Veľkosť povrchu a rýchlosť reakcie

 

V domácnostiach sa kedysi často používali na varenie hliníkové hrnce. Ani dlhý čas varenia nespôsobil, že by sa hrniec zapálil. Alobalová fólia však zhorí už v plameni plynového sporáka a hliníkový prášok sa môže už pri izbovej teplote zapáliť a spôsobiť silný výbuch. A práškový hliník sa používa aj ako  raketové palivo.

100 malých kvapôčok má spolu oveľa väčší povrch, ako jedna veľká kvapka „poskladaná“ z týchto 100 kvapôčok.

Ak by sme mali drevenú kocku s veľkosťou strany 2 cm (ako na obr. 1) aká veľká je jej plocha, ktorá je dostupná pre reakciu? Ak by sme kocku rozrezali na 8 kociek a spočítali by sme ich veľkosť ich povrchov, o koľko je ich “spoločný” povrch väčší oproti pôvodnej kocke (s veľkosťou strany 2 cm)?

Obr. 1.: Kocka s veľkosťou strany 2 cm rozdelená na 8 menších (rovnakých) kociek

Vypočítajte aký veľký bude dostupný povrch kocky s veľkosťou strany 2 cm, ak ju budeme rozdeľovať postupne vždy kolmo na 2 polovice (viď tabuľka):

Tabuľka 1: Povrch kocky v cm2 po rozdelení na x častí (x = 2, 4, 8, 16, 32, 64)

Počet rovnakých častí kocky

veľkosť strán  a,b,c

veľkosť povrchu (cm2)

1

2

2

2

 

2

 

 

 

 

4

 

 

 

 

8

1

1

1

 

16

 

 

 

 

32

 

 

 

 

64

 

 

 

 

Ak by sme najväčšiu kocku ponorili do roztoku, tak reakcia by prebiehala len na povrchu. Ak však kocku „rozkrájame“ na menšie kocky, reakcia bude prebiehať na povrchu všetkých menších kociek.

Problém: Ako ovplyvní veľkosť povrchu rýchlosť reakcie?

Pomôcky:

  • ochranné pomôcky,
  • kužeľová banka – 4 ks,
  •  trecia miska s tĺčikom
  • váhy (predvážky alebo digitálne analytické váhy)
  • nožík

Chemikálie:

  • kyselina chlorovodíková (cHCl) = 1 mol.dm–3
  • kúsky uhličitanu vápenatého  približne rovnakej veľkosti a hmotnosti.
 
 

UPOZORNENIE: Pred pokusom si nasaď ochranné okuliare a obleč plášť! Ak sa poleješ chemikáliou, ihneď sa dôkladne umy vodou a zavolaj vyučujúceho.

Pozor: Kyselina chlorovodíková  je žieravina!!!

 

Úloha 1:

  1. Odvážte jeden kúsok CaCO3 a vhoďte ho do 10 cm3 kyseliny.
  2. Opakujte tak, že jeden kúsok rozotriete v trecej miske na jemný prášok (prípadne môžete použiť práškový uhličitan vápenatý – rovnaké množstvo ako vážil kúsok použitý v bode 1).
  3. Pozorujte a diskutujte svoje pozorovania.

Úloha 2:

  1. Prichystajte si 4 kúsky CaCO3 približne rovnakej veľkosti a hmotnosti:
    • 1 kúsok ponechajte v celku
    • 1 rozrežte na polovicu
    • 1 rozrežte na štvrtinky
    • 1 kúsok rozotrite v roztieračke s roztieradlom na jemný prášok

​Odvážte kužeľovú banku, do ktorej ste dali 50 cm3 kyseliny a zvlášť odvážte kúsok CaCO3. Hmotnosti spočítajte a výslednú hodnotu si zaznačte ako počiatočnú hmotnosť (nulový úbytok) .     

  1. Banku s kyselinou položte na digitálne váhy a vhoďte do nej odvážený kúsok uhličitanu a v pravidelných 2 minútových intervaloch zapisujte hmotnosť (úbytok hmotnosti).
  2. Opakujte s 2 polkami, 4 štvrťkami a rozdrveným uhličitanom vápenatým.

 

Tabuľka 2: Úbytok  hmotnosti pri reakcii CaCO3  s kyselinou chlorovodíkovou

Čas (min)

0

2

4

8

12

16

20

CaCO3

(v celku)

 

 

 

 

 

 

 

CaCO3

(rozpolený)

 

 

 

 

 

 

 

CaCO3

(rozštvrtený)

 

 

 

 

 

 

 

CaCO3

(rozdrvený)

 

 

 

 

 

 

 

Pre údaje v tabuľke 3 vypočítaj rýchlosť reakcie pre všetky 3 prípady (v g/min):

Tabuľka 3: Priemerná rýchlosť úbytku hmotnosti pri reakcii CaCO3 s HCl

CaCO3

Rýchlosť reakcie (g/min)

V celku

 

Rozpolený

 

rozštvrtený

 

rozdrvený

 

Zhrnutie:

Diskutujte nasledujúce otázky:

  1. Prečo sa hmotnosť banky s reakčnou zmesou zmenšovala?
  2. V ktorom prípade sa hmotnosť sústavy zmenšovala najrýchlejšie, t.j. rýchlosť úbytku hmotnosti bola najväčšia? Vysvetli!

Doplňte nasledujúce vety:

Ak sa veľkosť častíc zväčší, rýchlosť reakcie sa ................................. . Rýchlosť reakcie pri použití prášku bola ................... krát rýchlejšia ako pri použití najväčšieho kúsku CaCO3.

Ak sa veľkosť častíc zmenší, celkový povrch reaktantov sa ................................ . Z toho vyplýva, že pravdepodobnosť interakcií medzi atómami/molekulami je ................................ a rýchlosť reakcie je ..................................................................

Záver:

Ak rozdelíme kus napr. kameňa na menšie kúsky, zväčší sa jeho povrch, pretože mnohé častice, nachádzajúce sa vo vnútri väčšieho kusa, sa dostanú na povrch. So zvyšovaním dostupnosti povrchu reagujúcej látky sa zvyšuje aj rýchlosť reakcie.

Závislosť rýchlosti od veľkosti povrchu tuhých látok sa často využíva v chemickom priemysle – väčšie kusy sa často drvia na menšie.

Pri konzumovaní potravín treba tiež myslieť na vplyv veľkosti povrchu látok na rýchlosť chemických reakcií. Vysvetli, prečo!


Upozornenie: Obsah autorsky chránený. Pra viac informácii viď sekciu "copyright".