by 
Με αφορμή μια παλαιότερη συζήτηση για την επίδραση της επιφάνειας επαφής στερεού αντιδρώντος στην ταχύτητα και την παρακάτω άσκηση από το βιβλίο των Κονδύλη-Λατζώνη (λίγο αλλαγμένη για να διατυπώσω το ερώτημά μου):
Κόκκοι ΜgCO3(s) αντιδρούν με διάλυμα HCl σύμφωνα με την εξίσωση:
ΜgCO3(s) + 2HCl(aq) → MgCl2(aq) + H2O(ℓ) + CO2(g)
Στο διπλανό σχήμα εμφανίζεται ο όγκος του CO2(g) σαν συνάρτηση του χρόνου, όταν περίσσεια κόκκων MgCO3(s) συγκεκριμένου μεγέθους αντιδράσουν με διάλυμα ΗCl, στις εξής 3 περιπτώσεις:
I. Περίσσεια MgCO3(s) αντιδρά με x mL διαλύματος HCl 1M -> 1
II. Περίσσεια MgCO3(s) αντιδρά με 2x mL διαλύματος HCl 1M -> 2
IIΙ. Περίσσεια MgCO3(s) αντιδρά με x mL διαλύματος HCl 2M -> 3
Η θερμοκρασία είναι η ίδια και στις 3 περιπτώσεις.
Το ερώτημά μου είναι αν η ταχύτητα της αντίδρασης στις περιπτώσεις i-1 και ii-2 μπορούμε να θεωρήσουμε ότι είναι είναι η ίδια, δεδομένου ότι η επιφάνεια επαφής ανά μονάδα μάζας του MgCO3 είναι η ίδια, όπως και η συγκέντρωση του ΗCl.
Καλημέρα Θοδωρή.
Μια "αντίφαση" αναδεικνύεται…
Αν δεχθούμε ίδιες ταχύτητες στις δυο πρώτες περιπτώσεις, δεν θα πρέπει στο διάγραμμα, οι καμπύλες V-t να έχουν την ίδια κλίση;
Καλημέρα Διονύση. Με βάση αυτά που διδάσκουμε, η προσθήκη στερεού αντιδρώντος δεν αυξάνει την ταχύτητα της αντίδρασης, διότι η επιφάνεια επαφής ανά μονάδα μάζας (μέγεθος κόκκων) είναι σταθερή. Έλα όμως που η ποσότητα προϊόντος που παράγεται στο ίδιο χρονικό διάστημα είναι μεγαλύτερη! Κι αυτό διότι αυξάνεται η συνολική επιφάνεια επαφής του στερεού. Αυτό δε σημαίνει μεγαλύτερη ταχύτητα αντίδρασης;
Καλημέρα Θοδωρή και Διονύση.
Αν δεχθούμε ίδιες ταχύτητες στις δύο πρώτες περιπτώσεις οι καμπύλες σε διάγραμμα c-t για το HCI θα ταυτίζονταν, ενώ σε διάγραμμα n(mol)-t, πάλι για το HCI, στη περίπτωση (ΙΙ) θα ήταν ισόχρονη αλλά πιο απότομη σε σχέση με την (Ι). Κάτι ανάλογο συμβαίνει στο εικονιζόμενο διάγραμμα, όπου η καμπύλη στη περίπτωση (ΙΙ) είναι πιο απότομη για τον ίδιο λόγο.
Οι κλίσεις των καμπυλών 1 και 2 ταυτίζονται γιαυί έχουμε σε κάθε χρονική στιγμή ίσες συγκεντρώσεις HCl. Ο όγκος του διοξειδίου του άνθρακα θα είναι διπλάσιος όμως στην καμπλυλη 2 και ο χρόνος που θα ολοκληρωθεί η αντίδραση 2 πολύ μεγαλύτερος αφου θα πρέπει να αντιράσουν περισσότερα mol HCl.
Γεια σας παιδιά.
Αν σας πω ότι μπερδεύτηκα και δεν βγάζω συμπέρασμα διαβάζοντας τις απαντήσεις, θα με πιστεύατε; Αν όχι, ξαναδιαβάστε τις απαντήσεις!!!
Να τα πάρουμε ένα-ένα;
-Θοδωρή γιατί να αυξάνεται η επιφάνεια του στερεού; Έχουμε περίσσεια κόκκων…αλλά σταθερή επιφάνεια.
-Πέτρο, αν αναφερόμαστε σε διάγραμμα με την συγκέντρωση ΗCl να ίσχυαν τα πράγματα όπως τα λες, αν και δεν βλέπω γιατί "στον ίδιο χρόνο"…
-Θεόδωρε αν οι δυο κλίσεις ήταν κάθε στιγμή ίσες (οι δυο καμπύλες ταυτίζονται…) μόλις ολοκληρωθεί η πρώτη, η ταχύτητα είναι πλέον μηδενική. Αλλά τότε πρέπει να αποδεχθούμε και σταμάτημα της 2ης αντίδρασης.
Μήπως δηλαδή το λάθος βρίσκεται στο διάγραμμα που δίνεται, όπου δείχνει τις δύο αντιδράσεις να ολοκληρώνονται στον ίδιο χρόνο;
Καλησπέρα σε όλους.
Έτσι όπως εγώ αντιλαμβάνομαι το πρόβλημα θα πρέπει οι δύο καμπύλες να έχουν την ίδια κλίση την t=0. Στη συνέχεια όμως η ταχύτητα της πρώτης αντίδρασης θα είναι κάθε στιγμή μικρότερη αφού η συγκέντρωση του HCl μειώνεται περισσότερο στο πρώτο διάλυμα για την κατανάλωση ίδιας ποσότητας HCl.
Κάπως έτσι δηλαδή…
Συνεχίζω τη πορεία στην ομίχλη ελπίζοντας να βγω στο ξέφωτο…
Ίσως πρέπει να κάνουμε τη παραδοχή ότι επιτυγχάνουμε ένα ισομορφικά "ομογενοποιημένο" τοπίο για το ετερογενές μείγμα Δ. ΗCI- όμοιοι κόκκοι MgCO3, μέσω συνεχούς ανάδευσης. Τότε σε κάθε σημείο του τοπίου αυτού το ΗCI θα έχει ίσες ευκαιρίες να αντιδράσει με κάποιον από τούς όμοιους κόκκους MgCO3. Επομένως σε κάθε σημείο η ποσότητα σε mol του ΗCI θα μειώνεται ισόποσα μέχρι να μηδενιστεί μέσα σε χρονική διάρκεια Δt. Στην ίδια χρονική διάρκεια θα μηδενιστεί και η συγκέντρωση του ΗCI. Τώρα εφόσον η ταχύτητα είναι ανάλογη με τη συγκέντρωση του ΗCI και τα διαλύματα (Ι) και (ΙΙ) έχουν ίσες συγκεντρώσεις οι καμπύλες τους C(HCI)-t θα ταυτίζονται. Όχι όμως και οι καμπύλες n(mol)HCI-t, αφού, ναι μεν θα καταλήγουν στον ίδιο χρόνο t, ωστόσο η καμπύλη στο διάλυμα (ΙΙ) θα είναι πιο απότομη, γιατί στον ίδιο χρόνο t αντέδρασε διπλάσια ποσότητα mol HCI.
Κάνοντας τώρα ανάλογους συλλογισμούς που αφορούν το αέριο προϊόν CO2, για μεν τις καμπύλες [CO2]-t προκύπτει ταύτιση στα διαλύματα (I) και (II), ενώ προφανώς για τη ποσότητα σε n(mol) ή αέριο όγκο V(CO2), η καμπύλη στο διάλυμα (ΙΙ) είναι πιο απότομη, γιατί στον ίδιο χρόνο t παράχθηκε διπλάσια ποσότητα αερίου CO2.
Μια προσπάθεια εύρεσης της ποσότητας του CO2 σαν συνάρτηση του χρόνου, θεωρώντας τα πάντα σταθερά εκτός της συγκέντρωσης του HCl, έδωσε το παρακάτω αποτέλεσμα που συμφωνεί με τον Πέτρο.
Δηλαδή κάθε χρονική στιγμή η ποσότητα στο (ii) είναι διπλάσια και οι αντιδράσεις τελειώνουν στον ίδιο χρόνο.
Οι καμπύλες σχεδιάστηκαν για k=1 και x=1.
Φίλοι ευχαριστώ για το χρόνο που αφιερώσατε και τις απαντήσεις σας. Φαίνεται λοιπόν ότι οι δύο αντιδράσεις εξελίσσονται με την ίδια ταχύτητα και ολοκληρώνονται στον ίδιο χρόνο.
Να ρωτήσω κάτι ακόμα: Ας υποθέσουμε ότι σε δύο δοχεία έχουμε από 1 λίτρο διαλύματος HCl 0,1 M στο καθένα. Στο πρώτο δοχείο ρίχνουμε ένα δισκίο MgCO3 και στο δεύτερο δοχείο ρίχνουμε δύο δισκία MgCO3, πανομοιότυπα με το πρώτο δισκίο και όλα ταυτόχρονα. Προφανώς τα τρία δισκία θα διαλυθούν στο ίδιο χρονικό διάστημα. Όμως η ποσότητα του ΗCl που θα αντιδράσει στο δεύτερο δοχείο, άρα και η αντίστοιχη συγκέντρωση, θα είναι διπλάσια στο ίδιο χρονικό διάστημα. Η ταχύτητα αντίδρασης στα δύο δοχεία θα είναι η ίδια;
Διορθώνοντας προηγούμενη απάντησή μου, παραθέτω διάγραμμα παραγόμενου CO2 συναρτήσει του χρόνου όταν έχουμε όγκο V και 2V διαλύματος HCl ίδιας αρχικής συγκέντρωσης.