Nota ulang kaji: Kadar Tindak Balas

Nota ini mengerjakan bab Kadar Tindak Balas satu standard kandungan pada satu masa, supaya anda boleh mengulang kaji setiap bahagian dan menyemak bahawa anda mempunyai definisi dan rantaian teori perlanggaran yang diharapkan skema pemarkahan. Simpan ia di sebelah soalan kertas lepas dan gunakannya untuk mengesahkan jawapan anda.

7.1 Konsep kadar tindak balas

Kadar tindak balas ialah perubahan kuantiti bahan tindak balas atau hasil tindak balas per unit masa. Oleh sebab sesuatu tindak balas boleh diikuti melalui apa sahaja yang berubah semasa ia berlaku, anda boleh mengukur kadar dengan beberapa cara: isipadu gas yang dibebaskan (menggunakan picagari gas), kehilangan jisim (menggunakan neraca elektronik), masa yang diambil untuk kuantiti mendakan yang tetap terbentuk, atau perubahan warna, pH atau kekonduksian. Apa pun kaedahnya, kadar mempunyai unit kuantiti dibahagikan dengan masa, contohnya cm³ s⁻¹, g s⁻¹ atau mol dm⁻³ s⁻¹.

Dua kadar yang perlu dibezakan. Kadar purata bagi sesuatu tempoh ialah jumlah perubahan dibahagikan dengan jumlah masa. Kadar serta-merta pada sesuatu detik ialah kecerunan lengkung pada titik itu. Peperiksaan bertanya kedua-duanya, jadi baca soalan dengan teliti.

Satu tindak balas klasik yang boleh diukur ialah natrium tiosulfat dengan asid cair, di mana sulfur membentuk mendakan keruh; anda menyukat masa yang diambil oleh tanda di bawah kelalang untuk hilang, dan kadar berkadar terus dengan 1 ÷ masa.

7.2 Faktor yang mempengaruhi kadar tindak balas

Empat faktor diperiksa berulang kali, dan anda mesti boleh menamakan setiap satu dan meramalkan kesannya:

• Kepekatan larutan, kepekatan yang lebih tinggi memberi kadar yang lebih cepat.
• Suhu, suhu yang lebih tinggi memberi kadar yang lebih cepat.
• Luas permukaan (jumlah luas terdedah bagi pepejal, jadi saiz zarah yang lebih kecil atau serbuk), luas permukaan yang lebih besar memberi kadar yang lebih cepat.
• Mangkin, mangkin yang sesuai memberi kadar yang lebih cepat.

Bagi gas, menaikkan tekanan memberi kesan yang serupa dengan menaikkan kepekatan. Kemahiran yang penting bukan sekadar menyenaraikan faktor tetapi menerangkan setiap satu melalui idea yang sama, teori perlanggaran, yang menjadi teras bab ini.

7.3 Teori perlanggaran

Teori perlanggaran ialah satu-satunya penerangan yang dikehendaki peperiksaan bagi keempat-empat faktor, jadi pelajarinya dengan tepat. Dakwaannya ialah:

• Zarah mesti berlanggar sebelum ia boleh bertindak balas.
• Hanya sesetengah perlanggaran membawa kepada tindak balas. Perlanggaran yang berjaya ialah perlanggaran berkesan, zarah yang berlanggar mesti mempunyai tenaga sama dengan atau lebih besar daripada tenaga pengaktifan dan mesti berlanggar dengan orientasi yang betul.
• Tenaga pengaktifan ialah tenaga minimum yang mesti dimiliki oleh zarah yang berlanggar supaya perlanggaran itu berkesan.
• Kadar tindak balas bergantung pada kekerapan perlanggaran berkesan, berapa banyak perlanggaran berkesan berlaku per unit masa.

Rantaian yang mendapat markah. Setiap penerangan harus berakhir dengan “…jadi kekerapan perlanggaran berkesan meningkat, dan kadar meningkat.” Jawapan yang berhenti pada “lebih banyak perlanggaran” tidak lengkap.

Sekarang terapkan rantaian ini pada setiap faktor. Kepekatan lebih tinggi: lebih banyak zarah bahan tindak balas hadir dalam isipadu yang sama, jadi perlanggaran lebih kerap, jadi perlanggaran berkesan lebih kerap, jadi kadar meningkat. Suhu lebih tinggi: zarah bergerak lebih laju dan mempunyai lebih tenaga kinetik, jadi ia berlanggar lebih kerap dan pecahan perlanggaran yang lebih besar mempunyai tenaga melebihi tenaga pengaktifan, kedua-duanya menaikkan kekerapan perlanggaran berkesan, jadi kadar meningkat. Luas permukaan lebih besar: lebih banyak zarah pepejal terdedah di permukaan, jadi perlanggaran dengan bahan tindak balas yang lain lebih kerap, jadi perlanggaran berkesan lebih kerap, jadi kadar meningkat. Mangkin: ia menyediakan laluan alternatif dengan tenaga pengaktifan yang lebih rendah, jadi pecahan perlanggaran yang lebih besar kini berkesan, jadi kadar meningkat.

7.4 Mangkin dalam tindak balas

Mangkin ialah bahan yang mengubah kadar tindak balas kimia sementara ia sendiri kekal tidak berubah secara kimia pada akhirnya. Dalam bab ini anda berurusan terutamanya dengan mangkin positif, yang mempercepatkan tindak balas. Ingat ciri-ciri ini:

• Ia berfungsi dengan menyediakan laluan tindak balas alternatif dengan tenaga pengaktifan yang lebih rendah; ia tidak mengubah bahan tindak balas atau hasil, dan ia tidak menjadikan lebih banyak hasil terbentuk.
• Jisim dan komposisi kimianya sama pada akhir seperti pada permulaan, jadi ia boleh diperoleh semula dan digunakan semula. Bentuk fizikalnya mungkin kelihatan berbeza, tetapi secara kimia ia tidak berubah.
• Biasanya hanya kuantiti kecil diperlukan, dan mangkin selalunya khusus kepada tindak balas tertentu.

Contoh lazim untuk dipetik ialah mangan(IV) oksida dalam penguraian hidrogen peroksida, ferum dalam proses Haber, vanadium(V) oksida dalam proses sentuh, dan enzim sebagai mangkin biologi. Pada profil tenaga, mangkin merendahkan “bukit” yang mesti didaki zarah, itulah sebabnya lebih banyak perlanggaran dapat melepasinya.

7.5 Pengiraan kadar dan graf

Kebanyakan graf kadar memplot isipadu gas (atau jisim kelalang) melawan masa. Lengkung menaik dengan curam pada mulanya, kemudian membengkok dan mendatar ke suatu plato.

• Kecerunan pada mana-mana titik ialah kadar pada detik itu. Ia paling curam pada permulaan, kerana kepekatan bahan tindak balas paling tinggi dan perlanggaran berkesan paling kerap.
• Kecerunan berkurangan apabila bahan tindak balas digunakan, dan menjadi sifar pada plato, di mana tindak balas telah berhenti.
• Kadar purata = jumlah isipadu gas ÷ jumlah masa yang diambil.
• Ketinggian plato menunjukkan jumlah hasil, yang bergantung pada kuantiti bahan tindak balas penghad, bukan pada kadar.

Membaca dua lengkung. Kecerunan awal yang lebih curam bermakna tindak balas lebih cepat. Jika dua eksperimen menggunakan kuantiti bahan tindak balas penghad yang sama, kedua-duanya mencapai plato yang sama walaupun satu lebih cepat; plato yang lebih tinggi bermakna lebih banyak bahan tindak balas digunakan. Perbandingan ini soalan graf yang sangat lazim.

Bagi gas, anda boleh meramalkan isipadu maksimum daripada mol: isipadu = mol gas × isipadu molar, menggunakan Isi padu molar gas ialah 24 dm³ mol⁻¹ pada keadaan bilik.

Cara menggunakan nota ini

Ulang kaji satu standard kandungan pada satu masa dan sebut rantaian teori perlanggaran dengan lantang sehingga automatik. Untuk 7.1, senaraikan kuantiti yang boleh diukur dan unitnya. Untuk 7.2, namakan empat faktor dan arah kesannya. Untuk 7.3, tulis rantaian penuh bagi setiap faktor. Untuk 7.4, hafal definisi mangkin perkataan demi perkataan. Untuk 7.5, lakar lengkung isipadu-masa dan labelkan di mana kadar paling cepat, di mana ia semakin perlahan, dan di mana ia sifar. Kemudian cuba soalan latihan dan tanda diri anda mengikut definisi ini.

Seorang guru satu-ke-satu boleh menyemak bahawa setiap jawapan faktor berakhir dengan “kekerapan perlanggaran berkesan”, tempat pelajar paling kerap kehilangan markah dalam bab ini. Kerana idea kadar kembali dalam proses industri dan dalam keseimbangan Tingkatan 5 merentasi Kimia SPM, mengukuhkan teori perlanggaran sekarang membayar balik kemudian.

Butiran penyelesaian: mengapa serbuk bertindak balas lebih cepat daripada ketulan

Andaikan jisim kalsium karbonat yang sama bertindak balas dengan asid cair, sekali sebagai satu ketulan dan sekali sebagai serbuk halus. Serbuk mempunyai jumlah luas permukaan yang jauh lebih besar, jadi lebih banyak zarah karbonat terdedah kepada asid. Lebih banyak zarah terdedah bermakna perlanggaran antara asid dan karbonat lebih kerap, jadi perlanggaran berkesan lebih kerap, jadi kadar awal lebih tinggi, lengkung serbuk menaik lebih curam. Kerana jisim karbonat adalah sama, kedua-duanya mencapai isipadu akhir karbon dioksida yang sama; hanya kelajuan berbeza. Berupaya memisahkan “berapa cepat” (kecerunan) daripada “berapa banyak” (plato) ialah tepatnya perbezaan yang dihargai peperiksaan.