Tabela konstante brzine reakcije. Konstanta brzine hemijske reakcije

· Konstanta brzine reakcije k zavisi od prirode reaktanata, temperature i katalizatora, ali ne zavisi od vrednosti

koncentracije reagensa.

Fizičko značenje konstante brzine je da je jednaka brzini reakcije pri jediničnim koncentracijama reaktanata.

Za heterogene reakcije, koncentracija čvrste faze nije uključena u izraz brzine reakcije.

· Zakon glumačkih masa uspostavlja odnos između masa reagujućih supstanci u hemijskim reakcijama na

ravnotežu, kao i ovisnost brzine kemijske reakcije o koncentraciji polaznih tvari.

Energija aktivacije hemijske reakcije. Aktivni molekuli. Aktivirani kompleks.

· Energija aktivacije u hemiji- minimalna količina energije koju treba prenijeti sistemu (u hemiji

izraženo u džulima po molu) da bi došlo do reakcije. Termin je uveo Svante August Arrhenius 1889. Tipična oznaka za energiju reakcije je Ea.

U hemijskom modelu poznatom kao Teorija aktivnog sudara(TAC), postoje tri uslova neophodna da bi se reakcija pojavila:

- Molekuli se moraju sudarati. Ovo je važan uslov, ali nije dovoljan, jer sudar ne mora nužno izazvati reakciju.

- Molekuli moraju imati potrebnu energiju (aktivacionu energiju). Tokom hemijske reakcije, molekuli u interakciji moraju proći kroz međustanje, koje može imati više energije. To jest, molekuli moraju savladati energetsku barijeru; ako se to ne dogodi, reakcija neće početi.

Molekuli moraju biti pravilno orijentisani jedan prema drugom.

Na niskoj (za određenu reakciju) temperaturi, većina molekula ima energiju manju od energije aktivacije i nije u stanju da savlada energetsku barijeru. Međutim, u tvari će uvijek postojati pojedinačni molekuli čija je energija znatno veća od prosjeka. Čak i pri niskim temperaturama, većina reakcija se nastavlja. Povećanje temperature omogućava vam da povećate udio molekula s dovoljno energije za prevladavanje energetske barijere. Ovo povećava brzinu reakcije.

· Aktivni radikali, prema jednoj od teorija starenja organizma, uzrok su starenja. Nastaju kao nusproizvodi

produkte raznih kemijskih reakcija u tijelu i oksidiraju ga. Stoga ih je potrebno što prije riješiti. Jedan od načina je uzimanje antioksidansa, čijim se problemom bave farmaceutski preparati. Ove aktivne čestice se mogu koristiti i kao dezinfekciona rješenja

· Aktivirani kompleks, grupiranje atoma u odlučujućem trenutku elementarnog čina hemijske reakcije. Koncept od

aktivirani kompleks se široko koristi u teoriji brzina kemijskih reakcija.

Pitanje br. 3

Od kojih faktora zavisi konstanta brzine hemijske reakcije?

Konstanta brzine reakcije (specifična brzina reakcije) je koeficijent proporcionalnosti u kinetičkoj jednačini.

Fizičko značenje konstante brzine reakcije k proizilazi iz jednadžbe zakona djelovanja mase: k je brojčano jednak brzini reakcije pri koncentraciji svake od reagujućih supstanci jednakoj 1 mol/l.

Konstanta brzine reakcije zavisi od temperature, od prirode reaktanata, od prisustva katalizatora u sistemu, ali ne zavisi od njihove koncentracije.

1. Temperatura. Za svakih 10°C porasta temperature, brzina reakcije se povećava 2-4 puta (van't Hoffovo pravilo). Kako temperatura raste od t1 do t2, promjena brzine reakcije se može izračunati korištenjem formule: (t2 - t1) / 10 Vt2 / Vt1 = g (gdje su Vt2 i Vt1 brzine reakcije na temperaturama t2 i t1, respektivno; g je temperaturni koeficijent ove reakcije). Van't Hoffovo pravilo je primjenjivo samo u uskom temperaturnom rasponu. Tačnija je Arrheniusova jednačina: k = A e –Ea/RT gdje je A konstanta ovisno o prirodi reaktanata; R je univerzalna plinska konstanta; Ea je energija aktivacije, odnosno energija koju molekuli u sudaru moraju imati da bi sudar doveo do kemijske transformacije. Energetski dijagram hemijske reakcije. Egzotermna reakcija Endotermna reakcija A - reaktanti, B - aktivirani kompleks (prijelazno stanje), C - produkti. Što je energija aktivacije Ea veća, brzina reakcije se više povećava s povećanjem temperature. 2. Kontaktna površina reagujućih supstanci. Za heterogene sisteme (kada su supstance u različitim agregacionim stanjima), što je veća kontaktna površina, reakcija se brže odvija. Površina čvrstih tvari može se povećati njihovim mljevenjem, a za topljive tvari njihovim otapanjem. 3. Kataliza. Supstance koje sudjeluju u reakcijama i povećavaju njihovu brzinu, ostajući nepromijenjene na kraju reakcije, nazivaju se katalizatori. Mehanizam djelovanja katalizatora povezan je sa smanjenjem energije aktivacije reakcije zbog stvaranja međuspojeva. U homogenoj katalizi reagensi i katalizator čine jednu fazu (u istom su agregacijskom stanju), dok su u heterogenoj katalizi različite faze (u različitim su agregacijskim stanjima). U nekim slučajevima, pojava nepoželjnih hemijskih procesa može se naglo usporiti dodavanjem inhibitora u reakcioni medij (fenomen “negativne katalize”).

Pitanje br. 4

Formulirajte i zapišite zakon djelovanja mase za reakciju:

2 NO+O2=2NO2

ZAKON MASE AKCIJE: brzina hemijske reakcije je proporcionalna proizvodu koncentracija reagujućih supstanci. za reakciju 2NO + O2 2NO2, zakon dejstva mase biće napisan na sledeći način: v=kS2(NO)·S (O2), gde je k konstanta brzine, zavisno od prirode reaktanata i temperature. Brzina reakcija koje uključuju čvrste tvari određena je samo koncentracijom plinova ili otopljenih tvari: C + O2 = CO2, v = kCO2

Mehanizmi hemijskih transformacija i njihove brzine proučavaju se hemijskom kinetikom. Hemijski procesi se javljaju tokom vremena različitim brzinama. Neki se dešavaju brzo, gotovo trenutno, dok drugima treba jako dugo da se jave.

U kontaktu sa

Brzina reakcija- brzina kojom se reagensi troše (njihova koncentracija se smanjuje) ili nastaju produkti reakcije po jedinici volumena.

Faktori koji mogu uticati na brzinu hemijske reakcije

Sljedeći faktori mogu utjecati na brzinu odvijanja kemijske reakcije:

• koncentracija tvari;
• priroda reagensa;
• temperatura;
• prisustvo katalizatora;
• pritisak (za reakcije u gasnom okruženju).

Dakle, promjenom određenih uvjeta hemijskog procesa, možete utjecati na to koliko će se proces odvijati brzo.

U procesu hemijske interakcije, čestice reagujućih supstanci se sudaraju jedna s drugom. Broj takvih podudarnosti proporcionalan je broju čestica tvari u volumenu reagirajuće smjese, a samim tim i molarnoj koncentraciji reagensa.

Zakon masovne akcije opisuje ovisnost brzine reakcije o molarnim koncentracijama tvari koje djeluju.

Za elementarnu reakciju (A + B → ...) ovaj zakon se izražava formulom:

υ = k ∙S A ∙S B,

gdje je k konstanta brzine; C A i C B su molarne koncentracije reagensa A i B.

Ako je jedna od supstanci koja reaguje u čvrstom stanju, tada se interakcija dešava na granici, stoga koncentracija čvrste supstance nije uključena u jednadžbu kinetičkog zakona delovanja mase. Da bismo razumjeli fizičko značenje konstante brzine, potrebno je uzeti C, A i C B jednake 1. Tada postaje jasno da je konstanta brzine jednaka brzini reakcije pri koncentracijama reaktanata jednakim jedinici.

Priroda reagensa

Budući da se tokom interakcije hemijske veze reagujućih supstanci razaraju i stvaraju nove veze produkta reakcije, priroda veza uključenih u reakciju jedinjenja i struktura molekula reagujućih supstanci igraće veliku ulogu. .

Površina kontakta reagensa

Takva karakteristika kao što je površina kontakta čvrstih reagensa utječe na tok reakcije, ponekad prilično značajno. Mljevenje čvrste supstance vam omogućava da povećate površinu kontakta reagensa, a samim tim i ubrzate proces. Kontaktna površina rastvorljivih supstanci lako se povećava otapanjem supstance.

Temperatura reakcije

Kako temperatura raste, energija sudarajućih čestica će se povećavati; očito je da će se povećanjem temperature sam kemijski proces ubrzati. Jasnim primjerom kako povećanje temperature utječe na proces interakcije tvari mogu se smatrati podaci navedeni u tabeli.

Tabela 1. Utjecaj promjena temperature na brzinu stvaranja vode (O 2 +2H 2 →2H 2 O)

Da se kvantitativno opiše kako temperatura može utjecati na brzinu interakcije supstanci, koristi se Van't Hoffovo pravilo. Van't Hoffovo pravilo je da kada se temperatura poveća za 10 stepeni, dolazi do ubrzanja za 2-4 puta.

Matematička formula koja opisuje van't Hoffovo pravilo je sljedeća:

Gdje je γ temperaturni koeficijent brzine kemijske reakcije (γ = 2−4).

Ali Arrheniusova jednadžba mnogo preciznije opisuje temperaturnu ovisnost konstante brzine:

Gdje je R univerzalna plinska konstanta, A je faktor određen vrstom reakcije, E, A je energija aktivacije.

Energija aktivacije je energija koju molekul mora steći da bi se dogodila kemijska transformacija. To jest, to je vrsta energetske barijere koju će molekuli koji se sudaraju u reakcionom volumenu morati prevladati kako bi preraspodijelili veze.

Energija aktivacije ne zavisi od spoljašnjih faktora, već zavisi od prirode supstance. Vrijednost energije aktivacije do 40 - 50 kJ/mol omogućava tvarima da međusobno reagiraju prilično aktivno. Ako energija aktivacije prelazi 120 kJ/mol, tada će tvari (na uobičajenim temperaturama) reagirati vrlo sporo. Promjena temperature dovodi do promjene broja aktivnih molekula, odnosno molekula koji su dostigli energiju veću od energije aktivacije, pa su stoga sposobni za kemijske transformacije.

Djelovanje katalizatora

Katalizator je tvar koja može ubrzati proces, ali nije dio njegovih proizvoda. Kataliza (ubrzanje hemijske transformacije) se deli na homogenu i heterogenu. Ako su reagensi i katalizator u istim agregacijskim stanjima, onda se kataliza naziva homogena; ako su u različitim stanjima, onda je heterogena. Mehanizmi djelovanja katalizatora su raznoliki i prilično složeni. Osim toga, vrijedno je napomenuti da katalizatore karakterizira selektivnost djelovanja. To jest, isti katalizator, dok ubrzava jednu reakciju, možda neće promijeniti brzinu druge.

Pritisak

Ako su plinovite tvari uključene u transformaciju, tada će na brzinu procesa utjecati promjene tlaka u sistemu . Ovo se dešava zato što da za plinovite reagense promjena tlaka dovodi do promjene koncentracije.

Eksperimentalno određivanje brzine hemijske reakcije

Brzina kemijske transformacije može se odrediti eksperimentalno dobivanjem podataka o tome kako se mijenja koncentracija tvari koje ulaze u reakciju ili produkta u jedinici vremena. Metode za dobijanje takvih podataka se dijele na

• hemijski,
• fizičko-hemijski.

Hemijske metode su prilično jednostavne, pristupačne i tačne. Uz njihovu pomoć, brzina se određuje direktnim mjerenjem koncentracije ili količine tvari reaktanata ili proizvoda. U slučaju spore reakcije, uzimaju se uzorci kako bi se pratilo kako se reagens troši. Zatim se određuje sadržaj reagensa u uzorku. Uzimanjem uzoraka u redovnim intervalima moguće je dobiti podatke o promjenama količine tvari u procesu interakcije. Najčešće korištene vrste analiza su titrimetrija i gravimetrija.

Ako se reakcija odvija brzo, mora se zaustaviti da bi se uzeo uzorak. To se može uraditi pomoću hlađenja, naglo uklanjanje katalizatora, također je moguće razrijediti ili prebaciti jedan od reagensa u nereaktivno stanje.

Metode fizičko-hemijske analize u savremenoj eksperimentalnoj kinetici se češće koriste od hemijskih. Uz njihovu pomoć možete pratiti promjene u koncentracijama tvari u realnom vremenu. U tom slučaju nema potrebe zaustavljati reakciju i uzimati uzorke.

Fizičko-hemijske metode se zasnivaju na mjerenju fizičkog svojstva koje zavisi od kvantitativnog sadržaja određenog jedinjenja u sistemu i koje se mijenja tokom vremena. Na primjer, ako su plinovi uključeni u reakciju, tada pritisak može biti takvo svojstvo. Također se mjere električna provodljivost, indeks loma i apsorpcijski spektri supstanci.

Rice. 40. Ovisnost inverzne koncentracije reagensa o vremenu za reakciju drugog reda

Rice. 39. Ovisnost logaritma koncentracije reagensa o vremenu nastanka reakcije prvog reda

Rice. 38. Promjena koncentracije polazne supstance tokom vremena u reakciji prvog reda

Rice. 37. Promjena koncentracije polazne supstance tokom vremena u reakciji nultog reda

Matematički, ovaj linearni odnos se može napisati na sljedeći način:

gdje je k konstanta brzine, C 0 je početna molarna koncentracija reagensa, C je koncentracija u trenutku t.

Iz nje možemo izvesti formulu za izračunavanje konstante brzine hemijske reakcije nultog reda.

Da li se konstanta brzine nultog reda mjeri u mol/l? s (mol · l -1 · s -1).

Vrijeme polukonverzije za reakciju nultog reda proporcionalno je koncentraciji početnog materijala

Za reakcije prvog reda, kinetička kriva u koordinatama C,t je eksponencijalne prirode i izgleda ovako (slika 38) Matematički, ova kriva je opisana sljedećom jednadžbom

C = C 0 e - kt

U praksi, za reakcije prvog reda, kinetička kriva se najčešće iscrtava u lnC, t koordinatama. U ovom slučaju se uočava linearna zavisnost lN od vremena (slika 39)

lnS = lnS 0 - kt

U C

Shodno tome, vrijednost konstante brzine i vremena polukonverzije mogu se izračunati korištenjem sljedećih formula

k = ln ili k = 2,303lg

(pri prelasku sa decimalnog logaritma na prirodni).

Konstanta brzine reakcije prvog reda ima dimenziju t -1, tj. 1/s i ne ovisi o jedinicama koncentracije. Pokazuje udio molekula koji reagiraju u jedinici vremena od ukupnog broja molekula reagensa u sistemu. Dakle, u reakcijama prvog reda, jednaki dijelovi uzete količine polazne tvari troše se u jednakim vremenskim periodima.

Druga karakteristična karakteristika reakcija prvog reda je da t ½ za njih ne ovisi o početnoj koncentraciji reagensa, već je određena samo konstantom brzine.

Razmotrit ćemo oblik jednačine ovisnosti koncentracije o vremenu za reakcije drugog reda samo za najjednostavniji slučaj, kada u elementarnom činu učestvuju 2 identične molekule ili molekule različitih tvari, ali su njihove početne koncentracije (C 0) jednaka. U ovom slučaju se uočava linearna zavisnost u koordinatama 1/C, t (Sl. 40). Matematička jednačina za ovaj odnos biće napisana na sledeći način:

a mjeri se u l?s -1?mol -1, tj. njegova brojčana vrijednost ovisi o jedinicama u kojima se mjeri koncentracija tvari.

Poluživot reakcija drugog reda obrnuto je proporcionalan početnoj koncentraciji reagensa

To je zbog činjenice da brzina reakcija drugog reda jako ovisi o broju sudara između molekula reagujućih tvari u jedinici vremena, što je pak proporcionalno broju molekula po jedinici volumena, tj. koncentracija supstance. Dakle, što je veća koncentracija supstance u sistemu, to se molekuli češće sudaraju jedni s drugima i manje vremena će polovina njih imati vremena da reaguje.

Reakcije trećeg reda, kao što je ranije spomenuto, izuzetno su rijetke i nisu od praktičnog interesa. Stoga ih u tom pogledu nećemo razmatrati.

Konstanta brzine reakcije (specifična brzina reakcije) - koeficijent proporcionalnosti u kinetičkoj jednačini.

Fizičko značenje konstante brzine reakcije k proizilazi iz jednadžbe zakona djelovanja mase: k je brojčano jednak brzini reakcije pri koncentraciji svake od reagujućih supstanci jednakoj 1 mol/l.

Konstanta brzine reakcije ovisi o temperaturi, o prirodi reaktanata, o katalizatoru, ali ne ovisi o njihovoj koncentraciji. Za reakciju tipa 2A+2B->3C+D, brzina stvaranja produkta reakcije i brzina potrošnje reagensa može se predstaviti kao: d[A]/(2*dt)=d[B]/ (2*dt)=d[C] /(3*dt)=d[D]/dt Dakle, kako biste izbjegli korištenje nekoliko oblika brzine snimanja za istu reakciju, koristite hemijsku varijablu koja određuje stupanj reakcije i ne zavisi od stehiometrijskih koeficijenata: ξ=(Δn) /ν gde je ν stehiometrijski koeficijent. Tada je brzina reakcije: v=(1/V)*dξ/dt gdje je V zapremina sistema.

Dimenzija

Dimenzija konstante brzine reakcije ovisi o redoslijedu reakcije. Ako se koncentracija reaktanata mjeri u mol l−1 (M):

• Za reakciju prvog reda, k ima dimenziju c −1
• Za reakciju drugog reda, k ima dimenziju l mol −1 s −1 (ili M −1 s −1)
• Za reakciju trećeg reda, k ima dimenziju l 2 mol −2 s −1 (ili M −2 s −1)

vidi takođe

Napišite recenziju o članku "Konstanta brzine reakcije"

Bilješke

Izvod koji karakteriše konstantu brzine reakcije

Lihačov je ustao, preturao po svojim torbama i Petja je ubrzo začuo ratoborni zvuk čelika na bloku. Popeo se na kamion i sjeo na ivicu. Kozak je oštrio sablju ispod kamiona.
- Pa, spavaju li momci? - rekla je Petja.
- Neki spavaju, a neki su ovakvi.
- Pa, šta je sa dečakom?
- Je li proleće? Srušio se tamo u ulazu. Spava sa strahom. Bilo mi je zaista drago.
Dugo nakon toga Petya je šutjela, slušajući zvukove. U mraku su se začuli koraci i pojavila se crna figura.
- Šta oštriš? – upitao je čovjek prilazeći kamionu.
- Ali naoštrite sablju gospodara.
„Dobar posao“, rekao je čovek koji je Petji izgledao kao husar. - Imaš li još šolju?
- I tamo kod volana.
Husar je uzeo pehar.
„Verovatno će uskoro biti svetlo“, rekao je, zijevajući, i otišao negde.
Petja je trebalo da zna da je u šumi, u Denisovljevoj zabavi, milju od puta, da sedi na vagonu zarobljenim od Francuza, oko kojeg su bili vezani konji, da kozak Lihačov sedi ispod njega i oštri. njegova sablja, da je na desnoj strani velika crna tačka je stražarnica, a jarko crvena tačka dole levo je umiruća vatra, da je čovek koji je došao po čašu husar koji je bio žedan; ali on ništa nije znao i nije hteo to da zna. Bio je u magičnom kraljevstvu u kojem nije bilo ništa slično stvarnosti. Velika crna mrlja, možda je tu definitivno bila stražarnica, ili je možda postojala pećina koja je vodila u samu dubinu zemlje. Crvena tačka je možda bila vatra, ili možda oko ogromnog čudovišta. Možda sada definitivno sedi na vagonu, ali vrlo je moguće da ne sedi na vagonu, već na strašno visokoj kuli, sa koje bi, ako bi pao, leteo na zemlju čitav dan, čitav mesec - nastavite da letite i nikada ne stignete do njega. Može biti da samo kozak Lihačov sjedi ispod kamiona, ali vrlo je moguće da je to najljubaznija, najhrabrija, najdivnija, najizvrsnija osoba na svijetu, koju niko ne poznaje. Možda je to bio samo husar koji je prošao po vodu i otišao u jarugu, ili je možda jednostavno nestao iz vida i potpuno nestao, a njega nije bilo.