільшує концентрацію).
3. Температура газів.

226. Жири окиснюються в лабораторних умовах, якщо їх нагрівати, а в організмі людини — за температури тіла. Яка, на ваш погляд, причина такої відмінності?

В організмі людини працюють ферменти — природні каталізатори. Вони дозволяють реакціям відбуватися швидко за температури тіла ($36.6^\circ\text{C}$). У лабораторії без них жири потрібно сильно нагрівати.

У КОМАНДІ

227. Чому для приготування овочевих страв часто використовують пароварку замість сковорідки?

Пароварка забезпечує температуру до $100^\circ\text{C}$, тоді як на сковорідці вона сягає $150\text{–}180^\circ\text{C}$. Менше нагрівання і відсутність розпеченої поверхні зберігають вітаміни та запобігають утворенню шкідливих речовин.

228. Для приготування багатьох страв рекомендують певні інтервали значень температури. Чому багато людей обирають найнижчу температуру в цьому інтервалі?

Нижча температура дозволяє рівномірно прогріти продукт. Це запобігає підгорянню скоринки, залишаючи страву сирою всередині, та зберігає смак.

229. Чому компот з ягід доцільно варити 15 хв, а не 30 чи 40 хв?

За 15 хвилин вода встигає увібрати смак та колір ягід. Довше варіння руйнує вітаміни (зокрема вітамін С) і перетворює ягоди на кашу.

АНАЛІЗУЙМО

230. Як можна уповільнити процес горіння; пришвидшити його; зупинити?

• Уповільнити: зменшити доступ кисню або знизити температуру.
• Пришвидшити: додати кисню, сильніше подрібнити паливо.
• Зупинити: повністю перекрити кисень (наприклад, накрити тканиною), охолодити водою або прибрати горючий матеріал.

ФОРМУЙМО СЛОВНИЧОК

231. Випишіть ключові слова і словосполучення з тексту параграфа для укладання двомовного словничка.

• Швидкість хімічної реакції — reaction rate
• Концентрація — concentration
• Температура — temperature
• Тиск — pressure
• Каталізатор — catalyst
• Інгібітор — inhibitor
• Площа поверхні контакту — contact surface area
• Ферменти — enzymes

ФОРМУЙМО СЛОВНИЧОК

232. Складіть двомовний словничок із ключових слів і словосполучень, виписаних вами з параграфів 12—21.

• Хімічна реакція — chemical reaction
• Реагенти — reactants
• Продукти реакції — reaction products
• Екзотермічна реакція — exothermic reaction
• Ендотермічна реакція — endothermic reaction
• Закон збереження маси — law of conservation of mass
• Окиснення — oxidation
• Відновлення — reduction
• Оборотна реакція — reversible reaction

ОЦІНЮЙМО СВОЇ ЗНАННЯ

233. Створіть у зошиті таблицю оцінювання ваших знань і заповніть її.