Kodėl aušinimas lėtina reakcijas?
Trumpas atsakymas: Aušinimas lėtina reakcijas, nes dalyvaujančios dalelės juda lėčiau. Lėtesnės dalelės susiduria rečiau ir su mažesne energija, todėl susidaro naujos medžiagos, susidūrimų būna mažiau.
Paprasčiau tariant
Visa materija sudaryta iš mažyčių dalelių, vadinamų atomais ir molekulėmis. Šios dalelės juda greičiau, kai yra šiltos, ir lėčiau, kai yra šaltos. Cheminės reakcijos vyksta, kai dalelės susiduria viena su kita tinkamu būdu.
Jei dalelės juda lėtai, jos susiduria rečiau. Be to, daugeliui reakcijų pradėti reikia minimalaus energijos kiekio; tai vadinama aktyvacijos energija. Žemesnė temperatūra reiškia, kad mažiau susidūrimų turi tiek energijos.
Taigi reakcijos vyksta lėčiau, kai medžiagos atvėsta, nors jos dažnai visiškai nesustoja, nebent yra labai šalta arba specialiu būdu užšalusi kieta būsena.
Mokslinis paaiškinimas
Įvardyti dėsniai / principai: Pagrindinės idėjos yra susidūrimų teorija ir Arrheniuso dėsnis.
Susidūrimų teorija teigia, kad reakcijoms reikalingos dalelės, turinčios pakankamai energijos ir tinkamos orientacijos (atsisukusios viena į kitą), kad jos galėtų reaguoti. Arrheniuso dėsnis aprašo, kaip reakcijos greitis priklauso nuo temperatūros: kylant temperatūrai, didesnė molekulių dalis turi pakankamai energijos, kad įveiktų aktyvacijos energijos barjerą, todėl greitis didėja. Matematikoje ši priklausomybė yra eksponentinė, todėl maži temperatūros pokyčiai gali turėti didelės įtakos daugeliui reakcijų.
Temperatūros mažinimas sumažina ir molekulių kinetinę energiją, ir sėkmingų susidūrimų skaičių per sekundę, todėl greičio konstanta mažėja ir reakcija sulėtėja. Realiose sistemose kiti veiksniai, tokie kaip katalizatoriai, fazė (kieta/skysta/dujos) ir koncentracija, taip pat keičia greitį, tačiau temperatūros poveikis yra vienas svarbiausių chemijos principų.
Kaip mes tai žinome: Chemikai matuoja reakcijos greitį skirtingose temperatūrose ir nustato, kad greitis kinta nuspėjamu būdu, kuris atitinka Arrheniuso sąryšį. Išmatuotų greičio duomenų grafikai (Arrheniuso grafikas) sudaro tiesią liniją, rodančią aiškų ryšį tarp temperatūros ir reakcijos greičio.
Kasdieniai pavyzdžiai
- Maistas šaldytuve genda lėčiau, nes mikrobai ir fermentai, sukeliantys puvimą, žemoje temperatūroje veikia lėčiau.
- Šaltos baterijos žiemą tiekia mažiau energijos, nes jose sulėtėja cheminės reakcijos.
- Ledai šaldiklyje tirpsta lėčiau, nes žema temperatūra sulėtina molekulių tirpimą ir maišymąsi.
- Šviežia mėsa ir vaistai laikomi šaltai, kad sulėtėtų fermentų aktyvumas ir cheminis skaidymasis.
- Rūdys (geležies oksidacija) šaltu oru vyksta daug lėčiau nei šiltu oru.
Praktinis bandymas
Šnypštimas ir temperatūra
Sauga: Jei taškotės, dėvėkite apsauginius akinius; actas yra švelnus, bet venkite patekimo į akis.
Priemonės
- 2 skaidrūs puodeliai
- kepimo soda
- actas
- šiltas vanduo
- šaltas vanduo
- arbatinis šaukštelis
- matavimo šaukštas
Žingsniai
- Į kiekvieną puodelį įberkite 2 arbatinius šaukštelius kepimo sodos.
- Į pirmąjį puodelį įpilkite 1/4 puodelio šilto vandens, o į antrą – 1/4 puodelio šalto vandens, kad ištirptų kepimo soda.
- Greitai įpilkite 1/4 puodelio acto į kiekvieną puodelį tuo pačiu metu ir stebėkite šnypštimą.
- Palyginkite, kuris puodelis šnypščia greičiau ir stipriau. Ką tai rodo: Šiltesnis mišinys reaguoja greičiau ir šnypščia labiau, nes molekulės susiduria dažniau ir su didesne energija.
Svarbūs žodžiai
- Molekulė: Maža atomų grupė, sujungta kartu ir sudaranti medžiagą.
- Aktyvacijos energija: Minimali energija, reikalinga cheminei reakcijai prasidėti.
- Reakcijos greitis: Cheminės reakcijos greitis.
- Susidūrimų teorija: Idėja, kad reakcijos vyksta, kai dalelės susiduria su pakankamai energijos turinčiomis ir tinkama orientacija.
Trumpi klausimai
Ar aušinimas visiškai sustabdo reakcijas?
Paprastai jis jas tik sulėtina; dauguma reakcijų vyksta lėčiau, nebent sąlygos būtų ekstremalios.
Kodėl šaltakraujai gyvūnai šaltu oru elgiasi lėčiau?
Jų kūno chemija ir fermentai žemoje temperatūroje veikia lėčiau, todėl jų raumenys ir procesai veikia lėčiau.
Ar aušinimas kada nors gali pagreitinti reakciją?
Retai; dauguma paprastų reakcijų sulėtėja aušinant, nors temperatūra gali pakeisti tai, kurie produktai susidaro sudėtingose sistemose.