Faktor yang mempengaruhi kadar tindak balas

Halaman ini meliputi satu standard kandungan Tingkatan 4 sahaja: faktor yang mempengaruhi kadar tindak balas. Ia dibina daripada konsep kadar dalam standard sebelumnya dan menyediakan anda untuk teori perlanggaran, iaitu penerangan kepada segala yang di bawah. Di sini tugasnya ialah mengetahui setiap faktor, mengetahui arah ia menggerakkan kadar, dan berupaya mereka bentuk eksperimen adil yang menguji satu faktor pada satu masa.

Lima faktor

Terdapat lima faktor yang mesti anda tahu untuk peperiksaan:

1. Kepekatan bahan tindak balas dalam larutan.
2. Tekanan bahan tindak balas yang berupa gas.
3. Suhu campuran tindak balas.
4. Jumlah luas permukaan bahan tindak balas pepejal (dikawal oleh saiz zarah).
5. Mangkin, bahan yang mengubah kadar tanpa dirinya digunakan.

Bagi empat yang pertama, menambah faktor menambah kadar; bagi mangkin positif, menambahnya menaikkan kadar. Setiap satu ialah topik kegemaran Kertas 2, jadi pelajari kedua-dua kesan dan sebabnya.

Kepekatan

Semakin tinggi kepekatan bahan tindak balas terlarut, semakin laju tindak balas. Terdapat lebih banyak zarah bahan tindak balas dalam setiap unit isipadu, jadi tindak balas seperti magnesium dengan asid hidroklorik melaju apabila asid yang lebih pekat digunakan. Pada graf isipadu gas melawan masa, kepekatan lebih tinggi memberi lengkung yang lebih curam pada permulaan.

Tekanan (untuk gas)

Bagi tindak balas antara gas, menambah tekanan menolak zarah gas lebih rapat, ia sebenarnya menambah kepekatannya, jadi kadar bertambah. Tekanan hanya penting apabila sekurang-kurangnya satu bahan tindak balas ialah gas; ia tiada kesan pada tindak balas antara pepejal dan larutan.

Suhu

Menaikkan suhu menambah kadar dengan kuat. Zarah memperoleh tenaga kinetik dan bergerak lebih laju. Suhu diperiksa dalam eksperimen klasik natrium tiosulfat + asid hidroklorik: semakin tinggi suhu, semakin pendek masa untuk mendakan sulfur melindungi pangkah yang dilukis di bawah kelalang, yang bermaksud kadar lebih laju.

Luas permukaan (saiz zarah)

Bagi bahan tindak balas pepejal, memecahkannya kepada kepingan lebih kecil atau serbuk menambah jumlah luas permukaan yang terdedah kepada bahan tindak balas lain, jadi kadar bertambah. Serbuk kalsium karbonat bertindak balas dengan asid lebih laju daripada jisim yang sama ketulan marmar besar. Perhatikan bahawa luas permukaan lebih besar datang daripada saiz zarah lebih kecil, pelajar sering mengelirukan arahnya.

Mangkin

Mangkin melajukan tindak balas tanpa dirinya digunakan secara kekal. Mangan(IV) oksida, MnO₂, memangkinkan penguraian hidrogen peroksida kepada air dan oksigen. Mangkin diperoleh semula tanpa perubahan jisim pada akhir, dan ia tidak mengubah amaun hasil yang terbentuk, hanya betapa cepat ia terbentuk. Mangkin dikaji sepenuhnya dalam standard seterusnya.

Contoh penyelesaian

Soalan. Dua eksperimen bertindak balas kalsium karbonat berlebihan dengan 50 cm³ asid hidroklorik 1.0 mol dm⁻³ pada suhu yang sama. Dalam Eksperimen A karbonat ialah satu ketulan besar; dalam Eksperimen B ia serbuk halus dengan jumlah jisim yang sama. (a) Nyatakan eksperimen yang mempunyai kadar awal lebih tinggi. (b) Nyatakan bagaimana isipadu akhir karbon dioksida dibandingkan. (c) Terangkan jawapan anda kepada (b).

Langkah 1, Kenal pasti apa yang berubah. Hanya saiz zarah (luas permukaan) yang berbeza; amaun asid dan kepekatannya adalah sama.

Langkah 2, Tentukan kesan pada kadar. Serbuk (Eksperimen B) mempunyai jumlah luas permukaan lebih besar, jadi kadar awalnya lebih tinggi, lengkungnya lebih curam pada permulaan.

Langkah 3, Tentukan isipadu akhir. Isipadu akhir gas adalah sama dalam kedua-dua eksperimen.

Langkah 4, Terangkan isipadu akhir. Asid ialah bahan tindak balas penghad (karbonat berlebihan), dan kedua-dua eksperimen menggunakan amaun asid yang sama. Amaun asid yang sama menghasilkan bilangan mol karbon dioksida yang sama, jadi jumlah isipadu gas adalah serupa; hanya kelajuan mencapainya berbeza.

Jawapan. (a) Eksperimen B (serbuk) mempunyai kadar awal lebih tinggi. (b) Isipadu akhir karbon dioksida adalah sama dalam kedua-duanya. (c) Kerana amaun asid yang sama bertindak balas dalam setiap satu, bilangan mol CO₂ yang sama dihasilkan; luas permukaan mengubah kadar, bukan kuantiti hasil.

Soalan latihan

Soalan. Seorang pelajar menyiasat bagaimana suhu mempengaruhi kadar tindak balas antara larutan natrium tiosulfat dan asid hidroklorik cair dengan mengukur masa untuk pangkah di bawah kelalang hilang. Pada 30 °C masa ialah 60 s; pada 50 °C ia 25 s. (a) Nyatakan suhu yang memberi tindak balas lebih laju. (b) Terangkan mengapa. (c) Namakan satu pemboleh ubah yang mesti dimalarkan untuk ujian adil.

Jawapan. (a) 50 °C memberi tindak balas lebih laju, kerana pangkah hilang dalam masa lebih pendek (25 s berbanding 60 s). (b) Pada suhu lebih tinggi zarah mempunyai lebih tenaga kinetik dan bergerak lebih laju, jadi mendakan sulfur terbentuk lebih cepat. (c) Mana-mana satu daripada: kepekatan dan isipadu larutan natrium tiosulfat, kepekatan dan isipadu asid, atau kedalaman/saiz pangkah, dikekalkan sama supaya hanya suhu diubah.

Petua peperiksaan

Apabila soalan membandingkan dua eksperimen, tanya dahulu faktor tunggal mana yang diubah dan semak bahawa segala yang lain adalah sama, itulah disiplin ujian adil yang dicari pemeriksa. Kemudian ingat perbezaan penting: mengubah kepekatan, tekanan, suhu atau luas permukaan mengubah kadar (betapa curam graf dan betapa awal ia selesai), tetapi jika amaun bahan tindak balas penghad tidak diubah, isipadu atau jisim akhir hasil adalah sama. Terlepas pandang ini membawa kepada jawapan salah klasik bahawa tindak balas lebih laju “menghasilkan lebih banyak gas”.

Mereka bentuk eksperimen adil

Seluruh tujuan standard ini ialah perbandingan terkawal. Untuk menguji kepekatan, anda kekalkan suhu, isipadu, dan amaun serta bentuk mana-mana pepejal sama, dan ubah hanya kepekatan. Untuk menguji luas permukaan, anda kekalkan kepekatan, isipadu dan suhu tetap dan ubah hanya saiz zarah. Kuantiti yang diukur, isipadu gas, kehilangan jisim, atau masa ke kekeruhan tetap, mesti direkod dengan cara sama setiap kali. Apabila anda menulisnya, namakan pemboleh ubah dimanipulasi (faktor yang anda ubah), pemboleh ubah bergerak balas (kadar, atau kuantiti yang daripadanya kadar diperoleh) dan sekurang-kurangnya satu pemboleh ubah dimalarkan, tepat seperti yang anda belajar dalam bab Pengenalan kepada Kimia.

Kedudukan dalam bab

Ini standard kandungan 7.2 bab Kadar Tindak Balas. Ia menyatakan apa yang mengubah kadar; standard seterusnya, teori perlanggaran, menerangkan mengapa. Kukuhkannya dengan nota ulang kaji bab dan uji diri anda pada soalan latihan. Dalam kelas 1-ke-1 Kimia SPM dalam talian kami, diajar dalam bahasa Inggeris, dari RM50/jam, guru satu-ke-satu boleh menyemak bahawa jawapan ujian adil anda sentiasa mengasingkan kadar daripada kuantiti akhir, iaitu kesilapan paling lazim dalam standard ini.

Ringkasan pantas

• Lima faktor: kepekatan, tekanan, suhu, luas permukaan, mangkin.
• Menambah kepekatan, tekanan, suhu atau luas permukaan menambah kadar.
• Zarah lebih kecil → luas permukaan lebih besar → tindak balas lebih laju.
• Mengubah faktor mengubah kadar, bukan amaun hasil (jika bahan tindak balas penghad tidak diubah).