Επίδραση της επιφάνειας στερεού στην ταχύτητα αντίδρασης

Με μια ματιά

Όταν συγκρίνεις ίσες μάζες του ίδιου στερεού σε ετερογενές σύστημα και στις ίδιες συνθήκες, αναμένεις συνήθως μεγαλύτερη ταχύτητα αντίδρασης για το δείγμα με τη μεγαλύτερη εκτεθειμένη επιφάνεια. Αποδίδεις τη διαφορά στις περισσότερες θέσεις όπου μπορούν να συγκρουστούν τα αντιδρώντα σωματίδια. Χρησιμοποιείς αυτόν τον κανόνα για να συγκρίνεις τις αναμενόμενες ταχύτητες αντίδρασης στερεών δειγμάτων.

2Κεντρική ιδέα

Όταν συγκρίνεις ίσες μάζες του ίδιου στερεού σε ετερογενές σύστημα και στις ίδιες συνθήκες, αναμένεις συνήθως μεγαλύτερη ταχύτητα αντίδρασης για το δείγμα με τη μεγαλύτερη εκτεθειμένη επιφάνεια. Αποδίδεις αυτή τη διαφορά στις περισσότερες θέσεις όπου μπορούν να συγκρουστούν τα αντιδρώντα σωματίδια. Θεωρείς αποτελεσματική μόνο τη σύγκρουση που γίνεται με κατάλληλο προσανατολισμό και αρκετή ενέργεια για να ξεπεραστεί το φράγμα της ενέργειας ενεργοποίησης.

3Άμεση σύγκριση δύο δειγμάτων

Σκέψου το επόμενο βήμα πριν το ανοίξεις.

1. Δείξε το βήμα 1

   Συγκρίνεις δύο δείγματα ίσης μάζας του ίδιου στερεού αντιδρώντος σε ετερογενές σύστημα και στις ίδιες συνθήκες, ώστε να εξετάζεις μόνο την εκτεθειμένη επιφάνεια.

2. Δείξε το βήμα 2

   Εντοπίζεις ότι το δείγμα Α έχει εκτεθειμένη επιφάνεια 12 τετραγωνικά εκατοστά, ενώ το δείγμα Β έχει 48 τετραγωνικά εκατοστά, άρα επιλέγεις το Β ως το δείγμα με τη μεγαλύτερη επιφάνεια.

3. Δείξε το βήμα 3

   Προβλέπεις ότι το δείγμα Β αντιδρά συνήθως ταχύτερα, επειδή διαθέτει περισσότερες θέσεις όπου μπορούν να γίνουν συγκρούσεις.

4Απάντηση με γράφημα

Συγκρίνεις δύο δοκιμές με 10 γραμμάρια του ίδιου στερεού αντιδρώντος σε ετερογενές σύστημα και στις ίδιες συνθήκες. Στη δοκιμή Α η εκτεθειμένη επιφάνεια είναι 20 τετραγωνικά εκατοστά και στη δοκιμή Β είναι 80 τετραγωνικά εκατοστά. Σχεδιάζεις γράφημα στηλών που δείχνει την αναμενόμενη σύγκριση των ταχυτήτων.

Σκέψου το επόμενο βήμα πριν το ανοίξεις.

1. Δείξε το βήμα 1

   Ελέγχεις τη μάζα, τη χημική ταυτότητα και τις συνθήκες των δύο δοκιμών και διαπιστώνεις ότι αλλάζει μόνο η εκτεθειμένη επιφάνεια.

2. Δείξε το βήμα 2

   Γράφεις στον κατακόρυφο άξονα την ταχύτητα αντίδρασης με τη μονάδα:

   $$\rate\;(\unit{mol}\,\unit{L}^{-1}\,\unit{s}^{-1})$$
3. Δείξε το βήμα 3

   Γράφεις στον οριζόντιο άξονα τις δοκιμές Α και Β, ώστε να ξεχωρίζεις τις δύο τιμές της εκτεθειμένης επιφάνειας.

4. Δείξε το βήμα 4

   Σχεδιάζεις τη στήλη της δοκιμής Β ψηλότερη από τη στήλη της δοκιμής Α, ώστε το γράφημα να δείχνει τη συνήθως μεγαλύτερη ταχύτητα για τη μεγαλύτερη εκτεθειμένη επιφάνεια.