Pagkalkula ng rate, pare-pareho at temperatura ng koepisyent ng rate ng reaksyon. Koepisyent ng temperatura ng rate ng reaksyon
Ang rate ng isang kemikal na reaksyon ay depende sa temperatura, at habang ang temperatura ay tumataas, ang rate ng reaksyon ay tumataas. Ipinakita ng Dutch scientist na si Van't Hoff na kapag ang temperatura ay tumaas ng 10 degrees, ang rate ng karamihan sa mga reaksyon ay tumataas ng 2-4 na beses;
VT 2 = VT 1 *y (T2-T1)/10
Kung saan ang VT 2 at VT 1 ay ang mga rate ng reaksyon sa mga temperatura T 2 at T 1; y ay ang koepisyent ng temperatura ng rate ng reaksyon, na nagpapakita kung gaano karaming beses tumaas ang rate ng reaksyon sa pagtaas ng temperatura ng 10K.
Sa isang reactant na konsentrasyon ng 1 mol/l, ang rate ng reaksyon ay ayon sa bilang na katumbas ng rate na pare-pareho k. Pagkatapos ang equation ay nagpapakita na ang rate constant ay depende sa temperatura sa parehong paraan tulad ng rate ng proseso.
3. Sumulat ng isang variant ng reaksyon ng pag-aalis (pag-aalis) sa paglabas ng hydrogen halide.
C 2 H 5 Cl \u003d C 2 H 4 + HCl
Numero ng tiket 4
1. Ano ang "atomic mass", "molecular mass", "mole of substance" at ano ang kinuha bilang atomic mass unit (a.m.u.)?
ATOMIC MASS - ang masa ng isang atom sa atomic mass units (a.m.u.). bawat yunit a. e.m., tinatanggap ang 1/12 ng masa ng carbon-12 isotope.
a.u.m. \u003d 1/12 m 12 6 C \u003d 1.66 * 10 -24
MOLECULAR WEIGHT - Ang molar mass ng isang compound, na tinutukoy sa 1/12 ng molar mass ng isang carbon-12 atom.
MOL - ang halaga ng isang substance na naglalaman ng parehong bilang ng mga particle o structural units (atoms, ions, molecules, radicals, electron, equivalents, atbp.) tulad ng sa 12 a. e.m. isotope carbon-12.
Ang formula para sa pagtaas ng rate ng isang reaksyon sa pagkakaroon ng isang katalista.
Maaari mong baguhin ang halaga ng Ea (activation energy) gamit ang mga catalyst. Ang mga sangkap na nakikibahagi, ngunit hindi natupok sa proseso ng reaksyon, ay tinatawag na mga katalista. Ang kababalaghang ito mismo ay tinatawag na catalysis. Ang pagtaas sa rate ng reaksyon sa pagkakaroon ng isang katalista ay tinutukoy ng formula
Depende sa kung ang katalista ay nasa parehong yugto ng mga reactant o bumubuo ng isang independiyenteng yugto, ang isa ay nagsasalita ng homogenous o heterogenous catalysis. Ang mekanismo ng catalytic action para sa kanila ay hindi pareho, gayunpaman, sa parehong mga kaso, ang reaksyon ay pinabilis dahil sa isang pagbawas sa Ea. Mayroong isang bilang ng mga tiyak na catalysts - mga inhibitor na nagpapababa sa rate ng reaksyon.
nasaan ang mga parameter ng proseso ng catalytic, V, k, Ea- non-catalytic na proseso.
Isulat ang mga reaksyon ng pagkasunog ng carbonaceous mga di-organikong sangkap sa oxygen, na nagpapahiwatig ng oxidizing agent at reducing agent, pati na rin ang estado ng oksihenasyon ng carbon bago at pagkatapos ng reaksyon.
C - pagbabawas ng ahente, proseso ng oksihenasyon
O - oxidizing agent, proseso ng pagbabawas
Numero ng tiket 5
1. Ano ang "electronegativity", "valency", "oxidation state" ng isang elemento at ano ang mga pangunahing patakaran para sa pagtukoy sa mga ito?
OXIDATION STATE - ang conditional charge ng isang atom ng isang elemento, na nakuha sa pagpapalagay na ang compound ay binubuo ng mga ions. Maaari itong maging positibo, negatibo, zero, fractional at may denotasyon Arabic numeral na may sign na “+” o “-” sa anyo ng kanang itaas na index ng simbolo ng elemento: C 1-, O 2-, H +, Mg 2+, N 3-, N 5+, Cr 6+.
Upang matukoy ang estado ng oksihenasyon (s. o.) ng isang elemento sa isang tambalan (ion), ang mga sumusunod na patakaran ay ginagamit:
1 V mga simpleng sangkap(H2, S8, P4) s. O. katumbas ng zero.
2 pare-pareho p. O. may mga elementong alkaline (E+) at alkaline earth (E2+), pati na rin ang fluorine P-.
3 Ang hydrogen sa karamihan ng mga compound ay may s. O. H + (H2O, CH4, HC1), sa hydrides - H- (-NaH, CaH2); Sa. O. oxygen, bilang isang panuntunan, ay katumbas ng -2 (O2-), sa peroxides (-O-O-) - 1 (O-).
4 Sa binary compound ng mga non-metal, negatibong p. O. itinalaga sa elemento sa kanan).
5 Algebraic sum Sa. O. ang molekula ay zero, ion - ang singil nito.
Ang kakayahan ng isang atom na ilakip o palitan ang isang tiyak na bilang ng iba pang mga atomo ay tinatawag na VALENCE. Ang sukat ng valency ay ang bilang ng mga atomo ng hydrogen o oxygen na nakakabit sa isang elemento, sa kondisyon na ang hydrogen ay isa- at ang oxygen ay divalent.
Ang panuntunan ni Van't Hoff:
kapag ang temperatura ay tumaas ng 10 degrees, ang rate ng isang homogenous na reaksyon ng kemikal ay tataas ng 2-4 na beses.
kung saan ang V2 ay ang rate ng reaksyon sa temperatura T2, ang V1 ay ang rate ng reaksyon sa temperatura T1, ay ang koepisyent ng temperatura ng reaksyon (kung ito ay katumbas ng 2, halimbawa, ang rate ng reaksyon ay tataas ng 2 beses kapag tumaas ang temperatura sa pamamagitan ng 10 degrees).
Mula sa van't Hoff equation koepisyent ng temperatura kinakalkula ng formula:
Ang teorya ng aktibong banggaan ay ginagawang pangkalahatan ang mga regularidad ang pag-asa ng bilis ng chem.r-at sa temperatura:
1. Hindi lahat ng molekula ay maaaring mag-react, ngunit ang mga nasa isang espesyal na aktibong estado
2. Ang pag-activate ng isang molekula ay nangyayari bilang resulta ng isang biomolecular collision.
3. Kapag ang mga particle na may humigit-kumulang sa parehong dami ng enerhiya ay nagbanggaan, ito ay muling ipinamamahagi, bilang isang resulta kung saan ang enerhiya ng isa sa mga molekula ay umabot sa isang halaga na naaayon sa activation energy.
4. Impluwensya ng temperatura sa rate ng reaksyon: isang pagbabago sa equilibrium sa pagitan ng ordinaryong at aktibong mga molekula tungo sa pagtaas ng konsentrasyon ng dating.
Profile ng enerhiya ng reaksyon (plot ng potensyal na enerhiya kumpara sa coordinate ng reaksyon)
Pag-activate ng enerhiya Ea- ang pinakamababang karagdagang enerhiya na dapat ibigay sa molekula na lampas sa average na halaga nito upang makagawa ng chem. pakikipag-ugnayan.
Arrhenius equation nagtatatag ng dependence ng rate constant ng isang kemikal na reaksyon k sa temperatura T.
Dito A characterizes ang dalas ng banggaan ng reacting molecules, R ay ang unibersal na gas constant.
7. Catalysis. Homogeneous at heterogenous catalysis. Mga tampok ng catalytic na aktibidad ng mga enzyme. Catalysis- bilis ng pagbabago mga reaksiyong kemikal sa pagkakaroon ng mga sangkap na, pagkatapos makumpleto ang reaksyon, ay nananatiling hindi nagbabago sa anyo at dami. Ang pagtaas sa bilis ng isang reaksyon ay tinatawag positibong catalysis, bumaba - negatibong catalysis (o pagsugpo). Mga katalista pangalanan ang mga sangkap na nagdudulot ng positibong catalysis; mga sangkap na nagpapabagal sa mga reaksyon mga inhibitor. Pagkilala sa pagitan ng homogenous at heterogenous catalysis. Ang pagpabilis ng reaksyon ng disproportionation ng hydrogen peroxide sa isang may tubig na solusyon sa pagkakaroon ng mga dichromate ions ay isang halimbawa ng homogenous catalysis (ang katalista ay bumubuo ng isang yugto na may pinaghalong reaksyon), at sa pagkakaroon ng manganese(IV) oxide, ito ay isang halimbawa ng heterogenous catalysis (isang may tubig na solusyon ng hydrogen peroxide-liquid phase, manganese oxide - solid). Ang mga catalyst ng biochemical reactions ay may likas na protina at tinatawag mga enzyme. Ang mga enzyme ay naiiba sa mga kumbensyonal na catalyst sa maraming paraan: 1) mayroon silang mas mataas na catalytic na kahusayan; 2) mataas na pagtitiyak, ibig sabihin. pagpili ng pagkilos; 3) maraming mga enzyme ang nagpapakita ng catalytic na aktibidad na may paggalang sa isang substrate lamang; 4) Ang mga enzyme ay nagpapakita ng pinakamataas na kahusayan sa ilalim lamang ng banayad na mga kondisyon, na nailalarawan sa pamamagitan ng isang maliit na hanay ng mga temperatura at mga halaga ng pH. Aktibidad ng enzyme = Zero-order na rate ng reaksyon. 8. Balanse ng kemikal. Nababaligtad at hindi maibabalik sa direksyon ng reaksyon. Ekwilibriyo ng kemikal: dynamic na estado kung saan ang mga rate ng pasulong at pabalik na reaksyon ay pantay. Ekwilibriyong pare-pareho: sa ilalim ng pare-parehong panlabas na mga kondisyon sa balanse, ang ratio ng produkto ng mga konsentrasyon ng produkto sa produkto ng mga konsentrasyon ng reactant, na isinasaalang-alang ang stoichiometry, ay isang pare-parehong halaga, na independiyente sa komposisyong kemikal mga sistema. Ang K c ay nauugnay sa pamantayan ng Gibbs E sa pamamagitan ng: Prinsipyo ng Le Chatelier: ang epekto ng ilang kadahilanan (t, c, p) sa sistema ng ekwilibriyo ay nagpapasigla sa paglilipat ng ekwilibriyo sa ganoong direksyon, na nag-aambag sa pagpapanumbalik ng mga unang katangian ng sistema. Mga kondisyon ng thermodynamic equilibrium: G 2 -G 1 \u003d 0S 2 -S 1 \u003d 0 Nababaligtad na p-tion: sa ilalim ng mga kondisyong ito, kusang umaagos pareho sa pasulong at sa tapat na direksyon .Tumakbo sa mga kondisyon: - Bahagyang natutunaw na precipitate - gas - mababang dissociating substance (tubig) - stable complex compound Hindi maibabalik na distrito: sa ilalim ng ibinigay na mga kondisyon ay dumadaloy sa isang direksyon. Ang posisyon ng chemical equilibrium ay nakasalalay sa mga sumusunod na parameter ng reaksyon: temperatura, presyon at konsentrasyon. Ang impluwensya ng mga salik na ito sa isang kemikal na reaksyon ay napapailalim sa mga tuntunin na ipinahayag sa pangkalahatang pananaw noong 1884 ng French scientist na si Le Chatelier. Ang modernong pagbabalangkas ng prinsipyo ng Le Chatelier ay ang mga sumusunod:
9. Ang papel ng tubig at mga solusyon sa buhay. Thermodynamics ng paglusaw.Solusyon ay isang homogenous na sistema ng variable na komposisyon ng dalawa o higit pang mga sangkap sa isang estado ng ekwilibriyo. Pag-uuri: 1) timbangin(coarse-dispersed system): mga suspensyon (solids sa likido) at mga emulsyon (likido sa likido) 2) colloids, sols(fine-dispersed system). Ang halaga ng mga solusyon sa buhay: maraming proseso ng kemikal ang nagpapatuloy lamang kung ang mga sangkap na kasangkot sa mga ito ay nasa isang dissolved state. Ang pinakamahalagang biological fluid (dugo, lymph, ihi, laway, pawis) ay mga solusyon ng mga asin, protina, carbohydrates, lipid sa tubig. Ang asimilasyon ng pagkain ay nauugnay sa paglipat ng mga sustansya sa isang natunaw na estado. Ang mga biochemical reaction sa mga buhay na organismo ay nagpapatuloy sa mga solusyon. Ang mga biofluids ay kasangkot sa transportasyon ng mga sustansya (taba, amino acid, oxygen), mga gamot sa mga organo at tisyu, pati na rin sa paglabas ng mga metabolite mula sa katawan. Sa likidong media ng katawan, ang pare-pareho ng kaasiman, ang konsentrasyon ng mga asing-gamot at mga organikong sangkap (konsentrasyon homeostasis) ay pinananatili. Ang pinakakaraniwang solvent sa ating planeta ay tubig. Mga katangian ng tubig: lumalampas sa lahat ng mga sangkap sa kapasidad ng init nito; maanomalyang pag-uugali sa paglamig - ang tubig ay namumuo, nagsisimulang lumubog, pagkatapos ay tumataas (lahat ng iba pang mga sangkap ay lumubog kapag siksik); maaaring sublimate (sublimation ng tubig) - sublimation (sa ilalim ng ilang mga kundisyon, ang yelo ay maaaring maging singaw nang hindi muna nagiging likidong tubig, ibig sabihin, nang hindi natutunaw); ang tubig ay natutunaw ang lahat ng mga sangkap (ang tanging tanong ay kung magkano?); mataas na dielectric na pare-pareho ng tubig (isang halaga na nagpapakita kung gaano karaming beses ang puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng dalawang singil sa isang partikular na substansiya ay mas mababa kaysa sa vacuum); mataas na kritikal na temperatura; ang tubig ay ampholyte (hindi acid, hindi basic); nakikilahok sa paglikha ng mga polymeric na istruktura ng katawan (protina, lipid ...); batayan ng transportasyon ng lamad. Dissolution thermodynamics: ayon sa 2nd law ng thermodynamics sa p, T=const ang mga sangkap ay maaaring kusang matunaw sa anumang solvent kung, bilang resulta ng prosesong ito, bumababa ang enerhiya ng Gibbs ng system, i.e. . G=( H - T S)<0 . (H- enthalpy factor, T S ay ang entropy factor ng dissolution). Kapag natutunaw ang mga likido at solidong sangkap S>0. Pagtunaw ng mga gas sa likido S<0. Ang enthalpy change ay ang algebraic sum ng enthalpy change H cr bilang isang resulta ng pagkasira ng kristal na sala-sala at ang pagbabago sa enthalpy H sol dahil sa paglutas ng mga solvent particle H sol = H kr + H Si Sol . Kapag natutunaw ang mga gas, ang enthalpy H cr = 0, dahil hindi na kailangang gumastos ng enerhiya upang sirain ang kristal na sala-sala. Sa panahon ng paglusaw, maaaring magbago ang entropy at enthalpy. 10 . Tamang-tama na Solusyon- ang enthalpy ng paghahalo ay 0 (homogeneous mixtures ng hydrocarbons; hypothetical solution, kung saan ang pagkakapantay-pantay ng lahat ng pwersa ng intermolecular interaction.) Ang solubility constant o PR- ito ang produkto ng mga konsentrasyon ng mga ion ng isang bahagyang natutunaw na electrolyte sa isang puspos na solusyon sa isang naibigay na temperatura - isang pare-parehong halaga BaCO 3 \u003d Ba + CO 3, Ks \u003dMga Kondisyon ng Paglusaw at Pag-ulan Precipitation at dissolution - exchange reactions na nagaganap sa isang electrolyte solution ---1) Ang electrolyte ay mauna kung ang produkto ng konsentrasyon ng mga ions nito sa solusyon ay mas malaki kaysa sa solubility constant c (Ba) * c (CO 3)> Kpr 2) Ang precipitate nito ay matutunaw kung ang lahat ay kabaligtaran 11. Coligative na katangian ng mga solusyon. Mga colligative na katangian ng mga solusyon- ito ang kanilang mga pag-aari na, sa ilalim ng mga ibinigay na kondisyon, ay nagiging pantay at independiyente sa kemikal na katangian ng natunaw na sangkap; mga katangian ng mga solusyon na nakasalalay lamang sa bilang ng mga kinetic unit at sa kanilang thermal motion. Ang batas ni Raoult at ang mga kahihinatnan nito Ang singaw sa ekwilibriyo na may likido ay tinatawag na saturated. Ang presyon ng naturang singaw sa isang purong solvent (p0) ay tinatawag na pressure o saturated vapor pressure ng isang purong solvent. Ang presyon ng singaw ng isang solusyon na naglalaman ng isang non-volatile solute ay direktang proporsyonal sa mole fraction ng solvent sa solusyon na iyon: p = p0 χr-l, kung saan ang p ay ang presyon ng singaw sa solusyon, PA; ang p0 ay ang presyon ng singaw sa ibabaw ng purong solvent; χp-l ay ang molar fraction ng solvent. Para sa mga electrolyte solution, isang bahagyang naiibang anyo ng equation ang ginagamit, na nagpapahintulot pagdaragdag ng isotonic coefficient dito: Δp = i p0 χv -va, kung saan ang Δp ay ang aktwal na pagbabago sa presyon kumpara sa isang purong solvent; χv-va ay ang mole fraction ng isang substance sa solusyon. Mula sa batas ni Raoult mayroong dalawa kahihinatnan. Ayon sa isa sa kanila, ang kumukulong punto ng solusyon ay mas mataas kaysa sa kumukulong punto ng solvent. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang saturated vapor pressure ng solvent sa ibabaw ng solusyon ay nagiging katumbas ng atmospheric pressure (liquid boiling condition) sa mas mataas na temperatura kaysa sa kaso ng purong solvent. Ang pagtaas sa kumukulong punto Tboil ay proporsyonal sa molality ng solusyon:. Tkip = Ke cm kung saan ang Ke ay ang ebullioscopic solvent constant, ang cm ay ang molal concentration.Ayon sa pangalawang imbestigasyon mula sa batas ni Raoult, ang temperatura ng pagyeyelo (crystallization) ng isang solusyon ay mas mababa kaysa sa temperatura ng pagyeyelo (crystallization) ng isang purong solvent. Ito ay dahil sa mas mababang presyon ng singaw ng solvent sa solusyon kaysa sa solvent. Ang pagbaba sa nagyeyelong punto (crystallization) Тzam ay proporsyonal sa molality ng solusyon : Tzam = Kk cm kung saan ang Kk ay ang cryoscopic constant ng solusyon Pagbaba ng temperatura ng crystallization ng mga solusyon. Kondisyon Ang crystallization ay ang pagkakapantay-pantay ng saturated vapor pressure ng solvent sa solusyon sa vapor pressure sa solid solvent. Dahil ang presyon ng singaw ng isang solvent sa isang solusyon ay palaging mas mababa kaysa sa isang purong solvent, ang pagkakapantay-pantay na ito ay palaging makakamit sa isang temperatura na mas mababa kaysa sa nagyeyelong punto ng solvent. Kaya, ang tubig sa karagatan ay nagsisimulang mag-freeze sa temperatura na humigit-kumulang minus 2 ° C. Ang pagkakaiba sa pagitan ng temperatura ng crystallization ng solvent at ang temperatura ng simula ng crystallization ng solusyon ay isang pagbaba sa temperatura ng crystallization. Pagtaas ng kumukulo na punto ng mga solusyon Liquid kumukulo sa temperatura kung saan ang kabuuang saturation vapor pressure ay nagiging katumbas ng external pressure. ang saturation vapor pressure sa isang solusyon sa anumang temperatura ay magiging mas mababa kaysa sa isang purong solvent, at ang pagkakapantay-pantay sa panlabas na presyon nito ay makakamit sa mas mataas na temperatura. Kaya, ang punto ng kumukulo ng isang solusyon ng isang non-volatile substance T ay palaging mas mataas kaysa sa boiling point ng isang purong solvent sa parehong presyon T °. depende sa likas na katangian ng solute at direktang proporsyonal sa molar na konsentrasyon ng solusyon. Ang kusang pagdaan ng isang solvent sa pamamagitan ng isang semi-permeable membrane na naghihiwalay sa isang solusyon at isang solvent o dalawang solusyon na may magkakaibang konsentrasyon ng isang solute ay tinatawag osmosis. Ang osmosis ay dahil sa pagsasabog ng mga solvent na molekula sa pamamagitan ng isang semi-permeable na hadlang na nagpapahintulot lamang sa mga solvent na molekula na dumaan. Ang mga molekula ng solvent ay nagkakalat mula sa isang solvent patungo sa isang solusyon o mula sa isang hindi gaanong puro solusyon patungo sa isang mas puro. Ang osmosis ay quantitatively characterized osmotic pressure, katumbas ng puwersa sa bawat unit na lugar sa ibabaw, at pinipilit ang mga solvent na molekula na tumagos sa pamamagitan ng isang semipermeable na partisyon. Ito ay katumbas ng presyon ng hanay ng solusyon sa osmometer na may taas h. Sa equilibrium, binabalanse ng panlabas na presyon ang osmotic pressure. Sa kasong ito, ang mga rate ng direkta at reverse transition ng mga molekula sa pamamagitan ng isang semipermeable partition ay magiging pareho. Tumataas ang osmotic pressure sa pagtaas ng konsentrasyon at temperatura ng solute. Van't Hoff iminungkahi na para sa osmotic pressure ay maaaring ilapat ang equation ng estado ng isang ideal na gas: pV = nRT o p = (n/V) RT kung saan p = kasama ang RT, kung saan ang p ay ang osmotic pressure (kPa), ang c ay ang molar na konsentrasyon ng solusyon. Ang osmotic pressure ay direktang proporsyonal sa molar na konsentrasyon ng solute at temperatura. Ang Osmosis ay gumaganap nang husto mahalagang papel sa mga biological na proseso, tinitiyak ang pagdaloy ng tubig sa mga selula at iba pang istruktura. Ang mga solusyon na may parehong osmotic pressure ay tinatawag isotonic. Kung ang osmotic pressure ay mas mataas kaysa sa intracellular, kung gayon ito ay tinatawag na hypertonic, kung ito ay mas mababa kaysa sa intracellular, ito ay tinatawag na hypotonic. Ang isotonic coefficient (din ang van't Hoff factor; denoted i) ay isang parameter na walang sukat na nagpapakilala sa gawi ng isang substance sa solusyon. Ito ay katumbas ng numero sa ratio ng halaga ng ilang colligative property ng isang solusyon ng isang naibigay na substance at ang halaga ng parehong colligative property ng isang non-electrolyte ng parehong konsentrasyon, na may iba pang mga parameter ng system na hindi nagbabago. Isoosmia- kamag-anak na pare-pareho ng osmotic pressure sa likidong media at mga tisyu ng katawan, dahil sa pagpapanatili ng mga konsentrasyon ng mga sangkap na nakapaloob sa kanila sa antas na ito: electrolytes, mga protina. Ito ay isa sa pinakamahalagang physiological constants ng katawan, na ibinigay sa pamamagitan ng mga mekanismo ng self-regulation (Homeostasis). HEMOLYSIS- pagkasira ng mga pulang selula ng dugo, na sinamahan ng pagpapalabas ng hemoglobin mula sa kanila. Mga pisikal na dahilan kasama ang pagkilos ng mataas at mababang temperatura, ultrasound, kemikal - hemolytic poisons, ilan mga gamot at iba pa. Ang hemolysis ay maaaring mangyari sa panahon ng pagsasalin ng hindi tugmang dugo, ang pagpapakilala ng mga hipotonik na solusyon. Plasmolysis- kapag ang mga cell ay inilagay sa isang hypertonic na solusyon, ang tubig mula sa mga selula ay napupunta sa isang mas puro solusyon at ang kulubot ng mga selula ay sinusunod.
Mga elemento ng teorya ng mga solusyon sa electrolyte. Malakas at mahinang electrolyte. Ionization constant ng isang mahinang electrolyte. Batas sa pag-aanak ni Ostwald. Ionic na lakas ng solusyon. Aktibidad at koepisyent ng aktibidad ng mga ion. Electrolytes sa katawan, laway bilang electrolyte.
mga electrolyte- Ito ay mga sangkap na may ionic o highly polar covalent bond sa mga may tubig na solusyon na sumasailalim sa electrolytic dissociation, na nagreresulta sa pagbuo ng mga cation at anion.
Malakas na electrolytes- mga sangkap na may kakayahang ganap na maghiwalay. Kabilang dito ang karamihan sa mga asin, gayundin ang ilang mga sangkap ng isang molekular na istraktura (HCl).
Mahinang electrolytes dissociate sa isang hindi gaanong antas, at ang kanilang nangingibabaw na anyo ay molekular (H2S, organic acids).
Pagbibilang ng kakayahan molecular electrolyte sa dissociation ay tinutukoy antas ng ionization ( depende ito sa konsentrasyon ng electrolyte ):
kung saan Ntotal - kabuuang bilang mga molekula sa solusyon; Ang N ionization ay ang bilang ng mga molekula na nabulok sa mga ion.
pare-pareho ang ionization:
Kung saan ang [A], [B] ay mga nabubulok na ion
- isang sangkap na hindi nasira sa mga ion.
Batas ng pagbabanto ni Ostwald:
K= α 2 c/1- α ,
Kung saan ang α ay ang antas ng ionization
C - konsentrasyon ng molar
Ionic na lakas ng solusyon:
I=0.5∑s i z i 2 ,
Kung saan ang c i ay ang molar na konsentrasyon ng ion sa solusyon, mol/l
z i ay ang ion charge.
Aktibidad ng ion ay ang mabisang konsentrasyon nito.
Ang aktibidad ay nauugnay sa konsentrasyon ng molar tulad ng sumusunod:
nasaan ang f salik ng aktibidad
electrolytes sa katawan: Na at Cl lumahok sa pagpapanatili ng balanse ng acid-base, osmotic na balanse sa katawan. Sa gumaganap ng isang mahalagang papel sa pagbuo ng tissue ng buto at ngipin, sa regulasyon ng acidity ng dugo at pamumuo nito, sa excitability ng kalamnan at nervous tissue. SA Ito ay matatagpuan pangunahin sa mga likido ng katawan at malambot na mga tisyu, kung saan ito ay isang kinakailangang elemento para sa pagpapanatili ng osmotic pressure at pag-regulate ng pH ng dugo. mg ay isang cofactor sa maraming mga reaksyon ng enzymatic, ay kinakailangan sa lahat ng mga yugto ng synthesis ng protina. sa mga buhay na organismo Fe ay isang mahalagang trace element na nagpapagana sa mga proseso ng pagpapalitan ng oxygen. Co ay bahagi ng bitamina B 12, ay kasangkot sa hematopoiesis, mga function sistema ng nerbiyos at atay, mga reaksyong enzymatic. Zn mahalaga para sa metabolismo ng bitamina E, ay kasangkot sa synthesis ng iba't ibang mga anabolic hormone sa katawan, kabilang ang insulin, testosterone at growth hormone. Mn nakakaapekto sa paglaki, pagbuo ng dugo at paggana ng gonadal.
Ang laway bilang isang electrolyte ay isang kumplikadong biochemical na kapaligiran. Ang bilang ng mga H + at OH ions "ay tumutukoy sa pH ng laway, na karaniwang 6.9. Ang halaga ng pH ay nag-iiba depende sa likas na katangian ng proseso ng pathological sa oral cavity. Kaya, sa mga nakakahawang sakit, ang reaksyon ng laway ay acidic. Ang laway ay naglalaman ng mga chlorine anion mula sa inorganic substance , bromine, yodo, fluorine. Ang Phosphate, fluorine anion ay nakakatulong sa pagtaas ng mga potensyal na electrochemical, chlorine anion - sa paglipat ng mga ionic charge at isang depolarizer (isang kadahilanan na nagpapabilis ng anodic at cathodic na mga proseso). Ang mga elemento ng bakas ay tinutukoy sa laway: bakal, tanso, pilak, mangganeso, aluminyo at iba pa - at macronutrients: calcium, potassium, sodium, magnesium, phosphorus.
Mula sa mga husay na pagsasaalang-alang, malinaw na ang rate ng mga reaksyon ay dapat tumaas sa pagtaas ng temperatura, dahil sa kasong ito, tumataas ang enerhiya ng mga nagbabanggaan na particle at tumataas ang posibilidad na magkaroon ng pagbabagong kemikal sa panahon ng pagbangga. Para sa isang quantitative na paglalarawan ng mga epekto ng temperatura sa chemical kinetics, dalawang pangunahing ugnayan ang ginagamit - ang panuntunan ng van't Hoff at ang Arrhenius equation.
Ang panuntunan ni Van't Hoff ay nakasalalay sa katotohanan na kapag pinainit ng 10 ° C, ang rate ng karamihan sa mga reaksiyong kemikal ay tumataas ng 2-4 na beses. Sa matematika, nangangahulugan ito na ang rate ng reaksyon ay nakasalalay sa temperatura sa isang paraan ng batas ng kapangyarihan:
, (4.1)
kung saan ang temperatura koepisyent ng bilis ( = 24). Ang panuntunan ni Van't Hoff ay napakabagal at nalalapat lamang sa isang napakalimitadong hanay ng temperatura.
Mas tumpak ay Arrhenius equation naglalarawan ng pagdepende sa temperatura ng pare-pareho ang rate:
, (4.2)
saan R- pangkalahatang gas pare-pareho; A- pre-exponential factor, na hindi nakasalalay sa temperatura, ngunit tinutukoy lamang ng uri ng reaksyon; E A - activation energy, na maaaring mailalarawan bilang ilang threshold na enerhiya: halos pagsasalita, kung ang enerhiya ng nagbabanggaan na mga particle ay mas mababa sa E A, kung gayon ang reaksyon ay hindi magaganap sa panahon ng banggaan kung lumampas ang enerhiya E A, magaganap ang reaksyon. Ang enerhiya ng pag-activate ay hindi nakasalalay sa temperatura.
Graphically dependency k(T) tulad ng sumusunod:
Sa mababang temperatura, ang mga reaksiyong kemikal ay halos hindi nangyayari: k(T) 0. Sa napakataas na temperatura, ang pare-pareho ng rate ay may posibilidad sa halaga ng limitasyon: k(T)A. Ito ay tumutugma sa katotohanan na ang lahat ng mga molekula ay aktibo sa kemikal at ang bawat banggaan ay humahantong sa isang reaksyon.
Ang activation energy ay maaaring matukoy sa pamamagitan ng pagsukat ng rate constant sa dalawang temperatura. Ang equation (4.2) ay nagpapahiwatig ng:
. (4.3)
Mas tiyak, ang enerhiya ng pag-activate ay tinutukoy mula sa mga halaga ng pare-pareho ang rate sa ilang mga temperatura. Upang gawin ito, ang Arrhenius equation (4.2) ay nakasulat sa logarithmic form
at isulat ang pang-eksperimentong data sa mga coordinate ln k - 1/T. Ang padaplis ng slope ng nagresultang tuwid na linya ay - E A / R.
Para sa ilang mga reaksyon, ang pre-exponential factor ay bahagyang nakasalalay lamang sa temperatura. Sa kasong ito, ang tinatawag na pang-eksperimentong activation energy:
. (4.4)
Kung pare-pareho ang pre-exponential factor, ang pang-eksperimentong activation energy ay katumbas ng Arrhenius activation energy: E op = E A.
Halimbawa 4-1. Gamit ang Arrhenius equation, tantyahin kung anong mga temperatura at activation energies ang valid na panuntunan ng van't Hoff.
Solusyon. Katawanin natin ang panuntunan ng van't Hoff (4.1) bilang pagdepende sa batas ng kapangyarihan ng pare-pareho ang rate:
,
saan B- isang pare-parehong halaga. Ihambing natin ang ekspresyong ito sa Arrhenius equation (4.2), na kumukuha ng halagang ~ e = 2.718:
.
Kunin natin natural na logarithm parehong bahagi ng tinatayang pagkakapantay-pantay na ito:
.
Ang pagkakaiba-iba ng nakuha na kaugnayan na may paggalang sa temperatura, nakita namin ang nais na kaugnayan sa pagitan ng enerhiya ng pag-activate at temperatura:
Kung ang activation energy at temperature ay humigit-kumulang natutugunan ang relasyon na ito, ang van't Hoff rule ay maaaring gamitin upang tantiyahin ang epekto ng temperatura sa reaction rate.
Halimbawa 4-2. Ang unang order na reaksyon sa 70°C ay 40% na kumpleto sa loob ng 60 minuto. Sa anong temperatura ang reaksyon ay magiging 80% na kumpleto sa 120 min kung ang activation energy ay 60 kJ/mol?
Solusyon. Para sa isang reaksyon sa unang pagkakasunud-sunod, ang rate constant ay ipinahayag sa mga tuntunin ng antas ng conversion tulad ng sumusunod:
,
kung saan a = x/a- ang antas ng pagbabago. Isinulat namin ang equation na ito sa dalawang temperatura, isinasaalang-alang ang Arrhenius equation:
saan E A= 60 kJ/mol, T 1 = 343K, t 1 = 60 min, a 1 = 0.4, t 2 = 120 min, a 2 = 0.8. Hatiin ang isang equation sa isa at kunin ang logarithm:
Ang pagpapalit ng mga dami sa itaas sa expression na ito, nakita namin T 2 \u003d 333 K \u003d 60 o C.
Halimbawa 4-3. Ang rate ng bacterial hydrolysis ng mga kalamnan ng isda ay dumoble kapag lumilipat mula sa temperatura na -1.1 o C hanggang sa temperatura na +2.2 o C. Tantyahin ang activation energy ng reaksyong ito.
Solusyon. Ang pagtaas sa rate ng hydrolysis ng 2 beses ay dahil sa pagtaas ng rate constant: k 2 = 2k 1 . Ang activation energy na may kaugnayan sa rate constants sa dalawang temperatura ay maaaring matukoy mula sa equation (4.3) na may T 1 = t 1 + 273.15 = 272.05K T 2 = t 2 + 273.15 = 275.35K:
130800 J/mol = 130.8 kJ/mol.
4-1. Gamit ang panuntunan ng van't Hoff, kalkulahin kung anong temperatura ang reaksyon ay magtatapos pagkatapos ng 15 minuto, kung sa 20 ° C ay tumatagal ng 2 oras. Ang koepisyent ng temperatura ng rate ay 3. (sagot)
4-2. Ang kalahating buhay ng isang sangkap sa 323 K ay 100 minuto, at sa 353 K ito ay 15 minuto. Tukuyin ang koepisyent ng temperatura ng bilis. (Sagot)
4-3. Ano ang dapat na enerhiya ng pag-activate upang ang rate ng reaksyon ay tumaas ng 3 beses na may pagtaas sa temperatura ng 10 0 С a) sa 300 K; b) sa 1000 K? (sagot)
4-4. Ang unang pagkakasunud-sunod na reaksyon ay may activation energy na 25 kcal/mol at isang pre-exponential factor na 5 . 10 13 seg -1 . Sa anong temperatura ang magiging kalahating buhay para sa reaksyong ito: a) 1 min; b) 30 araw? (sagot)
4-5. Sa alin sa dalawang kaso tumataas ang rate constant ng isang reaksyon higit pa oras: kapag pinainit mula 0 o C hanggang 10 o C o kapag pinainit mula 10 o C hanggang 20 o C? Pangatwiranan ang iyong sagot gamit ang Arrhenius equation.(Sagot)
4-6. Ang activation energy ng ilang reaksyon ay 1.5 beses na mas malaki kaysa sa activation energy ng isa pang reaksyon. Kapag pinainit mula sa T 1 hanggang T 2 ang rate constant ng pangalawang reaksyon ay tumaas sa a minsan. Ilang beses tumaas ang rate constant ng unang reaksyon kapag pinainit mula sa T 1 hanggang T 2? (sagot)
4-7. Ang rate constant ng isang komplikadong reaksyon ay ipinahayag sa mga tuntunin ng rate constants ng elementarya na mga hakbang tulad ng sumusunod:
Ipahayag ang activation energy at ang pre-exponential factor ng complex reaction sa mga tuntunin ng katumbas na dami na nauugnay sa elementary stages. (Sagot)
4-8. Sa 1st order na hindi maibabalik na reaksyon sa loob ng 20 min sa 125°C, ang antas ng conversion ng panimulang materyal ay 60%, at sa 145°C ang parehong antas ng conversion ay nakamit sa 5.5 min. Hanapin ang rate constants at activation energy ng reaksyong ito. (Sagot)
4-9. Ang reaksyon ng 1st order sa temperatura na 25 ° C ay nakumpleto ng 30% sa loob ng 30 minuto. Sa anong temperatura magiging 60% na kumpleto ang reaksyon sa loob ng 40 minuto kung ang activation energy ay 30 kJ/mol? (Sagot)
4-10. Ang reaksyon ng 1st order sa temperatura na 25 ° C ay nakumpleto ng 70% sa loob ng 15 minuto. Sa anong temperatura magiging 50% na kumpleto ang reaksyon sa loob ng 15 minuto kung ang activation energy ay 50 kJ/mol? (Sagot)
4-11. Ang rate constant ng first order reaction ay 4.02. 10 -4 s -1 sa 393 K at 1.98 . 10 -3 s -1 sa 413 K. Kalkulahin ang pre-exponential factor para sa reaksyong ito. (Sagot)
4-12. Para sa reaksyon H 2 + I 2 2HI, ang rate constant sa temperatura na 683 K ay 0.0659 l / (mol. min), at sa temperatura na 716 K - 0.375 l / (mol. min). Hanapin ang activation energy ng reaksyong ito at ang rate constant sa temperatura na 700 K. (Sagot)
4-13. Para sa reaksyong 2N 2 O 2N 2 + O 2, ang rate constant sa temperatura na 986 K ay 6.72 l / (mol. min), at sa temperatura na 1165 K - 977.0 l / (mol. min). Hanapin ang activation energy ng reaksyong ito at ang rate constant sa temperatura na 1053.0 K. (Sagot)
4-14. Ang trichloroacetate ion sa ionizing solvents na naglalaman ng H + ay nabubulok ayon sa equation
H + + CCl 3 COO - CO 2 + CHCl 3
Ang hakbang sa pagtukoy ng rate ay ang monomolecular cleavage ng C-C bond sa trichloroacetate ion. Ang reaksyon ay nagpapatuloy sa unang pagkakasunud-sunod, at ang mga constant ng rate ay may mga sumusunod na halaga: k= 3.11 . 10 -4 s -1 sa 90 o C, k= 7.62. 10 -5 s -1 sa 80 o C. Kalkulahin ang a) activation energy, b) rate constant sa 60 o C. (sagot)
4-15. Para sa reaksyon CH 3 COOC 2 H 5 + NaOH * CH 3 COONa + C 2 H 5 OH, ang rate constant sa temperatura na 282.6 K ay 2.307 l / (mol. min), at sa temperatura na 318.1 K - 21.65 l /(mol. min). Hanapin ang activation energy ng reaksyong ito at ang rate constant sa temperatura na 343 K. (Sagot)
4-16. Para sa reaksyon C 12 H 22 O 11 + H 2 O C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6, ang rate constant sa temperatura na 298.2 K ay 0.765 l / (mol. min), at sa temperatura na 328.2 K - 35.5 l/(mol min). Hanapin ang activation energy ng reaksyong ito at ang rate constant sa temperatura na 313.2 K. (Sagot)
4-17. Ang substansiya ay nabubulok sa dalawang magkatulad na landas na may mga pare-parehong rate k 1 at k 2. Ano ang pagkakaiba sa pagitan ng mga activation energies ng dalawang reaksyong ito, kung nasa 10 o C k 1 /k 2 = 10, at sa 40 o C k 1 /k 2 = 0.1? (sagot)
4-18. Sa dalawang reaksyon ng parehong pagkakasunud-sunod, ang pagkakaiba sa activation energies ay E 2 - E 1 = 40 kJ/mol. Sa temperatura na 293 K, ang ratio ng mga constant ng rate ay k 1 /k 2 \u003d 2. Sa anong temperatura magiging pantay ang mga constant ng rate? (Sagot)
4-19. Ang agnas ng acetone dicarboxylic acid sa may tubig na solusyon ay isang first order reaction. Ang rate constants ng reaksyong ito ay sinusukat sa iba't ibang temperatura:
Kalkulahin ang activation energy at ang pre-exponential factor. Ano ang kalahating buhay sa 25°C?
Problema 336.
Sa 150°C, ang ilang reaksyon ay kumpleto sa loob ng 16 minuto. Pagkuha ng koepisyent ng temperatura ng rate ng reaksyon na katumbas ng 2.5, kalkulahin kung gaano katagal magtatapos ang reaksyong ito kung ito ay isinasagawa: a) sa 20 0 °С; b) sa 80°C.
Solusyon:
Ayon sa tuntunin ng van't Hoff, ang pagdepende ng bilis sa temperatura ay ipinahayag ng equation:
v t at k t - ang rate at rate constant ng reaksyon sa temperatura na t°C; v (t + 10) at k (t + 10) ang parehong mga halaga sa temperatura (t + 10 0 C); - ang koepisyent ng temperatura ng rate ng reaksyon, ang halaga nito para sa karamihan ng mga reaksyon ay nasa hanay na 2 - 4.
a) Dahil ang rate ng isang kemikal na reaksyon sa isang ibinigay na temperatura ay inversely proportional sa tagal ng kurso nito, pinapalitan namin ang data na ibinigay sa kondisyon ng problema sa isang formula na quantitatively nagpapahayag ng van't Hoff rule, nakukuha namin :
b) Dahil ang reaksyong ito ay nagpapatuloy sa pagbaba ng temperatura, kung gayon sa isang naibigay na temperatura ang rate ng reaksyong ito ay direktang proporsyonal sa tagal ng kurso nito, pinapalitan namin ang data na ibinigay sa kondisyon ng problema sa isang formula na quantitatively nagpapahayag ng van't Hoff rule, nakukuha natin:
Sagot: a) sa 200 0 С t2 = 9.8 s; b) sa 80 0 С t3 = 162 h 1 min 16 s.
Problema 337.
Magbabago ba ang halaga ng rate ng reaksyon: a) kapag pinapalitan ang isang katalista sa isa pa; b) kapag nagbabago ang mga konsentrasyon ng mga reactant?
Solusyon:
Ang pare-pareho ang rate ng reaksyon ay isang halaga na nakasalalay sa likas na katangian ng mga reactant, sa temperatura at sa pagkakaroon ng mga catalyst, at hindi nakasalalay sa konsentrasyon ng mga reactant. Maaari itong maging katumbas ng rate ng reaksyon sa kaso kapag ang mga konsentrasyon ng mga reactant ay katumbas ng pagkakaisa (1 mol/l).
a) Kapag ang isang catalyst ay pinalitan ng isa pa, ang rate ng isang ibinigay na kemikal na reaksyon ay magbabago, o ito ay tataas. Kung ang isang katalista ay ginagamit, ang rate ng isang kemikal na reaksyon ay tataas, pagkatapos, nang naaayon, ang halaga ng pare-pareho ang rate ng reaksyon ay tataas din. Ang isang pagbabago sa halaga ng pare-pareho ang rate ng reaksyon ay magaganap din kapag ang isang katalista ay pinalitan ng isa pa, na magpapataas o magpapababa sa rate ng reaksyong ito na may kaugnayan sa orihinal na katalista.
b) Kapag nagbago ang konsentrasyon ng mga reactant, magbabago ang mga halaga ng rate ng reaksyon, at hindi magbabago ang halaga ng pare-pareho ang rate ng reaksyon.
Problema 338.
Nakadepende ba ang thermal effect ng isang reaksyon sa activation energy nito? Pangatwiranan ang sagot.
Solusyon:
Ang thermal effect ng reaksyon ay nakasalalay lamang sa inisyal at huling estado ng system at hindi nakasalalay sa mga intermediate na yugto ng proseso. Ang activation energy ay ang labis na enerhiya na dapat taglayin ng mga molecule ng mga substance upang ang kanilang banggaan ay humantong sa pagbuo ng isang bagong substance. Ang enerhiya ng pag-activate ay maaaring mabago sa pamamagitan ng pagtaas o pagbaba ng temperatura, ayon sa pagkakabanggit, pagbaba o pagtaas nito. Ang mga catalyst ay nagpapababa ng activation energy, habang ang mga inhibitor ay nagpapababa nito.
Kaya, ang pagbabago sa activation energy ay humahantong sa pagbabago sa rate ng reaksyon, ngunit hindi sa pagbabago sa init ng reaksyon. Ang thermal effect ng isang reaksyon ay isang pare-parehong halaga at hindi nakadepende sa pagbabago sa activation energy para sa isang partikular na reaksyon. Halimbawa, ang reaksyon para sa pagbuo ng ammonia mula sa nitrogen at hydrogen ay:
Ang reaksyong ito ay exothermic, > 0). Ang reaksyon ay nagpapatuloy sa isang pagbawas sa bilang ng mga moles ng reacting particle at ang bilang ng mga moles ng mga gas na sangkap, na nagdadala ng system mula sa isang hindi gaanong matatag na estado sa isang mas matatag, ang entropy ay bumababa,< 0. Данная реакция в обычных условиях не протекает (она возможна только при достаточно низких температурах). В присутствии катализатора энергия активации уменьшается, и скорость реакции возрастает. Но, как до применения катализатора, так и в присутствии его тепловой эффект реакции не изменяется, реакция имеет вид:
Problema 339.
Para sa aling reaksyon, direkta o baligtad, ang enerhiya ng pag-activate ay mas malaki kung ang direktang reaksyon ay nagpapatuloy sa pagpapalabas ng init?
Solusyon:
Ang pagkakaiba sa pagitan ng mga activation energies ng direkta at reverse reactions ay thermal effect: H \u003d E a (hal.) - E a (arr.) . Ang reaksyong ito ay nagpapatuloy sa pagpapalabas ng init, i.e. ay exothermic,< 0 Исходя из этого, энергия активации прямой реакции имеет меньшее значение, чем энергия активации обратной реакции:
E a(hal.)< Е а(обр.) .
Sagot: E a(hal.)< Е а(обр.) .
Problema 340.
Ilang beses tataas ang rate ng isang reaksyon na nagpapatuloy sa 298 K kung ang activation energy nito ay mababawasan ng 4 kJ/mol?
Solusyon:
Ipahiwatig natin ang pagbaba sa activation energy ng Ea, at ang rate constants ng reaksyon bago at pagkatapos ng pagbaba sa activation energy, ayon sa pagkakabanggit, ng k at k. Gamit ang Arrhenius equation, nakukuha natin ang:
Ang E a ay ang activation energy, k at k" ay ang reaction rate constants, T ay ang temperatura sa K (298).
Ang pagpapalit ng data ng problema sa huling equation at, na nagpapahayag ng enerhiya ng pag-activate sa joules, kinakalkula namin ang pagtaas sa rate ng reaksyon:
Sagot: 5 beses.
Ang rate ng karamihan sa mga reaksiyong kemikal ay tumataas sa pagtaas ng temperatura. Dahil ang konsentrasyon ng mga reactant ay halos independiyente sa temperatura, alinsunod sa kinetic equation ng reaksyon, ang pangunahing epekto ng temperatura sa rate ng reaksyon ay sa pamamagitan ng pagbabago sa pare-pareho ang rate ng reaksyon. Habang tumataas ang temperatura, tumataas ang enerhiya ng mga nagbabanggaang particle at tumataas ang posibilidad na magkaroon ng pagbabagong kemikal sa panahon ng pagbangga.
Ang pag-asa ng rate ng reaksyon sa temperatura ay maaaring mailalarawan sa pamamagitan ng halaga ng koepisyent ng temperatura.
Ang pang-eksperimentong data sa epekto ng temperatura sa bilis ng maraming reaksiyong kemikal sa mga ordinaryong temperatura (273–373 K), sa isang maliit na hanay ng temperatura, ay nagpakita na ang pagtaas ng temperatura ng 10 degrees ay nagpapataas ng rate ng reaksyon ng 2-4 na beses (van panuntunan ni 't Hoff).
Ayon kay van't Hoff koepisyent ng temperatura ng pare-pareho ang rate(Van't Hoff koepisyent)ay ang pagtaas ng bilis ng isang reaksyon na may pagtaas ng temperatura sa pamamagitan ng 10degrees.
(4.63)
kung saan at ang rate constants sa mga temperatura at ; ay ang koepisyent ng temperatura ng rate ng reaksyon.
Kapag tumaas ang temperatura sa n sampu-sampung degree, ang ratio ng mga constant ng rate ay magiging katumbas ng
saan n maaaring alinman sa isang integer o isang fractional na numero.
Ang panuntunan ni Van't Hoff ay isang tinatayang tuntunin. Naaangkop ito sa isang makitid na hanay ng temperatura, dahil nagbabago ang koepisyent ng temperatura sa temperatura.
Ang isang mas tumpak na pag-asa ng pare-pareho ang rate ng reaksyon sa temperatura ay ipinahayag ng semi-empirical na Arrhenius equation.
kung saan ang A ay isang pre-exponential factor na hindi nakadepende sa temperatura, ngunit tinutukoy lamang ng uri ng reaksyon; E - ang activation energy ng isang chemical reaction. Ang activation energy ay maaaring ilarawan bilang isang tiyak na threshold energy na nagpapakilala sa taas ng energy barrier sa reaction path. Ang activation energy ay hindi rin nakadepende sa temperatura.
Nakatakda ang dependency na ito sa huli XIX V. Dutch scientist na si Arrhenius para sa elementarya na mga reaksiyong kemikal.
Direktang activation energy ( E 1) at baligtarin ( E 2) ang reaksyon ay nauugnay sa thermal effect ng reaksyon D H ratio (tingnan ang Fig. 1):
E 1 – E 2=D N.
Kung ang reaksyon ay endothermic at D H> 0, pagkatapos E 1 > E 2 at ang activation energy ng forward reaction ay mas malaki kaysa sa reverse. Kung ang reaksyon ay exothermic, kung gayon E 1 < Е 2 .
Ang Arrhenius equation (101) sa differential form ay maaaring isulat:
Ito ay sumusunod mula sa equation na mas malaki ang activation energy E, mas mabilis na tumataas ang rate ng reaksyon sa temperatura.
Paghihiwalay ng mga variable k At T at isinasaalang-alang E pare-parehong halaga, pagkatapos isama ang equation (4.66) nakukuha natin:
kanin. 5. Graph ln k–1/T.
, (4.67)
kung saan ang A ay isang pre-exponential factor na mayroong dimensyon ng rate constant. Kung ang equation na ito ay wasto, pagkatapos ay sa graph sa mga coordinate, ang mga eksperimentong punto ay matatagpuan sa isang tuwid na linya sa isang anggulo a sa x-axis at dalisdis() ay katumbas ng , na ginagawang posible upang kalkulahin ang activation energy ng isang kemikal na reaksyon mula sa pagtitiwala ng rate constant sa temperatura ayon sa equation.
Ang enerhiya ng pag-activate ng isang kemikal na reaksyon ay maaaring kalkulahin mula sa mga halaga ng mga constant ng rate sa dalawa iba't ibang temperatura ayon sa equation
. (4.68)
Ang theoretical derivation ng Arrhenius equation ay ginawa para sa mga elementary reactions. Ngunit ipinapakita ng karanasan na ang karamihan sa mga kumplikadong reaksyon ay sumusunod din sa equation na ito. Gayunpaman, para sa mga kumplikadong reaksyon, ang activation energy at ang pre-exponential factor sa Arrhenius equation ay walang tiyak na pisikal na kahulugan.
Ang Arrhenius equation (4.67) ay nagpapahintulot sa amin na magbigay ng isang kasiya-siyang paglalarawan malaking bilog mga reaksyon sa isang makitid na hanay ng temperatura.
Upang ilarawan ang pag-asa ng rate ng reaksyon sa temperatura, ginagamit din ang binagong Arrhenius equation
,
(4.69)
na kinabibilangan na ng tatlong parameter : A, E At n.
Ang equation (4.69) ay malawakang ginagamit para sa mga reaksyong nagaganap sa mga solusyon. Para sa ilang mga reaksyon, ang pag-asa ng pare-pareho ang rate ng reaksyon sa temperatura ay naiiba sa mga dependence na ibinigay sa itaas. Halimbawa, sa mga third-order na reaksyon, bumababa ang pare-parehong rate sa pagtaas ng temperatura. Sa chain exothermic reactions, ang reaction rate constant ay tumataas nang husto sa temperaturang higit sa isang tiyak na limitasyon (thermal explosion).
4.5.1. Mga halimbawa ng paglutas ng problema
Halimbawa 1 Ang rate constant ng ilang reaksyon sa pagtaas ng temperatura ay nagbago bilang mga sumusunod: t 1 = 20°C;
k 1 \u003d 2.76 10 -4 min. -1 ; t 2 \u003d 50 0 C; k 2 = 137.4 10 -4 min. -1 Tukuyin ang koepisyent ng temperatura ng rate constant ng isang kemikal na reaksyon.
Solusyon. Ginagawang posible ng panuntunan ng van't Hoff na kalkulahin ang koepisyent ng temperatura ng pare-pareho ang rate mula sa kaugnayan
g n= =2 ¸ 4, kung saan n = = =3;
g 3 \u003d \u003d 49.78 g \u003d 3.68
Halimbawa 2 Gamit ang panuntunan ng van't Hoff, kalkulahin kung anong temperatura ang magtatapos sa reaksyon sa loob ng 15 minuto, kung tumagal ito ng 120 minuto sa temperatura na 20 0 C. Ang koepisyent ng temperatura ng rate ng reaksyon ay 3.
Solusyon. Malinaw, mas maikli ang oras ng reaksyon ( t), mas malaki ang rate constant ng reaksyon:
3n = 8, n ln3 = ln8, n== .
Ang temperatura kung saan magtatapos ang reaksyon sa loob ng 15 minuto ay:
20 + 1.9 × 10 \u003d 39 0 C.
Halimbawa 3 Ang rate constant ng reaksyon ng saponification ng acetic-ethyl ester na may alkali solution sa temperatura na 282.4 K ay katumbas ng 2.37 l 2 / mol 2 min. , at sa temperatura na 287.40 K ito ay katumbas ng 3.2 l 2 / mol 2 min. Hanapin ang temperatura kung saan ang rate constant ng reaksyong ito ay 4?
Solusyon.
1. Alam ang mga halaga ng mga constant ng rate sa dalawang temperatura, mahahanap natin ang activation energy ng reaksyon:
= 
= 40.8 kJ/mol.
2. Pag-alam sa halaga ng activation energy, mula sa Arrhenius equation
,
Mga tanong at gawain para sa pagpipigil sa sarili.
1. Anong mga dami ang tinatawag na "Arrhenius" na mga parameter?
2. Ano ang pinakamababang dami ng pang-eksperimentong data na kailangan upang kalkulahin ang activation energy ng isang kemikal na reaksyon?
3. Ipakita na ang temperature coefficient ng rate constant ay depende sa temperatura.
4. Mayroon bang mga paglihis mula sa Arrhenius equation? Paano mailalarawan sa kasong ito ang dependence ng rate constant sa temperatura?
Kinetics ng mga kumplikadong reaksyon
Ang mga reaksyon, bilang panuntunan, ay hindi nagpapatuloy sa direktang pakikipag-ugnayan ng lahat ng mga paunang particle sa kanilang direktang paglipat sa mga produkto ng reaksyon, ngunit binubuo ng ilang mga elementarya na yugto. Pangunahing naaangkop ito sa mga reaksyon kung saan, ayon sa kanilang stoichiometric equation, higit sa tatlong particle ang nakikilahok. Gayunpaman, kahit na ang mga reaksyon ng dalawa o isang particle ay madalas na hindi nagpapatuloy sa pamamagitan ng isang simpleng bi- o monomolecular na mekanismo, ngunit sa pamamagitan ng isang mas kumplikadong landas, iyon ay, sa pamamagitan ng isang bilang ng mga elementarya na yugto.
Ang mga reaksyon ay tinatawag na kumplikado kung ang pagkonsumo ng mga panimulang materyales at ang pagbuo ng mga produkto ng reaksyon ay nangyayari sa pamamagitan ng isang bilang ng mga elementarya na yugto na maaaring mangyari nang sabay-sabay o sunud-sunod. Kasabay nito, ang ilang mga yugto ay nagaganap sa paglahok ng mga sangkap na hindi nagsisimula na mga sangkap o mga produkto ng reaksyon (mga intermediate na sangkap).
Bilang isang halimbawa ng isang kumplikadong reaksyon, maaari nating isaalang-alang ang reaksyon ng chlorination ng ethylene sa pagbuo ng dichloroethane. Ang direktang pakikipag-ugnayan ay dapat dumaan sa isang apat na miyembro na naka-activate na complex, na nauugnay sa pagtagumpayan ng mataas na hadlang sa enerhiya. Ang bilis ng naturang proseso ay mababa. Kung ang mga atom ay nabuo sa system sa isang paraan o iba pa (halimbawa, sa ilalim ng pagkilos ng liwanag), kung gayon ang proseso ay maaaring magpatuloy ayon sa isang mekanismo ng kadena. Ang atom ay madaling sumali sa dobleng bono upang bumuo ng isang libreng radikal - . Ang libreng radikal na ito ay madaling mapunit ang isang atom mula sa isang molekula upang mabuo ang huling produkto - , bilang isang resulta kung saan ang libreng atom ay muling nabuo.
Bilang resulta ng dalawang yugtong ito, ang isang molekula at isang molekula ay na-convert sa isang molekula ng produkto - , at ang muling nabuong atom ay nakikipag-ugnayan sa susunod na molekula ng ethylene. Ang parehong mga yugto ay may mababang activation energies, at ang paraang ito ay nagbibigay ng mabilis na reaksyon. Isinasaalang-alang ang posibilidad ng muling pagsasama-sama ng mga libreng atomo at mga libreng radikal, ang kumpletong pamamaraan ng proseso ay maaaring isulat bilang:
Sa lahat ng iba't-ibang, ang mga kumplikadong reaksyon ay maaaring mabawasan sa isang kumbinasyon ng ilang mga uri ng mga kumplikadong reaksyon, ibig sabihin parallel, sequential at series-parallel na reaksyon.
Ang dalawang yugto ay tinatawag sunud-sunod kung ang butil na nabuo sa isang yugto ay ang panimulang butil sa ibang yugto. Halimbawa, sa scheme sa itaas, ang una at pangalawang yugto ay sunud-sunod:
.
Ang dalawang yugto ay tinatawag parallel, kung ang parehong mga particle ay nakikibahagi bilang inisyal sa pareho. Halimbawa, sa scheme ng reaksyon, ang ikaapat at ikalimang yugto ay magkatulad:
Ang dalawang yugto ay tinatawag serye-parallel, kung ang mga ito ay parallel na may paggalang sa isa at sequential na may paggalang sa isa pa sa mga particle na kalahok sa mga yugtong ito.
Ang isang halimbawa ng serye-parallel na mga hakbang ay ang ikalawa at ikaapat na hakbang ng scheme ng reaksyon na ito.
SA katangian Ang katotohanan na ang reaksyon ay nagpapatuloy ayon sa isang kumplikadong mekanismo ay kinabibilangan ng mga sumusunod na palatandaan:
Hindi tugma ng pagkakasunud-sunod ng reaksyon at stoichiometric coefficient;
Pagbabago ng komposisyon ng mga produkto depende sa temperatura, paunang konsentrasyon at iba pang mga kondisyon;
Pagpapabilis o pagbagal ng proseso kapag ang maliit na halaga ng mga sangkap ay idinagdag sa pinaghalong reaksyon;
Impluwensya ng materyal at sukat ng sisidlan sa rate ng reaksyon, atbp.
Sa kinetic analysis ng mga kumplikadong reaksyon, ang prinsipyo ng kalayaan ay ginagamit: "Kung ang ilang mga simpleng reaksyon ay nangyayari nang sabay-sabay sa system, kung gayon ang pangunahing postulate kinetika ng kemikal inilapat sa bawat isa sa kanila na parang ang ibinigay na reaksyon ay isa lamang. Ang prinsipyong ito ay maaari ding bumalangkas bilang mga sumusunod: "Ang halaga ng rate constant ng isang elementarya na reaksyon ay hindi nakadepende sa kung ang ibang mga elementarya na reaksyon ay nagpapatuloy nang sabay-sabay sa isang partikular na sistema."
Ang prinsipyo ng kalayaan ay wasto para sa karamihan ng mga reaksyon na nagpapatuloy ayon sa isang kumplikadong mekanismo, ngunit hindi pangkalahatan, dahil may mga reaksyon kung saan ang ilang mga simpleng reaksyon ay nakakaapekto sa takbo ng iba (halimbawa, mga pinagsamang reaksyon.)
Kahalagahan sa pag-aaral ng kumplikadong mga reaksiyong kemikal ay may prinsipyo microreversibility o detalyadong balanse:
kung nasa kumplikadong proseso ang chemical equilibrium ay naitatag, kung gayon ang mga rate ng pasulong at baligtad na mga reaksyon ay dapat na pantay para sa bawat elementarya na yugto.
Ang pinakakaraniwang kaso ng isang kumplikadong reaksyon na nagaganap ay ang kaso kapag ang reaksyon ay nagpapatuloy sa ilang mga simpleng hakbang na nagpapatuloy iba't ibang bilis. Ang pagkakaiba sa mga rate ay humahantong sa katotohanan na ang mga kinetika ng pagkuha ng produkto ng reaksyon ay maaaring matukoy ng mga batas ng isang reaksyon lamang. Halimbawa, para sa magkatulad na mga reaksyon, ang rate ng buong proseso ay tinutukoy ng rate ng pinakamabilis na yugto, at para sa mga sunud-sunod na reaksyon, ang pinakamabagal. Samakatuwid, kapag sinusuri ang mga kinetics ng magkatulad na mga reaksyon na may makabuluhang pagkakaiba sa mga constant, ang rate ng mabagal na yugto ay maaaring mapabayaan, at kapag sinusuri ang mga sunud-sunod na reaksyon, hindi kinakailangan upang matukoy ang rate ng mabilis na reaksyon.
Sa mga sunud-sunod na reaksyon, ang pinakamabagal na reaksyon ay tinatawag naglilimita. Ang yugto ng paglilimita ay may pinakamaliit na rate constant.
Kung ang mga halaga ng mga constant ng rate ng mga indibidwal na yugto ng isang kumplikadong reaksyon ay malapit, kung gayon ito ay kinakailangan kumpletong pagsusuri ang buong kinetic scheme.
Ang pagpapakilala ng konsepto ng isang yugto ng pagtukoy ng rate sa maraming mga kaso ay pinapasimple ang bahagi ng matematika ng pagsasaalang-alang sa mga naturang sistema at ipinapaliwanag ang katotohanan na kung minsan ang mga kinetika ng kumplikado, maraming yugto ng mga reaksyon ay mahusay na inilarawan. simpleng equation, halimbawa ang unang order.
