分子间反应与分子内反应速度差异

  • 投稿雪歌
  • 更新时间2015-09-23
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刘丁豪

(武冈市展辉中学高中部,湖南 武冈 422400)

【摘 要】化学反应就是反应物分子中原子重新组合,形成新的分子。化学反应发生的首先条件是反应物分子要充分接触,要具有足够能量,发生有效碰撞。影响化学反应速度的因素有:浓度、温度、压强、催化剂。对影响化学反应速度的因素从反应原理上进行讨论,得出了在相同条件下,分子内反应比分子间反应速度要快得多。并以炸药威力比火药爆炸威力巨大差异为例进行了论证。

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关键词 反应速度;分子间反应;分子内反应;炸药;火药

1 化学反应概念及特征

化学反应就是反应物分子中原子重新组合,形成新的分子。化学反应发生的首先条件是反应物分子要充分接触,要具有足够能量,发生有效碰撞。影响化学反应速度的因素有:浓度、温度、压强、催化剂。浓度、压强越大,反应物分子接触的机会越多;温度升高,分子运动速度快,动能增大,发生有效碰撞的机会就增多;催化剂可以减弱反应物分子中共价键,使共价键易于断裂,从而达到降低反应活化能之目的。在化学反应中,常常使用溶剂,而且必须搅拌。溶剂的作用就是破坏反应物分子间作用力,将反应物分散成分子状态。搅拌就是使反应物分子或离子充分混合,达到充分接触。有些强极性溶剂还可以破坏反应物分子内作用:共价键、离子键,使分子电离成离子。对于固体与液体的反应,固体颗粒越小,反应速度越快;反之越慢。

2 复分解反应概念及反应速度

复分解反应是由两种化合物,通过互相交换成分并生成两种新化合物的反应,模式为AB+CD→AD+CB。它是基本类型的化学反应之一。复分解都不是氧化还原反应(有些反应是复分解产物再发生氧化还原,而不是复分解的结果)。上图是一个复分解反应示例。图中的各种物质组成元素、原子团的化合价在反应前后保持不变。有机化学中的类似反应为取代反应。

有些反应有两种或两种以上反应物,是化合或复分解反应,是不同分子间反应;有些反应只有一种反应物,是分解反应,是同一分子内反应。那么,在相同条件下,分子间反应和分子内反应速度是否相同?

不同分子间反应,一种反应物分子共价键被破坏后形成的自由基或阴阳离子必须与另一种反应物分子共价键破坏后形成的自由基或阴阳离子碰撞才能形成新的分子,如果,它们自身发生碰撞,那么,又会变回原来的反应物分子;而分子内反应,分子中参与反应的共价键不需要完全断裂,只要被减弱后,邻位的原子间就能反应,彼此不需要进行碰撞。所以,在相同条件下,分子间反应比分子内反应速度要慢。

3 以火药与炸药的反应速度来说明分子内反应与分子间反应速度的差异

火药,中国四大发明之一。人类文明史上的一项杰出的成就。但是19世纪中叶,西方国家发明的炸药,其威力比我国的火药强得多。西方国家的炸药炸开了我们的国门,清朝末的几十年来,中国一直受西方国家欺凌。但到目前为止,还未见文献从化学原理上解释炸药比火药威力强的原因。

爆炸是快速的化学反应,是在极短的时间内产生大量的气体,在爆炸中心形成数千甚至几十万个大气压的强大压力,并产生几千度的高温。

火药的成分是硫磺、木炭、硝酸钾;炸药的成分一般为硝基化合物,如TNT是三硝基甲苯,其他高能炸药如黑索金,奥克托金也都是硝基化合物。

火药爆炸时,硝酸钾KNO3在高温分解产生的游离氧与硫磺S、木炭C反应形成二氧化硫SO2、二氧化碳CO2。反应式表示如公式1:

炸药中硝基在高温时会分解产生游离氧原子,它与分子中C、H 反应,形成二氧化碳和水。炸药TNT爆炸反应式表示如公式2:

公式1:

公式2:

炸药的威力比火药强,这表明它的反应速度比火药快得多,其原因是由于它是分子内反应,硝基分解产生的游离氧原子一旦产生,就能立即与邻近的碳原子或氢原子进行反应;而火药是分子间反应,反应速度比炸药慢得多。

化学是一门探索学习的科目,在实验中学习理论知识,根据现象得出实验的结论,在牢固掌握基本知识的基础上了解化学原理。从而对学习化学产生浓厚的兴趣。

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[责任编辑:刘展]