Все химические реакции протекают с разными скоростями. За единицу скорости реакции принимают изменение концентрации действующего вещества в единицу времени.
Анализ литературных данных показывает, что скорость химической реакции может зависеть от различных факторов: концентрации вещества, агрегатного состояния, температуры, давления, наличия катализаторов и ряда других [1]. Наибольший интерес представляет изучение зависимости скорости химической реакции от температуры. Актуальность исследования определяется существующим в настоящее время ростом использования достижений химической науки в различных отраслях жизни человека. Расширяются научные разработки по изучению и применению известных химических элементов. Открываются новые, неизвестные ранее химические элементы. Все это вызывает повышение интереса к науке химии в целом.
В целях изучения влияния температуры на скорость протекания неорганических и биологических реакций и исследования возможности управления скоростью химической реакции был проведен ряд экспериментов. Основными задачами исследований являлось сравнение зависимостей скорости неорганических и биологических реакций от температуры и обоснование возможности распространения выявленных закономерностей на другие реакции.
Изучение зависимости скорости протекания неорганической химической реакции от температуры производилось на экспериментальной установке (Рис. 1).
|
|
|
|
Рис.1 Экспериментальная установка для исследования неорганической реакции: (1 — пробирка, 2 — штатив, 3 — газоотводная трубка, 4 — пробирка с водой, 5 — емкость с водой для создания водяного затвора, 6 — гранулы цинка, 7 — раствор соляной кислоты, 8 — пузырьки газа, 9 — отметка объема газа, 10 — таймер) |
|
Гранулы цинка помещали в раствор соляной кислоты и отмеряли время, за которое соберется определенный объем водорода — продукта реакции. Эксперимент проводился при различных температурных режимах, от 4 до 700С. Согласно полученным данным был построен график зависимости скорости неорганической реакции от температуры (Рис. 2).
Рис. 2. График зависимости скорости неорганической реакции от температуры
График показывает, что при увеличении температуры неорганической реакции, газ накапливался быстрее, то есть время на сбор газа в пробирке уменьшалось. Следовательно, при повышении температуры, скорость неорганической реакции увеличивается, что подтверждает известное правило Вант-Гоффа.
Чтобы понять отличаются ли зависимости скорости реакции от температуры для органических реакций, была проведена следующая серия опытов. В эксперименте использовались таблетки «Ацидин-пепсин» (аналог желудочного сока человека) и вареный белок куриного яйца. Пепсин является белком и ферментом. Таблетка «Ацидин-пепсина» растворялась в кипяченой воде, куда помещался вареный белок куриного яйца. Эксперимент проводился при разных температурах. Фиксировалось время, за которое произойдет полное расщепление белка яйца до частиц, незаметных глазу.
По результатам эксперимента построен график зависимости скорости биологической реакции от температуры (Рис. 3).
Рис. 3. График зависимости скорости биологической реакции от температуры
Скорость биологической реакции не имеет линейной зависимости от температуры: полученный график — кривая, показывающая, что оптимум биологической реакции находится в диапазоне температур 36–42 °С. При более высоких температурах скорость реакции резко уменьшается из-за денатурации белка. Значит, те биологические процессы, в которых участвуют ферменты, протекают в небольшом интервале температур [2].
Следовательно, изменение температуры среды влияет на скорость протекания химической реакции. Однако, неорганические и биологические реакции имеют разные зависимости скорости от температуры. Скорость неорганической реакции возрастает с увеличением температуры, а биологические процессы имеют определенный интервал температур, когда реакция протекает с максимальной скоростью. Таким образом, проведенные исследования показали, что скоростью любой химической реакции можно управлять, изучив ее особенности. Знание зависимости скорости протекания химической реакции от температуры имеет большое научное и практическое значение.
Известно, что учение о скоростях химических реакций не до конца изучено человеком. Исследования в этой интересной и важной области перспективны для новых научных разработок.
Литература:
- Аликберова Л. Ю. Занимательная химия. — М.: АСТ-ПРЕСС, 1999. — 560 с.: ил.
- Термохимия. Химическая кинетика и катализ. [Электронный ресурс] Intranet.tdmu.edu.ua/data/kafedra/internal/distance/lectures_stud/русский/1 %20курс/Медицинская %20химия/09. %20Термохимия. %20Химическая %20кинетика %20и %20катализ.htm
