· Reaktsioonikiiruse konstant k sõltub reagentide olemusest, temperatuurist ja katalüsaatorist, kuid ei sõltu väärtusest
reaktiivi kontsentratsioonid.
Kiiruskonstandi füüsikaline tähendus on see, et see on võrdne reaktsioonikiirusega reagentide ühikkontsentratsioonidel.
Heterogeensete reaktsioonide korral ei arvestata reaktsioonikiiruse väljendusse tahke faasi kontsentratsiooni.
· Toimivate masside seadus kehtestab seose keemilistes reaktsioonides reageerivate ainete masside vahel at
tasakaal, samuti keemilise reaktsiooni kiiruse sõltuvus lähteainete kontsentratsioonist.
Keemilise reaktsiooni aktiveerimisenergia. Aktiivsed molekulid. Aktiveeritud kompleks.
· Aktiveerimisenergia keemias- minimaalne energiakogus, mis tuleb süsteemile edastada (keemias
väljendatuna džaulides mooli kohta) reaktsiooni toimumiseks. Selle termini võttis kasutusele Svante August Arrhenius 1889. aastal. Reaktsioonienergia tüüpiline nimetus on Ea.
Keemilises mudelis, mida tuntakse kui Aktiivse kokkupõrke teooria(TAC), on reaktsiooni toimumiseks vajalikud kolm tingimust:
- Molekulid peavad põrkuma. See on oluline tingimus, kuid sellest ei piisa, sest kokkupõrge ei pruugi põhjustada reaktsiooni.
- Molekulidel peab olema vajalik energia (aktivatsioonienergia). Keemilise reaktsiooni käigus peavad interakteeruvad molekulid läbima vahepealse oleku, milles võib olla rohkem energiat. See tähendab, et molekulid peavad ületama energiabarjääri; kui seda ei juhtu, siis reaktsioon ei alga.
Molekulid peavad olema üksteise suhtes õigesti orienteeritud.
Madalal (teatud reaktsiooni jaoks) temperatuuril on enamikul molekulidel energia väiksem kui aktiveerimisenergia ja nad ei suuda ületada energiabarjääri. Kuid aines on alati üksikuid molekule, mille energia on keskmisest oluliselt kõrgem. Isegi madalatel temperatuuridel jätkub enamik reaktsioone. Temperatuuri tõstmine võimaldab suurendada piisava energiaga molekulide osakaalu energiabarjääri ületamiseks. See suurendab reaktsiooni kiirust.
· Aktiivsed radikaalid, ühe keha vananemise teooria kohaselt on vananemise põhjuseks. Need moodustuvad kõrvalproduktidena
kehas toimuvate erinevate keemiliste reaktsioonide saadused ja oksüdeerivad seda. Seetõttu on vaja neist võimalikult kiiresti lahti saada. Üks võimalus on võtta antioksüdante, mille probleemiga tegelevad farmaatsiatooted. Neid aktiivseid osakesi saab kasutada ka desinfitseerimislahustena
· Aktiveeritud kompleks, aatomite rühmitus keemilise reaktsiooni elementaarakti otsustaval hetkel. Mõiste
aktiveeritud kompleksi kasutatakse laialdaselt keemiliste reaktsioonide kiiruste teoorias.
Küsimus nr 3
Millistest teguritest sõltub keemilise reaktsiooni kiiruskonstant?
Reaktsioonikiiruse konstant (spetsiifiline reaktsioonikiirus) on proportsionaalsuse koefitsient kineetilises võrrandis.
Reaktsiooni kiiruskonstandi füüsikaline tähendus k tuleneb massimõju seaduse võrrandist: k on arvuliselt võrdne reaktsioonikiirusega iga reageeriva aine kontsentratsioonil 1 mol/l.
Reaktsioonikiiruse konstant sõltub temperatuurist, reagentide olemusest, katalüsaatori olemasolust süsteemis, kuid ei sõltu nende kontsentratsioonist.
1. Temperatuur. Iga 10°C temperatuuritõusu korral suureneb reaktsioonikiirus 2-4 korda (van't Hoffi reegel). Temperatuuri tõustes t1-lt t2-le saab reaktsioonikiiruse muutust arvutada valemiga: (t2 - t1) / 10 Vt2 / Vt1 = g (kus Vt2 ja Vt1 on vastavalt reaktsioonikiirused temperatuuridel t2 ja t1; g on selle reaktsiooni temperatuuritegur). Van't Hoffi reegel kehtib ainult kitsas temperatuurivahemikus. Täpsem on Arrheniuse võrrand: k = A e –Ea/RT kus A on reagentide olemusest sõltuv konstant; R on universaalne gaasikonstant; Ea on aktiveerimisenergia, st energia, mis peab põrkuvatel molekulidel olema, et kokkupõrge viiks keemilise muundumiseni. Keemilise reaktsiooni energiadiagramm. Eksotermiline reaktsioon Endotermiline reaktsioon A - reagendid, B - aktiveeritud kompleks (siirdeseisund), C - saadused. Mida suurem on aktiveerimisenergia Ea, seda rohkem suureneb reaktsiooni kiirus temperatuuri tõustes. 2. Reageerivate ainete kontaktpind. Heterogeensete süsteemide puhul (kui ained on erinevates agregatsiooniseisundites), mida suurem on kontaktpind, seda kiiremini reaktsioon kulgeb. Tahkete ainete pindala saab suurendada neid jahvatades, lahustuvate ainete puhul aga lahustades. 3. Katalüüs. Aineid, mis osalevad reaktsioonides ja suurendavad selle kiirust, jäädes reaktsiooni lõppedes muutumatuks, nimetatakse katalüsaatoriteks. Katalüsaatorite toimemehhanism on seotud vaheühendite moodustumise tõttu reaktsiooni aktiveerimisenergia vähenemisega. Homogeenses katalüüsis moodustavad reaktiivid ja katalüsaator ühe faasi (on samas agregatsiooni olekus), heterogeenses katalüüsis aga erinevad faasid (on erinevates agregatsiooni olekutes). Mõnel juhul saab soovimatute keemiliste protsesside tekkimist järsult aeglustada, lisades reaktsioonikeskkonda inhibiitoreid (negatiivse katalüüsi nähtus).
Küsimus nr 4
Sõnastage ja kirjutage üles reaktsiooni massimõju seadus:
2 NO+O2=2NO2
MASSI MÕJU SEADUS: keemilise reaktsiooni kiirus on võrdeline reageerivate ainete kontsentratsioonide korrutisega. reaktsiooni 2NO + O2 2NO2 korral kirjutatakse massi toime seadus järgmiselt: v=kС2(NO)·С (O2), kus k on kiiruskonstant, olenevalt reaktiivide olemusest ja temperatuurist. Tahkeid aineid sisaldavate reaktsioonide kiiruse määrab ainult gaaside või lahustunud ainete kontsentratsioon: C + O2 = CO2, v = kCO2
Keemiliste muundumiste mehhanisme ja nende kiirusi uurib keemiline kineetika. Keemilised protsessid toimuvad aja jooksul erineva kiirusega. Mõned juhtuvad kiiresti, peaaegu kohe, samas kui teistel kulub väga kaua aega.
Kokkupuutel
Kiirusreaktsioon- reaktiivide tarbimise (nende kontsentratsioon väheneb) või reaktsiooniproduktide moodustumise kiirus mahuühiku kohta.
Tegurid, mis võivad mõjutada keemilise reaktsiooni kiirust
Järgmised tegurid võivad mõjutada keemilise reaktsiooni toimumise kiirust:
- ainete kontsentratsioon;
- reaktiivide olemus;
- temperatuur;
- katalüsaatori olemasolu;
- rõhk (reaktsioonide jaoks gaasikeskkonnas).
Seega saate keemilise protsessi teatud tingimusi muutes mõjutada protsessi kulgemise kiirust.
Keemilise interaktsiooni käigus põrkuvad omavahel reageerivate ainete osakesed. Selliste kokkulangevuste arv on võrdeline ainete osakeste arvuga reageeriva segu mahus ja seega võrdeline reaktiivide molaarsete kontsentratsioonidega.
Massitegevuse seadus kirjeldab reaktsioonikiiruse sõltuvust interakteeruvate ainete molaarsetest kontsentratsioonidest.
Elementaarreaktsiooni (A + B → ...) korral väljendatakse seda seadust valemiga:
υ = k ∙С A ∙С B,
kus k on kiiruskonstant; CA ja CB on reaktiivide A ja B molaarsed kontsentratsioonid.
Kui üks reageerivatest ainetest on tahkes olekus, siis interaktsioon toimub piirpinnal, seetõttu ei sisaldu tahke aine kontsentratsioon massi toime kineetilise seaduse võrrandis. Kiiruskonstandi füüsikalise tähenduse mõistmiseks on vaja võtta C, A ja C B võrdsed 1-ga. Siis saab selgeks, et kiiruskonstant on võrdne reaktsioonikiirusega reagendi kontsentratsioonidel, mis on võrdsed ühikuga.
Reaktiivide olemus
Kuna interaktsiooni käigus hävivad reageerivate ainete keemilised sidemed ja tekivad uued reaktsiooniproduktide sidemed, siis mängib suurt rolli ühendite reaktsioonis osalevate sidemete olemus ja reageerivate ainete molekulide struktuur. .
Reaktiivide kokkupuutepind
Selline omadus nagu tahkete reaktiivide kokkupuutepind mõjutab reaktsiooni kulgu, mõnikord üsna oluliselt. Tahke aine jahvatamine võimaldab teil suurendada reaktiivide kokkupuutepinda ja seega protsessi kiirendada. Lahustuvate ainete kokkupuutepinda saab kergesti suurendada aine lahustamisega.
Reaktsiooni temperatuur
Temperatuuri tõustes suureneb põrkuvate osakeste energia, on ilmne, et temperatuuri tõustes keemiline protsess ise kiireneb. Selgeks näiteks sellest, kuidas temperatuuri tõus mõjutab ainete interaktsiooni protsessi, võib pidada tabelis toodud andmeid.
Tabel 1. Temperatuurimuutuste mõju vee moodustumise kiirusele (O 2 +2H 2 → 2H 2 O)
Et kvantitatiivselt kirjeldada, kuidas temperatuur võib ainete interaktsiooni kiirust mõjutada, kasutatakse Van't Hoffi reeglit. Van't Hoffi reegel on, et kui temperatuur tõuseb 10 kraadi võrra, toimub kiirendus 2-4 korda.
Van't Hoffi reeglit kirjeldav matemaatiline valem on järgmine:
Kus γ on keemilise reaktsiooni kiiruse temperatuuritegur (γ = 2−4).
Kuid Arrheniuse võrrand kirjeldab kiiruskonstandi sõltuvust temperatuurist palju täpsemalt:
Kus R on universaalne gaasikonstant, A on reaktsiooni tüübi järgi määratud tegur, E, A on aktiveerimisenergia.
Aktiveerimisenergia on energia, mille molekul peab keemilise muundumise toimumiseks omandama. See tähendab, et see on omamoodi energiabarjäär, mille peavad reaktsioonimahus põrkuvad molekulid sidemete ümberjaotamiseks ületama.
Aktiveerimisenergia ei sõltu välistest teguritest, vaid sõltub aine olemusest. Aktiveerimisenergia väärtus kuni 40 - 50 kJ/mol võimaldab ainetel üksteisega üsna aktiivselt reageerida. Kui aktiveerimisenergia ületab 120 kJ/mol, siis reageerivad ained (tavatemperatuuril) väga aeglaselt. Temperatuuri muutus põhjustab aktiivsete molekulide arvu muutumist, st molekulide, mis on saavutanud aktiveerimisenergiast suurema energia ja on seetõttu võimelised keemiliseks muundumiseks.
Katalüsaatori toime
Katalüsaator on aine, mis võib protsessi kiirendada, kuid ei kuulu selle toodete hulka. Katalüüs (keemilise transformatsiooni kiirendamine) jaguneb homogeenseks ja heterogeenseks. Kui reaktiivid ja katalüsaator on samas agregatsiooniseisundis, siis nimetatakse katalüüsi homogeenseks, kui erinevates olekutes, siis on see heterogeenne. Katalüsaatorite toimemehhanismid on mitmekesised ja üsna keerulised. Lisaks väärib märkimist, et katalüsaatoreid iseloomustab toime selektiivsus. See tähendab, et sama katalüsaator, kiirendades üht reaktsiooni, ei pruugi teise kiirust muuta.
Surve
Kui muundumisel osalevad gaasilised ained, mõjutavad protsessi kiirust rõhu muutused süsteemis . See juhtub seetõttu, et gaasiliste reaktiivide puhul toob rõhu muutus kaasa kontsentratsiooni muutumise.
Keemilise reaktsiooni kiiruse katseline määramine
Keemilise muundumise kiirust saab katseliselt määrata, saades andmeid selle kohta, kuidas muutub reaktsiooni või produktidesse sattuvate ainete kontsentratsioon ajaühikus. Selliste andmete saamise meetodid jagunevad
- keemiline,
- füüsikalis-keemiline.
Keemilised meetodid on üsna lihtsad, ligipääsetavad ja täpsed. Nende abiga määratakse kiirus, mõõtes otseselt reagentide või toodete aine kontsentratsiooni või kogust. Aeglase reaktsiooni korral võetakse proove, et jälgida reaktiivi tarbimist. Seejärel määratakse reaktiivi sisaldus proovis. Regulaarsete ajavahemike järel proove võttes on võimalik saada andmeid aine koguse muutumise kohta interaktsiooniprotsessi käigus. Kõige sagedamini kasutatavad analüüsitüübid on titrimeetria ja gravimeetria.
Kui reaktsioon kulgeb kiiresti, tuleb see proovi võtmiseks peatada. Seda saab teha jahutuse abil, katalüsaatori järsk eemaldamine, on võimalik ka üht reaktiivi lahjendada või viia mittereaktiivsesse olekusse.
Kaasaegses eksperimentaalses kineetikas kasutatakse füüsikalis-keemilise analüüsi meetodeid sagedamini kui keemilisi. Nende abiga saate reaalajas jälgida ainete kontsentratsioonide muutusi. Sel juhul ei ole vaja reaktsiooni peatada ja proove võtta.
Füüsikalis-keemilised meetodid põhinevad füüsikalise omaduse mõõtmisel, mis sõltub teatud ühendi kvantitatiivsest sisaldusest süsteemis ja muutub ajas. Näiteks kui reaktsioonis osalevad gaasid, võib rõhk olla selline omadus. Mõõdetakse ka ainete elektrijuhtivust, murdumisnäitajat ja neeldumisspektreid.
Riis. 40. Reaktiivi pöördkontsentratsiooni sõltuvus teist järku reaktsiooni ajast
Riis. 39. Reaktiivi kontsentratsiooni logaritmi sõltuvus esimest järku reaktsiooni toimumise ajast
Riis. 38. Lähteaine kontsentratsiooni muutus ajas esimest järku reaktsioonis
Riis. 37. Lähteaine kontsentratsiooni muutumine ajas nulljärku reaktsioonis
Matemaatiliselt saab selle lineaarse seose kirjutada järgmiselt:
kus k on kiiruskonstant, C 0 on reaktiivi algne molaarne kontsentratsioon, C on kontsentratsioon ajahetkel t.
Sellest saame tuletada valemi nulljärku keemilise reaktsiooni kiiruskonstandi arvutamiseks.
Kas nulljärku kiiruskonstanti mõõdetakse mol/l? s (mol · l -1 · s -1).
Nulljärku reaktsiooni poolkonversiooniaeg on võrdeline lähteaine kontsentratsiooniga
Esimest järku reaktsioonide kineetiline kõver koordinaatides C,t on olemuselt eksponentsiaalne ja näeb välja selline (joonis 38) Matemaatiliselt kirjeldatakse seda kõverat järgmise võrrandiga
C = C 0 e - kt
Praktikas joonistatakse esimest järku reaktsioonide puhul kineetiline kõver kõige sagedamini lnC, t koordinaatides. Sel juhul täheldatakse lnС lineaarset sõltuvust ajast (joonis 39)
lnС = lnС 0 - kt
|
Vastavalt sellele saab kiiruskonstandi ja poolkonversiooniaja väärtuse arvutada järgmiste valemite abil
k = ln või k = 2,303lg
(kümnendlogaritmilt naturaalsele liikudes).
Esimest järku reaktsioonikiiruse konstandi mõõde on t -1, s.o. 1/s ja ei sõltu kontsentratsiooniühikutest. See näitab ajaühikus reageerivate molekulide osakaalu reagendi molekulide koguarvust süsteemis. Seega tarbitakse esimest järku reaktsioonides võrdsete ajavahemike jooksul võrdsed osad võetud lähteaine kogusest.
Esimest järku reaktsioonide teine eripära on see, et nende t ½ ei sõltu reaktiivi algkontsentratsioonist, vaid määratakse ainult kiiruskonstandiga.
Kontsentratsiooni ajast sõltuvuse võrrandi kuju käsitleme teist järku reaktsioonide puhul ainult kõige lihtsamal juhul, kui elementaartoimingus osaleb 2 identset molekuli või erinevate ainete molekuli, kuid nende algkontsentratsioonid (C 0) on võrdne. Sel juhul täheldatakse lineaarset sõltuvust koordinaatides 1/C, t (joonis 40). Selle seose matemaatiline võrrand kirjutatakse järgmiselt:
ja seda mõõdetakse l?s -1?mol -1, s.o. selle arvväärtus sõltub ühikutest, milles aine kontsentratsiooni mõõdetakse.
Teist järku reaktsioonide poolväärtusaeg on pöördvõrdeline reaktiivi algkontsentratsiooniga
See on tingitud asjaolust, et teist järku reaktsioonide kiirus sõltub tugevalt reageerivate ainete molekulide kokkupõrgete arvust ajaühikus, mis omakorda on võrdeline molekulide arvuga ruumalaühikus, s.t. aine kontsentratsioon. Seega, mida suurem on aine kontsentratsioon süsteemis, seda sagedamini molekulid omavahel kokku põrkuvad ja seda vähem on pooltel neist aega reageerida.
Kolmanda järgu reaktsioonid, nagu varem mainitud, on äärmiselt haruldased ega paku praktilist huvi. Seetõttu me neid sellega seoses ei käsitle.
Reaktsioonikiiruse konstant (spetsiifiline reaktsioonikiirus) - proportsionaalsuse koefitsient kineetilises võrrandis.
Reaktsiooni kiiruskonstandi füüsikaline tähendus k tuleneb massimõju seaduse võrrandist: k on arvuliselt võrdne reaktsioonikiirusega iga reageeriva aine kontsentratsioonil 1 mol/l.
Reaktsioonikiiruse konstant sõltub temperatuurist, reagentide olemusest, katalüsaatorist, kuid ei sõltu nende kontsentratsioonist. Tüüpi 2A+2B->3C+D reaktsiooni puhul võib reaktsioonisaaduste moodustumise kiirust ja reaktiivide kulumise kiirust esitada järgmiselt: d[A]/(2*dt)=d[B]/ (2*dt)=d[C] /(3*dt)=d[D]/dt Seega selleks, et vältida sama reaktsiooni jaoks mitme erineva kiiruse salvestusvormi kasutamist, kasutage keemilist muutujat, mis määrab reaktsiooni astme ja ei sõltu stöhhiomeetrilistest koefitsientidest: ξ=(Δn) /ν kus ν on stöhhiomeetriline koefitsient. Siis reaktsioonikiirus: v=(1/V)*dξ/dt kus V on süsteemi ruumala.
Mõõtmed
Reaktsiooni kiiruskonstandi mõõde sõltub reaktsiooni järjekorrast. Kui reagentide kontsentratsiooni mõõdetakse mol l-1 (M):
- Esimese järjekorra reaktsiooni jaoks k on mõõtmega c −1
- Teise järjekorra reaktsiooni jaoks k on mõõtmetega l mol −1 s −1 (või M −1 s −1)
- Kolmandat järku reaktsiooni jaoks k on mõõtmetega l 2 mol -2 s -1 (või M -2 s -1)
Vaata ka
Kirjutage ülevaade artiklist "Reaktsioonikiiruse konstant"
Märkmed
Reaktsioonikiiruse konstanti iseloomustav väljavõte
Lihhatšov tõusis püsti, soperdas oma pakkides ja Petja kuulis peagi plokil terase sõjakat häält. Ta ronis veoautole ja istus selle servale. Kasakas teritas veoauto all mõõka.- Noh, kas kaaslased magavad? - ütles Petya.
- Mõned magavad ja mõned on nii.
- Aga poiss?
- Kas on kevad? Ta kukkus sissepääsu juures kokku. Ta magab hirmuga. Mul oli tõesti hea meel.
Pärast seda oli Petya pikka aega vait ja kuulas helisid. Pimeduses oli kuulda samme ja ilmus must kuju.
- Mida sa teritad? – küsis mees veokile lähenedes.
- Aga teritage meistri mõõk.
"Tubli töö," ütles mees, kes Petyale tundus olevat husaar. - Kas teil on tass alles?
- Ja seal rooli juures.
Husaar võttis karika.
"Arvatavasti läheb varsti heledaks," ütles ta haigutades ja kõndis kuhugi minema.
Petja oleks pidanud teadma, et ta on metsas, Denisovi seltskonnas, miili kaugusel maanteest, et ta istub prantslastelt vangistatud vankril, mille ümber olid hobused seotud, et kasakas Lihhatšov istub tema all ja teritab. tema mõõk, et paremal oli suur must laik, on vahimaja ja helepunane täpp allpool vasakul on surev tuli, et mees, kes tuli tassi järele, on janune husaar; kuid ta ei teadnud midagi ega tahtnud seda teada. Ta oli maagilises kuningriigis, kus polnud midagi reaalsuse sarnast. Suur must täpp, võib-olla oli seal kindlasti valvemaja või võib-olla oli seal koobas, mis viis maa sügavustesse. Punane laik võis olla tuli või tohutu koletise silm. Võib-olla istub ta praegu kindlasti vagunis, aga väga hästi võib juhtuda, et ta ei istu mitte vagunis, vaid kohutavalt kõrges tornis, kust alla kukkudes lendaks ta terveks päevaks maapinnale, a terve kuu – lenda edasi ja ära kunagi jõua selleni. Võib juhtuda, et veoauto all istub lihtsalt kasakas Lihhatšov, kuid võib vägagi hästi olla, et see on maailma lahkeim, julgeim, imelisem, suurepäraseim inimene, keda keegi ei tunne. Võib-olla oli see lihtsalt husaar, kes möödus veest ja läks kuristikku, või kadus ta lihtsalt silmist ja kadus täielikult ning teda polnud seal.
