每次你把牛奶放进冰箱、用小柴枝而不是一根大木头来生火,或者等着面团发起来,你其实都在控制一个反应速率。这一章是 SPM化学里最贴近生活的章节之一,因为它的五个因素,都是你早已不假思索就在调整的东西。
这篇文章带你看看反应速率这一章落在日常生活的哪些地方,并把每个例子都连回你必须在考场上写出来的那套理论。
「速率」到底量的是什么
反应速率,指的是反应物消耗、或生成物产生的快慢。在 SPM 里,你把它量成「某个可测量的变化量除以时间」,每秒放出的气体体积、每分钟减少的质量,或是烧杯底下一个叉号消失所需的时间。
一段时间内的平均速率,就是总变化量除以总时间;而任一瞬间的速率,则可以从图的斜率读出来。下面这一切,说到底都是在让这个数字变快或变慢。
碰撞理论,一切背后的那个念头
这一章建立在一个模型上:反应之所以发生,是因为粒子碰撞时带有足够的能量,也就是活化能,并且取向正确。让反应变快,就是在增加每秒有效碰撞的次数。
下面每一个日常小窍门,做的正是这件事,或者它的反面。
温度:冰箱与高压锅
热让粒子动得更快,于是碰撞更频繁,而且关键是,带着更多能量。这就是为什么高压锅能在平常几分之一的时间里把咖喱煮好,也是为什么食物摆在马来西亚的热天里,到了午饭时分就馊了。
反过来,你就得到了冰箱:降温减慢了细菌和酶用来分解食物的那些反应,于是牛奶和鱼能存放好几天,而不是几小时。冷冻室则把它们减得更慢。
这些在实验室里都可以精确测量,见温度对反应速率的影响实验。
浓度:浓茶与浓漂白水
越浓的溶液,同样的空间里粒子越多,于是碰撞更频繁。浓漂白水去污比稀释过的快;一杯浓茶把水染色更迅速;实验室里稀酸在同一块大理石上冒泡,也比浓酸慢。
这正是经典的硫代硫酸钠与盐酸实验背后的因素,浓度越高,硫沉淀得越快,叉号也消失得越早。
表面积:碎肉与面粉尘
把固体弄成更小的块,你就暴露出多得多的表面来碰撞。剁碎或切薄的肉,比一整块熟得快;糖以细粒溶解、反应,都比一整块快;小柴枝和刨花,远在一根粗木头之前就烧着了。
它最戏剧性的版本,是磨坊里面粉或木屑的粉尘爆炸,同样的面粉,装在袋子里烧得很慢,一旦表面积散布到空气中,反应起来却是爆炸性的。在实验室里,碳酸钙粉末跟酸反应,也比大理石碎块快得多。
催化剂:酶、酵母和你的车
催化剂通过提供一条活化能更低的路径来加快反应,而且它本身不被消耗。你的身体里满是催化剂:酶能在几秒内消化食物,否则要花上长得多的时间。
生物洗衣粉里含有酶,能在低温下分解蛋白质和油脂污渍,省下能源。酵母催化发酵,让面包发起、让 tapai 酿成。
而在你车子底下,装着一个催化转化器,铂系金属在那里加速把有毒的废气转化成危害较小的气体。在实验室里,二氧化锰催化过氧化氢分解成水和氧气,自己却不被消耗。
压力:多半是工业里的故事
对于气体之间的反应,提高压力会把粒子挤得更近,从而提高碰撞频率,效果跟浓度一样。这一点在家里不太碰得到,但它是氨气制造等工业过程的核心,高压有助于把反应往前推。
把厨房里的直觉变成分数
这一章的妙处在于,直觉你早就有了;考试不过是要你用碰撞理论的语言把它讲出来。答速率题时,永远先点出是哪个因素,再说清楚它为什么会改变每秒碰撞的次数或能量。
「温度较高,所以粒子动得更快、碰撞更频繁而且能量更大,于是超过活化能的碰撞更多」,这样一句完整的解释,才是拿分的写法。也要练习从图上读出速率,用平均反应速率的方法。
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