Таблица с константи на скоростта на реакция. Константа на скоростта на химичната реакция

24.11.202227.05.2017

· Константа на скоростта на реакцията kзависи от природата на реагентите, температурата и катализатора, но не зависи от стойността

концентрации на реагентите.

Физическото значение на константата на скоростта е, че тя е равна на скоростта на реакцията при единични концентрации на реагентите.

За хетерогенни реакции концентрацията на твърдата фаза не е включена в израза на скоростта на реакцията.

· Закон за действащите масиустановява връзката между масите на реагиращите вещества в химичните реакции при

равновесие, както и зависимостта на скоростта на химичната реакция от концентрацията на изходните вещества.

Енергия на активиране на химична реакция. Активни молекули. Активиран комплекс.

· Енергия на активиране в химията- минималното количество енергия, което трябва да бъде предадено на системата (в химията

изразено в джаули на мол), за да настъпи реакция. Терминът е въведен от Сванте Август Арениус през 1889 г. Типично обозначение за реакционната енергия е Ea.

В химичния модел, известен като Теория на активния сблъсък(TAC), има три условия, необходими за възникване на реакция:

- Молекулите трябва да се сблъскат. Това е важно условие, но не е достатъчно, тъй като сблъсъкът не предизвиква непременно реакция.

- Молекулите трябва да имат необходимата енергия (енергия на активиране). По време на химическа реакция взаимодействащите молекули трябва да преминат през междинно състояние, което може да има по-висока енергия. Тоест, молекулите трябва да преодолеят енергийна бариера; ако това не се случи, реакцията няма да започне.

Молекулите трябва да са правилно ориентирани една спрямо друга.

При ниска (за определена реакция) температура повечето молекули имат енергия по-малка от енергията на активиране и не са в състояние да преодолеят енергийната бариера. В едно вещество обаче винаги ще има отделни молекули, чиято енергия е значително по-висока от средната. Дори при ниски температури повечето реакции продължават да протичат. Повишаването на температурата ви позволява да увеличите дела на молекулите с достатъчна енергия за преодоляване на енергийната бариера. Това увеличава скоростта на реакцията.

· Активни радикали, според една от теориите за стареенето на тялото, са причина за стареенето. Те се образуват като странични продукти

продукти от различни химични реакции в организма и го окисляват. Ето защо е необходимо да се отървете от тях възможно най-скоро. Един от начините е приемът на антиоксиданти, с чийто проблем се занимават фармацевтичните продукти. Тези активни частици могат да се използват и като дезинфекционни разтвори

· Активиран комплекс, групиране на атоми в решаващия момент на елементарен акт на химическа реакция. Концепцията за

активираният комплекс се използва широко в теорията за скоростите на химичните реакции.

Въпрос No3

От какви фактори зависи константата на скоростта на химичната реакция?

Константа на скоростта на реакцията (скорост на специфична реакция) е коефициентът на пропорционалност в кинетичното уравнение.

Физическо значение на константата на скоростта на реакцията кследва от уравнението на закона за действието на масите: ке числено равна на скоростта на реакцията при концентрация на всяко от реагиращите вещества, равна на 1 mol/l.

Константата на скоростта на реакцията зависи от температурата, от природата на реагентите, от наличието на катализатор в системата, но не зависи от тяхната концентрация.

1. Температура. За всяко повишаване на температурата с 10°C скоростта на реакцията се увеличава 2-4 пъти (правилото на Вант Хоф). Тъй като температурата се повишава от t1 до t2, промяната в скоростта на реакцията може да се изчисли по формулата: (t2 - t1) / 10 Vt2 / Vt1 = g (където Vt2 и Vt1 са скоростите на реакцията съответно при температури t2 и t1; g е температурният коефициент на тази реакция). Правилото на Вант Хоф е приложимо само в тесен температурен диапазон. По-точно е уравнението на Арениус: k = A e –Ea/RT, където A е константа в зависимост от природата на реагентите; R е универсалната газова константа; Ea е енергията на активиране, т.е. енергията, която трябва да притежават сблъскващите се молекули, за да може сблъсъкът да доведе до химическа трансформация. Енергийна диаграма на химична реакция. Екзотермична реакция Ендотермична реакция А - реагенти, В - активиран комплекс (преходно състояние), С - продукти. Колкото по-висока е енергията на активиране Ea, толкова повече се увеличава скоростта на реакцията с повишаване на температурата. 2. Контактна повърхност на реагиращи вещества. За хетерогенни системи (когато веществата са в различни агрегатни състояния), колкото по-голяма е контактната повърхност, толкова по-бързо протича реакцията. Повърхността на твърдите вещества може да се увеличи чрез смилането им, а за разтворимите вещества чрез разтварянето им. 3. Катализа. Веществата, които участват в реакциите и увеличават скоростта им, оставайки непроменени в края на реакцията, се наричат катализатори. Механизмът на действие на катализаторите е свързан с намаляване на енергията на активиране на реакцията поради образуването на междинни съединения. При хомогенната катализа реагентите и катализаторът съставляват една фаза (са в едно и също състояние на агрегиране), докато при хетерогенната катализа те са различни фази (са в различни състояния на агрегация). В някои случаи възникването на нежелани химични процеси може да бъде рязко забавено чрез добавяне на инхибитори към реакционната среда (феноменът на "отрицателна катализа").

Въпрос No4

Формулирайте и запишете закона за действието на масите за реакцията:

2 NO+O2=2NO2

ЗАКОН ЗА ДЕЙСТВИЕТО НА МАСАТА: скоростта на химичната реакция е пропорционална на произведението на концентрациите на реагиращите вещества. за реакцията 2NO + O2 2NO2, законът за масовото действие ще бъде написан по следния начин: v=kС2(NO)·С (O2), където k е константата на скоростта, в зависимост от естеството на реагентите и температурата. Скоростта на реакциите, включващи твърди вещества, се определя само от концентрацията на газове или разтворени вещества: C + O2 = CO2, v = kCO2

Механизмите на химичните превръщания и техните скорости се изучават от химичната кинетика. Химическите процеси протичат във времето с различна скорост. Някои се случват бързо, почти мигновено, докато други отнемат много време, за да се появят.

Във връзка с

Бърза реакция- скоростта, с която се изразходват реагенти (концентрацията им намалява) или се образуват реакционни продукти на единица обем.

Фактори, които могат да повлияят на скоростта на химичната реакция

Следните фактори могат да повлияят на това колко бързо протича химическа реакция:

концентрация на вещества;
естество на реагентите;
температура;
наличие на катализатор;
налягане (за реакции в газова среда).

По този начин, като промените определени условия на химичен процес, можете да повлияете колко бързо ще протече процесът.

В процеса на химично взаимодействие частиците на реагиращите вещества се сблъскват една с друга. Броят на тези съвпадения е пропорционален на броя на частиците вещества в обема на реагиращата смес и следователно пропорционален на моларните концентрации на реагентите.

Закон за масовото действиеописва зависимостта на скоростта на реакцията от моларните концентрации на веществата, които взаимодействат.

За елементарна реакция (A + B → ...) този закон се изразява с формулата:

υ = k ∙С A ∙С B,

където k е константата на скоростта; C A и C B са моларните концентрации на реагентите A и B.

Ако едно от реагиращите вещества е в твърдо състояние, тогава взаимодействието възниква на границата на раздела; следователно концентрацията на твърдото вещество не е включена в уравнението на кинетичния закон за действие на масата. За да разберем физическия смисъл на константата на скоростта, е необходимо да вземем C, A и C B равни на 1. Тогава става ясно, че константата на скоростта е равна на скоростта на реакцията при концентрации на реагентите, равни на единица.

Естество на реагентите

Тъй като по време на взаимодействието химичните връзки на реагиращите вещества се разрушават и се образуват нови връзки на реакционните продукти, естеството на връзките, участващи в реакцията на съединенията, и структурата на молекулите на реагиращите вещества ще играят голяма роля .

Повърхностна площ на контакт на реагентите

Такава характеристика като повърхността на контакт на твърдите реагенти влияе върху хода на реакцията, понякога доста значително. Смилането на твърдо вещество ви позволява да увеличите повърхността на контакт на реагентите и следователно да ускорите процеса. Контактната площ на разтворимите вещества лесно се увеличава чрез разтваряне на веществото.

Реакционна температура

С повишаването на температурата енергията на сблъскващи се частици ще се увеличи; очевидно е, че с повишаване на температурата самият химичен процес ще се ускори. Ясен пример за това как повишаването на температурата влияе върху процеса на взаимодействие на веществата може да се счита за данните, дадени в таблицата.

Таблица 1. Ефект от температурните промени върху скоростта на образуване на вода (O 2 +2H 2 → 2H 2 O)

За да се опише количествено как температурата може да повлияе на скоростта на взаимодействие на веществата, се използва правилото на Вант Хоф. Правилото на Вант Хоф е, че при повишаване на температурата с 10 градуса се получава ускорение 2-4 пъти.

Математическата формула, описваща правилото на van't Hoff е следната:

Където γ е температурният коефициент на скоростта на химичната реакция (γ = 2−4).

Но уравнението на Арениус описва температурната зависимост на константата на скоростта много по-точно:

Където R е универсалната газова константа, A е фактор, определен от вида на реакцията, E, A е енергията на активиране.

Енергията на активиране е енергията, която една молекула трябва да придобие, за да настъпи химическа трансформация. Тоест, това е един вид енергийна бариера, която молекулите, сблъскващи се в реакционния обем, ще трябва да преодолеят, за да преразпределят връзките.

Енергията на активиране не зависи от външни фактори, а зависи от природата на веществото. Стойността на енергията на активиране до 40 - 50 kJ/mol позволява на веществата да реагират помежду си доста активно. Ако енергията на активиране надвишава 120 kJ/mol, тогава веществата (при обикновени температури) ще реагират много бавно. Промяната в температурата води до промяна в броя на активните молекули, т.е. молекулите, които са достигнали енергия, по-голяма от енергията на активиране, и следователно са способни на химични трансформации.

Катализиращо действие

Катализаторът е вещество, което може да ускори процес, но не е част от неговите продукти. Катализата (ускоряване на химическата трансформация) се разделя на хомогенна и хетерогенна. Ако реагентите и катализаторът са в едни и същи агрегатни състояния, тогава катализът се нарича хомогенен, ако е в различни състояния, тогава е хетерогенен. Механизмите на действие на катализаторите са разнообразни и доста сложни. В допълнение, заслужава да се отбележи, че катализаторите се характеризират със селективност на действие. Тоест, един и същ катализатор, докато ускорява една реакция, може да не промени скоростта на друга.

налягане

Ако в трансформацията участват газообразни вещества, тогава скоростта на процеса ще бъде повлияна от промените в налягането в системата . Това се случва, защоточе за газообразните реагенти промяната в налягането води до промяна в концентрацията.

Експериментално определяне на скоростта на химична реакция

Скоростта на химическата трансформация може да се определи експериментално чрез получаване на данни за това как концентрацията на веществата, влизащи в реакцията или продуктите, се променя за единица време. Методите за получаване на такива данни са разделени на

химически,
физико-хим.

Химическите методи са доста прости, достъпни и точни. С тяхна помощ скоростта се определя чрез директно измерване на концентрацията или количеството на веществото на реагентите или продуктите. При бавна реакция се вземат проби, за да се следи как се изразходва реагента. След това се определя съдържанието на реагента в пробата. Чрез вземане на проби на редовни интервали е възможно да се получат данни за промените в количеството на дадено вещество по време на процеса на взаимодействие. Най-често използваните видове анализи са титриметрия и гравиметрия.

Ако реакцията протича бързо, тогава трябва да се спре, за да се вземе проба. Това може да стане с помощта на охлаждане, рязко отстраняване на катализатора, също така е възможно да се разреди или прехвърли един от реагентите в нереактивно състояние.

Методите за физикохимичен анализ в съвременната експериментална кинетика се използват по-често от химичните. С тяхна помощ можете да наблюдавате промените в концентрациите на веществата в реално време. В този случай не е необходимо да се спира реакцията и да се вземат проби.

Физикохимичните методи се основават на измерването на физическо свойство, което зависи от количественото съдържание на определено съединение в системата и се променя с времето. Например, ако газовете участват в реакция, тогава налягането може да бъде такова свойство. Измерват се също електропроводимостта, индексът на пречупване и спектрите на поглъщане на веществата.

Ориз. 40. Зависимост на обратната концентрация на реагента от времето за реакция от втори ред

Ориз. 39. Зависимост на логаритъма на концентрацията на реагента от времето на протичане на реакция от първи ред

Ориз. 38. Изменение на концентрацията на изходното вещество във времето при реакция от първи ред

Ориз. 37. Промяна на концентрацията на изходното вещество във времето при реакция от нулев ред

Математически тази линейна връзка може да бъде записана по следния начин:

където k е константата на скоростта, C 0 е началната моларна концентрация на реагента, C е концентрацията в момент t.

От него можем да извлечем формула за изчисляване на константата на скоростта на химична реакция от нулев порядък.

Измерва ли се скоростната константа от нулев порядък в mol/l? s (mol · l -1 · s -1).

Времето на полуконверсия за реакция от нулев ред е пропорционално на концентрацията на изходния материал

За реакции от първи ред кинетичната крива в координати C,t е експоненциална по природа и изглежда така (фиг. 38). Математически тази крива се описва от следното уравнение

C = C 0 e - kt

На практика за реакции от първи ред кинетичната крива най-често се изобразява в lnC, t координати. В този случай се наблюдава линейна зависимост на lnС от времето (фиг. 39)

lnС = lnС 0 - kt

В C

Съответно, стойността на константата на скоростта и времето за полупреобразуване могат да бъдат изчислени с помощта на следните формули

k = ln или k = 2,303lg

(при преминаване от десетичен логаритъм към натурален).

Константата на скоростта на реакция от първи ред има размерността t -1, т.е. 1/s и не зависи от единиците за концентрация. Той показва съотношението на молекулите, които реагират за единица време от общия брой молекули на реагента в системата. Така при реакции от първи ред равни части от взетото количество от изходното вещество се изразходват за равни периоди от време.

Втората отличителна черта на реакциите от първи ред е, че t ½ за тях не зависи от първоначалната концентрация на реагента, а се определя само от константата на скоростта.

Ще разгледаме формата на уравнението за зависимостта на концентрацията от времето за реакции от втори ред само за най-простия случай, когато 2 идентични молекули или молекули на различни вещества участват в елементарен акт, но техните начални концентрации (C 0) са равен. В този случай се наблюдава линейна зависимост в координати 1/C, t (фиг. 40). Математическото уравнение за тази връзка ще бъде написано, както следва:

и се измерва в l?s -1?mol -1, т.е. числената му стойност зависи от единиците, в които се измерва концентрацията на веществото.

Полуживотът на реакциите от втори ред е обратно пропорционален на първоначалната концентрация на реагента

Това се дължи на факта, че скоростта на реакциите от втори ред силно зависи от броя на сблъсъците между молекулите на реагиращите вещества за единица време, който от своя страна е пропорционален на броя на молекулите в единица обем, т.е. концентрация на веществото. По този начин, колкото по-голяма е концентрацията на дадено вещество в системата, толкова по-често молекулите се сблъскват една с друга и толкова по-малко време половината от тях ще имат време да реагират.

Реакциите от трети ред, както споменахме по-рано, са изключително редки и не представляват практически интерес. Ето защо в тази връзка няма да ги разглеждаме.

Константа на скоростта на реакцията (скорост на специфична реакция) - коефициент на пропорционалност в кинетичното уравнение.

Константата на скоростта на реакцията зависи от температурата, от природата на реагентите, от катализатора, но не зависи от тяхната концентрация. За реакция от типа 2A+2B->3C+D, скоростта на образуване на реакционни продукти и скоростта на потребление на реагентите могат да бъдат представени като: d[A]/(2*dt)=d[B]/ (2*dt)=d[C] /(3*dt)=d[D]/dt По този начин, за да избегнете използването на няколко форми на скорост на запис за една и съща реакция, използвайте химическа променлива, която определя степента на реакцията и не зависи от стехиометричните коефициенти: ξ=(Δn) /ν където ν е стехиометричният коефициент. Тогава скоростта на реакцията: v=(1/V)*dξ/dt, където V е обемът на системата.

Измерение

Размерът на константата на скоростта на реакцията зависи от реда на реакцията. Ако концентрацията на реагентите се измерва в mol l-1 (M):

За реакция от първи ред, кима размерност c −1
За реакция от втори ред, кима размерността l mol −1 s −1 (или M −1 s −1)
За реакция от трети ред, кима размерността l 2 mol −2 s −1 (или M −2 s −1)

Вижте също

Напишете отзив за статията "Константа на скоростта на реакция"

Бележки

Откъс, характеризиращ константата на скоростта на реакцията

Лихачов се изправи, зарови из раниците си и Петя скоро чу войнствения звук на стомана по един блок. Той се качи на камиона и седна на ръба му. Казакът точеше сабята си под камиона.
- Е, хората спят ли? - каза Петя.
- Някои спят, а други така.
- Е, какво ще кажете за момчето?
- Пролет ли е? Той се строполи там във входа. Спи от страх. Много се зарадвах.
Дълго време след това Петя мълча, заслушана в звуците. В тъмнината се чуха стъпки и се появи черна фигура.
- Какво точиш? – попита мъжът, приближавайки се до камиона.
- Но наточете сабята на господаря.
- Браво - каза мъжът, който на Петя изглеждаше като хусар. - Имате ли още чаша?
- И там до волана.
Хусарят взе чашата.
„Сигурно скоро ще се съмне“, каза той, прозявайки се, и тръгна нанякъде.
Петя трябваше да знае, че е в гората, в групата на Денисов, на миля от пътя, че седи на пленена от французите каруца, около която са вързани конете, че казакът Лихачов седи под него и точи сабята му, че имаше голямо черно петно отдясно е караул, а ярко червено петно отдолу вляво е гаснещ огън, че човекът, който дойде за чаша, е хусар, който е бил жаден; но той не знаеше нищо и не искаше да го знае. Той беше в магическо кралство, в което нямаше нищо подобно на реалността. Голямо черно петно, може би определено имаше караулка или може би имаше пещера, която водеше в самите дълбини на земята. Червеното петно може да е било огън или може би око на огромно чудовище. Може би сега със сигурност седи на каруца, но е много възможно да не седи на каруца, а на ужасно висока кула, от която, ако паднеше, ще полети на земята цял ден, цял месец... продължавайте да летите и никога не го достигайте. Може да се окаже, че под камиона седи просто казак Лихачов, но може би това е най-милият, най-смелият, най-прекрасният, най-отличният човек на света, когото никой не познава. Може би просто е бил хусар, който е минал за вода и е влязъл в дерето, или може би просто е изчезнал от погледа и напълно е изчезнал и го нямаше.