Pagkalkula ng rate, pare-pareho at temperatura ng koepisyent ng rate ng reaksyon. Mga kinetika ng kemikal

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. Pag-activate ng enerhiya hindi nakasalalay sa temperatura.

Graphically dependency k(T) tulad ng sumusunod:

Sa mababang temperatura, halos hindi nangyayari ang mga reaksiyong kemikal: k(T) 0. Sa napakataas na temperatura, ang rate constant ay may posibilidad sa limitasyong halaga: 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:

. (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, kung gayon ang experimental 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 expression na ito sa Arrhenius equation (4.2), na kumukuha ng value na ~ 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 kaugnayan 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 magiging 80% na kumpleto ang reaksyon sa loob ng 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 isa. Ang activation energy na may kaugnayan sa mga rate constant 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 beses: kapag pinainit mula 0 o C hanggang 10 o C o kapag pinainit mula 10 o C hanggang 20 o C? I-justify 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 tumaas ang rate constant ng pangalawang reaksyon 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 kumplikadong 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 isang kumplikadong reaksyon sa mga tuntunin ng katumbas na dami na nauugnay sa elementarya na mga yugto. (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 reaksyon 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 rate constants 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 sangkap 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?

Gawain # 1. Ang pakikipag-ugnayan sa libreng oxygen ay humahantong sa pagbuo ng mataas na nakakalason na nitrogen dioxide / /, bagaman ang reaksyong ito ay nagpapatuloy nang dahan-dahan sa ilalim ng mga kondisyon ng physiological at sa mababang konsentrasyon ay hindi gumaganap ng isang makabuluhang papel sa nakakalason na pinsala sa cell, ngunit, gayunpaman, ang mga pathogenic effect ay tumataas nang husto sa hyperproduction nito. Tukuyin kung gaano karaming beses tumataas ang rate ng interaksyon ng nitric oxide (II) sa oxygen kapag dumoble ang presyon sa pinaghalong mga unang gas, kung ang rate ng reaksyon ay inilalarawan ng equation ?

Solusyon.

1. Ang pagdodoble sa presyon ay katumbas ng pagdodoble sa konsentrasyon ( Sa) at . Samakatuwid, ang mga rate ng pakikipag-ugnayan na naaayon sa at kukuha, alinsunod sa batas ng mass action, ang mga expression: at

Sagot. Ang rate ng reaksyon ay tataas ng 8 beses.

Gawain # 2. Ito ay pinaniniwalaan na ang konsentrasyon ng chlorine (isang maberde na gas na may masangsang na amoy) sa hangin na higit sa 25 ppm ay mapanganib sa buhay at kalusugan, ngunit may ebidensya na kung ang pasyente ay gumaling mula sa matinding pagkalason sa gas na ito, pagkatapos ay walang natitirang mga epekto ay sinusunod. Tukuyin kung paano magbabago ang rate ng reaksyon: , magpatuloy sa yugto ng gas, kung tumaas ng isang kadahilanan ng 3: konsentrasyon, konsentrasyon, 3) presyon / /?

Solusyon.

1. Kung ipahiwatig natin ang mga konsentrasyon at ayon sa pagkakabanggit sa pamamagitan ng at , kung gayon ang expression para sa rate ng reaksyon ay magkakaroon ng anyo: .

2. Pagkatapos taasan ang mga konsentrasyon sa pamamagitan ng isang kadahilanan na 3, sila ay magiging pantay para sa at para sa . Samakatuwid, ang expression para sa rate ng reaksyon ay kukuha ng anyo: 1) 2)

3. Ang pagtaas ng presyon ay nagpapataas ng konsentrasyon ng mga gaseous reactant sa parehong halaga, samakatuwid

4. Ang pagtaas sa rate ng reaksyon na may kaugnayan sa paunang isa ay tinutukoy ng ratio, ayon sa pagkakabanggit: 1) , 2) , 3) .

Sagot. Ang rate ng reaksyon ay tataas: 1) , 2) , 3) beses.

Gawain #3. Paano nagbabago ang rate ng pakikipag-ugnayan ng mga panimulang sangkap sa pagbabago ng temperatura mula sa kung ang koepisyent ng temperatura ng reaksyon ay 2.5?

Solusyon.

1. Ipinapakita ng koepisyent ng temperatura kung paano nagbabago ang rate ng reaksyon sa pagbabago ng temperatura para sa bawat (panuntuning van't Hoff):.

2. Kung ang pagbabago ng temperatura ay: , pagkatapos ay isinasaalang-alang ang katotohanan na , nakukuha natin ang: . Kaya naman, .

3. Ayon sa talahanayan ng antilogarithms, makikita natin ang: .

Sagot. Sa pagbabago ng temperatura (i.e. sa pagtaas), ang bilis ay tataas ng 67.7 beses.

Gawain #4. Kalkulahin ang koepisyent ng temperatura ng rate ng reaksyon, alam na habang tumataas ang temperatura, tumataas ang rate ng isang kadahilanan na 128.

Solusyon.

1. Ang dependence ng rate ng isang kemikal na reaksyon sa temperatura ay ipinahayag ng van't Hoff rule of thumb:

.Ang paglutas ng equation para sa , makikita natin ang: , . Samakatuwid, =2

Sagot. =2.

Gawain bilang 5. Para sa isa sa mga reaksyon, dalawang rate constants ang natukoy: sa 0.00670 at sa 0.06857. Tukuyin ang rate constant ng parehong reaksyon sa .

Solusyon.

1. Batay sa dalawang halaga ng mga constant ng rate ng reaksyon, gamit ang Arrhenius equation, tinutukoy namin ang activation energy ng reaksyon: . Para sa kasong ito: Mula dito: J/mol.

2. Kalkulahin ang reaction rate constant sa , gamit ang rate constant sa at ang Arrhenius equation sa mga kalkulasyon: . Para sa kasong ito: at ibinigay na: , nakukuha natin ang: . Dahil dito,

Sagot.

Pagkalkula ng chemical equilibrium constant at pagpapasiya ng direksyon ng equilibrium shift ayon sa prinsipyo ng Le Chatelier .

Gawain bilang 6. Ang carbon dioxide / / hindi tulad ng carbon monoxide / / ay hindi lumalabag sa mga physiological function at anatomical integrity ng isang buhay na organismo at ang kanilang nakaka-suffocating effect ay dahil lamang sa pagkakaroon ng mataas na konsentrasyon at pagbaba sa porsyento ng oxygen sa inhaled air. Ano ang katumbas ng pare-pareho ang balanse ng reaksyon / /: sa temperatura na ipinahayag sa mga tuntunin ng: a) bahagyang presyon ng mga reactant; b) ang kanilang mga molar concentrations , alam na ang komposisyon ng equilibrium mixture ay ipinahayag sa volume fractions: , at , at ang kabuuang presyon sa system ay Pa?

Solusyon.

1. Ang bahagyang presyon ng isang gas ay katumbas ng kabuuang presyon na di-minuto sa dami ng bahagi ng gas sa pinaghalong, kaya:

2. Ang pagpapalit ng mga halagang ito sa expression para sa equilibrium constant, nakukuha natin:

3. Ang relasyon sa pagitan ng at ay itinatag sa batayan ng Mendeleev Clapeyron equation para sa mga ideal na gas at ipinahayag ng pagkakapantay-pantay: , kung saan ang pagkakaiba sa pagitan ng bilang ng mga moles ng mga produktong gaseous na reaksyon at mga gas na paunang sangkap. Para sa reaksyong ito: Pagkatapos: .

Sagot. Pa. .

Gawain bilang 7. Saang direksyon lilipat ang ekwilibriyo sa mga sumusunod na reaksyon:

3. ;

a) na may pagtaas sa temperatura, b) na may pagbaba sa presyon, c) na may pagtaas sa konsentrasyon ng hydrogen?

Solusyon.

1. Ang chemical equilibrium sa system ay itinatag na may pare-pareho ng mga panlabas na parameter (atbp.). Kung nagbabago ang mga parameter na ito, pagkatapos ay umalis ang system sa estado ng balanse at ang direktang (sa kanan) o reverse reaksyon (sa kaliwa) ay nagsisimulang mangingibabaw. Impluwensya iba't ibang salik sa paglilipat ng ekwilibriyo ay makikita sa prinsipyo ng Le Chatelier.

2. Isaalang-alang ang epekto sa mga reaksyon sa itaas ng lahat ng 3 salik na nakakaapekto sa ekwilibriyong kemikal.

a) Sa pagtaas ng temperatura, ang ekwilibriyo ay lumilipat patungo sa isang endothermic na reaksyon, i.e. reaksyon na nagaganap sa pagsipsip ng init. Ang 1st at 3rd reactions ay exothermic / /, samakatuwid, sa pagtaas ng temperatura, ang equilibrium ay lilipat patungo sa reverse reaction, at sa 2nd reaction / / - patungo sa direktang reaksyon.

b) Kapag bumaba ang presyon, lumilipat ang equilibrium patungo sa pagtaas ng bilang ng mga moles ng mga gas, i.e. patungo sa mas mataas na presyon. Sa 1st at 3rd reactions sa kaliwa at tamang bahagi ang mga equation ay magiging parehong bilang ng mga moles ng mga gas (2-2 at 1-1 ayon sa pagkakabanggit). Kaya ang pagbabago sa presyon hindi magiging sanhi pagbabago ng ekwilibriyo sa sistema. Sa pangalawang reaksyon, mayroong 4 na moles ng mga gas sa kaliwang bahagi, at 2 moles sa kanan, samakatuwid, habang bumababa ang presyon, ang equilibrium ay lilipat patungo sa reverse reaction.

sa) Sa pagtaas ng konsentrasyon ng mga bahagi ng reaksyon, ang balanse ay lumilipat patungo sa kanilang pagkonsumo. Sa unang reaksyon, ang hydrogen ay nasa mga produkto, at ang pagtaas ng konsentrasyon nito ay magpapahusay sa reverse reaction, kung saan ito ay natupok. Sa ika-2 at ika-3 na reaksyon, ang hydrogen ay isa sa mga paunang sangkap, samakatuwid, ang pagtaas sa konsentrasyon nito ay nagbabago ng balanse patungo sa reaksyon na nagpapatuloy sa pagkonsumo ng hydrogen.

Sagot.

a) Sa pagtaas ng temperatura sa mga reaksyon 1 at 3, ang ekwilibriyo ay ililipat sa kaliwa, at sa reaksyon 2 - sa kanan.

b) Ang mga reaksyon 1 at 3 ay hindi maaapektuhan ng pagbaba ng presyon, at sa reaksyon 2, ang ekwilibriyo ay ililipat sa kaliwa.

c) Ang pagtaas ng temperatura sa mga reaksyon 2 at 3 ay mangangailangan ng paglipat ng ekwilibriyo sa kanan, at sa reaksyon 1 sa kaliwa.

1.2. Mga sitwasyong gawain №№ mula 7 hanggang 21 upang pagsamahin ang materyal (isagawa sa protocol notebook).

Gawain bilang 8. Paano magbabago ang rate ng glucose oxidation sa katawan sa pagbaba ng temperatura mula sa kung ang temperature coefficient ng reaction rate ay 4?

Gawain bilang 9.Gamit ang tinatayang tuntunin ng van't Hoff, kalkulahin kung gaano kalaki ang temperatura na kailangang itaas upang ang rate ng reaksyon ay tumaas ng 80 beses? Kunin ang koepisyent ng temperatura ng bilis na katumbas ng 3.

Gawain bilang 10. Upang halos ihinto ang reaksyon, ang mabilis na paglamig ng pinaghalong reaksyon ("nagyeyelong reaksyon") ay ginagamit. Tukuyin kung gaano karaming beses magbabago ang bilis ng reaksyon kapag ang pinaghalong reaksyon ay pinalamig mula 40 hanggang , kung ang koepisyent ng temperatura ng reaksyon ay 2.7.

Gawain bilang 11. Ang isotope na ginagamit sa paggamot sa ilang mga tumor ay may kalahating buhay na 8.1 araw. Pagkatapos ng anong oras bababa ng 5 beses ang nilalaman ng radioactive iodine sa katawan ng pasyente?

Gawain bilang 12. Ang hydrolysis ng ilang synthetic hormone (pharmaceutical) ay isang first order reaction na may rate constant na 0.25 (). Paano magbabago ang konsentrasyon ng hormone na ito pagkatapos ng 2 buwan?

Gawain bilang 13. Ang kalahating buhay ng radioactive ay 5600 taon. Sa isang buhay na organismo, ang isang pare-parehong halaga ay pinananatili dahil sa metabolismo. Sa mga labi ng isang mammoth, ang nilalaman ay mula sa orihinal. Kailan nabuhay ang mammoth?

Gawain bilang 14. Ang kalahating buhay ng insecticide (isang pestisidyo na ginagamit sa pagkontrol ng mga insekto) ay 6 na buwan. Ang isang tiyak na halaga nito ay nakuha sa reservoir, kung saan itinatag ang konsentrasyon mol / l. Gaano katagal bago bumaba ang konsentrasyon ng insecticide sa antas ng mol/l?

Gawain bilang 15. Ang mga taba at carbohydrates ay na-oxidized sa isang kapansin-pansing rate sa temperatura na 450 - 500 °, at sa mga nabubuhay na organismo - sa temperatura na 36 - 40 °. Ano ang dahilan ng matalim na pagbaba sa temperatura na kinakailangan para sa oksihenasyon?

Gawain bilang 16. Ang hydrogen peroxide ay nabubulok sa may tubig na mga solusyon sa oxygen at tubig. Ang reaksyon ay pinabilis ng parehong inorganic catalyst (ion) at isang bioorganic (catalase enzyme). Ang activation energy ng reaksyon sa kawalan ng catalyst ay 75.4 kJ/mol. Binabawasan ito ng ion sa 42 kJ/mol, at binabawasan ito ng enzyme catalase sa 2 kJ/mol. Kalkulahin ang ratio ng mga rate ng reaksyon sa kawalan ng isang katalista sa mga kaso ng pagkakaroon ng at catalase. Anong konklusyon ang mabubuo tungkol sa aktibidad ng enzyme? Ang reaksyon ay nagpapatuloy sa temperatura na 27 °C.

Gawain bilang 17 Disintegration rate constant ng penicillin sa walkie-talkie J/mol.

1.3. mga tanong sa pagsusulit

1. Ipaliwanag kung ano ang ibig sabihin ng mga termino: rate ng reaksyon, pare-pareho ang rate?

2. Paano ipinahayag ang karaniwan at totoong rate ng mga reaksiyong kemikal?

3. Bakit makatuwirang pag-usapan ang bilis ng mga reaksiyong kemikal para lamang sa sa sandaling ito oras?

4. Bumuo ng kahulugan ng nababaligtad at hindi maibabalik na mga reaksyon.

5. Tukuyin ang batas ng aksyong masa. Ang equation ba na nagpapahayag ng batas na ito ay sumasalamin sa pag-asa ng rate ng reaksyon sa likas na katangian ng mga reactant?

6. Paano nakadepende ang rate ng reaksyon sa temperatura? Ano ang activation energy? Ano ang mga aktibong molekula?

7. Anong mga kadahilanan ang tumutukoy sa rate ng isang homogenous at heterogenous na reaksyon? Magbigay ng halimbawa.

8. Ano ang pagkakasunud-sunod at molekularidad ng mga reaksiyong kemikal? Sa anong mga kaso hindi sila magkatugma?

9. Anong mga sangkap ang tinatawag na catalysts? Ano ang mekanismo ng pagpapabilis ng pagkilos ng isang katalista?

10. Ano ang konsepto ng "catalyst poisoning"? Anong mga sangkap ang tinatawag na mga inhibitor?

11. Ano ang tinatawag na chemical equilibrium? Bakit tinatawag itong dynamic? Anong mga konsentrasyon ng mga reactant ang tinatawag na equilibrium?

12. Ano ang tinatawag na chemical equilibrium constant? Depende ba ito sa likas na katangian ng mga tumutugon na sangkap, ang kanilang konsentrasyon, temperatura, presyon? Ano ang mga tampok mathematical notation para sa equilibrium constant sa mga heterogenous system?

13. Ano ang mga pharmacokinetics ng mga gamot?

14. Ang mga prosesong nagaganap kasama ng gamot sa katawan ay quantitatively characterized sa pamamagitan ng isang bilang ng mga pharmacokinetic parameters. Ibigay ang mga pangunahing.

Problema 336.
Sa 150°C, ang ilang reaksyon ay kumpleto sa loob ng 16 minuto. Sa 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 isasagawa: 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 naibigay 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:
Tukuyin 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 activation energy 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 independyente 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 rate 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 temperatura koepisyent ng rate constant(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 katawanin bilang isang tiyak na threshold na enerhiya 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 sa. 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 ang pagtaas ng 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 na kalkulahin ang activation energy ng isang kemikal na reaksyon mula sa pagtitiwala ng rate constant sa temperatura ayon sa equation.

Ang activation energy ng isang kemikal na reaksyon ay maaaring kalkulahin mula sa mga halaga ng rate constants 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 pagdepende ng rate ng reaksyon sa temperatura, ginagamit din ang binagong Arrhenius equation

, (4.69)

na kinabibilangan na ng tatlong parameter : PERO, 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. -isa; 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 reaksyon ay magtatapos sa 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. Ang pag-alam sa 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 serye ng mga elementarya na yugto na maaaring mangyari nang sabay-sabay o sunud-sunod. Kasabay nito, ang ilang mga yugto ay nagaganap sa pakikilahok 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 four-membered activated complex, na nauugnay sa pagtagumpayan ng mataas na energy barrier. Ang bilis ng naturang proseso ay mababa. Kung ang mga atomo 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 pagkakaiba-iba, 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 sila 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 pangalawa at ikaapat na hakbang ng scheme ng reaksyon na ito.

Upang 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 pagsasarili ay inilapat: "Kung ang ilang mga simpleng reaksyon ay nangyayari nang sabay-sabay sa system, kung gayon ang pangunahing postulate ng mga kemikal na kinetics ay nalalapat sa bawat isa sa kanila, na parang ang reaksyong ito 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 conjugated na 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-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 pinag-aaralan 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 pinag-aaralan ang mga sunud-sunod na reaksyon, hindi kinakailangan upang matukoy ang rate ng mabilis na reaksyon.

Sa mga sunud-sunod na reaksyon, tinatawag ang pinakamabagal na reaksyon naglilimita. Ang yugto ng paglilimita ay may pinakamaliit na rate constant.

Kung ang mga halaga ng mga pare-pareho 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 ng mga naturang sistema at ipinapaliwanag ang katotohanan na kung minsan ang mga kinetika ng kumplikado, maraming yugto ng mga reaksyon ay mahusay na inilarawan. mga simpleng equation, halimbawa ang unang order.

Ang pagtaas sa rate ng reaksyon sa pagtaas ng temperatura ay karaniwang nailalarawan sa pamamagitan ng koepisyent ng temperatura ng rate ng reaksyon, isang numero na nagpapakita kung gaano karaming beses ang rate ng isang naibigay na reaksyon ay tumataas na may pagtaas sa temperatura ng system ng 10 ° C. Ang koepisyent ng temperatura ng iba't ibang mga reaksyon ay naiiba. Sa ordinaryong temperatura, ang halaga nito para sa karamihan ng mga reaksyon ay nasa hanay na 2 ... 4.

Ang koepisyent ng temperatura ay tinutukoy alinsunod sa tinatawag na "van't Hoff rule", na mathematically na ipinahayag ng equation

v 2 /v 1 = g ( T 2 – T 1)/10 ,

saan v 1 at v 2 – mga rate ng reaksyon sa mga temperatura T 1 at T 2; g ay ang koepisyent ng temperatura ng reaksyon.

Kaya, halimbawa, kung g = 2, pagkatapos ay para sa T 2 - T 1 = 50°C v 2 /v 1 = 2 5 = 32, ibig sabihin. ang reaksyon ay pinabilis ng 32 beses, at ang pagbilis na ito ay hindi nakasalalay sa mga ganap na halaga sa anumang paraan T 1 at T 2 ngunit sa kanilang pagkakaiba lamang.

activation enerhiya, ang pagkakaiba sa pagitan ng mga halaga ng average na enerhiya ng mga particle (mga molekula, radical, ions, atbp.) na pumapasok sa isang elementarya na pagkilos ng isang kemikal na reaksyon at ang average na enerhiya ng lahat ng mga particle sa reacting system. Para sa iba't ibang reaksiyong kemikal E. at. malawak na nag-iiba - mula sa iilan hanggang ~ 10 j./mol. Para sa parehong kemikal na reaksyon, ang halaga ng E. a. depende sa uri ng mga function ng pamamahagi ng mga molekula sa mga tuntunin ng mga energies ng kanilang translational motion at panloob na antas ng kalayaan (electronic, vibrational, rotational). Bilang isang istatistikal na halaga E. a. dapat na naiiba mula sa threshold na enerhiya, o energy barrier - ang pinakamababang enerhiya na dapat magkaroon ng isang pares ng nagbabanggaan na mga particle para mangyari ang isang partikular na elementarya na reaksyon.

Arrhenius equation, pagdepende sa temperatura ng pare-pareho ang rate sa elementong chem. mga reaksyon:

kung saan ang A ay isang pre-exponential factor (ang dimensyon ay kapareho ng dimensyon ng k), E a-enerhiya sa pag-activate, kadalasang tumatanggap ng positibo. mga halaga, T-abs. temperatura, k-Boltzmann constant. Nakaugalian na ang pagbanggit E a bawat molekula. at sa bilang ng mga particle N A\u003d 6.02 * 10 23 (Avogadro's pare-pareho) at ipinahayag sa kJ / mol; sa mga kasong ito, sa Arrhenius equation, ang halaga k palitan ang gas constant R. Graph ng 1nk laban sa 1 /kT(Arrhenius plot) - isang tuwid na linya, ang negatibong slope na kung saan ay tinutukoy ng activation energy E a at nagpapakilala ng positibo. pagtitiwala sa temperatura sa.

Catalyst Isang kemikal na nagpapabilis ng isang reaksyon ngunit hindi bahagi ng mga produkto ng reaksyon. Ang dami ng katalista, hindi katulad ng ibang mga reagents, ay hindi nagbabago pagkatapos ng reaksyon. Mahalagang maunawaan na ang katalista ay kasangkot sa reaksyon. Nagbibigay ng isang mas mabilis na ruta para sa reaksyon, ang katalista ay tumutugon sa panimulang materyal, ang nagreresultang intermediate na tambalan ay sumasailalim sa mga pagbabagong-anyo at sa wakas ay nahahati sa isang produkto at isang katalista. Pagkatapos ang catalyst ay muling tumutugon sa panimulang materyal, at ang catalytic cycle na ito ay paulit-ulit nang maraming beses (hanggang sa isang milyong beses) [ pinagmulan?] ay paulit-ulit.

Ang mga katalista ay inuri sa homogenous at magkakaiba. Ang isang homogenous na katalista ay nasa parehong yugto sa mga reactant, ang isang heterogenous ay bumubuo ng isang independiyenteng bahagi na pinaghihiwalay ng isang interface mula sa yugto kung saan matatagpuan ang mga reactant. Ang mga karaniwang homogenous catalyst ay mga acid at base. Ang mga metal, ang kanilang mga oxide at sulfide ay ginagamit bilang mga heterogenous catalyst.

Ang mga reaksyon ng parehong uri ay maaaring magpatuloy sa parehong homogenous at heterogenous catalysts. Kaya, kasama ng mga solusyon sa acid, solid Al 2 O 3 , TiO 2 , ThO 2 , aluminosilicates, at zeolites na may acidic na katangian ay ginagamit. Heterogenous catalysts na may mga pangunahing katangian: CaO, BaO, MgO.

Ang mga heterogenous catalyst ay, bilang isang panuntunan, isang mataas na binuo na ibabaw, kung saan sila ay ipinamamahagi sa isang hindi gumagalaw na suporta (silica gel, alumina, Naka-activate na carbon at iba pa.).

Para sa bawat uri ng reaksyon, ilang mga catalyst lamang ang epektibo. Bilang karagdagan sa mga nabanggit na acid-base, may mga katalista redox; ang mga ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagkakaroon ng isang transition metal o ang tambalan nito (Co +3, V 2 O 5 + MoO 3). Sa kasong ito, ang catalysis ay isinasagawa sa pamamagitan ng pagbabago ng estado ng oksihenasyon ng metal na paglipat.

Dispersed system- ito ay mga pormasyon ng dalawa o higit pang mga bahagi (katawan) na hindi naghahalo-halo o halos at walang kemikal na reaksyon sa isa't isa. Ang una sa mga sangkap dispersed phase) ay maayos na ipinamamahagi sa pangalawa ( daluyan ng pagpapakalat). Kung mayroong ilang mga yugto, maaari silang ihiwalay sa isa't isa sa pisikal na paraan(centrifuge, hiwalay, atbp.).

Karaniwan ang mga dispersed system ay mga colloidal na solusyon, sols. Kasama rin sa mga dispersed system ang kaso ng solid dispersed medium kung saan matatagpuan ang dispersed phase.

Karamihan Pangkalahatang pag-uuri Ang mga dispersed system ay batay sa pagkakaiba sa estado ng pagsasama-sama ng dispersion medium at ang dispersed phase. Ginagawang posible ng mga kumbinasyon ng tatlong uri ng pinagsama-samang estado na makilala ang siyam na uri ng mga dispersed system. Para sa kaiklian, ang mga ito ay karaniwang tinutukoy ng isang fraction, ang numerator kung saan ay nagpapahiwatig ng dispersed phase, at ang denominator ay nagpapahiwatig ng dispersion medium, halimbawa, para sa "gas sa likido" na sistema, ang pagtatalaga ng G/L ay pinagtibay.

mga solusyong koloidal. Ang estado ng koloidal ay katangian ng maraming mga sangkap kung ang kanilang mga particle ay may sukat na 1 hanggang 500 nm. Madaling ipakita na ang kabuuang ibabaw ng mga particle na ito ay napakalaki. Kung ipagpalagay natin na ang mga particle ay may hugis ng bola na may diameter na 10 nm, kung gayon sa kabuuang dami ng mga ito mga particle 1 cm 3 magkakaroon sila

ibabaw na lugar na halos 10 m2. Tulad ng nabanggit kanina, ang ibabaw na layer ay nailalarawan sa pamamagitan ng enerhiya sa ibabaw at ang kakayahang mag-adsorb ng ilang mga particle, kabilang ang mga ion

mula sa isang solusyon. katangian na tampok Ang mga colloidal particle ay ang presensya sa kanilang ibabaw ng isang singil dahil sa pumipili na adsorption ng mga ion. Ang isang colloidal particle ay may isang kumplikadong istraktura. Kabilang dito ang nucleus, adsorbed ions, counterins at solvent. Mayroong lyophilic (guid.

rophilic) colloids, kung saan ang solvent ay nakikipag-ugnayan sa particle nuclei, ilnophobic (hydrophobic) colloids, kung saan ang solvent ay hindi nakikipag-ugnayan sa nuclei

mga particle. Ang solvent ay kasama sa komposisyon ng mga hydrophobic particle lamang bilang isang solvate shell ng adsorbed ions o sa pagkakaroon ng mga stabilizer (surfactant) na mayroong lyophobic at lyophilic na bahagi.

Narito ang ilang halimbawa ng mga colloidal particle:

Paano. makikita na ang core ay binubuo ng isang electrically neutral aggregate ng mga particle na may adsorbed ions ng mga elemento na bumubuo sa core (sa mga halimbawang ito, Ag +, HS-, Fe 3+ ions). Ang isang colloidal particle, bilang karagdagan sa nucleus, ay may mga counterion at solvent molecule. Ang mga adsorbed ions at counterion ay bumubuo ng isang adsorbed layer na may solvent. Ang kabuuang singil ng particle ay katumbas ng pagkakaiba sa pagitan ng mga singil ng adsorbed ions at counterions. Sa paligid ng mga particle mayroong isang nagkakalat na layer ng mga ion, ang singil nito ay katumbas ng bilang ng colloidal particle. Ang colloidal particle at diffuse layer ay bumubuo ng isang electrically neutral na micelle

Micelles(maliit ng lat. mika- particle, butil) - mga particle sa mga colloidal system, binubuo ng napakaliit na nucleus na hindi matutunaw sa isang partikular na medium, na napapalibutan ng isang nagpapatatag na shell ng mga adsorbed ions at solvent molecule. Halimbawa, ang arsenic sulfide micelle ay may istraktura:

((Bilang 2 S 3) m nHS − (n-x)H + ) x- xH +

Ang average na laki ng micelles ay mula 10 −5 hanggang 10 −7 cm.

Coagulation- paghihiwalay ng isang colloidal solution sa dalawang phase - isang solvent at isang gelatinous mass, o pampalapot ng solusyon bilang resulta ng coarsening ng mga particle ng solute

Peptization - ang proseso ng paglipat ng isang colloidal precipitate o gel sa isang colloidal solution sa ilalim ng pagkilos ng isang likido o mga sangkap na idinagdag dito na mahusay na na-adsorbed ng precipitate o gel, sa kasong ito ay tinatawag na mga peptizer (halimbawa, peptization ng mga taba sa ilalim ng ang pagkilos ng apdo).
Peptization - paghihiwalay ng mga aggregates ng mga particle ng gels (jelly) o maluwag na sediments sa ilalim ng impluwensya ng ilang mga sangkap - peptizers pagkatapos ng coagulation ng colloidal solution. Bilang resulta ng peptization, ang precipitate (o gel) ay pumasa sa isang suspendido na estado.

MGA SOLUSYON, single-phase system na binubuo ng dalawa o higit pang mga bahagi. Ayon sa kanilang estado ng pagsasama-sama, ang mga solusyon ay maaaring maging solid, likido o gas.

Solubility, ang kakayahan ng isang substance na mabuo kasama ng isa pang substance (o mga substance) na homogenous mixtures na may dispersed distribution ng mga component (tingnan ang Solutions). Ang isang solvent ay karaniwang itinuturing na isang sangkap na purong anyo umiiral sa parehong estado ng pagsasama-sama bilang resultang solusyon. Kung, bago ang paglusaw, ang parehong mga sangkap ay nasa parehong estado ng pagsasama-sama, ang solvent ay itinuturing na isang sangkap na naroroon sa pinaghalong sa isang makabuluhang mas malaking halaga.

Ang solubility ay tinutukoy ng pisikal at kemikal na pagkakaugnay ng mga molekula ng solvent at solute, ang ratio ng mga energies sa pamamagitan ng interaksyon ng homogenous at dissimilar na mga bahagi ng solusyon. Bilang isang patakaran, ang mga ito ay mahusay na natutunaw sa bawat isa, katulad sa pisikal. at chem. ang mga katangian ng bagay (ang empirikal na tuntunin na "tulad ay natunaw sa katulad"). Sa partikular, ang mga substance na binubuo ng mga polar molecule, at mga substance na may ionic bond type ay well sol. sa mga polar solvents (tubig, ethanol, likidong ammonia), at mga non-polar na sangkap ay mahusay na sol. sa mga non-polar solvents (benzene, carbon disulfide).

Ang solubility ng isang naibigay na sangkap ay depende sa temperatura at presyon na tumutugma sa Pangkalahatang prinsipyo pag-aalis ng equilibria (tingnan ang prinsipyo ng Le Chatelier-Brown). Ang konsentrasyon ng isang puspos na solusyon sa ilalim ng mga ibinigay na kondisyon ayon sa numero ay tumutukoy sa R. ng isang sangkap sa isang ibinigay na solvent at tinatawag din. solubility. Ang mga supersaturated na solusyon ay naglalaman ng mas malaking halaga ng solute kaysa tumutugma sa solubility nito, ang pagkakaroon ng mga supersaturated na solusyon ay dahil sa kinetic. kahirapan ng pagkikristal (tingnan ang Pinagmulan ng isang bagong yugto). Upang makilala ang solubility ng mahinang natutunaw na mga sangkap, ang produkto ng mga aktibidad ng PA ay ginagamit (para sa mga solusyon na malapit sa kanilang mga katangian sa ideal, ang produkto ng solubility ng PR).