無處不在的化學-化學動力學

2020-12-06 初中化學大師

我們知道,炭在空氣中燃燒會生成二氧化碳,這是一種化學反應。

C+O2=CO2

當我們往快要熄滅的爐子裡加木柴或加煤炭時,火會燒的更旺,這是因為增加了炭;風會使火災加劇,是因為帶來了新鮮的氧氣。化學反應中,任何一種反應物過量,都會使反應的速度加快。那麼我們如果要滅火呢,是需要降低反應速度,而往火堆上倒沙子的行為,正是是把炭和氧氣隔絕開,這樣一種反應物就被大大減少了,這樣就造成了火的熄滅。

在面對森林火災時,消防員們有的時候會設置隔離帶,將一片的樹木砍伐掉移開,或者挖出一條溝壑,當火燃燒過來時,由於沒有可以燃燒的東西,換句話說,反應物炭被減少到沒有了,反應速度就下降到0了,炭不進行燃燒,於是火就熄滅了。

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範特霍夫與化學動力學

關於化學反應的快慢的研究叫做化學動力學。一百多年前,荷蘭化學家範特霍夫對化學動力學進行了細緻的研究和反覆的觀察、思考,最終出版了《化學動力學研究》這本著作。他因為化學動力學和溶液滲透壓的獨創性研究,獲得了1901年的第一屆諾貝爾獎。

著名的van’t Hoff方程

化學動力學跟我們的生活息息相關。仔細看我們買回家的藥品上面,是不是都有一個有效期?過了有效期再使用,可能不僅無法治好我們的病,還會危害到我們的健康。這是因為,在有效期內,雖然藥品也在不斷地反應降解,卻始終在安全使用的範圍內。而在合適保管條件下進行貯存,如在避光、陰涼或者乾燥處儲存藥品,也是為了減緩它們的反應速度,使藥品不會這麼快失效。

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化學反應是一次賽馬

化學動力學到底是什麼呢,簡單地說就是研究化學反應速度和機理的學科。反應速度跟我們平時說的速度很像,速度是表示在一段時間內走過的路程,而它是表示在一段時間內反應的化合物的數量。

化學反應的速率與很多因素有關,通過之前說炭的燃燒時,我們了解了反應物的多少會對反應的速度有影響,但除了反應物的多少,還有其他因素會影響反應的速度哦。

一個化學反應我們可以把它比作一次賽馬,反應物就是小馬,一匹小馬到達終點時說明這個反應物完成了反應。

但因為道路並沒有這麼寬,而我們有很多小馬,所以小馬並不是一起出發的,而是會一批接一批地到達終點。當我們增加反應物時,小馬增多了,同時出發的小馬也增多了,所以在相同的時間裡到達終點的小馬也變多了。這時想一想我們對反應速度的定義,相同時間內到達終點的反應物增多了是不是就意味著反應速度變快了呢?

但有的小馬因為力氣不夠,所以跑到一半就沒體力了,無法到達終點,就只能灰溜溜地回到起點重新開始賽程。

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其他影響化學動力學的因素

能量的影響

有沒有注意到平時燒開水的時候,當水快要沸騰時,會有氣泡產生並且隨著溫度的升高,冒出的氣泡會越來越多,這是為什麼呢?我們沒有改變反應物的量,但是反應速率卻變快了,這是因為我們給這個反應提供了能量。那提供能量有什麼用呢?

大家有沒有聽過一句話,叫作「要叫馬兒跑,得叫馬兒多吃草」。提供能量的過程,就是給小馬餵草的過程,小馬吃了草,就有體力了,就不會在途中停下,所以在一段時間內到達終點的小馬也就變多了,反應速度也就隨之變快。

神奇的催化劑

除此之外,催化劑也是影響化學反應的重要因素。當在一個反應中加入了催化劑,就好比在賽道上開出了一條捷徑。馬兒通過走捷逕到達終點,走的路程少了,消耗的體力就少了,所以原本跑不到終點的馬兒也能通過走捷逕到達終點。這樣一來,相同時間內到達終點的馬兒便大大增加了,反應速度也就變快了。

催化劑雖然很神奇但並不是什麼很神秘的東西,在我們平時的生活中也很常見。酶就是生活中常見的一種催化劑,在我們的口水中就含有豐富的唾液澱粉酶,它能幫助我們把吃進去的澱粉(比如米飯和玉米)在嘴裡進行初步地分解,幫助我們更好地吸收。

(澱粉水解公式)

化學動力學與我們的生活息息相關,他並不神秘,但需要我們用更細緻的視角和更靈敏的思維去觀察生活中的方方面面,大家有發現自己身活中的例子嗎?歡迎在評論區留言。

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