جدول ثابت سرعت واکنش ثابت سرعت واکنش شیمیایی

· ثابت سرعت واکنش kبستگی به ماهیت واکنش دهنده ها، دما و کاتالیزور دارد، اما به مقدار آن بستگی ندارد

غلظت معرف

معنای فیزیکی ثابت سرعت این است که با سرعت واکنش در غلظت واحد واکنش دهنده ها برابر است.

برای واکنش های ناهمگن، غلظت فاز جامد در بیان سرعت واکنش لحاظ نمی شود.

· قانون توده های بازیگررابطه بین توده های مواد واکنش دهنده در واکنش های شیمیایی را برقرار می کند

تعادل، و همچنین وابستگی سرعت یک واکنش شیمیایی به غلظت مواد اولیه.

انرژی فعال شدن یک واکنش شیمیایی مولکول های فعال مجتمع فعال شده

· انرژی فعال سازی در شیمی- حداقل مقدار انرژی که باید به سیستم منتقل شود (در شیمی

بر حسب ژول در مول بیان می شود) تا واکنشی رخ دهد. این اصطلاح توسط Svante August Arrhenius در سال 1889 معرفی شد. یک نام معمولی برای انرژی واکنش Ea است.

در مدل شیمیایی معروف به نظریه برخورد فعال(TAC)، سه شرط لازم برای وقوع یک واکنش وجود دارد:

- مولکول ها باید با هم برخورد کنند. این یک شرط مهم است، اما کافی نیست، زیرا یک برخورد لزوما باعث واکنش نمی شود.

- مولکول ها باید انرژی لازم (انرژی فعال سازی) را داشته باشند. در طول یک واکنش شیمیایی، مولکول های برهم کنش باید از یک حالت میانی عبور کنند که ممکن است انرژی بالاتری داشته باشد. یعنی مولکول ها باید بر یک سد انرژی غلبه کنند. اگر این اتفاق نیفتد، واکنش آغاز نخواهد شد.

مولکول ها باید به درستی نسبت به یکدیگر جهت گیری کنند.

در دمای پایین (برای یک واکنش معین)، بیشتر مولکول‌ها انرژی کمتری نسبت به انرژی فعال دارند و قادر به غلبه بر سد انرژی نیستند. با این حال، در یک ماده همیشه مولکول های منفرد وجود دارد که انرژی آنها به طور قابل توجهی بالاتر از میانگین است. حتی در دماهای پایین، بیشتر واکنش ها ادامه می یابد. افزایش دما به شما امکان می دهد نسبت مولکول ها را با انرژی کافی برای غلبه بر سد انرژی افزایش دهید. این باعث افزایش سرعت واکنش می شود.

· رادیکال های فعالطبق یکی از نظریه های پیری بدن، عامل پیری هستند. آنها به عنوان محصولات جانبی تشکیل می شوند

محصولات واکنش های شیمیایی مختلف در بدن و اکسید شدن آن. بنابراین لازم است هر چه زودتر از شر آنها خلاص شوید. یکی از راه‌ها مصرف آنتی‌اکسیدان‌ها است که با داروسازی مشکل آن برطرف می‌شود. از این ذرات فعال می توان به عنوان محلول های ضدعفونی کننده نیز استفاده کرد

· مجتمع فعال شدهگروه بندی اتم ها در لحظه تعیین کننده یک عمل اولیه یک واکنش شیمیایی. مفهومی از

کمپلکس فعال شده به طور گسترده ای در تئوری سرعت واکنش های شیمیایی استفاده می شود.

سوال شماره 3

ثابت سرعت یک واکنش شیمیایی به چه عواملی بستگی دارد؟

سرعت واکنش ثابت (سرعت واکنش خاص) ضریب تناسب در معادله جنبشی است.

معنای فیزیکی ثابت سرعت واکنش کاز معادله قانون عمل جرم به دست می آید: کاز نظر عددی برابر است با سرعت واکنش در غلظت هر یک از مواد واکنش دهنده برابر با 1 mol/l.

ثابت سرعت واکنش به دما، ماهیت واکنش دهنده ها، به حضور کاتالیزور در سیستم بستگی دارد، اما به غلظت آنها بستگی ندارد.

1. دما. به ازای هر 10 درجه سانتیگراد افزایش دما، سرعت واکنش 2-4 برابر افزایش می یابد (قانون van't Hoff). با افزایش دما از t1 به t2، تغییر در سرعت واکنش را می توان با استفاده از فرمول محاسبه کرد: (t2 - t1) / 10 Vt2 / Vt1 = g (که در آن Vt2 و Vt1 به ترتیب سرعت واکنش در دماهای t2 و t1 هستند. g ضریب دمایی این واکنش است). قانون Van't Hoff فقط در محدوده دمایی باریک قابل اجرا است. معادله آرنیوس دقیق تر است: k = A e –Ea/RT که در آن A بسته به ماهیت واکنش دهنده ها ثابت است. R ثابت گاز جهانی است. Ea انرژی فعال سازی است، یعنی انرژی که مولکول های در حال برخورد باید داشته باشند تا برخورد منجر به تبدیل شیمیایی شود. نمودار انرژی یک واکنش شیمیایی. واکنش گرمازا واکنش گرماگیر A - واکنش دهنده ها، B - مجتمع فعال (وضعیت انتقال)، C - محصولات. هر چه انرژی فعال سازی Ea بیشتر باشد، با افزایش دما، سرعت واکنش بیشتر می شود. 2. سطح تماس مواد واکنش دهنده. برای سیستم های ناهمگن (زمانی که مواد در حالت های مختلف تجمع هستند)، هر چه سطح تماس بزرگتر باشد، واکنش سریعتر انجام می شود. مساحت سطح جامدات را می توان با آسیاب کردن آنها و برای مواد محلول با حل کردن آنها افزایش داد. 3. کاتالیزور. موادی که در واکنش ها شرکت می کنند و سرعت آن را افزایش می دهند و در پایان واکنش بدون تغییر باقی می مانند، کاتالیزور نامیده می شوند. مکانیسم عمل کاتالیزورها با کاهش انرژی فعال سازی واکنش به دلیل تشکیل ترکیبات میانی همراه است. در کاتالیز همگن، معرف‌ها و کاتالیزور یک فاز را تشکیل می‌دهند (در یک حالت تجمع هستند)، در حالی که در کاتالیز ناهمگن فازهای مختلفی دارند (در حالت‌های مختلف تجمع هستند). در برخی موارد، وقوع فرآیندهای شیمیایی نامطلوب را می توان با افزودن بازدارنده ها به محیط واکنش (پدیده "کاتالیز منفی") به شدت کاهش داد.

سوال شماره 4

قانون عمل جرم را برای واکنش فرموله و بنویسید:

2 NO+O2=2NO2

قانون عمل جرم: سرعت یک واکنش شیمیایی با حاصلضرب غلظت مواد واکنش دهنده متناسب است. برای واکنش 2NO + O2 2NO2، قانون عمل جرم به صورت زیر نوشته می شود: v=kС2(NO)·С (O2)، که در آن k بسته به ماهیت واکنش دهنده ها و دما، ثابت سرعت است. سرعت در واکنش های شامل جامدات تنها با غلظت گازها یا مواد محلول تعیین می شود: C + O2 = CO2، v = kCO2

مکانیسم‌های تبدیل‌های شیمیایی و سرعت آنها توسط سینتیک شیمیایی مورد مطالعه قرار می‌گیرد. فرآیندهای شیمیایی در طول زمان با سرعت های متفاوتی رخ می دهند. برخی به سرعت و تقریباً فورا اتفاق می‌افتند، در حالی که برخی دیگر زمان زیادی طول می‌کشد تا رخ دهند.

در تماس با

سرعت واکنش- سرعت مصرف معرف ها (غلظت آنها کاهش می یابد) یا محصولات واکنش در واحد حجم تشکیل می شوند.

عواملی که می توانند بر سرعت یک واکنش شیمیایی تأثیر بگذارند

عوامل زیر می توانند بر سرعت وقوع یک واکنش شیمیایی تأثیر بگذارند:

• غلظت مواد؛
• ماهیت معرف ها؛
• درجه حرارت؛
• وجود کاتالیزور؛
• فشار (برای واکنش در یک محیط گاز).

بنابراین، با تغییر شرایط خاص یک فرآیند شیمیایی، می‌توانید بر سرعت پیشروی فرآیند تأثیر بگذارید.

در فرآیند برهمکنش شیمیایی، ذرات مواد واکنش دهنده با یکدیگر برخورد می کنند. تعداد این انطباق ها متناسب با تعداد ذرات مواد در حجم مخلوط واکنش دهنده است و بنابراین با غلظت مولی معرف ها متناسب است.

قانون عمل توده ایوابستگی سرعت واکنش به غلظت مولی موادی که برهم کنش دارند را توصیف می کند.

برای یک واکنش اولیه (A + B → ...) این قانون با فرمول بیان می شود:

υ = k ∙С A ∙С B،

که در آن k ثابت سرعت است. C A و C B غلظت مولی معرف های A و B هستند.

اگر یکی از مواد واکنش دهنده در حالت جامد باشد، برهمکنش در سطح مشترک رخ می دهد؛ بنابراین، غلظت ماده جامد در معادله قانون جنبشی عمل جرم لحاظ نمی شود. برای درک معنای فیزیکی ثابت سرعت، لازم است C، A و C B را برابر با 1 در نظر بگیرید. سپس مشخص می شود که ثابت سرعت برابر با سرعت واکنش در غلظت های واکنش دهنده برابر با واحد است.

ماهیت معرف ها

از آنجایی که در طی برهمکنش پیوندهای شیمیایی مواد واکنش دهنده از بین می رود و پیوندهای جدیدی از محصولات واکنش تشکیل می شود، ماهیت پیوندهای دخیل در واکنش ترکیبات و ساختار مولکول های مواد واکنش دهنده نقش زیادی خواهد داشت. .

سطح تماس معرف ها

چنین مشخصه ای مانند سطح تماس معرف های جامد بر روند واکنش تأثیر می گذارد ، گاهی اوقات کاملاً قابل توجه است. سنگ زنی جامد به شما امکان می دهد سطح تماس معرف ها را افزایش دهید و در نتیجه روند را تسریع کنید. سطح تماس مواد محلول با حل کردن ماده به راحتی افزایش می یابد.

دمای واکنش

با افزایش دما، انرژی ذرات در حال برخورد افزایش می یابد؛ بدیهی است که با افزایش دما، خود فرآیند شیمیایی تسریع خواهد شد. یک مثال واضح از اینکه چگونه افزایش دما بر فرآیند برهمکنش مواد تأثیر می گذارد می توان داده های ارائه شده در جدول را در نظر گرفت.

جدول 1. تأثیر تغییرات دما بر سرعت تشکیل آب (O 2 + 2H 2 → 2H 2 O)

برای توصیف کمی که چگونه دما می تواند بر سرعت برهمکنش مواد تأثیر بگذارد، از قانون Van't Hoff استفاده می شود. قانون Van't Hoff این است که وقتی دما 10 درجه افزایش می یابد، شتاب 2-4 برابر رخ می دهد.

فرمول ریاضی که قانون وانت هاف را توصیف می کند به شرح زیر است:

جایی که γ ضریب دمایی سرعت واکنش شیمیایی است (γ = 2-4).

اما معادله آرنیوس وابستگی دمای ثابت سرعت را بسیار دقیق‌تر توصیف می‌کند:

در جایی که R ثابت گاز جهانی است، A عاملی است که توسط نوع واکنش تعیین می شود، E، A انرژی فعال سازی است.

انرژی فعال سازی انرژی است که یک مولکول باید برای وقوع یک تبدیل شیمیایی به دست آورد. یعنی نوعی سد انرژی است که مولکول‌هایی که در حجم واکنش با هم برخورد می‌کنند باید بر آن غلبه کنند تا پیوندها را توزیع کنند.

انرژی فعال سازی به عوامل خارجی بستگی ندارد، بلکه به ماهیت ماده بستگی دارد. مقدار انرژی فعال سازی تا 40 تا 50 کیلوژول بر مول به مواد اجازه می دهد تا به طور کاملاً فعال با یکدیگر واکنش نشان دهند. اگر انرژی فعال سازی بیش از 120 کیلوژول بر مول باشد، سپس مواد (در دمای معمولی) بسیار آهسته واکنش نشان می دهند. تغییر دما منجر به تغییر تعداد مولکول‌های فعال می‌شود، یعنی مولکول‌هایی که به انرژی بیشتر از انرژی فعال‌سازی رسیده‌اند و بنابراین قادر به تبدیل‌های شیمیایی هستند.

عمل کاتالیزور

کاتالیزور ماده ای است که می تواند یک فرآیند را سرعت بخشد، اما بخشی از محصولات آن نیست. کاتالیز (شتاب یک تبدیل شیمیایی) به همگن و ناهمگن تقسیم می شود. اگر معرف ها و کاتالیزور در حالت تجمع یکسان باشند، کاتالیزور را همگن و اگر در حالت های مختلف باشد، ناهمگن است. مکانیسم های عمل کاتالیزورها متنوع و کاملاً پیچیده است. علاوه بر این، شایان ذکر است که کاتالیزورها با انتخاب عمل مشخص می شوند. یعنی همان کاتالیزور در حالی که یک واکنش را تسریع می کند، ممکن است سرعت واکنش دیگری را تغییر ندهد.

فشار

اگر مواد گازی در دگرگونی دخالت داشته باشند، سرعت فرآیند تحت تأثیر تغییرات فشار در سیستم قرار می گیرد. . این اتفاق می افتد زیراکه برای معرف های گازی، تغییر فشار منجر به تغییر غلظت می شود.

تعیین تجربی سرعت یک واکنش شیمیایی

سرعت یک تبدیل شیمیایی را می توان با به دست آوردن داده هایی در مورد چگونگی تغییر غلظت مواد وارد شده به واکنش یا محصولات در واحد زمان به صورت تجربی تعیین کرد. روش های به دست آوردن چنین داده هایی به تقسیم بندی می شوند

• شیمیایی،
• فیزیکی و شیمیایی

روش های شیمیایی بسیار ساده، در دسترس و دقیق هستند. با کمک آنها، سرعت با اندازه گیری مستقیم غلظت یا مقدار ماده واکنش دهنده ها یا محصولات تعیین می شود. در صورت واکنش آهسته، نمونه‌هایی برای نظارت بر نحوه مصرف معرف گرفته می‌شود. سپس محتوای معرف در نمونه مشخص می شود. با نمونه برداری در فواصل زمانی منظم، می توان داده هایی را در مورد تغییرات مقدار یک ماده در طول فرآیند برهمکنش به دست آورد. متداول ترین انواع آنالیز، تیتریومتری و وزن سنجی هستند.

اگر واکنش سریع انجام شود، برای نمونه برداری باید متوقف شود. این را می توان با استفاده از خنک کننده انجام داد، حذف ناگهانی کاتالیزور، همچنین امکان رقیق کردن یا انتقال یکی از معرف ها به حالت غیر واکنشی وجود دارد.

روش های آنالیز فیزیکوشیمیایی در سینتیک تجربی مدرن بیشتر از روش های شیمیایی استفاده می شود. با کمک آنها می توانید تغییرات غلظت مواد را در زمان واقعی مشاهده کنید. در این صورت نیازی به توقف واکنش و نمونه برداری نیست.

روش های فیزیکوشیمیایی بر اساس اندازه گیری یک خاصیت فیزیکی است که به محتوای کمی یک ترکیب خاص در سیستم بستگی دارد و در طول زمان تغییر می کند. به عنوان مثال، اگر گازها در یک واکنش دخالت داشته باشند، فشار ممکن است چنین خاصیتی باشد. هدایت الکتریکی، ضریب شکست و طیف جذب مواد نیز اندازه گیری می شود.

برنج. 40. وابستگی غلظت معکوس معرف به زمان برای واکنش درجه دوم

برنج. 39. وابستگی لگاریتم غلظت معرف به زمان وقوع یک واکنش مرتبه اول

برنج. 38. تغییر در غلظت ماده اولیه در طول زمان در یک واکنش مرتبه اول

برنج. 37. تغییر غلظت ماده اولیه در طول زمان در یک واکنش مرتبه صفر

از نظر ریاضی، این رابطه خطی را می توان به صورت زیر نوشت:

که در آن k ثابت سرعت است، C 0 غلظت مولی اولیه معرف، C غلظت در زمان t است.

از آن می توانیم فرمولی برای محاسبه ثابت سرعت یک واکنش شیمیایی مرتبه صفر به دست آوریم.

آیا نرخ مرتبه صفر ثابت بر حسب mol/l اندازه گیری می شود؟ s (mol · l -1 · s -1).

زمان نیمه تبدیل برای یک واکنش مرتبه صفر متناسب با غلظت ماده اولیه است

برای واکنش های مرتبه اول، منحنی جنبشی در مختصات C,t ماهیت نمایی دارد و به این شکل است (شکل 38) از نظر ریاضی، این منحنی با معادله زیر توصیف می شود.

C = C 0 e - kt

در عمل، برای واکنش های مرتبه اول، منحنی جنبشی اغلب در مختصات lnC، t رسم می شود. در این مورد، یک وابستگی خطی lnС به زمان مشاهده می شود (شکل 39).

lnС = lnС 0 - kt

در سی

بر این اساس، مقدار ثابت نرخ و زمان نیم تبدیل را می توان با استفاده از فرمول های زیر محاسبه کرد

k = ln یا k = 2.303lg

(هنگام حرکت از لگاریتم اعشاری به لگاریتم طبیعی).

ثابت سرعت واکنش مرتبه اول دارای بعد t -1 است، یعنی. 1/s و به واحدهای غلظت بستگی ندارد. نسبت مولکول هایی که در واحد زمان از تعداد کل مولکول های معرف در سیستم واکنش نشان می دهند را نشان می دهد. بنابراین، در واکنش های مرتبه اول، کسرهای مساوی از مقدار گرفته شده از ماده اولیه در دوره های زمانی مساوی مصرف می شود.

دومین ویژگی متمایز واکنش های مرتبه اول این است که t ½ برای آنها به غلظت اولیه معرف بستگی ندارد، بلکه تنها با ثابت سرعت تعیین می شود.

ما شکل معادله وابستگی غلظت به زمان را برای واکنش های مرتبه دوم فقط برای ساده ترین حالت در نظر می گیریم، زمانی که 2 مولکول یا مولکول یکسان از مواد مختلف در یک عمل ابتدایی شرکت می کنند، اما غلظت اولیه آنها (C 0) است. برابر. در این حالت، یک وابستگی خطی در مختصات 1/C، t مشاهده می شود (شکل 40). معادله ریاضی این رابطه به صورت زیر نوشته می شود:

و در l?s -1?mol -1 اندازه گیری می شود، یعنی. مقدار عددی آن بستگی به واحدهایی دارد که غلظت ماده در آنها اندازه گیری می شود.

نیمه عمر واکنش های مرتبه دوم با غلظت اولیه معرف نسبت معکوس دارد

این به دلیل این واقعیت است که سرعت واکنش های مرتبه دوم به شدت به تعداد برخورد بین مولکول های مواد واکنش دهنده در واحد زمان بستگی دارد که به نوبه خود با تعداد مولکول ها در واحد حجم متناسب است، یعنی. غلظت ماده بنابراین، هر چه غلظت یک ماده در سیستم بیشتر باشد، مولکول ها بیشتر با یکدیگر برخورد می کنند و نیمی از آنها زمان کمتری برای واکنش خواهند داشت.

واکنش های مرتبه سوم، همانطور که قبلا ذکر شد، بسیار نادر هستند و هیچ علاقه عملی ندارند. بنابراین، در این زمینه، آنها را در نظر نخواهیم گرفت.

سرعت واکنش ثابت (سرعت واکنش خاص) - ضریب تناسب در معادله جنبشی.

معنای فیزیکی ثابت سرعت واکنش کاز معادله قانون عمل جرم به دست می آید: کاز نظر عددی برابر است با سرعت واکنش در غلظت هر یک از مواد واکنش دهنده برابر با 1 mol/l.

ثابت سرعت واکنش به دما، به ماهیت واکنش دهنده ها، به کاتالیزور بستگی دارد، اما به غلظت آنها بستگی ندارد. برای واکنشی از نوع 2A+2B->3C+D، سرعت تشکیل محصولات واکنش و سرعت مصرف معرف ها را می توان به صورت: d[A]/(2*dt)=d[B]/ نشان داد. (2*dt)=d[C] /(3*dt)=d[D]/dt بنابراین، برای جلوگیری از استفاده از چندین شکل سرعت ثبت برای یک واکنش، از یک متغیر شیمیایی استفاده کنید که درجه واکنش را تعیین می‌کند. و به ضرایب استوکیومتری بستگی ندارد: ξ=(Δn) /ν که ν ضریب استوکیومتری است. سپس سرعت واکنش: v=(1/V)*dξ/dt که V حجم سیستم است.

بعد، ابعاد، اندازه

بعد ثابت سرعت واکنش به ترتیب واکنش بستگی دارد. اگر غلظت واکنش دهنده ها بر حسب moll-1 (M) اندازه گیری شود:

• برای واکنش مرتبه اول، کدارای بعد c-1 است
• برای واکنش مرتبه دوم، کدارای ابعاد l mol −1 s−1 (یا M−1 s−1)
• برای واکنش مرتبه سوم، کدارای ابعاد l 2 mol −2 s−1 (یا M−2 s−1)

همچنین ببینید

نظری در مورد مقاله ثابت نرخ واکنش بنویسید

یادداشت

گزیده ای که ثابت سرعت واکنش را مشخص می کند

لیخاچف بلند شد، کوله هایش را زیر و رو کرد و پتیا به زودی صدای جنگجویانه فولاد را روی یک بلوک شنید. سوار کامیون شد و لبه آن نشست. قزاق داشت شمشیر خود را زیر کامیون تیز می کرد.
- خوب، هموطنان خوابند؟ - گفت پتیا.
- بعضی ها خوابند و بعضی ها اینطوری هستند.
-خب پسره چی؟
- آیا بهار است؟ او آنجا در ورودی سقوط کرد. با ترس می خوابد. واقعا خوشحال شدم.
پس از این مدت طولانی، پتیا ساکت بود و به صداها گوش می داد. صدای پایی در تاریکی شنیده شد و چهره ای سیاه ظاهر شد.
- چی تیز میکنی؟ - مرد در حال نزدیک شدن به کامیون پرسید.
- اما شمشیر استاد را تیز کن.
مردی که به نظر پتیا هوسر بود، گفت: "کار خوب است". - هنوز فنجان داری؟
- و اونجا کنار چرخ.
حصار جام را گرفت.
او در حالی که خمیازه می کشید، گفت: «احتمالاً به زودی روشن خواهد شد.» و از جایی رفت.
پتیا باید می دانست که او در جنگل است، در مهمانی دنیسوف، یک مایل دورتر از جاده، که روی واگنی نشسته بود که از فرانسوی ها اسیر شده بود، که اسب ها را دور آن بسته بودند، که لیخاچف قزاق زیر او نشسته بود و تیز می کرد. شمشیر او، که یک نقطه سیاه بزرگ در سمت راست وجود داشت، یک نگهبانی است، و یک نقطه قرمز روشن در پایین سمت چپ، آتشی در حال مرگ است، که مردی که برای یک فنجان آمده، هوسری است که تشنه بود. اما او چیزی نمی دانست و نمی خواست آن را بداند. او در یک پادشاهی جادویی بود که در آن هیچ چیز شبیه واقعیت وجود نداشت. یک نقطه سیاه بزرگ، شاید قطعاً یک نگهبانی وجود داشت، یا شاید غاری بود که به اعماق زمین منتهی می شد. لکه قرمز ممکن است آتش باشد، یا شاید چشم یک هیولای بزرگ. شاید الان قطعاً روی یک واگن نشسته است، اما ممکن است خیلی خوب باشد که او نه روی یک واگن، بلکه روی یک برج بسیار مرتفع نشسته است که اگر از آن سقوط می کرد، یک روز کامل روی زمین پرواز می کرد. تمام ماه - به پرواز ادامه دهید و هرگز به آن نرسید. ممکن است فقط یک لیخاچف قزاق زیر کامیون نشسته باشد، اما ممکن است به خوبی این باشد که این مهربان ترین، شجاع ترین، شگفت انگیزترین، عالی ترین فرد جهان است که هیچ کس او را نمی شناسد. شاید فقط یک هوسر بود که برای آب رد می‌شد و به دره می‌رفت، یا شاید او فقط از دید ناپدید شد و کاملاً ناپدید شد و او آنجا نبود.