V. Oxi Lưu huỳnh lí thuyết về phản ứng hoá học
8. Tốc độ phản ứng hoá học
Các phản ứng hoá học xảy ra nhanh chậm khác nhau, ta nói phản ứng xảy ra với tốc độ khác nhau. Có phản ứng xảy ra trong hàng nghìn năm, như sự chuyển hoá đá granit thành đất sét. Tốc dộ phản ứng hóa học được đo bằng sự thay đổi nồng độ của một chất tham gia phản ứng trong một đơn vị thời gian, thường biểu thị bằng sôốmol/l trong một giây (mol/l.s).
Ví dụ phản ứng oxi hoá SO2 thành SO3 :
2SO2 + O2 = 2SO3
Nếu nồng độ ban đầu của SO2 là 0,03 mol/l, sau 30 giây nồng độ của nó là 0,01 mol/l thì tốc độ của phản ứng này trong khoảng thời gian đó bằng :
Một cách tổng quát, tốc độ của phản ứng hoá học được tính theo công thức :
trong đó, v : tốc độ phản ứng
C1 : nồng độ ban đầu của một chất tham gia phản ứng (mol/l). C2 : nồng độ của chất đó (mol/l) sau t giây (s) xảy ra phản ứng
∆C = C1 - C2
Tốc dộ của phản ứng hoá học phụ thuộc vào bản chất của những chất tham gia phản ứng và những điều kiện tiến hành phản ứng, quan trọng nhất là : nồng độ các chất tham gia phản ứng, nhiệt độ, sự có mặt của chất xúc tác.
Khi tăng nồng độ các chất tham gia phản ứng, các phân tử va chạm với nhau nhiều hơn trong một đơn vị thời gian nên tốc độ của phản ứng tăng lên. Tốc độ của phản ứng tỉ lệ thuận với nồng độ các chất tham gia phản ứng. Ví dụ tốc độ của phản ứng tạo thành hiđro iotua từ hiđro và hơi iot được tính như sau :
v = k [H2] [I2] Trong đó v : tốc độ phản ứng
[H2] : nồng độ của hiđro, mol/l [I2] : nồng độ của iot, mol/l
k : hệ số tỉ lệ đặc trưng cho mỗi phản ứng, còn gọi là hằng số tốc độ. Ở dạng tổng quát, với phản ứng :
v = k [A] [B]
Để xảy ra phản ứng, các phân tử phải va chạm nhau, tuy không phải va chạm nào cũng gây ra phản ứng.
Khi tăng nhiệt độ, số va chạm có hiệu quả (gây ra phản ứng tăng lên, số lần va chạm giữa các phân tử trong một đơn vik thời gian tăng lên, dẫn đến sự tăng tốc độ phản ứng. Thông thường, khi tăng nhiệt độ 10oC thì tốc độ phản ứng tăng 2 - 3 lần.
Ở phản ứng có chất rắn tham gia, như phản ứng giữa sắt với lưu huỳnh, cacbon với oxi, kẽm với dung dịch axit sunfuric thid tốc độ phản ứng tỉ lệ thuận với độ lớn của bề mặt các chất tham gia phản ứng. Do vậy, để thực hiện phản ứng, các chất rắn thường được nghiền nhỏ để tăng diện tích tiếp xúc giữa các chất phản ứng.
Tốc độ của phản ứng cũng tăng lên khi có mặt chất xúc tác. Có thể thấy rõ điều này qua phản ứng oxi hoá SO2 thành SO3. Nếu chỉ đun nóng hỗn hợp gồm SO2 và O2 thì phản ứng xảy ra rất chậm. Nếu có mặt chất xúc tác (crom oxit Cr2O3 hoặc mangan đioxit MnO2) thì phản ứng xảy ra nhanh. Nếu làm thí nghiệm như mô ta trong hình vẽ, ta sẽ trông rõ anhiđrit sunfuric đi vào bình cầu ở dạng mù (đó là do SO3 gặp hơi nước trong bình cầu, tạo thành những giọt nhỏ axit
sunfuric). Dụng cụ được lắp như hình vẽ. Khi bắt đầu thí nghiệm, ta đốt nóng mạnh crom oxit, sau đó dùng quả bóp cao su để đẩy không khí vào, không khí sẽ mang theo khí sunfurơ. Khi hỗn hợp khí đi qua chất xúc tác đun nóng thì khí sunfurơ bị oxi của không khí oxi hoá và anhiđrit sunfuric được tạo thành.