Ռեակցիայի արագությունը հաստատուն: ռեակցիայի կարգի հայեցակարգը ըստ ռեագենտի. Քիմիական ռեակցիայի արագությունը Քիմիական ռեակցիայի արագության հաստատունը կախված չէ

1. Քիմիական կինետիկայի հիմնական հասկացություններն ու պոստուլատները

Քիմիական կինետիկան ֆիզիկական քիմիայի մի ճյուղ է, որն ուսումնասիրում է քիմիական ռեակցիաների արագությունը։ Քիմիական կինետիկայի հիմնական խնդիրները՝ 1) ռեակցիայի արագությունների հաշվարկ և կինետիկ կորերի որոշում, այսինքն. ռեակտիվների կոնցենտրացիաների կախվածությունը ժամանակից ( ուղղակի առաջադրանք); 2) ռեակցիայի մեխանիզմների որոշում կինետիկ կորերից ( հակադարձ խնդիր).

Քիմիական ռեակցիայի արագությունը նկարագրում է ռեակտիվների կոնցենտրացիաների փոփոխությունը մեկ միավոր ժամանակում: Ռեակցիայի համար

ա A+ բ B+... դ D+ ե E+...

ռեակցիայի արագությունը որոշվում է հետևյալ կերպ.

որտեղ քառակուսի փակագծերը ցույց են տալիս նյութի կոնցենտրացիան (սովորաբար չափվում է մոլ/լ-ով), տ- ժամանակ; ա, բ, դ, ե- ստոյխիոմետրիկ գործակիցները ռեակցիայի հավասարման մեջ.

Ռեակցիայի արագությունը կախված է ռեակտիվների բնույթից, դրանց կոնցենտրացիայից, ջերմաստիճանից և կատալիզատորի առկայությունից: Ռեակցիայի արագության կախվածությունը կոնցենտրացիայից նկարագրված է քիմիական կինետիկայի հիմնական պոստուլատով. զանգվածային գործողության օրենքը:

Քիմիական ռեակցիայի արագությունը ժամանակի յուրաքանչյուր պահին համաչափ է ռեակտիվների ընթացիկ կոնցենտրացիաներին՝ բարձրացված որոշակի հզորությունների.

,

Որտեղ կ- արագության հաստատուն (անկախ կոնցենտրացիայից); x, y- որոշ թվեր, որոնք կոչվում են ըստ նյութի ռեակցիայի կարգը A և B, համապատասխանաբար: Ընդհանուր առմամբ, այս թվերը գործակիցների հետ կապ չունեն աԵվ բռեակցիայի հավասարման մեջ։ Ցուցանիշների գումարը x+ yկանչեց ընդհանուր արձագանքման կարգը. Ռեակցիայի կարգը կարող է լինել դրական կամ բացասական, ամբողջ կամ կոտորակային:

Քիմիական ռեակցիաների մեծ մասը բաղկացած է մի քանի քայլերից, որոնք կոչվում են տարրական ռեակցիաներ. Տարրական ռեակցիան սովորաբար հասկացվում է որպես քիմիական կապի ձևավորման կամ ճեղքման մեկ գործողություն, որն ընթանում է անցումային համալիրի ձևավորմամբ: Տարրական ռեակցիային մասնակցող մասնիկների թիվը կոչվում է մոլեկուլյարությունռեակցիաներ. Տարրական ռեակցիաների միայն երեք տեսակ կա՝ մոնոմոլեկուլային (A B + ...), երկմոլեկուլային (A + B D + ...) և եռամոլեկուլային (2A + B D + ...): Տարրական ռեակցիաների համար ընդհանուր կարգը հավասար է մոլեկուլյարությանը, իսկ ըստ նյութի կարգերը հավասար են ռեակցիայի հավասարման գործակիցներին։

ՕՐԻՆՆԵՐ

Օրինակ 1-1. NO առաջացման արագությունը 2NOBr (g) 2NO (g) + Br 2 (g) ռեակցիայում 1,6 է: 10 -4 մոլ/(լ.ս). Որքա՞ն է ռեակցիայի արագությունը և NOBr սպառման արագությունը:

Լուծում. Ըստ սահմանման, ռեակցիայի արագությունը հետևյալն է.

Մոլ/(լ.ս).

Նույն սահմանումից հետևում է, որ NOBr-ի սպառման արագությունը հավասար է NO առաջացման արագությանը հակառակ նշանով.

մոլ/(լ.ս).

Օրինակ 1-2. 2-րդ կարգի A + B D ռեակցիայում A և B նյութերի սկզբնական կոնցենտրացիաները հավասար են համապատասխանաբար 2,0 մոլ/լ և 3,0 մոլ/լ։ Ռեակցիայի արագությունը 1,2 է: 10 -3 մոլ/(լ.վ) [A] = 1,5 մոլ/լ-ում: Հաշվե՛ք արագության հաստատունը և ռեակցիայի արագությունը [B] = 1,5 մոլ/լ-ում:

Լուծում. Համաձայն զանգվածային գործողության օրենքի՝ ցանկացած պահի ռեակցիայի արագությունը հավասար է.

.

Այն ժամանակ, երբ [A] = 1,5 մոլ/լ, A և B նյութերի 0,5 մոլ/լ փոխազդեցությունը, ուրեմն [B] = 3 – 0,5 = 2,5 մոլ/լ: Փոխարժեքի հաստատունը հետևյալն է.

Լ/(մոլ. ս).

Մինչև [B] = 1,5 մոլ/լ, A և B նյութերի 1,5 մոլ/լ փոխազդեցությունը, հետևաբար [A] = 2 – 1,5 = 0,5 մոլ/լ։ Ռեակցիայի արագությունը հետևյալն է.

Մոլ/(լ.ս).

ԱՌԱՋԱԴՐԱՆՔՆԵՐ

1-1. Ինչպե՞ս է ամոնիակի սինթեզի ռեակցիայի արագությունը 1/2 N 2 + 3/2 H 2 = NH 3 արտահայտված ազոտի և ջրածնի կոնցենտրացիաներով: (պատասխան)

1-2. Ինչպե՞ս կփոխվի 1/2 N 2 + 3/2 H 2 = NH 3 ամոնիակի սինթեզի ռեակցիայի արագությունը, եթե ռեակցիայի հավասարումը գրված է որպես N 2 + 3H 2 = 2NH 3: (պատասխան)

1-3. Ո՞րն է տարրական ռեակցիաների հերթականությունը. ա) Cl + H 2 = HCl + H; բ) 2NO + Cl 2 = 2NOCl. (պատասխան)

1-4. Հետևյալ մեծություններից ո՞րը կարող է ընդունել ա) բացասական. բ) կոտորակային արժեքներ՝ ռեակցիայի արագություն, ռեակցիայի կարգ, ռեակցիայի մոլեկուլյարություն, արագության հաստատուն, ստոյխիոմետրիկ գործակից։ (պատասխան)

1-5. Արդյո՞ք ռեակցիայի արագությունը կախված է ռեակցիայի արտադրանքի կոնցենտրացիայից: (պատասխան)

1-6. Քանի՞ անգամ կավելանա գազաֆազային տարրական ռեակցիայի արագությունը A = 2D, երբ ճնշումը մեծանա 3 անգամ (պատասխան):

1-7. Որոշե՛ք ռեակցիայի հերթականությունը, եթե արագության հաստատունն ունի l 2 / (մոլ 2 . վ) չափ։ (պատասխան)

1-8. 2-րդ կարգի գազային ռեակցիայի արագության հաստատունը 25 o C-ում հավասար է 10 3 լ/(մոլ. վ): Ինչի՞ն է հավասար այս հաստատունը, եթե կինետիկ հավասարումն արտահայտված է մթնոլորտային ճնշման տեսքով (պատասխան):

1-9. Գազային ֆազային ռեակցիայի համար n nA B կարգի, B-ի առաջացման արագությունը արտահայտեք ընդհանուր ճնշման չափով (պատասխան)

1-10. Առաջնային և հակադարձ ռեակցիաների արագության հաստատուններն են 2,2 և 3,8 լ/(մոլ. վ): Հետևյալ մեխանիզմներից ո՞ր դեպքում կարող են տեղի ունենալ այդ ռեակցիաները. ա) A + B = D; բ) A + B = 2D; գ) A = B + D; դ) 2A = B. (պատասխան)

1-11. 2HI H 2 + I 2 տարրալուծման ռեակցիան ունի արագության հաստատուն 2-րդ կարգ կ= 5,95: 10 -6 լ/(մոլ. ս). Հաշվե՛ք ռեակցիայի արագությունը 1 ատմ ճնշման և 600 Կ ջերմաստիճանի դեպքում (պատասխան)

1-12. 2-րդ կարգի A + B D ռեակցիայի արագությունը 2,7 է: 10 -7 մոլ/(լ.վ) A և B նյութերի կոնցենտրացիաներում, համապատասխանաբար, 3.0. 10 -3 մոլ/լ և 2,0 մոլ/լ։ Հաշվեք արագության հաստատունը (պատասխան)

1-13. 2-րդ կարգի A + B 2D ռեակցիայում A և B նյութերի սկզբնական կոնցենտրացիաները հավասար են 1,5 մոլ/լ: Ռեակցիայի արագությունը 2.0 է: 10 -4 մոլ/(լ.վ) [A] = 1,0 մոլ/լ: Հաշվե՛ք արագության հաստատունը և ռեակցիայի արագությունը [B] = 0,2 մոլ/լ-ում: (պատասխան)

1-14. 2-րդ կարգի A + B 2D ռեակցիայում A և B նյութերի սկզբնական կոնցենտրացիաները համապատասխանաբար հավասար են 0,5 և 2,5 մոլ/լ-ի։ Քանի՞ անգամ է ռեակցիայի արագությունը [A] = 0,1 մոլ/լ-ում պակաս սկզբնական արագությունից: (պատասխան)

1-15. Գազաֆազային ռեակցիայի արագությունը նկարագրվում է հավասարմամբ w = կ. [A] 2. [B]. Ի՞նչ հարաբերությամբ A և B կոնցենտրացիաների միջև սկզբնական ռեակցիայի արագությունը կլինի առավելագույնը ֆիքսված ընդհանուր ճնշման դեպքում: (պատասխան)

2. Պարզ ռեակցիաների կինետիկա

Այս բաժնում, հիմնվելով զանգվածի գործողության օրենքի վրա, մենք կկազմենք և կլուծենք կինետիկ հավասարումներ մի ամբողջ կարգի անշրջելի ռեակցիաների համար:

0-րդ կարգի արձագանքներ.Այս ռեակցիաների արագությունը կախված չէ համակենտրոնացումից.

,

որտեղ [A]-ը սկզբնական նյութի կոնցենտրացիան է: Զրոյական կարգը տեղի է ունենում տարասեռ և ֆոտոքիմիական ռեակցիաներում:

1-ին կարգի ռեակցիաներ. A-B տիպի ռեակցիաներում արագությունը ուղիղ համեմատական ​​է համակենտրոնացմանը.

.

Կինետիկ հավասարումներ լուծելիս հաճախ օգտագործում են հետևյալ նշանակումներըսկզբնական կոնցենտրացիան [A] 0 = ա, ընթացիկ կոնցենտրացիան [A] = ա - x(տ), որտեղ x(տ) արձագանքած նյութի կոնցենտրացիան A է: Այս նշումով 1-ին կարգի ռեակցիայի կինետիկ հավասարումը և դրա լուծումը ունեն ձև.

Կինետիկ հավասարման լուծումը գրված է նաև մեկ այլ ձևով, որը հարմար է ռեակցիայի կարգը վերլուծելու համար.

.

Ժամանակը, որի ընթացքում A նյութի կեսը քայքայվում է, կոչվում է t 1/2 կիսամյակ: Այն սահմանվում է հավասարմամբ x(t 1/2) = ա/2 և հավասար

2-րդ կարգի ռեակցիաներ. A + B D + ... տիպի ռեակցիաներում արագությունը ուղիղ համեմատական ​​է կոնցենտրացիաների արտադրանքին.

.

Նյութերի սկզբնական կոնցենտրացիաները՝ [A] 0 = ա, [B] 0 = բ; ընթացիկ կոնցենտրացիաները՝ [A] = ա- x(տ), [B] = բ - x(տ).

Այս հավասարումը լուծելիս առանձնանում են երկու դեպք.

1) A և B նյութերի նույնական սկզբնական կոնցենտրացիաները. ա = բ. Կինետիկ հավասարումը ունի ձև.

.

Այս հավասարման լուծումը գրված է տարբեր ձևերով.

A և B նյութերի կիսատ կյանքը նույնն է և հավասար է.

2) A և B նյութերի սկզբնական կոնցենտրացիաները տարբեր են. ա բ. Կինետիկ հավասարումը ունի ձև.
.

Այս հավասարման լուծումը կարելի է գրել հետևյալ կերպ.

A և B նյութերի կիսամյակները տարբեր են. .

N-րդ կարգի ռեակցիաներ n A D + ... Կինետիկ հավասարումն ունի ձև.

.

Կինետիկ հավասարման լուծում.

. (2.1)

A նյութի կիսատ կյանքը հակադարձ համեմատական ​​է ( n-1) սկզբնական կոնցենտրացիայի աստիճան.

. (2.2)

Օրինակ 2-1.Ռադիոակտիվ 14 C իզոտոպի կես կյանքը 5730 տարի է։ Հնագիտական ​​պեղումների ժամանակ հայտնաբերվել է մի ծառ, որի 14 C պարունակությունը նորմալի 72%-ն էր։ Քանի՞ տարեկան է ծառը:
Լուծում.Ռադիոակտիվ քայքայումը 1-ին կարգի ռեակցիա է: Փոխարժեքի հաստատունը հետևյալն է.

Ծառի կյանքի ժամանակը կարելի է գտնել կինետիկ հավասարումը լուծելուց՝ հաշվի առնելով այն փաստը, որ [A] = 0,72: [A] 0:

Օրինակ 2-2.Հաստատվել է, որ 2-րդ կարգի ռեակցիան (մեկ ռեակտիվ) 75%-ով ավարտվում է 92 րոպեում ռեագենտի սկզբնական կոնցենտրացիայի դեպքում՝ 0,24 Մ: Որքա՞ն ժամանակ կպահանջվի, որպեսզի ռեագենտի կոնցենտրացիան նույն պայմաններում հասնի 0,16 Մ-ի:
Լուծում.Եկեք գրենք կինետիկ հավասարման լուծումը 2-րդ կարգի ռեակցիայի մեկ ռեագենտով երկու անգամ.

,

որտեղ, ըստ պայմանի, ա= 0,24 Մ, տ 1 = 92 րոպե, x 1 = 0,75: 0,24 = 0,18 Մ, x 2 = 0,24 - 0,16 = 0,08 M. Մեկ հավասարումը բաժանեք մյուսի վրա.

Օրինակ 2-3.Տարրական ռեակցիայի համար n A B A-ի կես կյանքը նշում ենք t 1/2-ով, իսկ A-ի քայքայման ժամանակը 75% -ով t 3/4-ով: Ապացուցեք, որ t 3/4 / t 1/2 հարաբերակցությունը կախված չէ նախնական կոնցենտրացիայից, այլ որոշվում է միայն ռեակցիայի հերթականությամբ n.Լուծում.Եկեք երկու անգամ գրենք ռեակցիայի կինետիկ հավասարման լուծումը n--րդ կարգը մեկ ռեագենտով.

և մի արտահայտությունը բաժանիր մյուսի: հաստատուններ կԵվ աերկու արտահայտություններն էլ կչեղարկվեն, և մենք ստանում ենք.

.

Այս արդյունքը կարելի է ընդհանրացնել՝ ապացուցելով, որ այն ժամանակների հարաբերակցությունը, որոնց փոխակերպման աստիճանը a և b է, կախված է միայն ռեակցիայի հերթականությունից.

.

ԱՌԱՋԱԴՐԱՆՔՆԵՐ

2-2. Առաջին կարգի ռեակցիան ընթանում է 30%-ով 7 րոպեում։ Որքա՞ն ժամանակ կպահանջվի, որպեսզի ռեակցիան 99%-ով ավարտվի: (պատասխան)

2-3. Չեռնոբիլի վթարի հետևանքով մթնոլորտ ներթափանցած ռադիոակտիվ իզոտոպ 137 Cs-ի կես կյանքը 29,7 տարի է։ Քանի՞ ժամ հետո այս իզոտոպի քանակը կլինի սկզբնականի 1%-ից պակաս: (պատասխան)

2-4. Միջուկային փորձարկումների ժամանակ մթնոլորտ ներթափանցող 90 Sr ռադիոակտիվ իզոտոպի կես կյանքը 28,1 տարի է։ Ենթադրենք, որ նորածին երեխայի օրգանիզմը կլանել է 1,00 մգ այս իզոտոպը։ Որքա՞ն ստրոնցիում կմնա մարմնում ա) 18 տարի, բ) 70 տարի հետո, եթե ենթադրենք, որ այն չի արտազատվում օրգանիզմից (պատասխան).

2-5. SO 2 Cl 2 = SO 2 + Cl 2 առաջին կարգի ռեակցիայի արագության հաստատունը 2.2 է: 10 -5 s -1 320 o C-ում: SO 2 Cl 2-ի քանի՞ տոկոսը կքայքայվի, երբ 2 ժամ պահվի այս ջերմաստիճանում (պատասխան):

2-6. 1-ին կարգի ռեակցիայի արագության հաստատուն

2N 2 O 5 (գ) 4NO 2 (գ) + O 2 (գ)

25 o C-ում հավասար է 3,38: 10 -5 ս -1 . Որքա՞ն է N 2 O 5-ի կես կյանքը: Որքա՞ն կլինի ճնշումը համակարգում ա) 10 վրկ, բ) 10 րոպե հետո, եթե սկզբնական ճնշումը 500 մմ ս.ս. է. Արվեստ. (պատասխան)

2-7. Առաջին կարգի ռեակցիան իրականացվում է սկզբնական նյութի տարբեր քանակությամբ: Արդյո՞ք կինետիկ կորերի սկզբնական հատվածների շոշափումները կհատվեն x առանցքի մի կետում: Բացատրեք ձեր պատասխանը (պատասխան):

2-8. Առաջին կարգի ռեակցիան A 2B տեղի է ունենում գազային փուլում: Սկզբնական ճնշումն է էջ 0 (B բացակայում է): Գտեք ընդհանուր ճնշման կախվածությունը ժամանակից: Քանի՞ ժամից հետո ճնշումը կմեծանա 1,5 անգամ բնօրինակի համեմատ: Ո՞րն է ռեակցիայի առաջընթացն այս պահին: (պատասխան)

2-9. Երկրորդ կարգի ռեակցիան 2A B տեղի է ունենում գազային փուլում: Սկզբնական ճնշումն է էջ 0 (B բացակայում է): Գտեք ընդհանուր ճնշման կախվածությունը ժամանակից: Քանի՞ ժամից հետո ճնշումը կնվազի 1,5 անգամ բնօրինակի համեմատ: Ո՞րն է ռեակցիայի առաջընթացն այս պահին: (պատասխան)

2-10. A նյութը խառնվել է B և C նյութերի հետ հավասար կոնցենտրացիաներով՝ 1 մոլ/լ: 1000 վրկ հետո Ա նյութի 50%-ը կմնա 2000 վրկ հետո, եթե ռեակցիան ունի՝ ա) զրո, բ) առաջին, գ) երկրորդ, գ) երրորդ ընդհանուր կարգ։

2-11. Առաջին, երկրորդ կամ երրորդ կարգի ռեակցիաներից ո՞րն է ավելի արագ ավարտվելու, եթե նյութերի սկզբնական կոնցենտրացիաները 1 մոլ/լ են, իսկ արագության բոլոր հաստատունները, որոնք արտահայտված են մոլ/լ-ով և s-ով, հավասար են 1-ի: (պատասխան)

2-12. Ռեակցիա

CH 3 CH 2 NO 2 + OH - H 2 O + CH 3 CHNO 2 -

ունի երկրորդ կարգի և արագության հաստատուն կ= 39,1 լ/(մոլ. րոպե) 0 o C-ում: Պատրաստվել է լուծույթ, որը պարունակում է 0,004 M նիտրոէթան և 0,005 M NaOH: Որքա՞ն ժամանակ կպահանջվի նիտրոէթանի 90%-ի արձագանքման համար:

2-13. H + և FG - (ֆենիլգլիօքսինատ) իոնների վերահամակցման արագության հաստատունը UFG մոլեկուլում 298 K-ում հավասար է. կ= 10 11,59 լ/(մոլ. ս): Հաշվե՛ք ռեակցիայի ավարտին անհրաժեշտ ժամանակը 99,999%, եթե երկու իոնների սկզբնական կոնցենտրացիաները 0,001 մոլ/լ են։ (պատասխան)

2-14. 1-բութանոլի հիպոքլորաթթվի օքսիդացման արագությունը կախված չէ ալկոհոլի կոնցենտրացիայից և համաչափ է 2-ի: Որքա՞ն ժամանակ կպահանջվի, որպեսզի 298 Կ ջերմաստիճանում օքսիդացման ռեակցիան ավարտի 90%, եթե նախնական լուծույթը պարունակում է 0,1 մոլ/լ HClO և 1 մոլ/լ սպիրտ: Ռեակցիայի արագության հաստատունն է կ= 24 լ / (մոլ րոպե): (պատասխան)

2-15։ Որոշակի ջերմաստիճանում 0,01 M էթիլացետատի լուծույթը սապոնացվում է 0,002 M NaOH լուծույթով 10%-ով 23 րոպեում: Քանի՞ րոպե հետո այն նույն աստիճանով կսապոնացվի 0,005 M KOH լուծույթով. Հաշվի առեք, որ այս ռեակցիան երկրորդ կարգի է, և ալկալիները լիովին տարանջատված են (պատասխան):

2-16։ Երկրորդ կարգի A + B P ռեակցիան իրականացվում է [A] 0 = 0,050 մոլ/լ և [B] 0 = 0,080 մոլ/լ նախնական կոնցենտրացիաներով լուծույթում։ 1 ժամ հետո Ա նյութի կոնցենտրացիան նվազել է մինչև 0,020 մոլ/լ։ Հաշվարկեք երկու նյութերի արագության հաստատունը և կիսամյակը:

Քիմիական ռեակցիայի արագությունը փորձնականորեն որոշելու համար անհրաժեշտ է ժամանակի ընթացքում նախնական կամ վերջնական նյութերի կոնցենտրացիայի փոփոխության վերաբերյալ տվյալներ ունենալ։ Այն մեթոդները, որոնցով դա կարելի է անել, բաժանված են քիմիականԵվ ֆիզիկաքիմիական.

Քիմիական մեթոդները հիմնված են ռեակցիայի անոթում նյութի քանակի կամ դրա կոնցենտրացիայի ուղղակի որոշման վրա։

Ամենից հաճախ այդ նպատակների համար օգտագործվում են քանակական վերլուծության այնպիսի տեսակներ, ինչպիսիք են տիտրաչափությունը և ծանրաչափությունը: Եթե ​​ռեակցիան դանդաղ է ընթանում, ապա ռեակտիվների սպառումը վերահսկելու համար ռեակցիայի միջավայրից որոշակի պարբերականությամբ նմուշներ են վերցվում: Այնուհետեւ որոշվում է ցանկալի նյութի պարունակությունը։ Օրինակ, տիտրումը ալկալիով որոշում է թթվի քանակությունը համակարգում, երբ ռեակցիան ընթանում է

R 1 – COOH + R 2 – OH → R 1 – COO – R 2 + H 2 O

Եթե ​​ռեակցիան ընթանում է մեծ արագությամբ, ապա նմուշ վերցնելու համար այն դադարեցվում է հանկարծակի սառեցման, կատալիզատորի արագ հեռացման, նոսրացման կամ ռեակտիվներից մեկի ոչ ռեակտիվ վիճակի տեղափոխման միջոցով:

Անալիզի քիմիական մեթոդները բնութագրվում են պարզությամբ, մատչելիությամբ և լավ ճշգրտությամբ:

Ժամանակակից փորձարարական կինետիկայի մեջ նրանք առավել հաճախ օգտագործում են վերլուծության ֆիզիկաքիմիական մեթոդներ . Նրանք թույլ են տալիս վերահսկել նյութի կոնցենտրացիայի փոփոխությունները անմիջապես ռեակցիայի ընթացքում՝ առանց այն դադարեցնելու կամ նմուշ վերցնելու: Այս մեթոդները հիմնված են համակարգի ցանկացած ֆիզիկական հատկության չափման վրա, որը փոփոխվում է ժամանակի ընթացքում և կախված է դրանում որոշակի միացության քանակական պարունակությունից. օրինակ՝ ճնշում (եթե ռեակցիայի մեջ ներգրավված են գազեր), էլեկտրական հաղորդունակությունը, բեկման ինդեքսը, ռեագենտի կամ ռեակցիայի արտադրանքի կլանման սպեկտրը ուլտրամանուշակագույն, տեսանելի կամ ինֆրակարմիր շրջաններում։ Էլեկտրոնային պարամագնիսական ռեզոնանսի (EPR) և միջուկային մագնիսական ռեզոնանսի (NMR) սպեկտրները լայնորեն կիրառվում են։

Սպեկտրային մեթոդների կիրառումը հիմնված է այն փաստի վրա, որ էլեկտրամագնիսական ճառագայթման կլանումը համամասնական է նյութի քանակին կամ համակարգում դրա կոնցենտրացիային:

Սովորաբար ռեակցիաները փորձնականորեն ուսումնասիրվում են փակ համակարգում (այսինքն՝ հաստատուն ծավալով) և արդյունքները ներկայացվում են գրաֆիկական՝ այսպես կոչված. կինետիկ կոր, արտահայտելով ռեագենտի կամ ռեակցիայի արտադրանքի կոնցենտրացիայի կախվածությունը ժամանակից։ Այս կախվածության վերլուծական ձևը կոչվում է կինետիկ կորի հավասարումը. Ի տարբերություն հիմնական կինետիկ հավասարման, արձագանքող նյութերի սպառման կորերի (կամ ռեակցիայի արտադրանքի կուտակման) հավասարումները որպես պարամետրեր պարունակում են բաղադրիչների սկզբնական կոնցենտրացիաները (C 0) t = 0 պահին:

Այս հավասարումներից ստացվում են բանաձևեր՝ հաշվարկելու ռեակցիայի արագության հաստատունը և կես կյանքի ժամանակը(t½) – ժամանակահատված, որի ընթացքում ընդունված մեկնարկային նյութի կեսը սպառվում է, այսինքն. դրա կոնցենտրացիան կնվազի 2 անգամ և կհավասարվի C-ին Օ /2.

Զրոյական կարգի ռեակցիաներում սկզբնական նյութի կոնցենտրացիան ժամանակի ընթացքում գծային նվազում է (նկ. 37):

Բրինձ. 37. Ելակետային նյութի կոնցենտրացիայի փոփոխությունը ժամանակի ընթացքում զրոյական կարգի ռեակցիայի ժամանակ

Մաթեմատիկորեն այս գծային հարաբերությունը կարելի է գրել հետևյալ կերպ.

Որտեղկ- արագության հաստատուն, C 0 – ռեագենտի սկզբնական մոլային կոնցենտրացիան, C – կոնցենտրացիան ժամանակինտ.

Դրանից մենք կարող ենք ստանալ զրոյական կարգի քիմիական ռեակցիայի արագության հաստատունը հաշվարկելու բանաձևը:

k = (C 0 – C):

Զրոյական կարգի արագության հաստատունը չափվում է մոլ/լ ∙ վ-ով (մոլ լ -1 · Հետ -1 ).

Զրոյական կարգի ռեակցիայի կես փոխակերպման ժամանակը համաչափ է սկզբնական նյութի կոնցենտրացիայի հետ

Առաջին կարգի ռեակցիաների համար C, t կոորդինատներում կինետիկ կորը էքսպոնենցիալ բնույթ ունի և այսպիսի տեսք ունի (Նկար 38) Մաթեմատիկորեն այս կորը նկարագրվում է հետևյալ հավասարմամբ.

C = C 0 e - kt

Բրինձ. 38. Ժամանակի ընթացքում սկզբնական նյութի կոնցենտրացիայի փոփոխություն առաջին կարգի ռեակցիայի ժամանակ

Գործնականում առաջին կարգի ռեակցիաների համար կինետիկ կորը ամենից հաճախ գծագրվում է ℓnC,t կոորդինատներով։ Այս դեպքում նկատվում է ℓnС-ի գծային կախվածություն ժամանակից (նկ. 39):

ℓnС = ℓnС 0 –kt

Բրինձ. 39. Ռեագենտի կոնցենտրացիայի լոգարիթմի կախվածությունը առաջին կարգի ռեակցիայի առաջացման ժամանակից.

Համապատասխանաբար, արագության հաստատունի և կիսափոխանակման ժամանակի արժեքը կարող է հաշվարկվել հետևյալ բանաձևերի միջոցով

k = ℓn կամ k= 2,303ℓg

(տասնորդական լոգարիթմից բնականին անցնելիս):

Առաջին կարգի ռեակցիայի արագության հաստատունն ունի չափ տ –1 , այսինքն. 1/վ և կախված չէ համակենտրոնացման միավորներից: Այն ցույց է տալիս մոլեկուլների մասնաբաժինը, որոնք արձագանքում են մեկ միավոր ժամանակում, սկսած ընդհանուր թիվըռեագենտի մոլեկուլները համակարգում: Այսպիսով, առաջին կարգի ռեակցիաներում սկզբնական նյութի վերցված քանակի հավասար ֆրակցիաները սպառվում են հավասար ժամանակահատվածներում։

Առաջին կարգի ռեակցիաների երկրորդ տարբերակիչ առանձնահատկությունն այն է, որ նրանց համար t ½-ը կախված չէ ռեագենտի սկզբնական կոնցենտրացիայից, այլ որոշվում է միայն արագության հաստատունով:

Երկրորդ կարգի ռեակցիաների համար կոնցենտրացիայի կախվածության հավասարման ձևը կդիտարկենք միայն ամենապարզ դեպքի համար, երբ տարրական գործողության մեջ մասնակցում են 2 նույնական մոլեկուլ կամ տարբեր նյութերի մոլեկուլներ, բայց դրանց սկզբնական կոնցենտրացիաները (C 0) հավասար. Այս դեպքում 1/C,t կոորդինատներում նկատվում է գծային կախվածություն (նկ. 40): Այս հարաբերությունների մաթեմատիկական հավասարումը կգրվի հետևյալ կերպ.

Բրինձ. 40. Ռեագենտի հակադարձ կոնցենտրացիայի կախվածությունը ժամանակից երկրորդ կարգի ռեակցիայի համար

Մշտական արագությունը հաշվարկվում է բանաձևով

և չափվում է ձիաուժով -1 ∙մոլ -1 , այսինքն. դրա թվային արժեքը կախված է այն միավորներից, որոնցում չափվում է նյութի կոնցենտրացիան։

Երկրորդ կարգի ռեակցիաների կես կյանքը հակադարձ համեմատական ​​է ռեագենտի սկզբնական կոնցենտրացիայի հետ

Դա պայմանավորված է նրանով, որ երկրորդ կարգի ռեակցիաների արագությունը մեծապես կախված է միավոր ժամանակում արձագանքող նյութերի մոլեկուլների միջև բախումների քանակից, որն, իր հերթին, համաչափ է մեկ միավորի ծավալի մոլեկուլների քանակին, այսինքն. նյութի կոնցենտրացիան. Այսպիսով, որքան մեծ է նյութի կոնցենտրացիան համակարգում, այնքան ավելի հաճախ մոլեկուլները բախվում են միմյանց և այնքան քիչ ժամանակ կունենա դրանց կեսը արձագանքելու համար:

Երրորդ կարգի ռեակցիաները, ինչպես արդեն նշվեց, չափազանց հազվադեպ են և գործնական հետաքրքրություն չեն ներկայացնում: Հետեւաբար, այս առումով մենք դրանք չենք դիտարկի:

Հարց թիվ 3

Ո՞ր գործոններից է կախված քիմիական ռեակցիայի արագության հաստատունը:

Ռեակցիայի արագությունը հաստատուն (հատուկ ռեակցիայի արագություն) համաչափության գործակիցն է կինետիկ հավասարման մեջ։

Ռեակցիայի արագության հաստատունի ֆիզիկական նշանակությունը կԶանգվածային գործողության օրենքի հավասարումից հետևում է. կԹվային առումով հավասար է ռեակցիայի արագությանը, երբ յուրաքանչյուր արձագանքող նյութի կոնցենտրացիան հավասար է 1 մոլ/լ:

Ռեակցիայի արագության հաստատունը կախված է ջերմաստիճանից, ռեակտիվների բնույթից, համակարգում կատալիզատորի առկայությունից, բայց կախված չէ դրանց կոնցենտրացիայից։

1. Ջերմաստիճանը. Ջերմաստիճանի յուրաքանչյուր 10°C բարձրացման դեպքում ռեակցիայի արագությունը մեծանում է 2-4 անգամ (վանտ Հոֆի կանոն)։ Երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է t1-ից t2, ռեակցիայի արագության փոփոխությունը կարելի է հաշվարկել՝ օգտագործելով բանաձևը. g-ն այս ռեակցիայի ջերմաստիճանի գործակիցն է): Վանտ Հոֆի կանոնը կիրառելի է միայն նեղ ջերմաստիճանի միջակայքում: Ավելի ճշգրիտ է Արենիուսի հավասարումը. k = A e –Ea/RT որտեղ A-ն հաստատուն է՝ կախված ռեակտիվների բնույթից. R-ը գազի համընդհանուր հաստատունն է. Ea-ն ակտիվացման էներգիան է, այսինքն՝ այն էներգիան, որը պետք է ունենան բախվող մոլեկուլները, որպեսզի բախումը հանգեցնի քիմիական վերափոխման: Քիմիական ռեակցիայի էներգետիկ դիագրամ. Էկզոթերմիկ ռեակցիա Էնդոթերմիկ ռեակցիա A - ռեակտիվներ, B - ակտիվացված համալիր (անցումային վիճակ), C - արտադրանք: Որքան բարձր է ակտիվացման էներգիան Ea-ն, այնքան ռեակցիայի արագությունը մեծանում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ: 2. Ռեակցող նյութերի շփման մակերեսը. Տարասեռ համակարգերի դեպքում (երբ նյութերը գտնվում են ագրեգացման տարբեր վիճակներում), որքան մեծ է շփման մակերեսը, այնքան ավելի արագ է ընթանում ռեակցիան։ Պինդ նյութերի մակերեսը կարելի է մեծացնել մանրացնելով, իսկ լուծվող նյութերի համար՝ լուծելով դրանք։ 3. Կատալիզ. Այն նյութերը, որոնք մասնակցում են ռեակցիաներին և մեծացնում են դրա արագությունը՝ ռեակցիայի վերջում մնալով անփոփոխ, կոչվում են կատալիզատորներ։ Կատալիզատորների գործողության մեխանիզմը կապված է ռեակցիայի ակտիվացման էներգիայի նվազման հետ՝ միջանկյալ միացությունների առաջացման պատճառով։ Միատարր կատալիզի ժամանակ ռեակտիվները և կատալիզատորը կազմում են մեկ փուլ (գտնվում են ագրեգացման նույն վիճակում), մինչդեռ տարասեռ կատալիզի ժամանակ դրանք տարբեր փուլեր են (գտնվում են ագրեգացման տարբեր վիճակներում): Որոշ դեպքերում անցանկալի քիմիական պրոցեսների առաջացումը կարող է կտրուկ դանդաղեցնել՝ ռեակցիայի միջավայրին ինհիբիտորներ ավելացնելով («բացասական կատալիզի» երևույթը)։

Հարց թիվ 4

Ձևակերպե՛ք և գրե՛ք ռեակցիայի զանգվածային գործողության օրենքը.

2 NO+O2=2NO2

ԶԱՆԳՎԱԾԱՅԻՆ ԳՈՐԾՈՂՈՒԹՅԱՆ ՕՐԵՆՔ. Քիմիական ռեակցիայի արագությունը համաչափ է արձագանքող նյութերի կոնցենտրացիաների արտադրյալին: 2NO + O2 2NO2 ռեակցիայի համար զանգվածի գործողության օրենքը կգրվի հետևյալ կերպ՝ v=kС2(NO)·С (O2), որտեղ k-ն արագության հաստատուն է՝ կախված ռեակտիվների բնույթից և ջերմաստիճանից։ Պինդ նյութերի հետ կապված ռեակցիաների արագությունը որոշվում է միայն գազերի կամ լուծված նյութերի կոնցենտրացիայով՝ C + O2 = CO2, v = kCO2:

Ուղեցույց լաբորատոր աշխատանքի համար

Ուսանողների «Քիմիա» առարկայից

Կազմել է Վ.Ս. Ակսենովը

Գրախոս

Քիմիական գիտությունների դոկտոր, պրոֆեսոր Ֆ.Ֆ. Նիյազի

Քիմիական ռեակցիաների արագությունը«Քիմիա» առարկայի լաբորատոր աշխատանքի ուղեցույցներ / Կուրսկ. պետություն տեխ. Համալսարան; Կոմպ. Վ.Ս.Աքսենով. Kursk, 2003. 20 p.

Ներկայացված են մեթոդական նյութեր «Քիմիական ռեակցիաների արագությունը» թեմայի ուսումնասիրության, քիմիական ռեակցիաներում արագությունների հաշվարկման և լաբորատոր աշխատանք կատարելու համար։

Նախատեսված է ընդհանուր քիմիա սովորող բոլոր մասնագիտությունների ուսանողների համար

Աղյուսակ 2. Իլ. 2.

ՀՎՀՀ 06430 10.12.01թ.

Ստորագրված է տպագրության համար։ Ձևաչափ 60x84 1/16. Օֆսեթ տպագրություն. Cond.bake.l. 1.16. ակադեմիկոս-խմբ.լ. 1.05. Տպաքանակը՝ 50 օրինակ։ Պատվեր

Կուրսկի պետական ​​տեխնիկական համալսարան.

Կուրսկի պետական ​​տեխնիկական համալսարանի հրատարակչական և տպագրական կենտրոն։ 305040 Կուրսկ, փ. Հոկտեմբերի 50, 94.

Անվտանգության հարցեր թեմայի վերաբերյալ

1. Որքա՞ն է քիմիական ռեակցիայի արագությունը: Ի՞նչ միավորներով է այն չափվում:

2. Ո՞րն է ռեակցիայի իրական և միջին արագությունը:

3. Ո՞րն է ռեակցիայի կինետիկ հավասարումը (զանգվածի գործողության օրենքը):

4. Ինչպե՞ս է գրվում համասեռ ռեակցիայի կինետիկ հավասարումը:

5. Որո՞նք են տարասեռ ռեակցիաների առանձնահատկությունները:

6. Որո՞նք են կինետիկ, դիֆուզիոն և խառը հսկողությունը տարասեռ ռեակցիաներում:

7. Գրելու ի՞նչ ձևեր կան տարասեռ ռեակցիաների կինետիկ հավասարումների համար:

8. Ի՞նչ է ռեակցիայի արագության հաստատունը: Ո՞ր ռեակցիայի պայմաններն են ազդում արագության հաստատունի վրա և որոնք չեն ազդում:

10 . Ե՞րբ է ճնշումն ազդում քիմիական ռեակցիայի արագության վրա:

12 . Ինչպե՞ս է ջերմաստիճանը ազդում քիմիական ռեակցիայի արագության վրա: Տրե՛ք Վան Հոֆի հավասարումը:

13 . Որքա՞ն է ռեակցիայի ջերմաստիճանի գործակիցը:

14 . Ի՞նչ է կատալիզը: Գործընթացի ի՞նչ պարամետրերի վրա է ազդում կատալիզատորը:

Քիմիական ռեակցիաների արագությունը.

Կինետիկա - արագության ուսումնասիրություն տարբեր գործընթացներներառյալ քիմիական ռեակցիաները: Հիմնական հասկացություններից մեկը քիմիական կինետիկառեակցիայի արագությունն է:

Քիմիական ռեակցիայի արագությունը Վ կանչեց Ռեակտիվ նյութի քանակի փոփոխություն մեկ միավորի ժամանակի վրա միավոր ռեակցիայի տարածությունում.

Միատարր համակարգում ռեակցիայի տարածությունը անոթի ծավալն է, որում փոխազդեցությունը տեղի է ունենում, և նյութի քանակությունը միավոր ծավալով կոչվում է. կենտրոնացումՀԵՏ և արտահայտվում է մոլ/լ.

Հետևաբար, միատարր գործընթացի դեպքում, որը տեղի է ունենում հաստատուն ծավալով, միատարր քիմիական ռեակցիայի արագությունը չափվում է արձագանքող ցանկացած նյութի կոնցենտրացիայի փոփոխությամբ ժամանակի միավորի վրա.

Սովորաբար τ ժամանակը արտահայտվում է վայրկյաններով, ուստի ռեակցիայի արագության չափը սովորաբար լինում է մոլ/լ վրկ. Քիմիական փոխազդեցության ժամանակ սկզբնական նյութերից յուրաքանչյուրի կոնցենտրացիան ժամանակի ընթացքում նվազում է (ՀԵՏ 2 <С 1 , ԴՍ<0) , և յուրաքանչյուր ռեակցիայի արտադրանքի կոնցենտրացիան մեծանում է (ՀԵՏ 2 > C 1 , ԴՍ>0) . Ժամանակի ընթացքում մեկնարկային նյութերի և ռեակցիայի արտադրանքների կոնցենտրացիաների փոփոխությունը ցույց է տրված Նկար 1-ում: Քիմիական կինետիկայի մեջ տարբերակում են միջին և իրական (կամ ակնթարթային) ռեակցիաների արագությունները։ Միջին արագությունը v հարաբերակցությանը հավասար ԴՍ/Δտ (ԴՍ = Ս 2 - ՀԵՏ 1 , Δτ = τ 2 -τ 1 ) . Ապահովելու համար, որ արագության արժեքը միշտ դրական է, «±» նշանները տեղադրվում են կոտորակի դիմաց:

V = ± ---

Δτ

Քիմիական ռեակցիայի իրական արագությունը Վ istորոշվում է այն սահմանով, որին ձգտում է հարաբերակցությունը ԴՍ/Δտժամը τ → 0, այսինքն. համակենտրոնացման ածանցյալը ժամանակի նկատմամբ.

Վ ist = ± -–-

dτ

Ռեակցիայի արագության կախվածությունը ռեակտիվների կոնցենտրացիայից:Մոլեկուլների միջև քիմիական փոխազդեցության ակտի իրականացման համար անհրաժեշտ պայման պետք է լինի դրանց բախումը: Որոշակի ռեակցիայի տարածությունում մոլեկուլների բախումները տվյալ ջերմաստիճանում ավելի հաճախ են տեղի ունենում, այնքան շատ են այդ մոլեկուլները: Հետևաբար, քիմիական ռեակցիայի արագությունը կախված է ռեակտիվների կոնցենտրացիայից: Քանի որ սկզբնական նյութերի կոնցենտրացիան ժամանակի ընթացքում նվազում է (նկ. 1, կոր 1), ռեակցիայի արագությունը նվազում է։

Արտահայտված է ռեակցիայի արագության քանակական կախվածությունը ռեակտիվների կոնցենտրացիայից զանգվածային գործողության օրենքը, որը ժամանակակից ձևակերպմամբ ունի հետևյալ տեսքը.

հաստատուն ջերմաստիճանում քիմիական ռեակցիայի արագությունը ուղիղ համեմատական ​​է ռեակտիվների կոնցենտրացիաների արտադրյալին, որը վերցված է ռեակցիայի հավասարման ստոյխիոմետրիկ գործակիցներին հավասար ուժերով։.

Ռեակցիայի համար Ա A+բ B →մ M+n Ն

Զանգվածային գործողության օրենքի մաթեմատիկական արտահայտությունն է.

V=կ ՀԵՏ Ա Ա · ՀԵՏ IN բ (1)

Որտեղ Վ - արագության ռեակցիա; ՀԵՏ ԱԵվ ՀԵՏ IN- ռեագենտների կոնցենտրացիաներ ԱԵվ IN;Ա , բ - ստոյխիոմետրիկ գործակիցները ռեակցիայի հավասարման մեջ. կ - համաչափության գործակից, որը կոչվում է քիմիական ռեակցիայի արագության հաստատուն: Փոխարժեքի հաստատունի չափը որոշվում է ստոյխիոմետրիկ գործակիցների արժեքներով Ա Եվ բ և մնում է այնպիսին, որ արագությունը Վ չափ ուներ մոլ/լ∙վրկ. Եթե ​​ճշգրիտ տվյալներ չկան, ապա չափը կ ընդունել վրկ ―1 . ժամը ՀԵՏ Ա = C IN = 1 մոլ/լկ թվով հավասար Վ . Արտահայտություն (1) Կոչվում է նաեւ ռեակցիայի կինետիկ հավասարումը.

Փոխարժեքի հաստատունքիմիական ռեակցիա կ որոշվում է արձագանքող նյութերի բնույթով և կախված է ջերմաստիճանից, կատալիզատորի առկայությունից, բայց կախված չէ ռեակցիային մասնակցող նյութերի կոնցենտրացիայից։

Օրինակ 1 . 0,06 մոլ նյութ A և 0,02 մոլ նյութ B տեղադրվում են 2 լիտր ծավալով ռեակցիոն անոթում, որոշակի ջերմաստիճանում տեղի է ունենում ռեակցիայի A + 2B = AB 2 եթե A և B նյութերի տվյալ կոնցենտրացիաներում ռեակցիայի արագությունը 6·10 -7 է մոլ/(լ վրկ).

Լուծում:Իմանալով ռեակտիվների քանակությունը և համակարգի ծավալը՝ մենք գտնում ենք ռեակտիվների մոլային կոնցենտրացիաները.

ՀԵՏ Ա= 0,06/2 = 0,03 = 3·10 ―2 մոլ/լ; ՀԵՏ IN = 0,02/2 = 0.01 = 10 ―2 մոլ/լ

Եկեք գրենք կինետիկ հավասարման արտահայտությունը, որը կապում է ռեակցիայի արագությունը ռեակտիվների կոնցենտրացիաների հետ.

V=կ ՀԵՏ Ա · ՀԵՏ IN 2

Վ 6.10 ―7

Այստեղից. կ = ----- = ------- = 0,2 լ 2 / (մոլ) 2 ∙վրկ

ՀԵՏ Ա · ՀԵՏ IN 2 · 3 10 ―2 (10 ―2) 2

Զանգվածի գործողության օրենքը վավեր է միայն դրանց մեխանիզմի ամենապարզ փոխազդեցությունների համար, որոնք տեղի են ունենում գազերում կամ նոսր լուծույթներում: Բարդ ռեակցիաները կարող են լինել զուգահեռ կամ հաջորդական գործընթացների մի շարք: Զանգվածային գործողության օրենքը վավեր է ռեակցիայի յուրաքանչյուր առանձին փուլի համար, բայց ոչ ամբողջ փոխազդեցության համար որպես ամբողջություն: Գործընթացի այդ փուլը, որի արագությունը նվազագույն է, ընդհանրապես սահմանափակում է ռեակցիայի արագությունը։ Հետևաբար, զանգվածի գործողության օրենքի մաթեմատիկական արտահայտությունը, որը գրված է գործընթացի ամենադանդաղ (սահմանափակող) փուլի համար, միաժամանակ կիրառելի է ողջ ռեակցիայի համար որպես ամբողջություն։

Եթե ​​ռեակցիան ներառում է երկու կամ ավելի նյութեր, ապա ռեակցիայի արագությունը կարող է կախված լինել դրանցից միայն մեկի կոնցենտրացիայից, որը ներգրավված է գործընթացի ամենադանդաղ փուլում և կախված չէ մյուսների կոնցենտրացիայից:

Տարասեռ քիմիական ռեակցիաների արագությունը:Տեխնոլոգիայում մեծ նշանակություն ունեցող շատ քիմիական գործընթացներ դասակարգվում են որպես տարասեռ ռեակցիաներ։ Գործընթացի մեկ կամ մի քանի բաղադրիչներ գտնվում են խտացված, սովորաբար պինդ փուլում: Պինդ կոնցենտրացիաները չեն գրվում կինետիկ հավասարման մեջ (զանգվածի գործողության օրենք). Պայմանականորեն, այս կոնցենտրացիաները ընդունվում են որպես հաստատուն և հավասար 1-ի: Սա է առաջինտարասեռ ռեակցիաների առանձնահատկությունը. Նրանք գնում են փուլային միջերես, որը նրանց արձագանքման տարածությունն է: Ահա թե ինչու երկրորդԱյս ռեակցիաների կինետիկայի առանձնահատկությունը ռեակցիայի մակերեսի մակերեսի ազդեցությունն է ռեակցիայի արագության վրա։ Այսպիսով, արձագանքի համար.

Ֆե 2 ՄԱՍԻՆ 3 (K) + 3СО (G) → 2Fe + 3СО 2 (G)

կինետիկ հավասարումը կարելի է գրել այսպես. V = k∙С 3 CO ∙ Ս, Որտեղ ՀԵՏ CO- ածխածնի երկօքսիդի մոլային կոնցենտրացիան CO (G)արձագանքող ելանյութերի միակ գազային բաղադրիչը, Ս- մակերեսը, որի վրա տեղի է ունենում ռեակցիան. Պինդ Ֆե 2 ՄԱՍԻՆ 3 (K) գրված չէ կինետիկ հավասարման մեջ: Տարասեռ քիմիական ռեակցիաների արագություններն ունեն հարթություն մոլ/լ∙վրկ∙մ 2

Այնուամենայնիվ, շատ դեպքերում ռեակցիայի մակերեսի մակերեսը գործնականում անհնար է չափել և ուղղակիորեն չի հայտնվում կինետիկ հավասարման մեջ (զանգվածի գործողության օրենք): Նա

«թաքնվում» է փոխարժեքի հաստատունում կև դա հաշվի է առնվում արագության հաստատունի չափում:

Օրինակ 2 . Արձագանքի համար. Սի (հեռուստացույց) + 2H 2 ՄԱՍԻՆ (G)  SiO 2 (հեռուստացույց) + 2H 2 (G) գրիր արտահայտություն կինետիկ հավասարման համար.

Լուծում:Այս ռեակցիան տարասեռ է և տեղի է ունենում փուլային սահմաններում: Արձագանքող նյութերից ջուրը ռեակցիային մասնակցում է գազային ձևով, որի դիմացի գործակիցը հավասարման մեջ հավասար է 2-ի (…+ 2Հ 2 ՄԱՍԻՆ (G) ) Սիլիկոն ( Սի (հեռուստացույց) ) պինդ նյութ է, հետևաբար կինետիկ հավասարման մեջ հաշվի չենք առնում դրա կոնցենտրացիան։ Հետևաբար, այս ռեակցիայի կինետիկ հավասարումը (զանգվածի գործողության օրենքը) կարող է լինել. V = k·С 2 Ն 2 ՄԱՍԻՆ. Փոխարժեքի հաստատունի չափն այս դեպքում է լ/մոլ∙վրկ∙մ 2 .

Ռեակցիայի ընթացքում ռեագենտի կոնցենտրացիան C S ռեակցիոն գոտում նվազում է C V ծավալում նրա կոնցենտրացիայի համեմատ ռեագենտի սպառման պատճառով։ Ահա թե ինչու տարասեռ քիմիական ռեակցիայի արագությունը կախված է քիմիական ռեակցիայի գոտի ռեակտիվների մատակարարման արագությունից.,

Այն է երրորդայս ռեակցիաների առանձնահատկությունները.

Ռեագենտի կոնցենտրացիայի ամենամեծ փոփոխությունը տեղի է ունենում ռեակցիայի մակերեսի մոտ գտնվող բարակ շերտում, որը կոչվում է դիֆուզիոնՕ մ շերտ.Նյութի տեղափոխումն այստեղ հիմնականում տեղի է ունենում դիֆուզիայի շնորհիվ։

Եթե ​​դիֆուզիայի արագությունը բարձր է ավելի շատ արագությունռեակցիաներ ( Վ Դ >> Վ), այնուհետև ռեակտիվները առանց խնդիրների մատակարարվում են ռեակցիայի տարածություն, մակերես, պահպանվում են վերը նկարագրված արագության վրա կենտրոնացման ազդեցության բոլոր օրենքները։ Նման դեպքերի համար կա արտահայտություն. կինետիկ ռեակցիայի վերահսկում« Եթե ​​քիմիական ռեակցիայի և դիֆուզիայի արագությունները համադրելի են, ապա խառը հսկողություն. Եվ վերջապես, երբ դիֆուզիայի արագությունը շատ ավելի քիչ է, քան ռեակցիայի արագությունը ( Վ Դ << V ) հետո խոսում են ռեակցիայի դիֆուզիոն վերահսկման մասին։

IN
Այս դեպքում բոլոր ռեակտիվների համար կարող է դիտվել զրոյական կարգի ռեակցիա: Սա նշանակում է, որ կոորդինատներում Վ― Գարագությունը կախված չէ ռեակտիվների կոնցենտրացիաներից, այլ կախված է դիֆուզիայի արագությունից, մակերեսի մակերեսից և ջերմաստիճանից, որոնք ներառված չեն կինետիկ հավասարման մեջ։ Այս երեւույթը կարող է առաջանալ բարձր մածուցիկությամբ հեղուկ միջավայրում պինդ մակերեսի վրա արձագանքելիս: Այնուամենայնիվ, տարասեռ ռեակցիաների մեծամասնությունը զրոյից տարբեր կարգ ունի, հաճախ կոտորակային: Նկ. Նկար 2-ում ներկայացված են ռեակցիայի արագության հնարավոր կախվածության գրաֆիկական ձևերը ռեագենտների կոնցենտրացիաներից:

Ռեակցիայի արագության կախվածությունը համակարգում ճնշումից:Այն դեպքերում, երբ արձագանքող նյութերի մեջ կան գազեր, ռեակցիաների արագությունը կախված է համակարգում ճնշումից: Ճնշման մեծացման հետ մեկ միավոր ծավալով գազի մոլեկուլների թիվը համամասնորեն մեծանում է, ինչը համարժեք է տվյալ գազի կոնցենտրացիայի ավելացմանը։

Օրինակ 3. Ինչպե՞ս կփոխվի ռեակցիայի արագությունը: 2NO + O 2 → 2 NO 2 երբ փակ համակարգի ծավալը կրկնակի կրճատվում է հաստատուն ջերմաստիճանում.

Լուծում.Փակ համակարգում ծավալի նվազումը համարժեք է ճնշման համամասնական աճին, քանի որ Մենդելեև-Կլիպերոնի օրենքի համաձայն. РW = nRT:(Այստեղ Վ- համակարգի ծավալը):

Այս ռեակցիայի կինետիկ հավասարումը հետևյալն է. V=կ ՀԵՏ 2 ՈՉ · ՀԵՏՄԱՍԻՆ 2

Երբ համակարգի ծավալը կրկնակի կրճատվում է, և հարակից ճնշումը կրկնապատկվում է, ռեակտիվների կոնցենտրացիաները նույնպես կրկնապատկվում են. ՀԵՏ» ՈՉ = 2C ՈՉ ՀԵՏ»ՄԱՍԻՆ 2 = 2CՄԱՍԻՆ 2

Նոր ռեակցիայի արագություն.

V» =կ ՀԵՏ» ՈՉ 2 · ՀԵՏ»ՄԱՍԻՆ 2 = կ (2 ՀԵՏ ՈՉ ) 2 · (2CՄԱՍԻՆ 2 ) = 8 կ ՀԵՏ ՈՉ 2 · ՀԵՏՄԱՍԻՆ 2 = 8 Վ

Եզրակացություն.Երբ հաստատուն ջերմաստիճանում փակ համակարգի ծավալը կրկնակի կրճատվում է, այս ռեակցիայի արագությունը մեծանում է 8 անգամ։

Ռեակցիայի արագության հաստատունի կախվածությունը ջերմաստիճանից. Ռեակցիաների մեծ մասն արագանում է տաքացման միջոցով: Ջերմաստիճանը ուղղակիորեն ազդում է արագության հաստատունի վրա կ . Թող Վ 1 - ռեակցիայի արագությունը ջերմաստիճանում Տ 1 , Ա Վ 2 - նույն ռեակցիայի արագությունը ջերմաստիճանում Տ 2 (Տ 1 <Т 2 ) . Այս դեպքում գործում է Վանտ Հոֆի հիմնական կանոնը։

Որտեղ γ - ջերմաստիճանի գործակիցը, որը ցույց է տալիս, թե քանի անգամ կաճի ռեակցիայի արագությունը, երբ ջերմաստիճանը բարձրանա 10 0 C-ով: Սենյակային ջերմաստիճանին մոտ ջերմաստիճանի ռեակցիաների մեծ մասի համար γ 2-4 բալ է:

Վան Հոֆի հավասարումը լայնորեն կիրառվում է, սակայն պետք է հիշել, որ այն էմպիրիկ մոտավոր է և կարող է օգտագործվել միայն ինդիկատիվ հաշվարկների համար։

Օրինակ 4. 100 0 C ջերմաստիճանում որոշ ռեակցիաներ ավարտվում են 20 րոպեում։ Հաշվելով ռեակցիայի արագության ջերմաստիճանի գործակիցը γ = 3,5, հաշվարկեք, թե որքան ժամանակ կպահանջվի, որպեսզի ռեակցիան ավարտվի 60 0 C ջերմաստիճանում

Լուծում. Ռեակցիայի արագությունը, ինչպես ցանկացած գործընթացի արագությունը, հակադարձ համեմատական ​​է գործընթացի ժամանակին: Հետևաբար, Վ 2 /Վ 1 = τ 1 /τ 2 . Թող Տ 1 , Վ 1 Եվ τ 1 դանդաղ (ցածր ջերմաստիճանի) գործընթացի պարամետրեր են, և Տ 2 , Վ 2 Եվ τ 2 - բարձր ջերմաստիճանի գործընթացի պարամետրերը. Մենք հասանելի տվյալները փոխարինում ենք Van't Hoff հավասարման մեջ.

Վ 2 /Վ 1 = 3,5 (100 - 60)/10 = (3,5) 4 = 150. Քանի որ Վ 2 /Վ 1 = τ 1 /τ 2 = 150,

τ 1 /τ 2 = τ 1 /20 τ 1 = 150·20 = 3000 րոպե = 50 ժամ:

Քիմիական ռեակցիան արագացնելու եղանակներից մեկն է կատալիզ, որն իրականացվում է ռեակցիայի արագությունը բարձրացնող նյութերի (կատալիզատորների) օգնությամբ, սակայն դրա առաջացման արդյունքում չեն սպառվում։ Ինչպես ջերմաստիճանի բարձրացման դեպքում, կատալիզատորի ներդրումը մեծանում է ռեակցիայի արագության հաստատուն. Կատալիզատորի գործողության մեխանիզմը կրճատվում է մինչև ռեակցիայի ակտիվացման էներգիայի նվազման, այսինքն. ակտիվ մոլեկուլների միջին էներգիայի (ակտիվ համալիր) և սկզբնական նյութերի մոլեկուլների միջին էներգիայի տարբերության նվազմանը։ Քիմիական ռեակցիայի արագությունը կտրուկ աճում է

Համակարգեր. Բայց այս արժեքը չի արտացոլում ռեակցիայի առաջացման իրական հնարավորությունը, դրա արագությունև մեխանիզմ:

Քիմիական ռեակցիան ամբողջությամբ հասկանալու համար դուք պետք է գիտեք, թե դրա իրականացման ընթացքում ինչ ժամանակային օրինաչափություններ կան, այսինքն. քիմիական ռեակցիայի արագությունըև դրա մանրամասն մեխանիզմը: Ուսումնասիրեք ռեակցիայի արագությունը և մեխանիզմը քիմիական կինետիկա- քիմիական գործընթացի գիտություն.

Քիմիական կինետիկայի տեսանկյունից ռեակցիաները կարելի է դասակարգել պարզ և բարդ.

Պարզ ռեակցիաներ- գործընթացներ, որոնք տեղի են ունենում առանց միջանկյալ միացությունների առաջացման: Ըստ դրան մասնակցող մասնիկների քանակի՝ դրանք բաժանվում են միամոլեկուլային, երկմոլեկուլային, եռամոլեկուլային։Ավելի քան 3 մասնիկների բախումը քիչ հավանական է, ուստի եռամոլեկուլային ռեակցիաները բավականին հազվադեպ են, իսկ չորս մոլեկուլային ռեակցիաները անհայտ են: Բարդ ռեակցիաներ- մի քանի տարրական ռեակցիաներից բաղկացած գործընթացներ.

Ցանկացած գործընթաց ընթանում է իր բնորոշ արագությամբ, որը կարող է որոշվել որոշակի ժամանակահատվածում տեղի ունեցող փոփոխություններով: Միջին քիմիական ռեակցիայի արագությունըարտահայտվում է նյութի քանակի փոփոխությամբ nնյութ, որը սպառվում կամ ստացվում է մեկ միավորի ծավալով V մեկ միավոր ժամանակում t.

υ = ± dn/ dt· Վ

Եթե ​​նյութը սպառվում է, ապա դնում ենք «-» նշանը, եթե այն կուտակվում է, դնում ենք «+» նշանը։

Մշտական ​​ծավալով.

υ = ± dC/ dt,

Ռեակցիայի արագության միավոր մոլ/լ վ

Ընդհանուր առմամբ, υ-ն հաստատուն արժեք է և կախված չէ նրանից, թե ռեակցիայի մեջ որ նյութն ենք մենք վերահսկում:

Ռեագենտի կամ արտադրանքի կոնցենտրացիայի կախվածությունը ռեակցիայի ժամանակից ներկայացված է ձևով կինետիկ կոր, որը նման է.

Փորձնական տվյալներից υ-ն ավելի հարմար է հաշվարկել, եթե վերը նշված արտահայտությունները վերածվեն հետևյալ արտահայտության.

Զանգվածային գործողության օրենքը. Ռեակցիայի կարգի և արագության հաստատուն

Ձևակերպումներից մեկը զանգվածային գործողության օրենքըհնչում է այսպես. Տարրական միատարր քիմիական ռեակցիայի արագությունը ուղիղ համեմատական ​​է ռեակտիվների կոնցենտրացիաների արտադրանքին:

Եթե ​​ուսումնասիրվող գործընթացը ներկայացված է ձևով.

a A + b B = արտադրանք

ապա կարող է արտահայտվել քիմիական ռեակցիայի արագությունը կինետիկ հավասարում:

υ = k [A] a [B] bկամ

υ = k·C a A ·C b B

Այստեղ [ Ա] Եվ [Բ] (Գ Ա ԵվԳ Բ) - ռեագենտների կոնցենտրացիաներ,

ա ևբ- պարզ ռեակցիայի ստոյխիոմետրիկ գործակիցները,

կ- ռեակցիայի արագության հաստատուն.

Քանակի քիմիական նշանակությունը կ- Սա արագության ռեակցիամեկ կոնցենտրացիաներում: Այսինքն, եթե A և B նյութերի կոնցենտրացիաները հավասար են 1-ի, ապա υ = կ.

Պետք է հաշվի առնել, որ բարդ քիմիական գործընթացներում գործակիցները ա ևբչեն համընկնում ստոյխիոմետրիկների հետ։

Զանգվածային գործողության օրենքը բավարարվում է, եթե պահպանվում են մի շարք պայմաններ.

• Ռեակցիան ակտիվանում է ջերմային եղանակով, այսինքն. ջերմային շարժման էներգիա.
• Ռեակտիվների կոնցենտրացիան բաշխվում է հավասարաչափ։
• Ընթացքի ընթացքում շրջակա միջավայրի հատկություններն ու պայմանները չեն փոխվում։
• Շրջակա միջավայրի հատկությունները չպետք է ազդեն կ.

Դեպի բարդ գործընթացներ զանգվածային գործողության օրենքը չի կարող կիրառվել: Սա կարելի է բացատրել նրանով, որ բարդ պրոցեսը բաղկացած է մի քանի տարրական փուլերից, և դրա արագությունը որոշվելու է ոչ թե բոլոր փուլերի ընդհանուր արագությամբ, այլ միայն մեկ ամենադանդաղ փուլով, որը կոչվում է. սահմանափակող.

Յուրաքանչյուր ռեակցիա ունի իր սեփականը պատվեր. Սահմանել մասնավոր (մասնակի) պատվերռեագենտով և ընդհանուր (լրիվ) պատվեր. Օրինակ՝ պրոցեսի համար քիմիական ռեակցիայի արագությունն արտահայտելիս

a A + b B = արտադրանք

υ = կ·[ Ա] ա·[ Բ] բ

ա- պատվիրել ըստ ռեագենտի Ա

բ — պատվիրել ըստ ռեագենտի IN

Ընդհանուր ընթացակարգ ա + բ = n

Համար պարզ գործընթացներռեակցիայի կարգը ցույց է տալիս արձագանքող տեսակների թիվը (համընկնում է ստոյխիոմետրիկ գործակիցների հետ) և ընդունում է ամբողջ թվեր։ Համար բարդ գործընթացներռեակցիայի կարգը չի համընկնում ստոիխիոմետրիկ գործակիցների հետ և կարող է լինել ցանկացած։

Որոշենք υ քիմիական ռեակցիայի արագության վրա ազդող գործոնները.

1. Ռեակցիայի արագության կախվածությունը ռեակտիվների կոնցենտրացիայից

   որոշվում է զանգվածային գործողության օրենքով. υ = կ[ Ա] ա·[ Բ] բ

Ակնհայտ է, որ ռեակտիվների կոնցենտրացիաների ավելացման դեպքում υ-ն ավելանում է, քանի որ ավելանում է քիմիական գործընթացին մասնակցող նյութերի բախումների թիվը։ Ավելին, կարևոր է հաշվի առնել ռեակցիայի հաջորդականությունը. եթե դա n=1որոշ ռեագենտի համար, ապա դրա արագությունն ուղիղ համեմատական ​​է այս նյութի խտությանը: Եթե ​​որևէ ռեագենտի համար n=2, ապա դրա կոնցենտրացիայի կրկնապատկումը կհանգեցնի ռեակցիայի արագության 2 2 = 4 անգամ ավելացման, իսկ կոնցենտրացիայի 3 անգամ մեծացումը կարագացնի ռեակցիան 3 2 = 9 անգամ։