Ρυθμός χημικών αντιδράσεων και εξάρτηση. Ρυθμός χημικών αντιδράσεων

16.10.2019

Φυσική χημεία: σημειώσεις διάλεξης Berezovchuk A V

2. Παράγοντες που επηρεάζουν την ταχύτητα μιας χημικής αντίδρασης

Για ομοιογενείς, ετερογενείς αντιδράσεις:

1) συγκέντρωση αντιδρώντων ουσιών.

2) θερμοκρασία?

3) καταλύτης?

4) αναστολέας.

Μόνο για ετερογενείς:

1) ο ρυθμός παροχής των αντιδρώντων ουσιών στη διεπαφή φάσης.

2) εμβαδόν επιφάνειας.

Ο κύριος παράγοντας είναι η φύση των αντιδρώντων - η φύση των δεσμών μεταξύ των ατόμων στα μόρια των αντιδρώντων.

NO 2 – οξείδιο του αζώτου (IV) – ουρά αλεπούς, CO – μονοξείδιο του άνθρακα, μονοξείδιο του άνθρακα.

Εάν οξειδωθούν με οξυγόνο, τότε στην πρώτη περίπτωση η αντίδραση θα συμβεί αμέσως, μόλις ανοίξετε το καπάκι του δοχείου, στη δεύτερη περίπτωση η αντίδραση παρατείνεται με την πάροδο του χρόνου.

Η συγκέντρωση των αντιδρώντων θα συζητηθεί παρακάτω.

Το μπλε ωχρότητα δείχνει τη στιγμή της καθίζησης του θείου, όσο μεγαλύτερη είναι η συγκέντρωση, τόσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα.

Ρύζι. 10

Όσο μεγαλύτερη είναι η συγκέντρωση του Na 2 S 2 O 3, τόσο λιγότερος χρόνος διαρκεί η αντίδραση. Το γράφημα (Εικ. 10) δείχνει μια ευθέως αναλογική σχέση. Η ποσοτική εξάρτηση του ρυθμού αντίδρασης από τη συγκέντρωση των αντιδρώντων ουσιών εκφράζεται από τον LMA (νόμος της δράσης μάζας), ο οποίος δηλώνει: ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης είναι ευθέως ανάλογος με το γινόμενο των συγκεντρώσεων των αντιδρώντων ουσιών.

Ετσι, βασικός νόμος της κινητικήςείναι ένας πειραματικά καθιερωμένος νόμος: ο ρυθμός μιας αντίδρασης είναι ανάλογος με τη συγκέντρωση των αντιδρώντων, για παράδειγμα: (δηλαδή για μια αντίδραση)

Για αυτήν την αντίδραση H 2 + J 2 = 2HJ - ο ρυθμός μπορεί να εκφραστεί ως αλλαγή στη συγκέντρωση οποιασδήποτε από τις ουσίες. Εάν η αντίδραση προχωρήσει από τα αριστερά προς τα δεξιά, τότε η συγκέντρωση των Η2 και J2 θα μειωθεί και η συγκέντρωση της HJ θα αυξηθεί καθώς προχωρά η αντίδραση. Για τον ρυθμό στιγμιαίας αντίδρασης, μπορούμε να γράψουμε την έκφραση:

Οι αγκύλες δείχνουν συγκέντρωση.

Φυσική έννοια κ-τα μόρια βρίσκονται σε συνεχή κίνηση, συγκρούονται, αποχωρίζονται και χτυπούν τα τοιχώματα του αγγείου. Προκειμένου η χημική αντίδραση να σχηματίσει HJ, πρέπει να συγκρουστούν τα μόρια H2 και J2. Ο αριθμός τέτοιων συγκρούσεων θα είναι μεγαλύτερος, όσο περισσότερα μόρια H 2 και J 2 περιέχονται στον όγκο, δηλ. τόσο μεγαλύτερες είναι οι τιμές [H 2 ] και . Αλλά τα μόρια κινούνται με διαφορετικές ταχύτητες και η συνολική κινητική ενέργεια των δύο μορίων που συγκρούονται θα είναι διαφορετική. Εάν τα ταχύτερα μόρια H 2 και J 2 συγκρουστούν, η ενέργειά τους μπορεί να είναι τόσο υψηλή που τα μόρια διασπώνται σε άτομα ιωδίου και υδρογόνου, τα οποία διαχωρίζονται και στη συνέχεια αλληλεπιδρούν με άλλα μόρια H 2 + J 2 ? 2H+2J, μετά H + J 2 ? HJ + J. Εάν η ενέργεια των συγκρουόμενων μορίων είναι μικρότερη, αλλά αρκετά υψηλή για να αποδυναμώσει τους δεσμούς H – H και J – J, θα συμβεί η αντίδραση σχηματισμού υδροϊωδίου:

Για τα περισσότερα συγκρουόμενα μόρια, η ενέργεια είναι μικρότερη από αυτή που απαιτείται για την αποδυνάμωση των δεσμών στο H 2 και το J 2. Τέτοια μόρια θα συγκρουστούν «αθόρυβα» και επίσης «αθόρυβα» θα διασκορπιστούν, παραμένοντας αυτό που ήταν, H 2 και J 2. Έτσι, όχι όλες, αλλά μόνο μέρος των συγκρούσεων οδηγούν σε χημική αντίδραση. Ο συντελεστής αναλογικότητας (k) δείχνει τον αριθμό των αποτελεσματικών συγκρούσεων που οδηγούν σε αντίδραση σύγκρουσης σε συγκεντρώσεις [H 2 ] = 1 mol. Μέγεθος κ-σταθερή ταχύτητα. Πώς μπορεί η ταχύτητα να είναι σταθερή; Ναι, ομοιόμορφη ταχύτητα ευθύγραμμη κίνησηονομάζεται σταθερά διανυσματική ποσότητα, ίσο με την αναλογίακίνηση ενός σώματος σε οποιαδήποτε χρονική περίοδο στην τιμή αυτού του διαστήματος. Αλλά τα μόρια κινούνται χαοτικά, τότε πώς μπορεί η ταχύτητα να είναι σταθερή; Αλλά σταθερή ταχύτηταμπορεί να γίνει μόνο σε σταθερή θερμοκρασία. Με την αύξηση της θερμοκρασίας, η αναλογία των γρήγορων μορίων των οποίων οι συγκρούσεις οδηγούν σε αντίδραση αυξάνεται, δηλ. αυξάνεται η σταθερά του ρυθμού. Αλλά η αύξηση της σταθεράς ρυθμού δεν είναι απεριόριστη. Σε μια ορισμένη θερμοκρασία, η ενέργεια των μορίων θα γίνει τόσο μεγάλη που σχεδόν όλες οι συγκρούσεις των αντιδρώντων θα είναι αποτελεσματικές. Όταν δύο γρήγορα μόρια συγκρούονται, θα συμβεί μια αντίστροφη αντίδραση.

Θα έρθει μια στιγμή που οι ρυθμοί σχηματισμού 2HJ από H 2 και J 2 και αποσύνθεσης θα είναι ίσοι, αλλά αυτό είναι ήδη μια χημική ισορροπία. Η εξάρτηση του ρυθμού αντίδρασης από τη συγκέντρωση των αντιδρώντων μπορεί να εντοπιστεί χρησιμοποιώντας την παραδοσιακή αντίδραση αλληλεπίδρασης ενός διαλύματος θειοθειικού νατρίου με ένα διάλυμα θειικού οξέος.

Na 2 S 2 O 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + H 2 S 2 O 3, (1)

H 2 S 2 O 3 = S? + H 2 O + SO 2?. (2)

Η αντίδραση (1) εμφανίζεται σχεδόν αμέσως. Ο ρυθμός της αντίδρασης (2) εξαρτάται σε σταθερή θερμοκρασία από τη συγκέντρωση του αντιδρώντος H 2 S 2 O 3. Αυτή ακριβώς είναι η αντίδραση που παρατηρήσαμε - σε αυτή την περίπτωση, η ταχύτητα μετριέται με το χρόνο από την έναρξη των διαλυμάτων για τη συγχώνευση μέχρι την εμφάνιση του ωχρού. Στο άρθρο L. M. Kuznetsova Περιγράφεται η αντίδραση θειοθειικού νατρίου με υδροχλωρικό οξύ. Γράφει ότι όταν τα διαλύματα στραγγίζονται, εμφανίζεται ωχρότητα (θολότητα). Αλλά αυτή η δήλωση του L.M. Kuznetsova είναι λανθασμένη αφού η ωχρότητα και η θολότητα είναι δύο διαφορετικά πράγματα. Opalescence (από opal και λατινικά escentia– επίθημα που σημαίνει αδύναμο αποτέλεσμα) – σκέδαση φωτός από θολά μέσα λόγω της οπτικής τους ανομοιογένειας. Σκέδαση φωτός– απόκλιση των ακτίνων φωτός που διαδίδονται σε ένα μέσο προς όλες τις κατευθύνσεις από την αρχική διεύθυνση. Τα κολλοειδή σωματίδια είναι ικανά να διασκορπίσουν το φως (φαινόμενο Tyndall-Faraday) - αυτό εξηγεί την αδιαφάνεια, μια ελαφρά θολότητα του κολλοειδούς διαλύματος. Κατά τη διεξαγωγή αυτού του πειράματος, είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη η μπλε ωχρότητα, και στη συνέχεια η πήξη του κολλοειδούς εναιωρήματος του θείου. Η ίδια πυκνότητα του εναιωρήματος σημειώνεται από την ορατή εξαφάνιση οποιουδήποτε σχεδίου (για παράδειγμα, ενός πλέγματος στον πάτο ενός φλιτζανιού) που παρατηρείται από πάνω μέσω του στρώματος του διαλύματος. Ο χρόνος μετράται χρησιμοποιώντας ένα χρονόμετρο από τη στιγμή της αποστράγγισης.

Διαλύματα Na 2 S 2 O 3 x 5H 2 O και H 2 SO 4.

Το πρώτο παρασκευάζεται με διάλυση 7,5 g αλατιού σε 100 ml Η 2 Ο, που αντιστοιχεί σε συγκέντρωση 0,3 Μ. Για να παρασκευάσετε ένα διάλυμα H 2 SO 4 της ίδιας συγκέντρωσης, πρέπει να μετρήσετε 1,8 ml H 2 SO 4 (k), ? = = 1,84 g/cm 3 και διαλύστε το σε 120 ml H 2 O. Ρίξτε το παρασκευασμένο διάλυμα Na 2 S 2 O 3 σε τρία ποτήρια: 60 ml στο πρώτο, 30 ml στο δεύτερο, 10 ml στο τρίτο. Προσθέστε 30 ml απεσταγμένου H 2 O στο δεύτερο ποτήρι και 50 ml στο τρίτο ποτήρι. Έτσι, και στα τρία ποτήρια θα υπάρχουν 60 ml υγρού, αλλά στο πρώτο η συγκέντρωση αλατιού είναι υπό όρους = 1, στο δεύτερο - ½ και στο τρίτο - 1/6. Αφού παρασκευαστούν τα διαλύματα, ρίξτε 60 ml διαλύματος H 2 SO 4 στο πρώτο ποτήρι με διάλυμα άλατος και ενεργοποιήστε το χρονόμετρο κ.λπ. Λαμβάνοντας υπόψη ότι ο ρυθμός αντίδρασης μειώνεται με την αραίωση του διαλύματος Na 2 S 2 O 3, μπορεί να προσδιοριστεί ως ποσότητα αντιστρόφως ανάλογη του χρόνου v = 1/? και κατασκευάστε ένα γράφημα, σχεδιάζοντας τη συγκέντρωση στον άξονα της τετμημένης και τον ρυθμό αντίδρασης στον άξονα των τεταγμένων. Το συμπέρασμα από αυτό είναι ότι ο ρυθμός αντίδρασης εξαρτάται από τη συγκέντρωση των ουσιών. Τα δεδομένα που ελήφθησαν παρατίθενται στον Πίνακα 3. Αυτό το πείραμα μπορεί να εκτελεστεί χρησιμοποιώντας προχοΐδες, αλλά αυτό απαιτεί πολλή εξάσκηση από τον ερμηνευτή, επειδή το γράφημα μπορεί να είναι λανθασμένο.

Πίνακας 3

Ταχύτητα και χρόνος αντίδρασης

Επιβεβαιώνεται ο νόμος Guldberg-Waage - καθηγητής χημείας Gulderg και νεαρός επιστήμονας Waage).

Ας εξετάσουμε τον επόμενο παράγοντα - τη θερμοκρασία.

Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, ο ρυθμός των περισσότερων χημικών αντιδράσεων αυξάνεται. Αυτή η εξάρτηση περιγράφεται από τον κανόνα του Van't Hoff: «Για κάθε αύξηση της θερμοκρασίας κατά 10 °C, ο ρυθμός των χημικών αντιδράσεων αυξάνεται κατά 2 έως 4 φορές».

Οπου ? – συντελεστής θερμοκρασίας που δείχνει πόσες φορές αυξάνεται ο ρυθμός αντίδρασης όταν η θερμοκρασία αυξάνεται κατά 10 °C.

v 1 – ταχύτητα αντίδρασης σε θερμοκρασία t 1 ;

v 2 -ταχύτητα αντίδρασης σε θερμοκρασία t2.

Για παράδειγμα, μια αντίδραση στους 50 °C διαρκεί δύο λεπτά, πόσος χρόνος θα χρειαστεί για να ολοκληρωθεί η διαδικασία στους 70 °C εάν ο συντελεστής θερμοκρασίας ? = 2?

t 1 = 120 s = 2 λεπτά; t 1 = 50 °C; t 2 = 70 °C.

Ακόμη και μια μικρή αύξηση της θερμοκρασίας προκαλεί απότομη αύξησηρυθμούς αντίδρασης ενεργών συγκρούσεων μορίων. Σύμφωνα με τη θεωρία ενεργοποίησης, στη διαδικασία συμμετέχουν μόνο εκείνα τα μόρια των οποίων η ενέργεια είναι μεγαλύτερη από τη μέση ενέργεια των μορίων κατά ένα ορισμένο ποσό. Αυτή η περίσσεια ενέργειας είναι ενέργεια ενεργοποίησης. Η φυσική του σημασία είναι η ενέργεια που είναι απαραίτητη για την ενεργό σύγκρουση των μορίων (τροχιακή αναδιάταξη). Ο αριθμός των ενεργών σωματιδίων, και επομένως ο ρυθμός αντίδρασης, αυξάνεται με τη θερμοκρασία σύμφωνα με έναν εκθετικό νόμο, σύμφωνα με την εξίσωση Arrhenius, ο οποίος αντανακλά την εξάρτηση της σταθεράς ταχύτητας από τη θερμοκρασία

Οπου ΕΝΑ -Συντελεστής αναλογικότητας Arrhenius;

κ-Η σταθερά του Boltzmann;

Ε Α –ενέργεια ενεργοποίησης;

R -σταθερά αερίου.

T-θερμοκρασία.

Ο καταλύτης είναι μια ουσία που επιταχύνει τον ρυθμό μιας αντίδρασης χωρίς να καταναλωθεί.

Κατάλυση– το φαινόμενο της αλλαγής του ρυθμού αντίδρασης παρουσία καταλύτη. Υπάρχουν ομοιογενείς και ετερογενείς κατάλυση. Ομοιογενής– εάν τα αντιδραστήρια και ο καταλύτης βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο κατάσταση συνάθροισης. Ετερογενής– εάν τα αντιδραστήρια και ο καταλύτης βρίσκονται σε διαφορετικές καταστάσεις συσσωμάτωσης. Σχετικά με την κατάλυση, βλέπε ξεχωριστά (περισσότερα).

Ανασταλτικός παράγοντας– ουσία που επιβραδύνει τον ρυθμό αντίδρασης.

Ο επόμενος παράγοντας είναι η επιφάνεια. Πως περισσότερη επιφάνειααντιδρών, τόσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα. Ας δούμε ένα παράδειγμα της επίδρασης του βαθμού διασποράς στον ρυθμό αντίδρασης.

CaCO 3 – μάρμαρο. Βουτήξτε το μάρμαρο με πλακάκια σε υδροχλωρικό οξύ HCl, περιμένετε πέντε λεπτά, θα διαλυθεί εντελώς.

Μάρμαρο σε σκόνη - θα κάνουμε την ίδια διαδικασία με αυτό, θα διαλυθεί σε τριάντα δευτερόλεπτα.

Η εξίσωση και για τις δύο διαδικασίες είναι η ίδια.

CaCO 3 (στερεό) + HCl (g) = CaCl 2 (στερεό) + H 2 O (υγρό) + CO 2 (g) δ.

Έτσι, κατά την προσθήκη μαρμάρου σε σκόνη, ο χρόνος είναι μικρότερος από ό, τι όταν προσθέτετε μάρμαρο πλάκας, για την ίδια μάζα.

Καθώς η επιφάνεια διεπαφής αυξάνεται, ο ρυθμός των ετερογενών αντιδράσεων αυξάνεται.

Από το βιβλίο Physical Chemistry: Lecture Notes συγγραφέας Berezovchuk A V

2. Εξίσωση της ισόθερμης μιας χημικής αντίδρασης Αν η αντίδραση εξελιχθεί αναστρέψιμα, τότε η αντίδραση προχωρά αμετάκλητα; 0 και η μεταβολή μπορεί να υπολογιστεί;G. Οπου; – εύρος αντίδρασης – μια τιμή που δείχνει πόσα moles άλλαξαν κατά τη διάρκεια της αντίδρασης. I sp – χαρακτηρίζει

Από βιβλίο Το νεότερο βιβλίογεγονότα. Τόμος 3 [Φυσική, χημεία και τεχνολογία. Ιστορία και αρχαιολογία. Διάφορα] συγγραφέας Kondrashov Anatoly Pavlovich

3. Εξισώσεις ισόχωρων, ισοβαρών χημικής αντίδρασης Εξάρτηση του Κ από τη θερμοκρασία Εξίσωση ισοβαρών: Εξίσωση ισοχώρης: Χρησιμοποιούνται για να κρίνουμε την κατεύθυνση της ροής

Από το βιβλίο Νετρίνο - το απόκοσμο σωματίδιο ενός ατόμου του Ισαάκ Ασίμοφ

1. Έννοια χημική κινητικήΗ κινητική είναι η επιστήμη των ρυθμών των χημικών αντιδράσεων Ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης είναι ο αριθμός των στοιχειωδών πράξεων χημικής αλληλεπίδρασης που λαμβάνουν χώρα ανά μονάδα χρόνου ανά μονάδα όγκου (ομοιογενής) ή ανά μονάδα επιφάνειας.

Από το βιβλίο Πυρηνική ενέργεια για στρατιωτικούς σκοπούς συγγραφέας Smith Henry Dewolf

8. Παράγοντες που επηρεάζουν την υπέρταση υδρογόνου. Υπέρταση οξυγόνου Παράγοντες που επηρεάζουν το ?H2:1) το ρεύμα (πυκνότητα ρεύματος). Η εξάρτηση από την πυκνότητα του ρεύματος περιγράφεται από την εξίσωση Tafel

Από το βιβλίο Course in the History of Physics συγγραφέας Stepanovich Kudryavtsev Pavel

Από το βιβλίο Τι είναι η θεωρία της σχετικότητας συγγραφέας Λαντάου Λεβ Νταβίντοβιτς

Πυρηνικές αντιδράσεις και ηλεκτρικό φορτίοΚαθώς οι φυσικοί άρχισαν να κατανοούν τη δομή του ατόμου πιο ξεκάθαρα στη δεκαετία του 1990, ανακάλυψαν ότι τουλάχιστον ορισμένα μέρη του έφεραν ηλεκτρικό φορτίο. Για παράδειγμα, τα ηλεκτρόνια που γεμίζουν τις εξωτερικές περιοχές ενός ατόμου

Από το βιβλίο Φυσική σε κάθε βήμα συγγραφέας Perelman Yakov Isidorovich

ΠΥΡΗΝΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΥΡΗΝΙΚΟΥ ΒΟΜΒΑΡΔΙΣΜΟΥ1.40. Οι Cockroft και Walton έλαβαν πρωτόνια με επαρκή ποσότητα μεγάλη ενέργειαμε ιονισμό αερίου υδρογόνου και επακόλουθη επιτάχυνση των ιόντων από εγκατάσταση υψηλής τάσης με μετασχηματιστή και ανορθωτή. Μια παρόμοια μέθοδος μπορεί να είναι

Από το βιβλίο 50 χρόνια Σοβιετικής φυσικής συγγραφέας Leshkovtsev Vladimir Alekseevich

ΠΡΟΒΛΗΜΑ ΑΛΥΣΙΔΙΚΗΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ 2.3. Λειτουργική αρχή ατομικές βόμβεςή ένα εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας που χρησιμοποιεί σχάση ουρανίου είναι αρκετά απλό. Εάν ένα νετρόνιο προκαλέσει σχάση, η οποία έχει ως αποτέλεσμα την απελευθέρωση πολλών νέων νετρονίων, τότε ο αριθμός των σχάσεων μπορεί να συμβεί εξαιρετικά γρήγορα

Από το βιβλίο The King's New Mind [Σχετικά με τους υπολογιστές, τη σκέψη και τους νόμους της φυσικής] από τον Penrose Roger

ΠΡΟΪΟΝΤΑ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ ΚΑΙ ΠΡΟΒΛΗΜΑ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ 8.16. Στις εγκαταστάσεις του Hanford, η διαδικασία παραγωγής πλουτωνίου χωρίζεται σε δύο κύρια μέρη: στην πραγματικότητα την παραγωγή του στο λέβητα και τον διαχωρισμό του από τα μπλοκ ουρανίου στα οποία σχηματίζεται. Ας περάσουμε στο δεύτερο μέρος της διαδικασίας.

Από το βιβλίο Who the Apple Fell On συγγραφέας Kesselman Vladimir Samuilovich

ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΟΝ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟ ΤΟΥ ΙΣΟΤΟΠΟΥ 9.2. Εξ ορισμού, τα ισότοπα ενός στοιχείου διαφέρουν στις μάζες τους, αλλά όχι στις χημικές τους ιδιότητες. Πιο συγκεκριμένα, αν και οι μάζες των πυρήνων των ισοτόπων και η δομή τους είναι διαφορετικές, τα φορτία των πυρήνων είναι τα ίδια, και επομένως τα εξωτερικά κελύφη ηλεκτρονίων

Από το βιβλίο του συγγραφέα

Εφαρμογή μιας αλυσιδωτής αντίδρασης πυρηνικής σχάσης Τώρα το ζήτημα μιας αλυσιδωτής αντίδρασης σχάσης και η πιθανότητα απόκτησης καταστροφικής εκρηκτικής ενέργειας σχάσης έχει προκύψει με όλη του τη δύναμη. Αυτη η ερωτηση μοιρολατρικάσυνυφασμένη με τον παγκόσμιο πόλεμο που εξαπέλυσε η ναζιστική Γερμανία την 1η Σεπτεμβρίου

Από το βιβλίο του συγγραφέα

Και η ταχύτητα είναι σχετική! Από την αρχή της σχετικότητας της κίνησης προκύπτει ότι το να μιλάμε για την ευθύγραμμη και ομοιόμορφη κίνηση ενός σώματος με μια ορισμένη ταχύτητα, χωρίς να υποδεικνύουμε με ποιο από τα εργαστήρια ηρεμίας μετριέται η ταχύτητα, έχει τόσο μικρό νόημα όσο να πούμε

Από το βιβλίο του συγγραφέα

Ταχύτητα ήχου Έχετε δει ποτέ έναν ξυλοκόπο να κόβει ένα δέντρο από απόσταση; Ή μήπως έχετε παρακολουθήσει έναν ξυλουργό να εργάζεται σε απόσταση, σφυρηλατώντας καρφιά; Ίσως έχετε παρατηρήσει ένα πολύ περίεργο πράγμα: το χτύπημα δεν συμβαίνει όταν το τσεκούρι προσκρούει σε ένα δέντρο ή

Από το βιβλίο του συγγραφέα

ΕΛΕΓΧΟΜΕΝΕΣ ΘΕΡΜΟΠΥΡΗΝΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ Μη ελεγχόμενες θερμοπυρηνικές αντιδράσεις συμβαίνουν κατά τη διάρκεια εκρήξεων βόμβες υδρογόνου. Οδηγούν στην απελευθέρωση τεράστιων ποσοτήτων πυρηνικής ενέργειας, συνοδευόμενη από μια εξαιρετικά καταστροφική έκρηξη. Τώρα το καθήκον των επιστημόνων είναι να βρουν τρόπους

Από το βιβλίο του συγγραφέα

Στους λαβύρινθους της αντίδρασης σχάσης Το 1938, οι Γερμανοί επιστήμονες Otto Hahn και Fritz Strassmann (1902–1980) έκαναν μια εκπληκτική ανακάλυψη. Ανακάλυψαν ότι ο βομβαρδισμός του ουρανίου με νετρόνια παρήγαγε μερικές φορές πυρήνες που ήταν περίπου δύο φορές ελαφρύτεροι από τον αρχικό πυρήνα του ουρανίου. Περαιτέρω

Βρισκόμαστε συνεχώς αντιμέτωποι με διάφορες χημικές αλληλεπιδράσεις. Η καύση φυσικού αερίου, η σκουριά του σιδήρου, το ξίνισμα του γάλακτος - δεν είναι όλες αυτές οι διαδικασίες που μελετώνται λεπτομερώς στο σχολικό μάθημαχημεία.

Ορισμένες αντιδράσεις χρειάζονται κλάσματα δευτερολέπτων για να συμβούν, ενώ ορισμένες αλληλεπιδράσεις χρειάζονται ημέρες ή εβδομάδες.

Ας προσπαθήσουμε να προσδιορίσουμε την εξάρτηση του ρυθμού αντίδρασης από τη θερμοκρασία, τη συγκέντρωση και άλλους παράγοντες. Στο νέο εκπαιδευτικό πρότυπο για αυτη η ερωτησηδίνεται ελάχιστο ποσόΏρα σχολειου. Τα τεστ του Unified State Exam περιλαμβάνουν εργασίες σχετικά με την εξάρτηση του ρυθμού αντίδρασης από τη θερμοκρασία, τη συγκέντρωση και ακόμη και προβλήματα υπολογισμού. Πολλοί μαθητές γυμνασίου αντιμετωπίζουν ορισμένες δυσκολίες στην εύρεση απαντήσεων σε αυτές τις ερωτήσεις, επομένως θα αναλύσουμε αυτό το θέμα λεπτομερώς.

Συνάφεια του υπό εξέταση θέματος

Οι πληροφορίες σχετικά με το ρυθμό αντίδρασης έχουν σημαντική πρακτική και επιστημονική σημασία. Για παράδειγμα, στη συγκεκριμένη παραγωγή ουσιών και προϊόντων, η παραγωγικότητα του εξοπλισμού και το κόστος των αγαθών εξαρτώνται άμεσα από αυτήν την αξία.

Ταξινόμηση των συνεχιζόμενων αντιδράσεων

Υπάρχει άμεση σχέση μεταξύ της κατάστασης συσσωμάτωσης των αρχικών συστατικών και των προϊόντων που σχηματίζονται κατά τη διάρκεια ετερογενών αλληλεπιδράσεων.

Στη χημεία, ένα σύστημα σημαίνει συνήθως μια ουσία ή έναν συνδυασμό αυτών.

Ένα σύστημα που αποτελείται από μία φάση (την ίδια κατάσταση συσσωμάτωσης) θεωρείται ομοιογενές. Ως παράδειγμα, μπορούμε να αναφέρουμε ένα μείγμα αερίων και πολλών διαφορετικών υγρών.

Ετερογενές σύστημα είναι ένα σύστημα στο οποίο τα αντιδρώντα έχουν τη μορφή αερίων και υγρών. στερεάκαι αέρια.

Δεν υπάρχει μόνο μια εξάρτηση του ρυθμού αντίδρασης από τη θερμοκρασία, αλλά και από τη φάση στην οποία χρησιμοποιούνται τα συστατικά που εισέρχονται στην αναλυόμενη αλληλεπίδραση.

Μια ομοιογενής σύνθεση χαρακτηρίζεται από τη διαδικασία που εμφανίζεται σε ολόκληρο τον όγκο, γεγονός που βελτιώνει σημαντικά την ποιότητά της.

Εάν οι αρχικές ουσίες βρίσκονται σε διαφορετικές καταστάσεις φάσης, τότε η μέγιστη αλληλεπίδραση παρατηρείται στη διεπιφάνεια φάσης. Για παράδειγμα, όταν ένα ενεργό μέταλλο διαλύεται σε ένα οξύ, ο σχηματισμός ενός προϊόντος (άλατος) παρατηρείται μόνο στην επιφάνεια της επαφής τους.

Μαθηματική σχέση ταχύτητας διαδικασίας και διάφορων παραγόντων

Πώς μοιάζει η εξίσωση για την εξάρτηση του ρυθμού μιας χημικής αντίδρασης από τη θερμοκρασία; Για μια ομοιογενή διαδικασία, ο ρυθμός καθορίζεται από την ποσότητα της ουσίας που αλληλεπιδρά ή σχηματίζεται κατά τη διάρκεια της αντίδρασης στον όγκο του συστήματος ανά μονάδα χρόνου.

Για μια ετερογενή διεργασία, ο ρυθμός καθορίζεται από την ποσότητα της ουσίας που αντιδρά ή παράγεται στη διαδικασία ανά μονάδα επιφάνειας σε ένα ελάχιστο χρονικό διάστημα.

Παράγοντες που επηρεάζουν το ρυθμό μιας χημικής αντίδρασης

Η φύση των ουσιών που αντιδρούν είναι ένας από τους λόγους για τους διαφορετικούς ρυθμούς διεργασιών. Για παράδειγμα, τα αλκαλικά μέταλλα σχηματίζουν αλκάλια με νερό σε θερμοκρασία δωματίου και η διαδικασία συνοδεύεται από έντονη απελευθέρωση αερίου υδρογόνου. Τα ευγενή μέταλλα (χρυσός, πλατίνα, ασήμι) δεν είναι ικανά για παρόμοιες διεργασίες ούτε σε θερμοκρασία δωματίου ούτε όταν θερμαίνονται.

Η φύση των αντιδρώντων είναι ένας παράγοντας που λαμβάνεται υπόψη χημική βιομηχανίαγια τη βελτίωση της κερδοφορίας της παραγωγής.

Αποκαλύφθηκε μια σχέση μεταξύ της συγκέντρωσης των αντιδραστηρίων και της ταχύτητας της χημικής αντίδρασης. Όσο υψηλότερο είναι, τόσο περισσότερα σωματίδια θα συγκρούονται, επομένως, η διαδικασία θα προχωρήσει πιο γρήγορα.

Ο νόμος της δράσης της μάζας σε μαθηματική μορφή περιγράφει μια ευθέως αναλογική σχέση μεταξύ της συγκέντρωσης των αρχικών ουσιών και της ταχύτητας της διαδικασίας.

Διατυπώθηκε στα μέσα του δέκατου ένατου αιώνα από τον Ρώσο χημικό N. N. Beketov. Για κάθε διεργασία, προσδιορίζεται μια σταθερά αντίδρασης, η οποία δεν σχετίζεται με τη θερμοκρασία, τη συγκέντρωση ή τη φύση των αντιδρώντων.

Για να επιταχύνετε την αντίδραση στην οποία εμπλέκεται μια στερεή ουσία, πρέπει να την αλέσετε σε κατάσταση σκόνης.

Σε αυτή την περίπτωση, η επιφάνεια αυξάνεται, γεγονός που έχει θετική επίδραση στην ταχύτητα της διαδικασίας. Χρησιμοποιείται για καύσιμο ντίζελ ειδικό σύστημαέγχυση, λόγω της οποίας, όταν έρχεται σε επαφή με τον αέρα, ο ρυθμός καύσης του μίγματος υδρογονανθράκων αυξάνεται σημαντικά.

Θέρμανση

Η εξάρτηση του ρυθμού μιας χημικής αντίδρασης από τη θερμοκρασία εξηγείται από τη μοριακή κινητική θεωρία. Σας επιτρέπει να υπολογίσετε τον αριθμό των συγκρούσεων μεταξύ μορίων αντιδραστηρίου υπό ορισμένες συνθήκες. Εάν είστε οπλισμένοι με τέτοιες πληροφορίες, τότε υπό κανονικές συνθήκες όλες οι διαδικασίες θα πρέπει να προχωρήσουν αμέσως.

Αλλά αν σκεφτείς συγκεκριμένο παράδειγμαανάλογα με τον ρυθμό αντίδρασης στη θερμοκρασία, αποδεικνύεται ότι για την αλληλεπίδραση είναι απαραίτητο να σπάσουν πρώτα οι χημικοί δεσμοί μεταξύ των ατόμων έτσι ώστε να σχηματιστούν νέες ουσίες από αυτά. Αυτό απαιτεί σημαντική ενεργειακή δαπάνη. Ποια είναι η εξάρτηση του ρυθμού αντίδρασης από τη θερμοκρασία; Η ενέργεια ενεργοποίησης καθορίζει την πιθανότητα ρήξης των μορίων είναι ακριβώς αυτή η ενέργεια που χαρακτηρίζει την πραγματικότητα των διεργασιών. Οι μονάδες του είναι kJ/mol.

Εάν η ενέργεια είναι ανεπαρκής, η σύγκρουση θα είναι αναποτελεσματική, επομένως δεν συνοδεύεται από το σχηματισμό ενός νέου μορίου.

ΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΠΑΡΑΣΤΑΣΗ

Η εξάρτηση του ρυθμού μιας χημικής αντίδρασης από τη θερμοκρασία μπορεί να αναπαρασταθεί γραφικά. Όταν θερμαίνεται, ο αριθμός των συγκρούσεων μεταξύ των σωματιδίων αυξάνεται, γεγονός που επιταχύνει την αλληλεπίδραση.

Πώς μοιάζει ένα γράφημα του ρυθμού αντίδρασης σε σχέση με τη θερμοκρασία; Η ενέργεια των μορίων εμφανίζεται οριζόντια και ο αριθμός των σωματιδίων με υψηλό ενεργειακό απόθεμα υποδεικνύεται κάθετα. Ένα γράφημα είναι μια καμπύλη με την οποία μπορεί κανείς να κρίνει την ταχύτητα μιας συγκεκριμένης αλληλεπίδρασης.

Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά στην ενέργεια από τον μέσο όρο, τόσο πιο μακριά βρίσκεται το σημείο της καμπύλης από το μέγιστο και όσο μικρότερο ποσοστό μορίων έχει ένα τέτοιο απόθεμα ενέργειας.

Σημαντικές πτυχές

Είναι δυνατόν να γράψουμε μια εξίσωση για την εξάρτηση της σταθεράς του ρυθμού αντίδρασης από τη θερμοκρασία; Η αύξησή του αντικατοπτρίζεται στην αύξηση της ταχύτητας της διαδικασίας. Αυτή η εξάρτηση χαρακτηρίζεται από μια ορισμένη τιμή που ονομάζεται συντελεστής θερμοκρασίας του ρυθμού διεργασίας.

Για οποιαδήποτε αλληλεπίδραση, αποκαλύφθηκε η εξάρτηση της σταθεράς του ρυθμού αντίδρασης από τη θερμοκρασία. Εάν αυξηθεί κατά 10 μοίρες, η ταχύτητα της διαδικασίας αυξάνεται κατά 2-4 φορές.

Η εξάρτηση του ρυθμού των ομοιογενών αντιδράσεων από τη θερμοκρασία μπορεί να αναπαρασταθεί σε μαθηματική μορφή.

Για τις περισσότερες αλληλεπιδράσεις σε θερμοκρασία δωματίου, ο συντελεστής κυμαίνεται από 2 έως 4. Για παράδειγμα, με συντελεστή θερμοκρασίας 2,9, μια αύξηση της θερμοκρασίας κατά 100 βαθμούς επιταχύνει τη διαδικασία κατά σχεδόν 50.000 φορές.

Η εξάρτηση του ρυθμού αντίδρασης από τη θερμοκρασία μπορεί εύκολα να εξηγηθεί από διαφορετικές ενέργειες ενεργοποίησης. Έχει μια ελάχιστη τιμή κατά τις ιοντικές διεργασίες, οι οποίες καθορίζονται μόνο από την αλληλεπίδραση κατιόντων και ανιόντων. Πολυάριθμα πειράματα δείχνουν την στιγμιαία εμφάνιση τέτοιων αντιδράσεων.

Σε υψηλή ενέργεια ενεργοποίησης, μόνο ένας μικρός αριθμός συγκρούσεων μεταξύ σωματιδίων θα οδηγήσει σε αλληλεπίδραση. Σε μια μέση ενέργεια ενεργοποίησης, τα αντιδρώντα θα αλληλεπιδρούν με ένα μέσο ρυθμό.

Τα καθήκοντα σχετικά με την εξάρτηση του ρυθμού αντίδρασης από τη συγκέντρωση και τη θερμοκρασία εξετάζονται μόνο στο ανώτερο επίπεδο εκπαίδευσης και συχνά προκαλούν σοβαρές δυσκολίες στα παιδιά.

Μέτρηση της ταχύτητας μιας διαδικασίας

Αυτές οι διεργασίες που απαιτούν σημαντική ενέργεια ενεργοποίησης περιλαμβάνουν μια αρχική ρήξη ή εξασθένηση των δεσμών μεταξύ των ατόμων στις πρώτες ουσίες. Σε αυτή την περίπτωση, μεταβαίνουν σε μια συγκεκριμένη ενδιάμεση κατάσταση που ονομάζεται ενεργοποιημένο σύμπλεγμα. Είναι μια ασταθής κατάσταση, αποσυντίθεται αρκετά γρήγορα σε προϊόντα αντίδρασης, η διαδικασία συνοδεύεται από την απελευθέρωση πρόσθετης ενέργειας.

Στην απλούστερη μορφή του, ένα ενεργοποιημένο σύμπλοκο είναι μια διαμόρφωση ατόμων με εξασθενημένους παλιούς δεσμούς.

Αναστολείς και καταλύτες

Ας αναλύσουμε την εξάρτηση του ρυθμού της ενζυματικής αντίδρασης από τη θερμοκρασία του μέσου. Τέτοιες ουσίες λειτουργούν ως επιταχυντές διεργασιών.

Οι ίδιοι δεν συμμετέχουν στην αλληλεπίδραση, ο αριθμός τους παραμένει αμετάβλητος μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας. Ενώ οι καταλύτες βοηθούν στην αύξηση του ρυθμού αντίδρασης, οι αναστολείς, αντίθετα, επιβραδύνουν αυτή τη διαδικασία.

Η ουσία αυτού έγκειται στον σχηματισμό ενδιάμεσων ενώσεων, ως αποτέλεσμα των οποίων παρατηρείται αλλαγή στην ταχύτητα της διαδικασίας.

συμπέρασμα

Διάφορες χημικές αλληλεπιδράσεις συμβαίνουν κάθε λεπτό στον κόσμο. Πώς να καθορίσετε την εξάρτηση του ρυθμού αντίδρασης από τη θερμοκρασία; Η εξίσωση Arrhenius είναι μια μαθηματική εξήγηση της σχέσης μεταξύ της σταθεράς ρυθμού και της θερμοκρασίας. Δίνει μια ιδέα για εκείνες τις τιμές της ενέργειας ενεργοποίησης στις οποίες είναι δυνατή η καταστροφή ή η αποδυνάμωση των δεσμών μεταξύ των ατόμων στα μόρια και η κατανομή των σωματιδίων σε νέες χημικές ουσίες.

Χάρη στη μοριακή κινητική θεωρία, είναι δυνατό να προβλεφθεί η πιθανότητα αλληλεπιδράσεων μεταξύ εξαρτήματα εκκίνησης, υπολογίστε την ταχύτητα της διαδικασίας. Μεταξύ εκείνων των παραγόντων που επηρεάζουν τον ρυθμό αντίδρασης είναι ιδιαίτερο νόημαέχει αλλαγή στη θερμοκρασία, ποσοστιαία συγκέντρωση ουσιών που αλληλεπιδρούν, επιφάνεια επαφής, παρουσία καταλύτη (αναστολέα), καθώς και τη φύση των αλληλεπιδρώντων συστατικών.

Η έννοια της «ταχύτητας» απαντάται αρκετά συχνά στη βιβλιογραφία. Είναι γνωστό από τη φυσική ότι όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση που διανύει ένα υλικό σώμα (ένα άτομο, ένα τρένο, ένα διαστημόπλοιο) σε μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο, τόσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα αυτού του σώματος.

Πώς να μετρήσετε την ταχύτητα μιας χημικής αντίδρασης που «δεν πάει πουθενά» και δεν καλύπτει καμία απόσταση; Για να απαντήσετε σε αυτήν την ερώτηση, πρέπει να μάθετε τι Πάντααλλαγές σε όποιοςχημική αντίδραση; Δεδομένου ότι οποιαδήποτε χημική αντίδραση είναι μια διαδικασία αλλαγής μιας ουσίας, η αρχική ουσία εξαφανίζεται σε αυτήν, μετατρέποντας σε προϊόντα αντίδρασης. Έτσι, κατά τη διάρκεια μιας χημικής αντίδρασης, η ποσότητα μιας ουσίας αλλάζει πάντα, ο αριθμός των σωματιδίων των αρχικών ουσιών μειώνεται και επομένως συγκέντρωση (C).

Έργο Ενιαίας Κρατικής Εξέτασης.Ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης είναι ανάλογος της μεταβολής:

συγκέντρωση μιας ουσίας ανά μονάδα χρόνου·
ποσότητα ουσίας ανά μονάδα όγκου·
μάζα μιας ουσίας ανά μονάδα όγκου·
όγκος της ουσίας κατά την αντίδραση.

Συγκρίνετε τώρα την απάντησή σας με τη σωστή:

ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης ισούται με τη μεταβολή της συγκέντρωσης του αντιδρώντος ανά μονάδα χρόνου

Οπου Γ 1Και Από 0- συγκεντρώσεις αντιδρώντων, τελικές και αρχικές, αντίστοιχα. t 1Και t 2- ο χρόνος του πειράματος, η τελική και η αρχική χρονική περίοδος, αντίστοιχα.

Ερώτηση.Ποια τιμή πιστεύετε ότι είναι μεγαλύτερη: Γ 1ή Από 0? t 1ή t 0?

Εφόσον τα αντιδρώντα καταναλώνονται πάντα σε μια δεδομένη αντίδραση, τότε

Έτσι, η αναλογία αυτών των μεγεθών είναι πάντα αρνητική και η ταχύτητα δεν μπορεί να είναι αρνητική ποσότητα. Ως εκ τούτου, εμφανίζεται ένα σύμβολο μείον στον τύπο, το οποίο υποδεικνύει ταυτόχρονα ότι η ταχύτητα όποιοςαντιδράσεις με την πάροδο του χρόνου (υπό σταθερές συνθήκες) είναι πάντα μειώνεται.

Έτσι, ο ρυθμός της χημικής αντίδρασης είναι:

Τίθεται το ερώτημα: σε ποιες μονάδες πρέπει να μετράται η συγκέντρωση των αντιδρώντων (C) και γιατί; Για να το απαντήσετε, πρέπει να καταλάβετε ποια είναι η κατάσταση κύριοςγια να συμβεί οποιαδήποτε χημική αντίδραση.

Για να αντιδράσουν τα σωματίδια, πρέπει τουλάχιστον να συγκρουστούν. Να γιατί όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των σωματιδίων* (αριθμός μορίων) ανά μονάδα όγκου, όσο πιο συχνά συγκρούονται, τόσο μεγαλύτερη είναι η πιθανότητα μιας χημικής αντίδρασης.

* Διαβάστε για το τι είναι ο «τυφλοπόντικας» στο μάθημα 29.1.

Επομένως, κατά τη μέτρηση ταχυτήτων χημικές διεργασίεςχρήση μοριακή συγκέντρωσηουσίες σε αντιδρώντα μείγματα.

Η μοριακή συγκέντρωση μιας ουσίας δείχνει πόσα mol αυτής περιέχονται σε 1 λίτρο διαλύματος

Έτσι, όσο μεγαλύτερη είναι η μοριακή συγκέντρωση των αντιδρώντων ουσιών, τόσο περισσότερα σωματίδια υπάρχουν ανά μονάδα όγκου, τόσο πιο συχνά συγκρούονται και τόσο υψηλότερος (όλα τα άλλα πράγματα είναι ίσα) ο ρυθμός της χημικής αντίδρασης. Επομένως, ο βασικός νόμος της χημικής κινητικής (αυτή είναι η επιστήμη του ρυθμού των χημικών αντιδράσεων) είναι νόμος της μαζικής δράσης.

Ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης είναι ευθέως ανάλογος με το προϊόν των συγκεντρώσεων των αντιδρώντων.

Για μια αντίδραση τύπου A + B →... μαθηματικά αυτός ο νόμος μπορεί να εκφραστεί ως εξής:

Εάν η αντίδραση είναι πιο σύνθετη, για παράδειγμα, 2A + B → ή, που είναι το ίδιο, A + A + B → ..., τότε

Έτσι, εμφανίστηκε ένας εκθέτης στην εξίσωση ταχύτητας « δύο» , που αντιστοιχεί στον συντελεστή 2 στην εξίσωση αντίδρασης. Για περισσότερα σύνθετες εξισώσειςΚατά κανόνα, δεν χρησιμοποιούνται μεγάλοι εκθέτες. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η πιθανότητα μιας ταυτόχρονης σύγκρουσης, ας πούμε, τριών μορίων Α και δύο μορίων Β είναι εξαιρετικά μικρή. Επομένως, πολλές αντιδράσεις συμβαίνουν σε διάφορα στάδια, κατά τη διάρκεια των οποίων δεν συγκρούονται περισσότερα από τρία σωματίδια και κάθε στάδιο της διαδικασίας προχωρά με μια ορισμένη ταχύτητα. Αυτή η ταχύτητα και η κινητική εξίσωση της ταχύτητας για αυτήν προσδιορίζονται πειραματικά.

Οι παραπάνω εξισώσεις ταχύτητας χημικής αντίδρασης (3) ή (4) ισχύουν μόνο για ομοιογενήςαντιδράσεις, δηλαδή για τέτοιες αντιδράσεις όταν οι αντιδρώντες ουσίες δεν διαχωρίζονται από την επιφάνεια. Για παράδειγμα, μια αντίδραση λαμβάνει χώρα σε ένα υδατικό διάλυμα, και τα δύο αντιδρώντα είναι πολύ διαλυτά στο νερό ή σε οποιοδήποτε μείγμα αερίων.

Είναι άλλο θέμα πότε συμβαίνει ετερογενήςαντίδραση. Σε αυτή την περίπτωση, υπάρχει μια διεπαφή μεταξύ των αντιδρώντων ουσιών, για παράδειγμα, το διοξείδιο του άνθρακα αέριοαντιδρά με το νερό λύσηαλκάλια. Σε αυτή την περίπτωση, οποιοδήποτε μόριο αερίου είναι εξίσου πιθανό να αντιδράσει, αφού αυτά τα μόρια κινούνται γρήγορα και χαοτικά. Τι γίνεται με τα σωματίδια του υγρού διαλύματος; Αυτά τα σωματίδια κινούνται εξαιρετικά αργά, και αυτά τα σωματίδια αλκαλίων που βρίσκονται «στο κάτω μέρος» δεν έχουν ουσιαστικά καμία πιθανότητα να αντιδράσουν με το διοξείδιο του άνθρακα εκτός εάν το διάλυμα αναδεύεται συνεχώς. Μόνο εκείνα τα σωματίδια που «βρίσκονται στην επιφάνεια» θα αντιδράσουν. Ετσι, για ετερογενήςαντιδράσεις -

ο ρυθμός αντίδρασης εξαρτάται από το μέγεθος της επιφάνειας διεπαφής, το οποίο αυξάνεται με την άλεση.

Ως εκ τούτου, πολύ συχνά οι αντιδρώντες ουσίες συνθλίβονται (για παράδειγμα, διαλύονται σε νερό), το φαγητό μασάται καλά και κατά τη διάρκεια του μαγειρέματος - αλέθεται, περνά από μηχανή κοπής κρέατος κ.λπ. Ένα προϊόν διατροφής που δεν συνθλίβεται πρακτικά δεν είναι ευκολοχώνευτος!

Έτσι, με μέγιστη ταχύτητα(όλα τα άλλα πράγματα ίσα) συμβαίνουν ομοιογενείς αντιδράσεις σε διαλύματα και μεταξύ αερίων (εάν αυτά τα αέρια αντιδρούν σε συνθήκες περιβάλλοντος) και σε διαλύματα όπου τα μόρια βρίσκονται «κοντά» και η άλεση είναι ίδια όπως στα αέρια (και ακόμη περισσότερο !), - η ταχύτητα αντίδρασης είναι υψηλότερη.

Έργο Ενιαίας Κρατικής Εξέτασης.Ποια από τις αντιδράσεις συμβαίνει με τις περισσότερες μεγαλύτερη ταχύτητασε θερμοκρασία δωματίου:

άνθρακας με οξυγόνο?
σίδηρος με υδροχλωρικό οξύ?
σιδήρου με διάλυμα οξικού οξέος
διαλύματα αλκαλίου και θειικού οξέος.

ΣΕ σε αυτήν την περίπτωσηπρέπει να βρούμε ποια διαδικασία είναι ομοιογενής.

Πρέπει να σημειωθεί ότι ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης μεταξύ αερίων ή μιας ετερογενούς αντίδρασης στην οποία συμμετέχει ένα αέριο εξαρτάται επίσης από την πίεση, καθώς με την αύξηση της πίεσης τα αέρια συμπιέζονται και η συγκέντρωση των σωματιδίων αυξάνεται (βλ. τύπο 2). Ο ρυθμός των αντιδράσεων στις οποίες δεν εμπλέκονται αέρια δεν επηρεάζεται από αλλαγές στην πίεση.

Έργο Ενιαίας Κρατικής Εξέτασης.Ο ρυθμός χημικής αντίδρασης μεταξύ του διαλύματος οξέος και του σιδήρου δεν επηρεάζεται

συγκέντρωση οξέος;
λείανση σιδήρου?
θερμοκρασία αντίδρασης;
αύξηση της πίεσης.

Και τέλος, η ταχύτητα της αντίδρασης εξαρτάται και από την αντιδραστικότητα των ουσιών. Για παράδειγμα, εάν το οξυγόνο αντιδράσει με μια ουσία, τότε, όταν άλλα πράγματα είναι ίσα, ο ρυθμός αντίδρασης θα είναι υψηλότερος από όταν η ίδια ουσία αλληλεπιδρά με το άζωτο. Το γεγονός είναι ότι η αντιδραστικότητα του οξυγόνου είναι αισθητά υψηλότερη από αυτή του αζώτου. Θα εξετάσουμε την αιτία αυτού του φαινομένου στο επόμενο μέρος του Αυτοδάσκαλου (Μάθημα 14).

Έργο Ενιαίας Κρατικής Εξέτασης.Η χημική αντίδραση μεταξύ υδροχλωρικού οξέος και

χαλκός;
σίδερο;
μαγνήσιο;
ψευδάργυρος

Πρέπει να σημειωθεί ότι δεν οδηγεί κάθε σύγκρουση μορίων στη χημική τους αλληλεπίδραση (χημική αντίδραση). Σε ένα μείγμα αερίων υδρογόνου και οξυγόνου, υπό κανονικές συνθήκες, συμβαίνουν πολλά δισεκατομμύρια συγκρούσεις ανά δευτερόλεπτο. Αλλά τα πρώτα σημάδια της αντίδρασης (σταγονίδια νερού) θα εμφανιστούν στη φιάλη μόνο μετά από μερικά χρόνια. Σε τέτοιες περιπτώσεις λένε ότι η αντίδραση πρακτικά δεν λειτουργεί. Αλλά αυτή δυνατόν, αλλιώς πώς εξηγείται το γεγονός ότι όταν αυτό το μείγμα θερμαίνεται στους 300 °C, η φιάλη θολώνει γρήγορα και σε θερμοκρασία 700 °C θα συμβεί μια τρομερή έκρηξη! Δεν είναι τυχαίο ότι ένα μείγμα υδρογόνου και οξυγόνου ονομάζεται "εκρηκτικό αέριο".

Ερώτηση.Γιατί πιστεύετε ότι ο ρυθμός αντίδρασης αυξάνεται τόσο απότομα όταν θερμαίνεται;

Ο ρυθμός αντίδρασης αυξάνεται επειδή, πρώτον, αυξάνεται ο αριθμός των συγκρούσεων σωματιδίων και, δεύτερον, ο αριθμός των ενεργόςσυγκρούσεις. Είναι οι ενεργές συγκρούσεις σωματιδίων που οδηγούν στην αλληλεπίδρασή τους. Για να συμβεί μια τέτοια σύγκρουση, τα σωματίδια πρέπει να έχουν μια ορισμένη ποσότητα ενέργειας.

Η ενέργεια που πρέπει να έχουν τα σωματίδια για να συμβεί μια χημική αντίδραση ονομάζεται ενέργεια ενεργοποίησης.

Αυτή η ενέργεια δαπανάται για την υπέρβαση των απωστικών δυνάμεων μεταξύ εξωτερικά ηλεκτρόνιαάτομα και μόρια και η καταστροφή των «παλιών» χημικοί δεσμοί.

Τίθεται το ερώτημα: πώς να αυξηθεί η ενέργεια των σωματιδίων που αντιδρούν; Η απάντηση είναι απλή - αυξήστε τη θερμοκρασία, καθώς με την αύξηση της θερμοκρασίας αυξάνεται η ταχύτητα κίνησης των σωματιδίων και, κατά συνέπεια, η κινητική τους ενέργεια.

Κανόνας van't Hoff*:

Με κάθε αύξηση της θερμοκρασίας κατά 10 βαθμούς, ο ρυθμός αντίδρασης αυξάνεται κατά 2-4 φορές.

VANT-HOFF Jacob Hendrik(30/08/1852–03/1/1911) - Ολλανδός χημικός. Ένας από τους ιδρυτές φυσική χημείακαι στερεοχημεία. βραβείο Νόμπελστη χημεία Νο. 1 (1901).

Πρέπει να σημειωθεί ότι αυτός ο κανόνας (όχι νόμος!) θεσπίστηκε πειραματικά για αντιδράσεις που ήταν «βολικές» για μέτρηση, δηλαδή για τέτοιες αντιδράσεις που δεν προχωρούσαν ούτε πολύ γρήγορα ούτε πολύ αργά και σε θερμοκρασίες προσβάσιμες στον πειραματιστή (όχι πολύ ψηλά και όχι πολύ χαμηλά).

Ερώτηση. Ποιος πιστεύετε ότι είναι ο πιο γρήγορος τρόπος για να μαγειρέψετε τις πατάτες: να τις βράσετε ή να τις τηγανίσετε σε μια στρώση λάδι;

Για να κατανοήσετε σωστά το νόημα των φαινομένων που περιγράφονται, μπορείτε να συγκρίνετε τα αντιδρώντα μόρια με μια ομάδα μαθητών που πρόκειται να πηδήξουν ψηλά. Εάν τους δοθεί ένα φράγμα ύψους 1 m, τότε οι μαθητές θα πρέπει να τρέξουν προς τα πάνω (να αυξήσουν τη «θερμοκρασία» τους) για να ξεπεράσουν το φράγμα. Ωστόσο, θα υπάρχουν πάντα μαθητές («ανενεργά μόρια») που δεν θα μπορούν να ξεπεράσουν αυτό το εμπόδιο.

Τι να κάνω; Εάν τηρείτε την αρχή: «Ένας έξυπνος άνθρωπος δεν θα σκαρφαλώσει σε ένα βουνό, ένας έξυπνος άνθρωπος θα παρακάμψει ένα βουνό», τότε θα πρέπει απλώς να χαμηλώσετε το φράγμα, ας πούμε, στα 40 εκατοστά. Τότε οποιοσδήποτε μαθητής θα μπορεί να το ξεπεράσει εμπόδιο. Σε μοριακό επίπεδο αυτό σημαίνει: Για να αυξηθεί ο ρυθμός αντίδρασης, είναι απαραίτητο να μειωθεί η ενέργεια ενεργοποίησης σε ένα δεδομένο σύστημα.

Σε πραγματικές χημικές διεργασίες, αυτή η λειτουργία εκτελείται από έναν καταλύτη.

Καταλύτηςείναι μια ουσία που αλλάζει τον ρυθμό μιας χημικής αντίδρασης ενώ παραμένει αμετάβλητοςπρος το τέλος της χημικής αντίδρασης.

Καταλύτης συμμετέχεισε μια χημική αντίδραση, που αλληλεπιδρά με μία ή περισσότερες αρχικές ουσίες. Σε αυτή την περίπτωση σχηματίζονται ενδιάμεσες ενώσεις και αλλάζει η ενέργεια ενεργοποίησης. Εάν το ενδιάμεσο είναι πιο ενεργό (ενεργό σύμπλοκο), τότε η ενέργεια ενεργοποίησης μειώνεται και ο ρυθμός αντίδρασης αυξάνεται.

Για παράδειγμα, η αντίδραση μεταξύ SO 2 και O 2 συμβαίνει πολύ αργά υπό κανονικές συνθήκες πρακτικά δεν λειτουργεί. Αλλά παρουσία ΝΟ, ο ρυθμός αντίδρασης αυξάνεται απότομα. Πρώτο ΟΧΙ πολύ γρήγορααντιδρά με το Ο2:

που προκύπτει διοξείδιο του αζώτου γρήγορααντιδρά με οξείδιο του θείου (IV):

Εργασία 5.1.Χρησιμοποιώντας αυτό το παράδειγμα, δείξτε ποια ουσία είναι καταλύτης και ποια ενεργό σύμπλοκο.

Αντίθετα, εάν σχηματιστούν περισσότερες παθητικές ενώσεις, η ενέργεια ενεργοποίησης μπορεί να αυξηθεί τόσο πολύ ώστε η αντίδραση πρακτικά να μην λαμβάνει χώρα υπό αυτές τις συνθήκες. Τέτοιοι καταλύτες ονομάζονται αναστολείς.

Στην πράξη, χρησιμοποιούνται και οι δύο τύποι καταλυτών. Ειδικοί οργανικοί καταλύτες λοιπόν - ένζυμα- συμμετέχουν σε όλες απολύτως τις βιοχημικές διεργασίες: πέψη τροφής, μυϊκή σύσπαση, αναπνοή. Ζωή δεν μπορεί να υπάρξει χωρίς ένζυμα!

Οι αναστολείς είναι απαραίτητοι για την προστασία των μεταλλικών προϊόντων από τη διάβρωση και των τροφίμων που περιέχουν λίπος από την οξείδωση (τάγγιση). Ορισμένα φάρμακα περιέχουν επίσης αναστολείς που αναστέλλουν τις ζωτικές λειτουργίες των μικροοργανισμών και έτσι τους καταστρέφουν.

Η κατάλυση μπορεί να είναι ομοιογενής ή ετερογενής. Ένα παράδειγμα ομοιογενούς κατάλυσης είναι η επίδραση του ΝΟ (αυτός είναι καταλύτης) στην οξείδωση του διοξειδίου του θείου. Ένα παράδειγμα ετερογενούς κατάλυσης είναι η δράση του θερμαινόμενου χαλκού στην αλκοόλη:

Αυτή η αντίδραση εμφανίζεται σε δύο στάδια:

Εργασία 5.2.Προσδιορίστε ποια ουσία είναι ο καταλύτης σε αυτή την περίπτωση; Γιατί αυτός ο τύπος κατάλυσης ονομάζεται ετερογενής;

Στην πράξη, η ετερογενής κατάλυση χρησιμοποιείται συχνότερα, όπου στερεές ουσίες χρησιμεύουν ως καταλύτες: μέταλλα, τα οξείδια τους κ.λπ. Στην επιφάνεια αυτών των ουσιών υπάρχουν ειδικά σημεία (κόμβοι κρυσταλλικού πλέγματος), όπου λαμβάνει χώρα η καταλυτική αντίδραση. Εάν αυτά τα σημεία καλύπτονται με ξένες ουσίες, τότε η κατάλυση σταματά. Αυτή η ουσία, επιζήμια για τον καταλύτη, ονομάζεται καταλυτικό δηλητήριο. Άλλες ουσίες - υποστηρικτές- Αντίθετα, ενισχύουν την καταλυτική δραστηριότητα.

Ένας καταλύτης μπορεί να αλλάξει την κατεύθυνση μιας χημικής αντίδρασης, δηλαδή, αλλάζοντας τον καταλύτη, μπορείτε να αποκτήσετε διαφορετικά προϊόντα αντίδρασης. Έτσι, από την αλκοόλη C 2 H 5 OH παρουσία οξειδίων ψευδαργύρου και αργιλίου, μπορεί να ληφθεί βουταδιένιο και αιθυλένιο παρουσία πυκνού θειικού οξέος.

Έτσι, κατά τη διάρκεια μιας χημικής αντίδρασης, η ενέργεια του συστήματος αλλάζει. Εάν κατά τη διάρκεια της αντίδρασης απελευθερώνεται ενέργειαμε τη μορφή θερμότητας Q, μια τέτοια διαδικασία ονομάζεται εξώθερμος:

Για ενδοθερμικές διεργασίες απορροφάται θερμότητα, δηλαδή θερμική επίδραση Q< 0 .

Εργασία 5.3.Προσδιορίστε ποια από τις προτεινόμενες διαδικασίες είναι εξώθερμη και ποια είναι ενδόθερμη:

Η εξίσωση μιας χημικής αντίδρασης στην οποία θερμική επίδραση, ονομάζεται θερμοχημική εξίσωση της αντίδρασης. Για να δημιουργηθεί μια τέτοια εξίσωση, είναι απαραίτητο να υπολογιστεί το θερμικό αποτέλεσμα ανά 1 mol του αντιδρώντος.

Εργο.Όταν καίγονται 6 g μαγνησίου, απελευθερώνονται 153,5 kJ θερμότητας. Να γράψετε μια θερμοχημική εξίσωση για αυτή την αντίδραση.

Λύση.Ας δημιουργήσουμε μια εξίσωση για την αντίδραση και ας υποδείξουμε ΠΑΝΩ τους τύπους που δίνονται:

Έχοντας κάνει την αναλογία, βρίσκουμε το επιθυμητό θερμικό αποτέλεσμα της αντίδρασης:

Η θερμοχημική εξίσωση για αυτή την αντίδραση είναι:

Τέτοιες εργασίες δίνονται στις εργασίες η πλειοψηφία Επιλογές Ενιαίας Κρατικής Εξέτασης! Για παράδειγμα.

Έργο Ενιαίας Κρατικής Εξέτασης.Σύμφωνα με την εξίσωση της θερμοχημικής αντίδρασης

η ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται κατά την καύση 8 g μεθανίου είναι ίση με:

Αναστρεψιμότητα χημικών διεργασιών. Η αρχή του Le Chatelier

* LE CHATELIER Henri Louis(8.10.1850–17.09.1936) - Γάλλος φυσικοχημικός και μεταλλουργός. Διατυπωμένο δίκαιομετατοπίσεις της ισορροπίας (1884).

Οι αντιδράσεις μπορεί να είναι αναστρέψιμες ή μη αναστρέψιμες.

μη αναστρεψιμοΠρόκειται για αντιδράσεις για τις οποίες δεν υπάρχουν συνθήκες υπό τις οποίες είναι δυνατή η αντίστροφη διαδικασία.

Ένα παράδειγμα τέτοιων αντιδράσεων είναι οι αντιδράσεις που συμβαίνουν όταν το γάλα ξινίζει ή όταν καίγεται νόστιμη κοτολέτα. Πόσο αδύνατο να το χάσεις ψιλοκομμένο κρέαςπίσω από τον μύλο κρέατος (και πάρτε ξανά ένα κομμάτι κρέας), είναι επίσης αδύνατο να «αναζωογονήσετε» την κοτολέτα ή να φτιάξετε φρέσκο γάλα.

Αλλά ας αναρωτηθούμε μια απλή ερώτηση: είναι η διαδικασία μη αναστρέψιμη;

Για να απαντήσουμε σε αυτήν την ερώτηση, ας προσπαθήσουμε να θυμηθούμε, είναι δυνατόν να πραγματοποιηθεί η αντίστροφη διαδικασία; Ναί! Η αποσύνθεση ασβεστόλιθου (κιμωλίας) για να ληφθεί ασβέστη CaO χρησιμοποιείται σε βιομηχανική κλίμακα:

Έτσι, η αντίδραση είναι αναστρέψιμη, αφού υπάρχουν συνθήκες υπό τις οποίες και τα δυοεπεξεργάζομαι, διαδικασία:

Επιπλέον, υπάρχουν προϋποθέσεις υπό τις οποίες η ταχύτητα της μπροστινής αντίδρασης είναι ίση με την ταχύτητα της αντίστροφης αντίδρασης.

Υπό αυτές τις συνθήκες, δημιουργείται χημική ισορροπία. Αυτή τη στιγμή, η αντίδραση δεν σταματά, αλλά ο αριθμός των σωματιδίων που λαμβάνονται είναι ίσος με τον αριθμό των αποσυντεθειμένων σωματιδίων. Να γιατί ικανός χημική ισορροπίαοι συγκεντρώσεις των σωματιδίων που αντιδρούν δεν αλλάζουν. Για παράδειγμα, για τη διεργασία μας τη στιγμή της χημικής ισορροπίας

σημάδι σημαίνει συγκέντρωση ισορροπίας.

Τίθεται το ερώτημα, τι θα γίνει με την ισορροπία εάν η θερμοκρασία αυξηθεί ή μειωθεί ή αλλάξουν άλλες συνθήκες; Αυτή η ερώτηση μπορεί να απαντηθεί γνωρίζοντας Η αρχή του Le Chatelier:

εάν αλλάξετε τις συνθήκες (t, p, c) υπό τις οποίες το σύστημα βρίσκεται σε κατάσταση ισορροπίας, τότε η ισορροπία θα μετατοπιστεί προς τη διαδικασία που αντιστέκεται στην αλλαγή.

Με άλλα λόγια, ένα σύστημα ισορροπίας αντιστέκεται πάντα σε οποιαδήποτε εξωτερική επίδραση, όπως ένα ιδιότροπο παιδί που κάνει «το αντίθετο» αντιστέκεται στη θέληση των γονιών του.

Ας δούμε ένα παράδειγμα. Έστω ότι υπάρχει ισορροπία στην αντίδραση που παράγει αμμωνία:

Ερωτήσεις.Είναι ο αριθμός των mol των αερίων που αντιδρούν ο ίδιος πριν και μετά την αντίδραση; Εάν μια αντίδραση συμβεί σε κλειστό όγκο, πότε είναι μεγαλύτερη η πίεση: πριν ή μετά την αντίδραση;

Είναι προφανές ότι αυτή η διαδικασία συμβαίνει με μείωση του αριθμού των μορίων αερίου, που σημαίνει πίεσημειώνεται κατά την άμεση αντίδραση. ΣΕ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΗαντιδράσεις - αντίθετα, η πίεση στο μείγμα αυξάνει.

Ας αναρωτηθούμε τι θα συμβεί αν σε αυτό το σύστημα αυξάνουνπίεση; Σύμφωνα με την αρχή του Le Chatelier, η αντίδραση που «κάνει το αντίθετο» θα προχωρήσει, δηλ. χαμηλώνειπίεση. Αυτή είναι μια άμεση αντίδραση: λιγότερα μόρια αερίου - λιγότερη πίεση.

Ετσι, στοαυξάνουν πίεση, η ισορροπία μετατοπίζεται προς την άμεση διαδικασία, όπουπέφτει η πίεση, καθώς μειώνεται ο αριθμός των μορίωναέρια

Έργο Ενιαίας Κρατικής Εξέτασης.Στο αυξάνουνμετατοπίσεις ισορροπίας πίεσης σωστάστο σύστημα:

Αν ως αποτέλεσμα της αντίδρασης αριθμός μορίωντα αέρια δεν αλλάζουν, τότε μια αλλαγή στην πίεση δεν επηρεάζει τη θέση ισορροπίας.

Έργο Ενιαίας Κρατικής Εξέτασης.Μια αλλαγή στην πίεση επηρεάζει τη μετατόπιση της ισορροπίας στο σύστημα:

Η θέση ισορροπίας αυτής και οποιασδήποτε άλλης αντίδρασης εξαρτάται από τη συγκέντρωση των ουσιών που αντιδρούν: αυξάνοντας τη συγκέντρωση των αρχικών ουσιών και μειώνοντας τη συγκέντρωση των ουσιών που προκύπτουν, μετατοπίζουμε πάντα την ισορροπία προς την άμεση αντίδραση (στα δεξιά).

Έργο Ενιαίας Κρατικής Εξέτασης.

θα μετακινηθεί προς τα αριστερά όταν:

αυξημένη αρτηριακή πίεση?
μείωση της θερμοκρασίας?
αύξηση της συγκέντρωσης CO.
μείωση της συγκέντρωσης CO.

Η διαδικασία της σύνθεσης της αμμωνίας είναι εξώθερμη, συνοδεύεται δηλαδή από απελευθέρωση θερμότητας, δηλαδή άνοδος θερμοκρασίαςστο μείγμα.

Ερώτηση.Πώς θα μετατοπιστεί η ισορροπία σε αυτό το σύστημα όταν πτώση της θερμοκρασίας?

Μαλώνοντας παρόμοια, το κάνουμε συμπέρασμα: όταν μειώνεται θερμοκρασία, η ισορροπία θα μετατοπιστεί προς το σχηματισμό αμμωνίας, αφού σε αυτή την αντίδραση απελευθερώνεται θερμότητα και η θερμοκρασίαανεβαίνει.

Ερώτηση.Πώς αλλάζει ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης καθώς μειώνεται η θερμοκρασία;

Προφανώς, καθώς μειώνεται η θερμοκρασία, ο ρυθμός και των δύο αντιδράσεων θα μειωθεί απότομα, δηλαδή θα πρέπει να περιμένετε πολύ καιρό για να επιτευχθεί η επιθυμητή ισορροπία. Τι να κάνω; Σε αυτή την περίπτωση είναι απαραίτητο καταλύτης. Αν και αυτός δεν επηρεάζει τη θέση ισορροπίας, αλλά επιταχύνει την εμφάνιση αυτής της κατάστασης.

Έργο Ενιαίας Κρατικής Εξέτασης.Χημική ισορροπία στο σύστημα

μετατοπίζεται προς το σχηματισμό του προϊόντος αντίδρασης όταν:

αυξημένη αρτηριακή πίεση?
αύξηση της θερμοκρασίας?
μείωση της πίεσης?
χρήση καταλύτη.

συμπεράσματα

Ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης εξαρτάται από:

τη φύση των σωματιδίων που αντιδρούν·
συγκέντρωση ή περιοχή διεπαφής των αντιδρώντων·
θερμοκρασία;
παρουσία καταλύτη.

Η ισορροπία επιτυγχάνεται όταν ο ρυθμός της μπροστινής αντίδρασης είναι ίσος με τον ρυθμό της αντίστροφης διαδικασίας. Στην περίπτωση αυτή, η συγκέντρωση ισορροπίας των αντιδρώντων δεν αλλάζει. Η κατάσταση της χημικής ισορροπίας εξαρτάται από τις συνθήκες και υπακούει στην αρχή του Le Chatelier.

Οι χημικές αντιδράσεις συμβαίνουν με διαφορετικές ταχύτητες: με χαμηλή ταχύτητα κατά τον σχηματισμό σταλακτιτών και σταλαγμιτών, με μέση ταχύτητα κατά το μαγείρεμα των τροφίμων, αμέσως κατά τη διάρκεια μιας έκρηξης. Οι αντιδράσεις συμβαίνουν πολύ γρήγορα σε υδατικά διαλύματα.

Ο προσδιορισμός του ρυθμού μιας χημικής αντίδρασης, καθώς και η αποσαφήνιση της εξάρτησής της από τις συνθήκες της διαδικασίας, είναι καθήκον της χημικής κινητικής - της επιστήμης των προτύπων των χημικών αντιδράσεων με την πάροδο του χρόνου.

Εάν οι χημικές αντιδράσεις συμβαίνουν σε ένα ομοιογενές μέσο, για παράδειγμα σε ένα διάλυμα ή στην αέρια φάση, τότε η αλληλεπίδραση των ουσιών που αντιδρούν συμβαίνει σε ολόκληρο τον όγκο. Τέτοιες αντιδράσεις ονομάζονται ομοιογενής.

(v homog) ορίζεται ως η αλλαγή στην ποσότητα της ουσίας ανά μονάδα χρόνου ανά μονάδα όγκου:

όπου Δn είναι η αλλαγή στον αριθμό των γραμμομορίων μιας ουσίας (τις περισσότερες φορές η αρχική, αλλά μπορεί επίσης να είναι προϊόν αντίδρασης). Δt - χρονικό διάστημα (s, min); V είναι ο όγκος του αερίου ή του διαλύματος (l).

Εφόσον η αναλογία της ποσότητας της ουσίας προς τον όγκο αντιπροσωπεύει τη μοριακή συγκέντρωση C, τότε

Έτσι, ο ρυθμός μιας ομοιογενούς αντίδρασης ορίζεται ως η αλλαγή στη συγκέντρωση μιας από τις ουσίες ανά μονάδα χρόνου:

εάν ο όγκος του συστήματος δεν αλλάζει.

Εάν συμβεί μια αντίδραση μεταξύ ουσιών σε διαφορετικές καταστάσεις συσσωμάτωσης (για παράδειγμα, μεταξύ στερεόςκαι αέριο ή υγρό), ή μεταξύ ουσιών που δεν μπορούν να σχηματίσουν ένα ομοιογενές μέσο (για παράδειγμα, μεταξύ μη αναμίξιμων υγρών), τότε περνά μόνο στην επιφάνεια επαφής των ουσιών. Τέτοιες αντιδράσεις ονομάζονται ετερογενής.

Ορίζεται ως η αλλαγή στην ποσότητα της ουσίας ανά μονάδα χρόνου σε μια μονάδα επιφάνειας.

όπου S είναι η επιφάνεια επαφής των ουσιών (m 2, cm 2).

Μια αλλαγή στην ποσότητα μιας ουσίας με την οποία προσδιορίζεται ο ρυθμός μιας αντίδρασης είναι εξωτερικός παράγονταςπαρατήρησε ο ερευνητής. Στην πραγματικότητα, όλες οι διαδικασίες πραγματοποιούνται σε μικροεπίπεδο. Προφανώς, για να αντιδράσουν κάποια σωματίδια, πρέπει πρώτα να συγκρουστούν και να συγκρουστούν αποτελεσματικά: όχι να διασκορπίζονται σαν μπάλες σε διαφορετικές κατευθύνσεις, αλλά με τέτοιο τρόπο ώστε οι «παλαιοί δεσμοί» να καταστραφούν ή να εξασθενήσουν στα σωματίδια και οι «νέοι» να μπορούν μορφή», και για αυτό τα σωματίδια πρέπει να έχουν αρκετή ενέργεια.

Τα υπολογισμένα δεδομένα δείχνουν ότι, για παράδειγμα, στα αέρια, οι συγκρούσεις μορίων σε ατμοσφαιρική πίεση ανέρχονται σε δισεκατομμύρια ανά δευτερόλεπτο, δηλαδή όλες οι αντιδράσεις θα πρέπει να συμβαίνουν αμέσως. Αλλά αυτό δεν είναι αλήθεια. Αποδεικνύεται ότι μόνο ένα πολύ μικρό κλάσμα μορίων έχει την απαραίτητη ενέργεια για να οδηγήσει σε αποτελεσματικές συγκρούσεις.

Η ελάχιστη περίσσεια ενέργειας που πρέπει να έχει ένα σωματίδιο (ή ζεύγος σωματιδίων) για να συμβεί μια αποτελεσματική σύγκρουση ονομάζεται ενέργεια ενεργοποίησηςΕα.

Έτσι, στο μονοπάτι όλων των σωματιδίων που εισέρχονται στην αντίδραση υπάρχει ένα ενεργειακό φράγμα ίσο με την ενέργεια ενεργοποίησης E a. Όταν είναι μικρό, υπάρχουν πολλά σωματίδια που μπορούν να το ξεπεράσουν και ο ρυθμός αντίδρασης είναι υψηλός. Διαφορετικά, απαιτείται «ώθηση». Όταν φέρνετε ένα σπίρτο για να ανάψετε μια λάμπα αλκοόλης, μεταδίδετε την πρόσθετη ενέργεια Ε που είναι απαραίτητη για την αποτελεσματική σύγκρουση των μορίων αλκοόλης με τα μόρια του οξυγόνου (ξεπερνώντας το φράγμα).

Η ταχύτητα μιας χημικής αντίδρασης εξαρτάται από πολλούς παράγοντες. Τα κυριότερα είναι: η φύση και η συγκέντρωση των αντιδρώντων ουσιών, η πίεση (σε αντιδράσεις που περιλαμβάνουν αέρια), η θερμοκρασία, η δράση των καταλυτών και η επιφάνεια των αντιδρώντων ουσιών σε περίπτωση ετερογενών αντιδράσεων.

Θερμοκρασία

Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, στις περισσότερες περιπτώσεις ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης αυξάνεται σημαντικά. Τον 19ο αιώνα Ο Ολλανδός χημικός J. X. van't Hoff διατύπωσε τον κανόνα:

Κάθε αύξηση της θερμοκρασίας κατά 10 °C οδηγεί σε αύξηση τηςταχύτητα αντίδρασης 2-4 φορές(αυτή η τιμή ονομάζεται συντελεστής θερμοκρασίας της αντίδρασης).

Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, η μέση ταχύτητα των μορίων, η ενέργειά τους και ο αριθμός των συγκρούσεων αυξάνονται ελαφρώς, αλλά το ποσοστό των «ενεργών» μορίων που συμμετέχουν σε αποτελεσματικές συγκρούσεις που ξεπερνούν το ενεργειακό φράγμα της αντίδρασης αυξάνεται απότομα. Μαθηματικά, αυτή η εξάρτηση εκφράζεται με τη σχέση:

όπου v t 1 και v t 2 είναι οι ρυθμοί αντίδρασης, αντίστοιχα, στις τελικές θερμοκρασίες t 2 και αρχικές t 1, και γ είναι ο συντελεστής θερμοκρασίας του ρυθμού αντίδρασης, ο οποίος δείχνει πόσες φορές αυξάνεται ο ρυθμός αντίδρασης με κάθε αύξηση 10 °C σε θερμοκρασία.

Ωστόσο, για να αυξηθεί ο ρυθμός αντίδρασης, η αύξηση της θερμοκρασίας δεν είναι πάντα εφαρμόσιμη, καθώς οι πρώτες ουσίες μπορεί να αρχίσουν να αποσυντίθενται, οι διαλύτες ή οι ίδιες οι ουσίες μπορεί να εξατμιστούν κ.λπ.

Ενδόθερμες και εξώθερμες αντιδράσεις

Η αντίδραση του μεθανίου με το ατμοσφαιρικό οξυγόνο είναι γνωστό ότι συνοδεύεται από απελευθέρωση μεγάλης ποσότητας θερμότητας. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται στην καθημερινή ζωή για μαγείρεμα, θέρμανση νερού και θέρμανση. Το φυσικό αέριο που παρέχεται στα σπίτια μέσω σωλήνων αποτελείται κατά 98% από μεθάνιο. Η αντίδραση του οξειδίου του ασβεστίου (CaO) με το νερό συνοδεύεται επίσης από την απελευθέρωση μεγάλης ποσότητας θερμότητας.

Τι μπορούν να υποδεικνύουν αυτά τα γεγονότα; Όταν σχηματίζονται νέοι χημικοί δεσμοί στα προϊόντα της αντίδρασης, περισσότεροενέργεια από αυτή που απαιτείται για τη διάσπαση των χημικών δεσμών στα αντιδραστήρια. Η περίσσεια ενέργειας απελευθερώνεται ως θερμότητα και μερικές φορές φως.

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O + Q (ενέργεια (φως, θερμότητα));

CaO + H 2 O = Ca (OH) 2 + Q (ενέργεια (θερμότητα)).

Τέτοιες αντιδράσεις πρέπει να συμβαίνουν εύκολα (καθώς μια πέτρα κυλάει εύκολα στην κατηφόρα).

Οι αντιδράσεις στις οποίες απελευθερώνεται ενέργεια ονομάζονται ΕΞΩΘΕΡΜΙΚΟ(από το λατινικό "exo" - έξω).

Για παράδειγμα, πολλές αντιδράσεις οξειδοαναγωγής είναι εξώθερμες. Μία από αυτές τις όμορφες αντιδράσεις είναι η ενδομοριακή οξείδωση-αναγωγή που συμβαίνει μέσα στο ίδιο άλας - διχρωμικό αμμώνιο (NH 4) 2 Cr 2 O 7:

(NH 4) 2 Cr 2 O 7 = N 2 + Cr 2 O 3 + 4 H 2 O + Q (ενέργεια).

Ένα άλλο πράγμα είναι η αντίδραση. Είναι παρόμοια με το να κυλήσεις μια πέτρα σε ένα λόφο. Δεν έχει καταστεί ακόμη δυνατό να ληφθεί μεθάνιο από CO 2 και νερό, και απαιτείται ισχυρή θέρμανση για να ληφθεί άσβεστος CaO από υδροξείδιο του ασβεστίου Ca(OH) 2. Αυτή η αντίδραση συμβαίνει μόνο με μια σταθερή ροή ενέργειας από το εξωτερικό:

Ca(OH) 2 = CaO + H 2 O - Q (ενέργεια (θερμότητα))

Αυτό υποδηλώνει ότι το σπάσιμο των χημικών δεσμών στο Ca(OH) 2 απαιτεί περισσότερη ενέργεια από αυτή που μπορεί να απελευθερωθεί κατά το σχηματισμό νέων χημικών δεσμών στα μόρια CaO και H 2 O.

Οι αντιδράσεις στις οποίες απορροφάται ενέργεια ονομάζονται ΕΝΔΟΘΕΡΜΙΚΟ(από το "endo" - προς τα μέσα).

Συγκέντρωση αντιδρώντων

Μια αλλαγή στην πίεση όταν συμμετέχουν αέριες ουσίες στην αντίδραση οδηγεί επίσης σε αλλαγή της συγκέντρωσης αυτών των ουσιών.

Για να συμβούν χημικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των σωματιδίων, πρέπει να συγκρούονται αποτελεσματικά. Όσο υψηλότερη είναι η συγκέντρωση των αντιδρώντων, τόσο περισσότερες συγκρούσεις και, κατά συνέπεια, τόσο υψηλότερος είναι ο ρυθμός αντίδρασης.

Για παράδειγμα, η ακετυλίνη καίγεται πολύ γρήγορα σε καθαρό οξυγόνο. Σε αυτή την περίπτωση, αναπτύσσεται μια θερμοκρασία επαρκής για να λιώσει το μέταλλο. Με βάση μια μεγάλη ποσότητα πειραματικού υλικού, το 1867 οι Νορβηγοί K. Guldenberg και P. Waage και ανεξάρτητα από αυτούς το 1865, ο Ρώσος επιστήμονας N.I Beketov διατύπωσε τον βασικό νόμο της χημικής κινητικής, καθιερώνοντας την εξάρτηση του ρυθμού αντίδρασης από τη συγκέντρωση. των αντιδρώντων ουσιών.

Ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης είναι ανάλογος με το γινόμενο των συγκεντρώσεων των ουσιών που αντιδρούν, λαμβανόμενες σε δυνάμεις ίσες με τους συντελεστές τους στην εξίσωση της αντίδρασης. Ο νόμος αυτός ονομάζεται επίσης

νόμος της μαζικής δράσης.

Για την αντίδραση A + B = D, αυτός ο νόμος θα εκφραστεί ως εξής:

Για την αντίδραση 2A + B = D, αυτός ο νόμος θα εκφραστεί ως εξής:

Εδώ C A, C B είναι οι συγκεντρώσεις των ουσιών Α και Β (mol/l). Τα k 1 και k 2 είναι συντελεστές αναλογικότητας, που ονομάζονται σταθερές ταχύτητας αντίδρασης.

Η φυσική σημασία της σταθεράς ταχύτητας αντίδρασης δεν είναι δύσκολο να καθοριστεί - είναι αριθμητικά ίση με την ταχύτητα αντίδρασης στην οποία οι συγκεντρώσεις των αντιδρώντων είναι 1 mol/l ή το προϊόν τους είναι ίσο με μονάδα. Σε αυτή την περίπτωση, είναι σαφές ότι η σταθερά του ρυθμού αντίδρασης εξαρτάται μόνο από τη θερμοκρασία και δεν εξαρτάται από τη συγκέντρωση των ουσιών. Νόμος της μαζικής δράσηςδεν λαμβάνει υπόψη τη συγκέντρωση των αντιδρώντων στη στερεά κατάσταση

, γιατί αντιδρούν σε επιφάνειες και οι συγκεντρώσεις τους είναι συνήθως σταθερές.

Για παράδειγμα, για μια αντίδραση καύσης άνθρακα, η έκφραση του ρυθμού αντίδρασης θα πρέπει να γραφτεί ως εξής:

δηλ. ο ρυθμός αντίδρασης είναι ανάλογος μόνο με τη συγκέντρωση οξυγόνου.

Εάν η εξίσωση της αντίδρασης περιγράφει μόνο μια συνολική χημική αντίδραση που λαμβάνει χώρα σε πολλά στάδια, τότε ο ρυθμός μιας τέτοιας αντίδρασης μπορεί να εξαρτάται με πολύπλοκο τρόπο από τις συγκεντρώσεις των αρχικών ουσιών. Αυτή η εξάρτηση προσδιορίζεται πειραματικά ή θεωρητικά με βάση τον προτεινόμενο μηχανισμό αντίδρασης.

Είναι δυνατό να αυξηθεί ο ρυθμός μιας αντίδρασης χρησιμοποιώντας ειδικές ουσίες που αλλάζουν τον μηχανισμό αντίδρασης και τον κατευθύνουν σε μια ενεργειακά πιο ευνοϊκή διαδρομή με χαμηλότερη ενέργεια ενεργοποίησης. Ονομάζονται καταλύτες (από το λατινικό katalysis - καταστροφή).

Ο καταλύτης λειτουργεί ως έμπειρος οδηγός, καθοδηγώντας μια ομάδα τουριστών όχι μέσα από ένα ψηλό πέρασμα στα βουνά (το ξεπέρασμα απαιτεί πολλή προσπάθεια και χρόνο και δεν είναι προσβάσιμο σε όλους), αλλά σε μονοπάτια παράκαμψης που είναι γνωστά σε αυτόν, κατά μήκος των οποίων μπορεί να ξεπεράσει το βουνό πολύ πιο εύκολα και πιο γρήγορα.

Είναι αλήθεια ότι χρησιμοποιώντας τη διαδρομή κυκλικού κόμβου δεν μπορείτε να φτάσετε ακριβώς εκεί που οδηγεί το κύριο πέρασμα. Αλλά μερικές φορές αυτό είναι ακριβώς αυτό που απαιτείται! Έτσι ακριβώς δρουν οι καταλύτες που ονομάζονται επιλεκτικοί. Είναι σαφές ότι δεν υπάρχει ανάγκη καύσης αμμωνίας και αζώτου, αλλά το οξείδιο του αζώτου (II) χρησιμοποιείται για την παραγωγή νιτρικού οξέος.

Καταλύτες- πρόκειται για ουσίες που συμμετέχουν σε μια χημική αντίδραση και αλλάζουν την ταχύτητα ή την κατεύθυνση της, αλλά στο τέλος της αντίδρασης παραμένουν αμετάβλητες ποσοτικά και ποιοτικά.

Η αλλαγή του ρυθμού μιας χημικής αντίδρασης ή της κατεύθυνσης της χρησιμοποιώντας έναν καταλύτη ονομάζεται κατάλυση. Οι καταλύτες χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορες βιομηχανίες και μεταφορές (καταλυτικοί μετατροπείς που μετατρέπουν τα οξείδια του αζώτου από τα καυσαέρια των αυτοκινήτων σε αβλαβές άζωτο).

Υπάρχουν δύο είδη κατάλυσης.

Ομοιογενής κατάλυση, στην οποία τόσο ο καταλύτης όσο και τα αντιδρώντα βρίσκονται στην ίδια κατάσταση συσσωμάτωσης (φάση).

Ετερογενής κατάλυση, στην οποία ο καταλύτης και τα αντιδρώντα βρίσκονται σε διαφορετικές φάσεις. Για παράδειγμα, η αποσύνθεση του υπεροξειδίου του υδρογόνου παρουσία ενός στερεού καταλύτη οξειδίου του μαγγανίου (IV):

Ο ίδιος ο καταλύτης δεν καταναλώνεται ως αποτέλεσμα της αντίδρασης, αλλά εάν άλλες ουσίες προσροφηθούν στην επιφάνειά του (ονομάζονται καταλυτικά δηλητήρια), τότε η επιφάνεια καθίσταται αδύνατη και απαιτείται αναγέννηση του καταλύτη. Επομένως, πριν από τη διεξαγωγή της καταλυτικής αντίδρασης, τα αρχικά υλικά καθαρίζονται επιμελώς.

Για παράδειγμα, στην παραγωγή θειικού οξέος με τη μέθοδο επαφής, χρησιμοποιείται ένας στερεός καταλύτης - οξείδιο του βαναδίου (V) V 2 O 5:

Στην παραγωγή μεθανόλης, χρησιμοποιείται ένας στερεός καταλύτης «ψευδαργύρου-χρωμίου» (8ZnO Cr 2 O 3 x CrO 3):

Οι βιολογικοί καταλύτες - ένζυμα - λειτουργούν πολύ αποτελεσματικά. Με χημική φύσηαυτές είναι πρωτεΐνες. Χάρη σε αυτά, πολύπλοκες χημικές αντιδράσεις συμβαίνουν με μεγάλη ταχύτητα σε ζωντανούς οργανισμούς σε χαμηλές θερμοκρασίες.

Άλλες ενδιαφέρουσες ουσίες είναι γνωστές - αναστολείς (από το λατινικό inhibere - έως καθυστέρηση). Αντιδρούν με ενεργά σωματίδια σε υψηλή ταχύτητα για να σχηματίσουν ενώσεις χαμηλής δράσης. Ως αποτέλεσμα, η αντίδραση επιβραδύνεται απότομα και στη συνέχεια σταματά. Συχνά προστίθενται ειδικά αναστολείς διαφορετικές ουσίεςγια την πρόληψη ανεπιθύμητων διεργασιών.

Για παράδειγμα, τα διαλύματα υπεροξειδίου του υδρογόνου σταθεροποιούνται χρησιμοποιώντας αναστολείς.

Η φύση των αντιδρώντων ουσιών (σύσταση, δομή τους)

Εννοια ενέργειες ενεργοποίησηςείναι ο παράγοντας μέσω του οποίου επηρεάζεται η επίδραση της φύσης των αντιδρώντων ουσιών στον ρυθμό αντίδρασης.

Εάν η ενέργεια ενεργοποίησης είναι χαμηλή (< 40 кДж/моль), то это означает, что значительная часть столкновений между частицами реагирующих веществ приводит к их взаимодействию, и скорость такой реакции очень большая. Все реакции ионного обмена протекают практически мгновенно, ибо в этих реакциях участвуют разноименно заряженные ионы, и энергия активации в данных случаях ничтожно мала.

Εάν η ενέργεια ενεργοποίησης είναι υψηλή(> 120 kJ/mol), αυτό σημαίνει ότι μόνο ένα μικρό κλάσμα συγκρούσεων μεταξύ αλληλεπιδρώντων σωματιδίων οδηγεί σε αντίδραση. Ο ρυθμός μιας τέτοιας αντίδρασης είναι επομένως πολύ χαμηλός. Για παράδειγμα, η πρόοδος της αντίδρασης σύνθεσης αμμωνίας σε συνηθισμένες θερμοκρασίες είναι σχεδόν αδύνατο να παρατηρηθεί.

Εάν οι ενέργειες ενεργοποίησης των χημικών αντιδράσεων έχουν ενδιάμεσες τιμές (40120 kJ/mol), τότε οι ρυθμοί τέτοιων αντιδράσεων θα είναι μέτριοι. Τέτοιες αντιδράσεις περιλαμβάνουν την αλληλεπίδραση νατρίου με νερό ή αιθυλική αλκοόλη, αποχρωματισμό βρωμιούχου νερού με αιθυλένιο, αλληλεπίδραση ψευδαργύρου με υδροχλωρικό οξύ κ.λπ.

Επιφάνεια επαφής αντιδρώντων ουσιών

Ο ρυθμός των αντιδράσεων που συμβαίνουν στην επιφάνεια των ουσιών, δηλαδή των ετερογενών, εξαρτάται, αν και άλλα πράγματα είναι ίσα, από τις ιδιότητες αυτής της επιφάνειας. Είναι γνωστό ότι η κιμωλία σε σκόνη διαλύεται πολύ πιο γρήγορα σε υδροχλωρικό οξύ από ένα κομμάτι κιμωλίας ίσου βάρους.

Η αύξηση του ρυθμού αντίδρασης οφείλεται κυρίως σε αύξηση της επιφάνειας επαφής των αρχικών ουσιών, καθώς και μια σειρά από άλλους λόγους, για παράδειγμα, παραβίαση της δομής του "σωστού" κρυσταλλικού πλέγματος. Αυτό οδηγεί στο γεγονός ότι τα σωματίδια στην επιφάνεια των μικροκρυστάλλων που προκύπτουν είναι πολύ πιο αντιδραστικά από τα ίδια σωματίδια σε μια «λεία» επιφάνεια.

Στη βιομηχανία, για τη διεξαγωγή ετερογενών αντιδράσεων, χρησιμοποιείται μια «ρευστοποιημένη κλίνη» για την αύξηση της επιφάνειας επαφής των αντιδρώντων ουσιών, την παροχή αρχικών ουσιών και την απομάκρυνση των προϊόντων. Για παράδειγμα, στην παραγωγή θειικού οξέος, ο πυρίτης ψήνεται χρησιμοποιώντας μια «ρευστοποιημένη κλίνη».

Υλικό αναφοράς για τη λήψη του τεστ:

πίνακας Mendeleev

Πίνακας διαλυτότητας

ΟΡΙΣΜΟΣ

Χημική κινητική– η μελέτη των ρυθμών και των μηχανισμών των χημικών αντιδράσεων.

Η μελέτη των ρυθμών αντίδρασης, η λήψη δεδομένων για τους παράγοντες που επηρεάζουν την ταχύτητα μιας χημικής αντίδρασης, καθώς και η μελέτη των μηχανισμών των χημικών αντιδράσεων πραγματοποιείται πειραματικά.

ΟΡΙΣΜΟΣ

Ρυθμός χημικής αντίδρασης– μεταβολή της συγκέντρωσης μιας από τις αντιδρώντες ουσίες ή τα προϊόντα αντίδρασης ανά μονάδα χρόνου με σταθερό όγκο του συστήματος.

Οι ρυθμοί ομογενών και ετερογενών αντιδράσεων ορίζονται διαφορετικά.

Ο ορισμός ενός μέτρου του ρυθμού μιας χημικής αντίδρασης μπορεί να γραφτεί με μαθηματική μορφή. Έστω ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης σε ένα ομοιογενές σύστημα, n B είναι ο αριθμός των mol οποιασδήποτε από τις ουσίες που προκύπτουν από την αντίδραση, V είναι ο όγκος του συστήματος και ο χρόνος. Τότε στο όριο:

Αυτή η εξίσωση μπορεί να απλοποιηθεί - η αναλογία της ποσότητας μιας ουσίας προς τον όγκο είναι η μοριακή συγκέντρωση της ουσίας n B / V = c B, από την οποία dn B / V = dc B και τέλος:

Στην πράξη, οι συγκεντρώσεις μιας ή περισσότερων ουσιών μετρώνται σε συγκεκριμένα χρονικά διαστήματα. Οι συγκεντρώσεις των αρχικών ουσιών μειώνονται με την πάροδο του χρόνου και οι συγκεντρώσεις των προϊόντων αυξάνονται (Εικ. 1).

Ρύζι. 1. Μεταβολή της συγκέντρωσης της αρχικής ουσίας (α) και του προϊόντος της αντίδρασης (β) με την πάροδο του χρόνου

Παράγοντες που επηρεάζουν το ρυθμό μιας χημικής αντίδρασης

Παράγοντες που επηρεάζουν τον ρυθμό μιας χημικής αντίδρασης είναι: η φύση των αντιδρώντων, οι συγκεντρώσεις τους, η θερμοκρασία, η παρουσία καταλυτών στο σύστημα, η πίεση και ο όγκος (στην αέρια φάση).

Η επίδραση της συγκέντρωσης στον ρυθμό μιας χημικής αντίδρασης σχετίζεται με τον βασικό νόμο της χημικής κινητικής - τον νόμο της δράσης μάζας (LMA): ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης είναι ευθέως ανάλογος με το προϊόν των συγκεντρώσεων των αντιδρώντων ουσιών που αυξάνονται στη δύναμη των στοιχειομετρικών τους συντελεστών. Το ZDM δεν λαμβάνει υπόψη τη συγκέντρωση ουσιών στη στερεά φάση σε ετερογενή συστήματα.

Για την αντίδραση mA +nB = pC +qD η μαθηματική έκφραση του ZDM θα γραφεί:

K × C A m × C B n

K × [A] m × [B] n,

όπου k είναι η σταθερά ταχύτητας μιας χημικής αντίδρασης, η οποία είναι η ταχύτητα μιας χημικής αντίδρασης σε συγκέντρωση αντιδρώντων 1 mol/l. Σε αντίθεση με τον ρυθμό μιας χημικής αντίδρασης, το k δεν εξαρτάται από τη συγκέντρωση των αντιδρώντων. Όσο υψηλότερο είναι το k, τόσο πιο γρήγορα προχωρά η αντίδραση.

Η εξάρτηση του ρυθμού μιας χημικής αντίδρασης από τη θερμοκρασία καθορίζεται από τον κανόνα Van't Hoff. Κανόνας Van't Hoff: για κάθε αύξηση δέκα βαθμών της θερμοκρασίας, ο ρυθμός των περισσότερων χημικών αντιδράσεων αυξάνεται κατά περίπου 2 έως 4 φορές. Μαθηματική έκφραση:

(T 2) = (T 1) × (T2-T1)/10,

πού είναι ο συντελεστής θερμοκρασίας van’t Hoff, που δείχνει πόσες φορές αυξάνεται ο ρυθμός αντίδρασης όταν η θερμοκρασία αυξάνεται κατά 10 o C.

Μοριακότητα και σειρά αντίδρασης

Η μοριακότητα μιας αντίδρασης καθορίζεται από τον ελάχιστο αριθμό μορίων που αλληλεπιδρούν ταυτόχρονα (συμμετέχουν σε μια στοιχειώδη πράξη). Υπάρχουν:

- μονομοριακές αντιδράσεις (ένα παράδειγμα είναι οι αντιδράσεις αποσύνθεσης)

N 2 O 5 = 2NO 2 + 1/2O 2

K × C, -dC/dt = kC

Ωστόσο, δεν είναι όλες οι αντιδράσεις που υπακούουν σε αυτή την εξίσωση μονομοριακές.

- διμοριακή

CH 3 COOH + C 2 H 5 OH = CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O

K × C 1 × C 2, -dC/dt = k × C 1 × C 2

- τριμοριακή (πολύ σπάνια).

Η μοριακή ικανότητα μιας αντίδρασης καθορίζεται από τον πραγματικό μηχανισμό της. Είναι αδύνατο να προσδιοριστεί η μοριακότητά του γράφοντας την εξίσωση μιας αντίδρασης.

Η σειρά της αντίδρασης καθορίζεται από τη μορφή της κινητικής εξίσωσης της αντίδρασης. Είναι ίσο με το άθροισμα των εκθετών των βαθμών συγκέντρωσης σε αυτή την εξίσωση. Για παράδειγμα:

CaCO 3 = CaO + CO 2

K × C 1 2 × C 2 – τρίτη τάξη

Η σειρά της αντίδρασης μπορεί να είναι κλασματική. Σε αυτή την περίπτωση, προσδιορίζεται πειραματικά. Εάν η αντίδραση προχωρήσει σε ένα στάδιο, τότε η σειρά της αντίδρασης και η μοριακή της συμπίπτουν, εάν σε πολλά στάδια, τότε η σειρά καθορίζεται από το πιο αργό στάδιο και είναι ίση με τη μοριακή ικανότητα αυτής της αντίδρασης.

Παραδείγματα επίλυσης προβλημάτων

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1

Ασκηση

Η αντίδραση προχωρά σύμφωνα με την εξίσωση 2A + B = 4C. Η αρχική συγκέντρωση της ουσίας Α είναι 0,15 mol/l και μετά από 20 δευτερόλεπτα είναι 0,12 mol/l. Υπολογίστε τη μέση ταχύτητα αντίδρασης.

Λύση

Ας γράψουμε τον τύπο για τον υπολογισμό μέση ταχύτηταχημική αντίδραση: