Արձագանքող նյութերի բնույթի ազդեցությունը քիմիական ռեակցիայի արագության վրա: Քիմիական ռեակցիայի արագությունը Ռեակցիայի արագության կախվածությունը ճնշումից

Քիմիական ռեակցիաներն ընթանում են տարբեր արագություններով՝ ցածր արագությամբ՝ ստալակտիտների և ստալագմիտների առաջացման ժամանակ, միջին արագությամբ՝ սնունդ պատրաստելիս, ակնթարթորեն՝ պայթյունի ժամանակ։ Ջրային լուծույթներում ռեակցիաները շատ արագ են։

Քիմիական ռեակցիայի արագության որոշումը, ինչպես նաև գործընթացի պայմաններից դրա կախվածության պարզաբանումը քիմիական կինետիկայի խնդիրն է՝ ժամանակի ընթացքում քիմիական ռեակցիաների ընթացքը կարգավորող օրենքների գիտություն:

Եթե ​​քիմիական ռեակցիաները տեղի են ունենում միատարր միջավայրում, օրինակ՝ լուծույթում կամ գազային փուլում, ապա արձագանքող նյութերի փոխազդեցությունը տեղի է ունենում ամբողջ ծավալով։ Նման ռեակցիաները կոչվում են միատարր.

(v homog) սահմանվում է որպես նյութի քանակի փոփոխություն մեկ միավորի ժամանակի վրա մեկ միավորի ծավալով.

որտեղ Δn-ը մեկ նյութի մոլերի քանակի փոփոխությունն է (առավել հաճախ սկզբնականը, բայց դա կարող է լինել նաև ռեակցիայի արտադրանքը). Δt - ժամանակի ընդմիջում (s, min); V-ը գազի կամ լուծույթի ծավալն է (l):

Քանի որ նյութի քանակի և ծավալի հարաբերակցությունը C մոլային կոնցենտրացիան է, ապա

Այսպիսով, միատարր ռեակցիայի արագությունը սահմանվում է որպես միավոր ժամանակում նյութերից մեկի կոնցենտրացիայի փոփոխություն.

եթե համակարգի ծավալը չի ​​փոխվում.

Եթե ​​ռեակցիան տեղի է ունենում ագրեգացման տարբեր վիճակներում գտնվող նյութերի միջև (օրինակ՝ պինդ և գազային կամ հեղուկի միջև), կամ այն ​​նյութերի միջև, որոնք չեն կարողանում միատարր միջավայր ստեղծել (օրինակ՝ չխառնվող հեղուկների միջև), ապա դա տեղի է ունենում միայն. նյութերի շփման մակերեսին. Նման ռեակցիաները կոչվում են տարասեռ.

Այն սահմանվում է որպես նյութի քանակի փոփոխություն ժամանակի միավորի մեկ միավորի մակերեսի վրա:

որտեղ S-ը նյութերի շփման մակերեսն է (մ 2, սմ 2):

Նյութի քանակի փոփոխությունը, որով որոշվում է ռեակցիայի արագությունը, հետազոտողի կողմից դիտարկվող արտաքին գործոն է: Իրականում բոլոր գործընթացներն իրականացվում են միկրո մակարդակով։ Ակնհայտ է, որ որոշ մասնիկներ արձագանքելու համար նրանք նախ և առաջ պետք է բախվեն և արդյունավետ բախվեն. ոչ թե գնդակների պես ցրվեն տարբեր ուղղություններով, այլ այնպես, որ մասնիկների մեջ «հին կապերը» քանդվեն կամ թուլանան և « կարող են ձևավորվել նորերը», և դրա համար մասնիկները պետք է ունենան բավարար էներգիա։

Հաշվարկված տվյալները ցույց են տալիս, որ, օրինակ, գազերում մոլեկուլների բախումները 1 վայրկյանում միլիարդավոր են, այսինքն՝ բոլոր ռեակցիաները պետք է ակնթարթորեն անցած լինեին: Բայց դա այդպես չէ: Պարզվում է, որ մոլեկուլների միայն շատ փոքր մասն ունի անհրաժեշտ էներգիա արդյունավետ բախում առաջացնելու համար:

Նվազագույն ավելցուկային էներգիան, որը պետք է ունենա մասնիկը (կամ զույգ մասնիկները) արդյունավետ բախման համար, կոչվում է. ակտիվացման էներգիաԷա.

Այսպիսով, ռեակցիայի մեջ մտնող բոլոր մասնիկների ճանապարհին կա էներգետիկ արգելք, որը հավասար է ակտիվացման էներգիայի E a . Երբ այն փոքր է, կան բազմաթիվ մասնիկներ, որոնք կարող են հաղթահարել այն, և ռեակցիայի արագությունը բարձր է: Հակառակ դեպքում «հրում» է պահանջվում։ Երբ լուցկին բերում եք հոգու լամպը վառելու համար, դուք տալիս եք լրացուցիչ էներգիա՝ E a, որն անհրաժեշտ է թթվածնի մոլեկուլների հետ ալկոհոլի մոլեկուլների արդյունավետ բախման համար (հաղթահարելով արգելքը):

Քիմիական ռեակցիայի արագությունը կախված է բազմաթիվ գործոններից։ Հիմնականներն են՝ ռեակտիվների բնույթը և կոնցենտրացիան, ճնշումը (գազերի հետ կապված ռեակցիաներում), ջերմաստիճանը, կատալիզատորների ազդեցությունը և ռեակտիվների մակերեսը տարասեռ ռեակցիաների դեպքում։

Ջերմաստիճանը

Ջերմաստիճանի բարձրացման հետ շատ դեպքերում քիմիական ռեակցիայի արագությունը զգալիորեն մեծանում է: 19-րդ դարում Հոլանդացի քիմիկոս J. X. Van't Hoff-ը ձևակերպել է կանոնը.

Ջերմաստիճանի բարձրացումը յուրաքանչյուր 10 ° C-ի համար հանգեցնում է բարձրացմանարձագանքման արագությունը 2-4 անգամ(այս արժեքը կոչվում է ռեակցիայի ջերմաստիճանի գործակից):

Ջերմաստիճանի բարձրացմամբ, մոլեկուլների միջին արագությունը, դրանց էներգիան և բախումների քանակը փոքր-ինչ ավելանում են, բայց կտրուկ մեծանում է ռեակցիայի էներգետիկ արգելքը հաղթահարող արդյունավետ բախումներին մասնակցող «ակտիվ» մոլեկուլների մասնաբաժինը: Մաթեմատիկորեն այս կախվածությունն արտահայտվում է հարաբերությամբ.

որտեղ v t 1 և v t 2 արձագանքման արագություններն են, համապատասխանաբար, վերջնական t 2 և սկզբնական t 1 ջերմաստիճաններում, իսկ γ-ը ռեակցիայի արագության ջերմաստիճանի գործակիցն է, որը ցույց է տալիս, թե քանի անգամ է աճում ռեակցիայի արագությունը յուրաքանչյուր 10 ° C բարձրացման հետ: ջերմաստիճանում.

Այնուամենայնիվ, ռեակցիայի արագությունը բարձրացնելու համար ջերմաստիճանի բարձրացումը միշտ չէ, որ կիրառելի է, քանի որ սկզբնական նյութերը կարող են սկսել քայքայվել, լուծիչները կամ նյութերն իրենք կարող են գոլորշիանալ և այլն:

Էնդոթերմիկ և էկզոթերմիկ ռեակցիաներ

Հայտնի է, որ մեթանի ռեակցիան մթնոլորտային թթվածնի հետ ուղեկցվում է մեծ քանակությամբ ջերմության արտազատմամբ։ Հետեւաբար, այն օգտագործվում է առօրյա կյանքում ճաշ պատրաստելու, ջրի տաքացման եւ ջեռուցման համար: Խողովակներով տներին մատակարարվող բնական գազը 98% մեթան է։ Կալցիումի օքսիդի (CaO) ռեակցիան ջրի հետ նույնպես ուղեկցվում է մեծ քանակությամբ ջերմության արտազատմամբ։

Ի՞նչ կարող են ասել այս փաստերը։ Երբ ռեակցիայի արտադրանքներում ձևավորվում են նոր քիմիական կապեր, ավելինէներգիա, քան պահանջվում է ռեակտիվների քիմիական կապերը կոտրելու համար: Ավելորդ էներգիան ազատվում է ջերմության, երբեմն էլ լույսի տեսքով։

CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O + Q (էներգիա (լույս, ջերմություն));

CaO + H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + Q (էներգիա (ջերմություն)):

Նման ռեակցիաները պետք է հեշտությամբ ընթանան (քանի որ քարը հեշտությամբ գլորվում է ներքև):

Այն ռեակցիաները, որոնց ժամանակ էներգիա է անջատվում, կոչվում են ԷԿԶԱՏԵՐՄԻԿ(լատիներեն «exo» - դուրս):

Օրինակ, շատ ռեդոքս ռեակցիաներ էկզոթերմիկ են: Այս գեղեցիկ ռեակցիաներից մեկը ներմոլեկուլային օքսիդացում-վերականգնումն է, որը տեղի է ունենում նույն աղի ներսում՝ ամոնիումի երկքրոմատ (NH 4) 2 Cr 2 O 7:

(NH 4) 2 Cr 2 O 7 \u003d N 2 + Cr 2 O 3 + 4 H 2 O + Q (էներգիա):

Մեկ այլ բան է արձագանքը: Նրանք նման են քար գլորելուն դեպի վեր։ Դեռևս հնարավոր չէ CO 2-ից և ջրից մեթան ստանալ, իսկ կալցիումի հիդրօքսիդ Ca (OH) 2-ից չլուծված կրաքարի CaO ստանալու համար անհրաժեշտ է ուժեղ ջեռուցում։ Նման ռեակցիան տեղի է ունենում միայն դրսից էներգիայի մշտական ​​ներհոսքով.

Ca (OH) 2 \u003d CaO + H 2 O - Q (էներգիա (ջերմություն))

Սա ենթադրում է, որ Ca(OH) 2-ում քիմիական կապերի խզումը պահանջում է ավելի շատ էներգիա, քան կարող է ազատվել CaO և H 2 O մոլեկուլներում նոր քիմիական կապերի ձևավորման ժամանակ։

Այն ռեակցիաները, որոնցում էներգիան կլանվում է, կոչվում են ԷՆԴԵՐՄԻԿ(«էնդո»-ից՝ ներսից):

Ռեակտիվ նյութի կոնցենտրացիան

Ճնշման փոփոխությունը՝ ռեակցիային գազային նյութերի մասնակցությամբ, նույնպես հանգեցնում է այդ նյութերի կոնցենտրացիայի փոփոխության։

Որպեսզի մասնիկների միջև քիմիական փոխազդեցություն տեղի ունենա, դրանք պետք է արդյունավետորեն բախվեն: Որքան մեծ է ռեակտիվների կոնցենտրացիան, այնքան ավելի շատ են բախումները և, համապատասխանաբար, այնքան բարձր է ռեակցիայի արագությունը: Օրինակ, ացետիլենը շատ արագ այրվում է մաքուր թթվածնի մեջ: Սա զարգացնում է ջերմաստիճանը, որը բավարար է մետաղը հալեցնելու համար: Մեծ քանակությամբ փորձարարական նյութի հիման վրա 1867 թվականին նորվեգացիները Կ. Գյուլդենբերգը և Պ. փոխազդող նյութերի կոնցենտրացիայի դրույքաչափը.

Քիմիական ռեակցիայի արագությունը համաչափ է ռեակտիվների կոնցենտրացիաների արտադրյալին, որը վերցված է ռեակցիայի հավասարման մեջ դրանց գործակիցներին հավասար ուժերով:

Այս օրենքը նույնպես կոչվում է զանգվածային գործողության օրենքը.

A + B \u003d D ռեակցիայի համար այս օրենքը կարտահայտվի հետևյալ կերպ.

2A + B = D ռեակցիայի համար այս օրենքը արտահայտվում է հետևյալ կերպ.

Այստեղ C A, C B են A և B նյութերի կոնցենտրացիաները (մոլ / լ); k 1 և k 2 - համաչափության գործակիցներ, որոնք կոչվում են ռեակցիայի արագության հաստատուններ:

Ռեակցիայի արագության հաստատունի ֆիզիկական նշանակությունը հեշտ է հաստատել. այն թվայինորեն հավասար է ռեակցիայի արագությանը, որի դեպքում ռեակտիվների կոնցենտրացիաները 1 մոլ / լ են կամ դրանց արտադրանքը հավասար է մեկին: Այս դեպքում պարզ է, որ ռեակցիայի արագության հաստատունը կախված է միայն ջերմաստիճանից և կախված չէ նյութերի կոնցենտրացիայից։

Գործող զանգվածների օրենքը հաշվի չի առնում ռեակտիվների կոնցենտրացիան պինդ վիճակում, քանի որ դրանք արձագանքում են մակերեսների վրա և դրանց կոնցենտրացիաները սովորաբար հաստատուն են։

Օրինակ, ածուխի այրման ռեակցիայի համար ռեակցիայի արագության արտահայտությունը պետք է գրվի հետևյալ կերպ.

այսինքն՝ ռեակցիայի արագությունը միայն համաչափ է թթվածնի կոնցենտրացիայի հետ։

Եթե ​​ռեակցիայի հավասարումը նկարագրում է միայն ընդհանուր քիմիական ռեակցիան, որը տեղի է ունենում մի քանի փուլով, ապա նման ռեակցիայի արագությունը կարող է բարդ կերպով կախված լինել սկզբնական նյութերի կոնցենտրացիաներից: Այս կախվածությունը որոշվում է փորձարարական կամ տեսականորեն՝ հիմնվելով առաջարկվող ռեակցիայի մեխանիզմի վրա:

Կատալիզատորների գործողությունը

Հնարավոր է մեծացնել ռեակցիայի արագությունը՝ օգտագործելով հատուկ նյութեր, որոնք փոխում են ռեակցիայի մեխանիզմը և ուղղորդում այն ​​էներգետիկ ավելի բարենպաստ ճանապարհով՝ ավելի ցածր ակտիվացման էներգիայով: Նրանք կոչվում են կատալիզատորներ (լատիներեն katalysis - ոչնչացում):

Կատալիզատորը հանդես է գալիս որպես փորձառու ուղեցույց՝ ուղղորդելով զբոսաշրջիկների խմբին ոչ թե լեռնային բարձր անցքով (այն հաղթահարելը մեծ ջանք ու ժամանակ է պահանջում և հասանելի չէ բոլորին), այլ իրեն հայտնի շրջանցիկ ուղիներով, որոնցով դուք կարող եք հաղթահարել լեռը շատ ավելի հեշտ և արագ:

Ճիշտ է, շրջանցիկ ճանապարհով դուք կարող եք հասնել ոչ այնքան, որտեղ տանում է հիմնական անցումը: Բայց երբեմն դա հենց այն է, ինչ ձեզ հարկավոր է: Այսպես են աշխատում կատալիզատորները, որոնք կոչվում են սելեկտիվ։ Հասկանալի է, որ կարիք չկա այրել ամոնիակը և ազոտը, բայց ազոտի օքսիդը (II) օգտագործում է ազոտաթթվի արտադրության մեջ:

Կատալիզատորներ- Սրանք նյութեր են, որոնք մասնակցում են քիմիական ռեակցիային և փոխում են դրա արագությունը կամ ուղղությունը, սակայն ռեակցիայի վերջում քանակապես և որակապես մնում են անփոփոխ։

Քիմիական ռեակցիայի արագության կամ ուղղության փոփոխությունը կատալիզատորի օգնությամբ կոչվում է կատալիզ։ Կատալիզատորները լայնորեն օգտագործվում են տարբեր ոլորտներում և տրանսպորտում (կատալիտիկ փոխարկիչներ, որոնք փոխակերպում են ավտոմեքենաների արտանետվող գազերի ազոտի օքսիդները անվնաս ազոտի):

Կատալիզների երկու տեսակ կա.

միատարր կատալիզ, որտեղ և՛ կատալիզատորը, և՛ ռեակտիվները գտնվում են ագրեգացման նույն վիճակում (փուլ)։

տարասեռ կատալիզորտեղ կատալիզատորը և ռեակտիվները գտնվում են տարբեր փուլերում: Օրինակ, ջրածնի պերօքսիդի տարրալուծումը պինդ մանգանի (IV) օքսիդի կատալիզատորի առկայության դեպքում.

Կատալիզատորն ինքնին չի սպառվում ռեակցիայի արդյունքում, բայց եթե նրա մակերեսին այլ նյութեր են ներծծվում (դրանք կոչվում են կատալիտիկ թույներ), ապա մակերեսը դառնում է անգործունակ, և կատալիզատորի վերածնում է պահանջվում։ Ուստի կատալիտիկ ռեակցիան իրականացնելուց առաջ ելանյութերը մանրակրկիտ մաքրվում են։

Օրինակ, կոնտակտային մեթոդով ծծմբաթթվի արտադրության մեջ օգտագործվում է պինդ կատալիզատոր՝ վանադիումի (V) օքսիդ V 2 O 5:

Մեթանոլի արտադրության մեջ օգտագործվում է պինդ «ցինկ-քրոմ» կատալիզատոր (8ZnO Cr 2 O 3 x CrO 3).

Կենսաբանական կատալիզատորները՝ ֆերմենտները, աշխատում են շատ արդյունավետ։ Քիմիական բնույթով դրանք սպիտակուցներ են: Դրանց շնորհիվ ցածր ջերմաստիճանի պայմաններում կենդանի օրգանիզմներում բարդ քիմիական ռեակցիաները ընթանում են մեծ արագությամբ։

Հայտնի են այլ հետաքրքիր նյութեր՝ ինհիբիտորներ (լատիներեն inhibere-ից՝ ուշացում): Նրանք բարձր արագությամբ արձագանքում են ակտիվ մասնիկների հետ՝ առաջացնելով ոչ ակտիվ միացություններ։ Արդյունքում ռեակցիան կտրուկ դանդաղում է, ապա դադարում։ Անցանկալի պրոցեսները կանխելու համար հաճախ ինհիբիտորները հատուկ ավելացվում են տարբեր նյութերի մեջ:

Օրինակ, ջրածնի պերօքսիդի լուծույթները կայունացվում են ինհիբիտորներով:

Ռեակտիվների բնույթը (դրանց կազմը, կառուցվածքը)

Իմաստը ակտիվացման էներգիաայն գործոնն է, որի միջոցով ազդում է արձագանքող նյութերի բնույթի ազդեցությունը ռեակցիայի արագության վրա։

Եթե ​​ակտիվացման էներգիան ցածր է (< 40 кДж/моль), то это означает, что значительная часть столкнове­ний между частицами реагирующих веществ при­водит к их взаимодействию, и скорость такой ре­акции очень большая. Все реакции ионного обмена протекают практически мгновенно, ибо в этих ре­акциях участвуют разноименно заряженные ионы, и энергия активации в данных случаях ничтожно мала.

Եթե ​​ակտիվացման էներգիան բարձր է(> 120 կՋ/մոլ), սա նշանակում է, որ փոխազդող մասնիկների միջև բախումների միայն չնչին մասն է հանգեցնում ռեակցիայի: Հետևաբար, նման ռեակցիայի արագությունը շատ դանդաղ է: Օրինակ, սովորական ջերմաստիճանում ամոնիակի սինթեզի ռեակցիայի առաջընթացը գրեթե անհնար է նկատել։

Եթե ​​քիմիական ռեակցիաների ակտիվացման էներգիաները ունեն միջանկյալ արժեքներ (40120 կՋ/մոլ), ապա նման ռեակցիաների արագությունը կլինի միջին։ Նման ռեակցիաները ներառում են նատրիումի փոխազդեցությունը ջրի կամ էթիլային սպիրտի հետ, բրոմային ջրի գունազրկումը էթիլենի հետ, ցինկի փոխազդեցությունը աղաթթվի հետ և այլն։

Ռեակտիվների շփման մակերեսը

Նյութերի մակերևույթի վրա տեղի ունեցող ռեակցիաների արագությունը, այսինքն՝ տարասեռ, կախված է այս մակերևույթի հատկություններից, այլ հավասար լինելով։ Հայտնի է, որ փոշիացված կավիճը շատ ավելի արագ է լուծվում աղաթթվի մեջ, քան հավասար զանգվածի կավիճը։

Ռեակցիայի արագության աճն առաջին հերթին պայմանավորված է սկզբնական նյութերի շփման մակերեսի ավելացում, ինչպես նաև մի շարք այլ պատճառներ, օրինակ՝ «ճիշտ» բյուրեղյա ցանցի կառուցվածքի խախտում։ Սա հանգեցնում է նրան, որ ձևավորված միկրոբյուրեղների մակերեսի մասնիկները շատ ավելի ռեակտիվ են, քան նույն մասնիկները «հարթ» մակերեսի վրա:

Արդյունաբերության մեջ տարասեռ ռեակցիաներ իրականացնելու համար օգտագործվում է «հեղուկացված մահճակալ»՝ ռեակտիվների շփման մակերեսը մեծացնելու, ելանյութերի մատակարարման և արտադրանքի հեռացման համար։ Օրինակ՝ «հեղուկացված հունի» օգնությամբ ծծմբաթթվի արտադրության ժամանակ պիրիտը բովում է։

Թեստը հանձնելու համար տեղեկատու նյութ.

Մենդելեևի աղյուսակ

Լուծելիության աղյուսակ

Ճնշման ազդեցությունը ռեակցիայի արագության վրա կախված է պատվերռեակցիաներ. Եթե ​​ջերմաստիճանը մնում է անփոփոխ, և տրվում է սկզբնական գազային խառնուրդի բաղադրությունը, ապա ըստ կոնցենտրացիաներից յուրաքանչյուրի վիճակի հավասարման՝ կարող ենք գրել. պ ա=աՌմ Տ, pb=bRմ Տ. Այստեղ Ա, բ,…, մոլային կոնցենտրացիաներ են, և պ ա, pb, ..., - համապատասխան գազերի մասնակի ճնշումներ. Եթե ​​միավոր ծավալի մոլերի ընդհանուր թիվը կազմում է զ, ապա ճիշտ նույն կերպ կարելի է գրել էջ=zRմ Տ, Որտեղ Ռ- ընդհանուր ճնշում. Հետևաբար, … և այլն: Արժեքներ ... և այլն: հարաբերական ծավալային կոնցենտրացիաներ են։ Նշանակելով դրանք Ա, IN... և այլն, մենք ստանում ենք. պ ա=Ապ,

Որտեղ; pb =Bp, .Հաշվի առեք մոնոմոլեկուլայինգործընթացը նկարագրված է հավասարմամբ.

այս դեպքում նյութի փոխակերպման արագությունը ուղիղ համեմատական ​​է ճնշմանը՝ ~ էջ

Համար երկմոլեկուլայինռեակցիաներ:

այսինքն ~ էջ 2. Համապատասխանաբար, համար եռամոլեկուլայինարձագանքները մենք ստանում ենք.

Որտեղ կռեակցիայի արագությունը հաստատուն է:

2.2. Ակտիվացման էներգիա. Արրենիուսի օրենքը

Արձագանքող մոլեկուլների փոխադարձ բախումների թիվը մեծանում է ~ , ինչը նպաստում է ռեակցիայի արագության աճին։ Օրինակ՝ շատ ռեակցիաների դեպքում ջերմաստիճանի բարձրացումն ընդամենը 10°C-ով հանգեցնում է արագության հաստատունի 2–4 գործակցով ավելացման։

Օրինակ. Ջրածնի յոդիդի կիսամյակը ըստ 2HJ→H 2 +J 2 հավասարման: ժամը Տ = 373K կիսատ կյանքը 314000 տարի է, ժամը Տ\u003d 666K, այն նվազում է մինչև 1,3 ժամ, իսկ ժամը Տ=973K տ 1/2 = 0,12 վրկ.

Արրենիուս. քիմիական ռեակցիան տեղի ունենալու համար անհրաժեշտ է կայուն մոլեկուլի ներքին կապերի նախնական թուլացում կամ խզում, որի համար պետք է ծախսվի որոշակի քանակությամբ էներգիա։ Ե . Որքան մեծ է բախվող մոլեկուլների ջերմային էներգիան, այնքան մեծ է ներքին կապերի վերադասավորման և նոր մոլեկուլների ստեղծման հավանականությունը։ ժամը Ե= const ռեակցիայով ավարտվող բախումների հաճախականությունը կաճի շատ ավելի արագ, քան .

Այն էներգիան, որն անհրաժեշտ է հաղթահարելու էներգետիկ արգելքը, որը խանգարում է արձագանքող մոլեկուլների մոտենալուն և ռեակցիայի արտադրանքի ձևավորմանը, կոչվում է. ակտիվացման էներգիա Ե ա. Այսպիսով, քիմիական ռեակցիայի տարրական ակտը տեղի է ունենում միայն այն մոլեկուլների բախման ժամանակ, որոնց կինետիկ էներգիան ավելի մեծ է, քան Ե ա.

Ակտիվացման էներգիա Ե ասովորաբար ավելի բարձր է, քան մոլեկուլների ջերմային շարժման միջին էներգիան։ Որքան ցածր է ակտիվացման էներգիան, այնքան ավելի հաճախ տեղի կունենան մոլեկուլների բախումներ, որոնք կհանգեցնեն ռեակցիայի արտադրանքի ձևավորմանը, այնքան բարձր կլինի քիմիական ռեակցիայի արագությունը: Աճ Տհանգեցնում է ավելորդ էներգիա ունեցող մոլեկուլների քանակի ավելացմանը՝ գերազանցելով Ե ա. Սա բացատրում է քիմիական ռեակցիայի արագության աճը ջերմաստիճանի բարձրացման հետ (նկ. 2.1):

Բրինձ. 2.1. Այրման ջերմություն Քև ակտիվացման էներգիա Ե=uմաքս- u 1

Ամենապարզ դեպքերում քիմիական ռեակցիաների արագության հաստատունները կարող են որոշվել մոլեկուլային կինետիկ տեսության ընդհանուր հարաբերությունների հիման վրա (տե՛ս, օրինակ,):

Նշել ըստ p ԱԵվ էջ գ A և B մոլեկուլների քանակը 1 սմ 3-ում . Ռեակցիայի արագությունը հավասար կլինի թվին Զ A և B մոլեկուլների այնպիսի բախումներ միավոր ժամանակում, որոնց էներգիան ավելի մեծ է, քան ակտիվացման էներգիան. Ե . Իդեալական գազի համար Զորոշվում է Մաքսվել-Բոլցմանի էներգիայի բաշխման օրենքի հիման վրա.

Ահա բախվող մոլեկուլների միջին արդյունավետ տրամագիծը, կրճատված մոլեկուլային քաշը, Ռմ = 8.315∙10 7 erg/deg - ունիվերսալ գազի հաստատուն, m A, m B - մոլեկուլային կշիռներ.

Շատ դեպքերում փորձարարական արժեքները շատ ավելի փոքր են, քան տեսականները: Հետևաբար, հաշվարկման բանաձևում ներդրվում է այսպես կոչված հավանականական կամ ստերիկ գործակիցը. Ռ. Արդյունքում, երկմոլեկուլային ռեակցիայի արագության հաշվարկման բանաձևը, որը կոչվում է Arrhenius բանաձեւը, ստանում է հետևյալ ձևը.

Ստացված բանաձևը համեմատելով երկրորդ կարգի ռեակցիաների (2.8) հավասարման հետ՝ մենք կարող ենք ստանալ այս ռեակցիայի արագության հաստատունի արտահայտություն.

Ջերմաստիճանի ուժեղ ազդեցությունը ռեակցիայի արագության վրա բացատրվում է հիմնականում Arrhenius գործոնով։ Հետևաբար, մոտավոր հաշվարկներում նախաէքսպոնենցիալ գործոնը հաճախ ենթադրվում է, որ անկախ է Թ.

Բանաձևի (2.12) վերլուծությունը ցույց է տալիս, որ T-ի աճի հետ աճի տեմպը W նախ մեծանում է, հասնում որոշակի առավելագույն արժեքի, այնուհետև նվազում է, այլ կերպ ասած, կորը T-ի նկատմամբ ունի թեքման կետ: W-ի երկրորդ ածանցյալը T-ի նկատմամբ հավասարեցնելով զրոյի, մենք գտնում ենք թեքման կետին համապատասխանող ջերմաստիճանը.

Հեշտ է տեսնել, որ այս ջերմաստիճանը բավականին բարձր է։ Օրինակ՝ E=20000cal/(g-mol) Tp=5000K-ում: Թվային հաշվարկների համար (2.12) բանաձևն օգտագործելիս պետք է հաշվի առնել դրանում ներառված մեծությունների չափերը։

Բանաձևը (2.12) կարելի է գրել հետևյալ կերպ.

որտեղ է նախաէքսպոնենցիալ գործոնը, այսինքն. n A =n B =1 մոլեկուլ/սմ 3 բախումների ընդհանուր թիվը: Երբեմն Ռներառված են նաև նախաէքսպոնենցիոնալ գործոնի մեջ։

Ռեակցիայի արագության կարգի գնահատված հաշվարկների համար արժեքը կՋերմաստիճանի համար կարելի է վերցնել 0 Տ\u003d 300K հավասար է 10 -10 սմ 3 / (մոլեկուլ ∙ վրկ) (d cf »4 ∙ 10 -8 և m A \u003d m B »30):

Քիմիական ռեակցիայի արագությունըհավասար է ռեակցիայի տարածության միավորի միավոր ժամանակում նյութի քանակի փոփոխությանը Կախված քիմիական ռեակցիայի տեսակից (միատարր կամ տարասեռ) ռեակցիայի տարածության բնույթը փոխվում է։ Ռեակցիայի տարածությունը սովորաբար կոչվում է այն տարածքը, որտեղ տեղայնացված է քիմիական գործընթացը՝ ծավալ (V), մակերես (S):

Միատարր ռեակցիաների ռեակցիայի տարածությունը ռեակտիվներով լցված ծավալն է։ Քանի որ նյութի քանակի և միավորի ծավալի հարաբերակցությունը կոչվում է կոնցենտրացիա (գ), միատարր ռեակցիայի արագությունը հավասար է ելակետային նյութերի կամ ռեակցիայի արտադրանքի կոնցենտրացիայի փոփոխությանը ժամանակի ընթացքում։ Տարբերակել միջին և ակնթարթային ռեակցիաների արագությունը:

Միջին ռեակցիայի արագությունը հետևյալն է.

որտեղ c2 և c1 սկզբնական նյութերի կոնցենտրացիաներն են t2 և t1 ժամանակներում:

Այս արտահայտության մեջ մինուս «-» նշանը դրվում է ռեագենտների կոնցենտրացիայի փոփոխության միջոցով արագությունը գտնելիս (այս դեպքում՝ Dс.< 0, так как со временем концентрации реагентов уменьшаются); концентрации продуктов со временем нарастают, и в этом случае используется знак плюс «+».

Ժամանակի տվյալ պահին ռեակցիայի արագությունը կամ ակնթարթային (ճշմարիտ) ռեակցիայի արագությունը v հավասար է.

Ռեակցիայի արագությունը SI-ում ունի միավոր [mol×m-3×s-1], այլ քանակի միավորներ [mol×l-1×s-1], [mol×cm-3×s-1], [mol ×cm –3×min-1]:

Տարասեռ քիմիական ռեակցիայի արագությունը vկոչվում է ռեակտիվ նյութի քանակի փոփոխություն (Dn) միավոր ժամանակի (Dt) մեկ միավորի տարածքի փուլային բաժանման (S) և որոշվում է բանաձևով.

կամ ածանցյալի միջոցով.

Տարասեռ ռեակցիայի արագության միավորը մոլ/մ2 վ է։

Օրինակ 1. Քլորն ու ջրածինը խառնվում են տարայի մեջ։ Խառնուրդը տաքացվեց։ 5 վրկ հետո անոթում քլորաջրածնի կոնցենտրացիան հավասարվեց 0,05 մոլ/դմ3։ Որոշել աղաթթվի առաջացման միջին արագությունը (մոլ/դմ3 վ):

Լուծում. Մենք որոշում ենք ջրածնի քլորիդի կոնցենտրացիայի փոփոխությունը նավի մեջ ռեակցիայի մեկնարկից 5 վրկ հետո.

որտեղ c2, c1 - HCl-ի վերջնական և սկզբնական մոլային կոնցենտրացիան:

Dc (HCl) \u003d 0,05 - 0 \u003d 0,05 մոլ / դմ3:

Հաշվե՛ք քլորաջրածնի առաջացման միջին արագությունը՝ օգտագործելով (3.1) հավասարումը.

Պատասխան՝ 7 \u003d 0,01 մոլ / դմ3 × վ:

Օրինակ 2 3 դմ3 ծավալով անոթում տեղի է ունենում հետևյալ ռեակցիան.

C2H2 + 2H2®C2H6.

Ջրածնի սկզբնական զանգվածը 1 գ է, ռեակցիան սկսելուց 2 վրկ հետո ջրածնի զանգվածը դառնում է 0,4 գ։ Որոշել C2H6-ի առաջացման միջին արագությունը (մոլ/դմ «× վ)։

Լուծում. Ջրածնի զանգվածը, որը մտել է ռեակցիայի մեջ (mpror (H2)) հավասար է ջրածնի սկզբնական զանգվածի (mref (H2)) և չփոխազդած ջրածնի վերջնական զանգվածի տարբերությանը (tk (H2)).

tpror. (H2) \u003d tis (H2) - mk (H2); tpror (H2) \u003d 1-0.4 \u003d 0.6 գ.

Հաշվարկենք ջրածնի քանակը.

= 0,3 մոլ.

Մենք որոշում ենք ձևավորված C2H6-ի քանակը.

Համաձայն հավասարման՝ 2 մոլ H2-ից առաջանում է ® 1 մոլ C2H6;

Ըստ պայմանի՝ 0,3 մոլ H2-ից առաջանում է ® x մոլ C2H6։

n (С2Н6) = 0,15 մոլ.

Մենք հաշվարկում ենք ձևավորված С2Н6-ի կոնցենտրացիան.

Մենք գտնում ենք C2H6-ի կոնցենտրացիայի փոփոխությունը.

0,05-0 = 0,05 մոլ/դմ3: Մենք հաշվարկում ենք C2H6-ի ձևավորման միջին արագությունը՝ օգտագործելով (3.1) հավասարումը.

Պատասխան՝ \u003d 0,025 մոլ / դմ3 × վ:

Քիմիական ռեակցիայի արագության վրա ազդող գործոններ . Քիմիական ռեակցիայի արագությունը որոշվում է հետևյալ հիմնական գործոններով.

1) արձագանքող նյութերի բնույթը (ակտիվացման էներգիա).

2) արձագանքող նյութերի կոնցենտրացիան (զանգվածի գործողության օրենք).

3) ջերմաստիճան (վան Հոֆի կանոն);

4) կատալիզատորների առկայությունը (ակտիվացման էներգիա).

5) ճնշում (գազերի հետ կապված ռեակցիաներ).

6) հղկման աստիճանը (պինդ մարմինների մասնակցությամբ տեղի ունեցող ռեակցիաներ).

7) ճառագայթման տեսակը (տեսանելի, ուլտրամանուշակագույն, IR, ռենտգեն):

Քիմիական ռեակցիայի արագության կախվածությունը կոնցենտրացիայից արտահայտվում է քիմիական կինետիկայի հիմնական օրենքով՝ զանգվածի գործողության օրենքով։

Գործող զանգվածների օրենքը . 1865-ին պրոֆեսոր Ն. Այս վարկածը հաստատվել է զանգվածային գործողությունների օրենքում, որը ստեղծվել է 1867 թվականին երկու նորվեգացի քիմիկոս Կ. Մ. Գուլդբերգի և Պ. Վաագեի կողմից: Զանգվածային գործողության օրենքի ժամանակակից ձևակերպումը հետևյալն է. հաստատուն ջերմաստիճանում քիմիական ռեակցիայի արագությունը ուղիղ համեմատական ​​է ռեակտիվների կոնցենտրացիաների արտադրյալին, որը վերցված է ռեակցիայի հավասարման ստոյխիոմետրիկ գործակիցներին հավասար ուժերով:

aA + bB = mM + nN ռեակցիայի համար զանգվածի գործողության օրենքի կինետիկ հավասարումն ունի ձև.

, (3.5)

որտեղ է արձագանքման արագությունը;

կ- համաչափության գործակից, որը կոչվում է քիմիական ռեակցիայի արագության հաստատուն (at = 1 mol/dm3 k-ը թվայինորեն հավասար է ); - ռեակցիայի մեջ ներգրավված ռեակտիվների կոնցենտրացիան.

Քիմիական ռեակցիայի արագության հաստատունը կախված չէ ռեակտիվների կոնցենտրացիայից, այլ որոշվում է ռեակտիվների բնույթով և ռեակցիաների առաջացման պայմաններով (ջերմաստիճան, կատալիզատորի առկայություն)։ Որոշակի ռեակցիայի համար, որն ընթանում է տվյալ պայմաններում, արագության հաստատունը հաստատուն արժեք է:

Օրինակ 3Գրե՛ք ռեակցիայի զանգվածի գործողության օրենքի կինետիկ հավասարումը.

2NO (g) + C12 (g) = 2NOCl (գ):

Լուծում. Տրված քիմիական ռեակցիայի (3.5) հավասարումն ունի հետևյալ ձևը.

.

Տարասեռ քիմիական ռեակցիաների դեպքում զանգվածի գործողության օրենքի հավասարումը ներառում է միայն այն նյութերի կոնցենտրացիաները, որոնք գտնվում են գազային կամ հեղուկ փուլերում։ Նյութի կոնցենտրացիան պինդ փուլում սովորաբար հաստատուն է և ներառված է արագության հաստատունի մեջ։

Օրինակ 4Գրե՛ք ռեակցիաների զանգվածների գործողության օրենքի կինետիկ հավասարումը.

ա) 4Fe(t) + 3O2(g) = 2Fe2O3(t);

բ) CaCO3 (t) \u003d CaO (t) + CO2 (գ):

Լուծում. Այս ռեակցիաների համար (3.5) հավասարումը կունենա հետևյալ ձևը.

Քանի որ կալցիումի կարբոնատը պինդ նյութ է, որի կոնցենտրացիան ռեակցիայի ընթացքում չի փոխվում, այսինքն՝ այս դեպքում որոշակի ջերմաստիճանում ռեակցիայի արագությունը հաստատուն է։

Օրինակ 5Քանի՞ անգամ կաճի ազոտի օքսիդի (II) օքսիդացման արագությունը թթվածնի հետ, եթե ռեագենտների կոնցենտրացիաները կրկնապատկվեն.

Լուծում. Մենք գրում ենք ռեակցիայի հավասարումը.

2NO + O2= 2NO2:

Ռեակտիվների սկզբնական և վերջնական կոնցենտրացիաները նշանակենք համապատասխանաբար c1(NO), cl(O2) և c2(NO), c2(O2): Նույն կերպ մենք նշում ենք ռեակցիայի սկզբնական և վերջնական արագությունները՝ vt, v2: Այնուհետև, օգտագործելով (3.5) հավասարումը, ստանում ենք.

.

Ըստ պայմանի c2(NO) = 2c1 (NO), c2(O2) = 2c1(O2):

Մենք գտնում ենք v2 =k2 ×2cl(O2):

Գտեք, թե քանի անգամ կաճի ռեակցիայի արագությունը.

Պատասխան՝ 8 անգամ։

Ճնշման ազդեցությունը քիմիական ռեակցիայի արագության վրա առավել նշանակալից է գազերի հետ կապված գործընթացների համար: Երբ ճնշումը փոխվում է n անգամ, ծավալը նվազում է, իսկ կոնցենտրացիան մեծանում է n անգամ և հակառակը։

Օրինակ 6Քանի՞ անգամ կաճի A + B \u003d C հավասարման համաձայն արձագանքող գազային նյութերի միջև քիմիական ռեակցիայի արագությունը, եթե համակարգում ճնշումը կրկնապատկվի:

Լուծում. Օգտագործելով (3.5) հավասարումը, մենք արտահայտում ենք ռեակցիայի արագությունը ճնշումը բարձրացնելուց առաջ.

.

Ճնշումը բարձրացնելուց հետո կինետիկ հավասարումը կունենա հետևյալ ձևը.

.

Ճնշման 2 գործակցով աճի դեպքում գազային խառնուրդի ծավալը, ըստ Բոյլ-Մարիոտի օրենքի (pY = const), նույնպես կնվազի 2 գործակցով։ Հետեւաբար, նյութերի կոնցենտրացիան կավելանա 2 անգամ։

Այսպիսով, c2 (A) = 2c1 (A), c2 (B) = 2c1 (B): Հետո

Որոշեք, թե քանի անգամ կաճի ռեակցիայի արագությունը ճնշման աճով:

Կյանքում մենք բախվում ենք տարբեր քիմիական ռեակցիաների: Նրանցից ոմանք, ինչպես երկաթի ժանգոտումը, կարող են շարունակվել մի քանի տարի։ Մյուսները, ինչպիսիք են շաքարի խմորումը ալկոհոլի մեջ, տևում է մի քանի շաբաթ: Վառարանում վառելափայտը մի երկու ժամում այրվում է, իսկ շարժիչի բենզինը մեկ վայրկյանում։

Սարքավորման ծախսերը նվազեցնելու համար քիմիական գործարանները մեծացնում են ռեակցիաների արագությունը: Եվ որոշ գործընթացներ, ինչպիսիք են սննդամթերքի փչացումը, մետաղի կոռոզիան, պետք է դանդաղեցվեն:

Քիմիական ռեակցիայի արագությունըկարող է արտահայտվել որպես նյութի քանակի փոփոխություն (n, մոդուլ) միավոր ժամանակում (t) - համեմատեք շարժվող մարմնի արագությունը ֆիզիկայում որպես կոորդինատների փոփոխություն մեկ միավորի ժամանակ՝ υ = Δx/Δt . Որպեսզի արագությունը կախված չլինի նավի ծավալից, որում տեղի է ունենում ռեակցիան, մենք արտահայտությունը բաժանում ենք արձագանքող նյութերի ծավալով (v), այսինքն՝ ստանում ենք.նյութի քանակի փոփոխություն մեկ միավորի ժամանակի վրա մեկ միավորի ծավալով, կամ միավոր ժամանակում նյութերից մեկի կոնցենտրացիայի փոփոխությունը:

n 2 − n 1
υ = –––––––––– = –––––––– = Δս/Δt (1)
(t 2 − t 1) v Δt v

որտեղ c = n/v նյութի կոնցենտրացիան է,

Δ (արտասանվում է «դելտա») մեծության փոփոխության ընդհանուր ընդունված նշանակումն է։

Եթե ​​նյութերը հավասարման մեջ ունեն տարբեր գործակիցներ, ապա դրանցից յուրաքանչյուրի ռեակցիայի արագությունը, որը հաշվարկվում է այս բանաձևով, տարբեր կլինի: Օրինակ՝ 2 մոլ ծծմբի երկօքսիդը 1 լիտրում 10 վայրկյանում ամբողջությամբ արձագանքել է 1 մոլ թթվածնի հետ.

2SO 2 + O 2 \u003d 2SO 3

Թթվածնի արագությունը կլինի. υ \u003d 1: (10 1) \u003d 0,1 մոլ / լ վ

Թթու գազի արագությունը. υ \u003d 2: (10 1) \u003d 0,2 մոլ / լ վ- սա պետք չէ անգիր անել և քննության ժամանակ խոսել, օրինակ է բերվում, որպեսզի չշփոթվեք, եթե այս հարցը ծագի։

Տարասեռ ռեակցիաների արագությունը (ներառյալ պինդ մարմինները) հաճախ արտահայտվում է շփվող մակերևույթների մակերեսի վրա.

Δn
υ = –––––– (2)
ΔtS

Ռեակցիաները կոչվում են տարասեռ, երբ ռեակտիվները գտնվում են տարբեր փուլերում.

• պինդ մի այլ պինդ, հեղուկ կամ գազ,
• երկու չխառնվող հեղուկներ
• գազային հեղուկ.

Նույն փուլում գտնվող նյութերի միջև տեղի են ունենում միատարր ռեակցիաներ.

• լավ խառնվող հեղուկների միջև,
• գազեր,
• նյութեր լուծույթներում.

Քիմիական ռեակցիաների արագության վրա ազդող պայմաններ

1) Ռեակցիայի արագությունը կախված է ռեակտիվների բնույթը. Պարզ ասած՝ տարբեր նյութեր արձագանքում են տարբեր արագությամբ։ Օրինակ՝ ցինկը բուռն արձագանքում է աղաթթվի հետ, մինչդեռ երկաթը բավականին դանդաղ է արձագանքում։

2) ռեակցիայի արագությունը ավելի մեծ է, այնքան բարձր կենտրոնացումնյութեր. Բարձր նոսր թթվի դեպքում ցինկը զգալիորեն ավելի երկար կպահանջի արձագանքելու համար:

3) Ռեակցիայի արագությունը զգալիորեն մեծանում է մեծանալու հետ ջերմաստիճանը. Օրինակ՝ վառելիքն այրելու համար անհրաժեշտ է վառել այն, այսինքն՝ բարձրացնել ջերմաստիճանը։ Շատ ռեակցիաների դեպքում ջերմաստիճանի բարձրացումը 10°C-ով ուղեկցվում է արագության բարձրացմամբ 2–4 գործակցով։

4) արագություն տարասեռռեակցիաները մեծանում են աճի հետ ռեակտիվների մակերեսները. Դրա համար պինդ նյութերը սովորաբար մանրացված են: Օրինակ, որպեսզի երկաթի և ծծմբի փոշիները տաքացնելիս արձագանքեն, երկաթը պետք է լինի մանր թեփի տեսքով։

Նկատի ունեցեք, որ (1) բանաձևը ենթադրվում է այս դեպքում: Բանաձև (2) արտահայտում է արագությունը մեկ միավորի մակերեսով, հետևաբար այն չի կարող կախված լինել տարածքից:

5) Ռեակցիայի արագությունը կախված է կատալիզատորների կամ ինհիբիտորների առկայությունից:

ԿատալիզատորներՆյութեր, որոնք արագացնում են քիմիական ռեակցիաները, բայց իրենք չեն սպառվում: Օրինակ՝ ջրածնի պերօքսիդի արագ տարրալուծումը կատալիզատորի՝ մանգանի (IV) օքսիդի ավելացմամբ.

2H 2 O 2 \u003d 2H 2 O + O 2

Մանգանի (IV) օքսիդը մնում է հատակին և կարող է կրկին օգտագործվել:

Ինհիբիտորներ- նյութեր, որոնք դանդաղեցնում են ռեակցիան. Օրինակ, խողովակների և մարտկոցների կյանքը երկարացնելու համար ջրի ջեռուցման համակարգին ավելացվում են կոռոզիոն արգելակիչներ: Ավտոմեքենաներում արգելակային հեղուկին ավելացվում են կոռոզիայի արգելակիչներ:

Եվս մի քանի օրինակ.

Գազային համակարգերի կինետիկ ռեակցիայի հավասարումը գրելիս կոնցենտրացիայի (C) փոխարեն գրվում է ռեակտիվների ճնշումը (P), քանի որ համակարգում ճնշման փոփոխությունը նման է կոնցենտրացիայի փոփոխությանը։ Համակարգում ճնշման ավելացումը հանգեցնում է համակարգի ծավալի նվազմանը նույն գործակցով, մինչդեռ ռեակտիվների կոնցենտրացիան մեկ միավորի ծավալի վրա նույն կերպ մեծանում է։ Ճնշման նվազման դեպքում համակարգի ծավալը մեծանում է, մինչդեռ համակենտրոնացումը մեկ միավորի ծավալի վրա համապատասխանաբար նվազում է:

Օրինակներ և խնդիրների լուծում:

Օրինակ 1

Ո՞ր ռեակցիայի արագությունն է ավելի մեծ, եթե առաջին ռեակցիայի արդյունքում մեկ միավորի ծավալում առաջացել է 9 գ ջրային գոլորշի, երկրորդ ռեակցիայի արդյունքում՝ 3,65 գ ջրածնի քլորիդ.

Ռեակցիայի արագությունը չափվում է նյութի մոլերի քանակով, որը ձևավորվում է մեկ միավորի ծավալով մեկ միավոր ժամանակում: Ջրի մոլային զանգված Ջրածնի քլորիդի մոլային զանգված ապա առաջին ռեակցիայի արագությունը,

մոլ/լ×ս,

և երկրորդ ռեակցիայի արագությունը

կամք մոլ/լ.

Ջրային գոլորշիների առաջացման արագությունը ավելի մեծ է, քանի որ ջրի գոլորշու առաջացման մոլերի քանակն ավելի մեծ է, քան քլորաջրածնի առաջացման մոլերի թիվը:

Օրինակ 2

A և B նյութերի ռեակցիան արտահայտվում է A + 2B®C հավասարմամբ: A նյութի սկզբնական կոնցենտրացիան 0,3 մոլ/լ է, իսկ B նյութինը՝ 0,5 մոլ/լ։ Փոխարժեքի հաստատունը 0,4 է: Որոշեք ռեակցիայի արագությունը որոշ ժամանակ անց, երբ Ա նյութի կոնցենտրացիան նվազում է 0,1 մոլ/լ-ով։

Ա նյութի կոնցենտրացիան նվազել է 0,1 մոլ/լ-ով։ Հետևաբար, ռեակցիայի հավասարման հիման վրա B նյութի կոնցենտրացիան նվազել է 0,2 մոլ/լ-ով, քանի որ B նյութն ունի 2 գործակից: Այնուհետև A նյութի կոնցենտրացիան որոշ ժամանակ անց կդառնա հավասար 0,3-0,1 \u003d 0,2 մոլ/ լ, իսկ B-ի կոնցենտրացիան 0,5-0,2 \u003d 0,3 մոլ / լ է:

Որոշեք ռեակցիայի արագությունը.

mol/l×s

Օրինակ 3

Ինչպե՞ս կփոխվի ռեակցիայի արագությունը. եթե NO-ի կոնցենտրացիան ավելացվի 3 անգամ: Համաձայն զանգվածային գործողության օրենքի՝ մենք գրում ենք ռեակցիայի արագության արտահայտությունը.

.

NO-ի կոնցենտրացիայի 3 անգամ ավելացմամբ ռեակցիայի արագությունը կլինի.

Ռեակցիայի արագությունը կավելանա 9 անգամ։

Օրինակ 4

Որոշեք, թե ինչպես կփոխվի ռեակցիայի արագությունը եթե դուք ավելացնում եք ճնշումը համակարգում 2 անգամ.

Համակարգում ճնշման 2 անգամ ավելացումը կհանգեցնի համակարգի ծավալի 2 անգամ նվազմանը, մինչդեռ ռեակտիվների կոնցենտրացիաները կավելանան 2 անգամ։

Զանգվածային գործողության օրենքի համաձայն՝ մենք գրում ենք ռեակցիայի սկզբնական արագությունը և երբ ճնշումը կրկնապատկվում է.

, .

Ռեակցիայի արագությունը կավելանա 8 անգամ:

Օրինակ 5

Հաշվեք A և B նյութերի սկզբնական կոնցենտրացիաները A + 3B \u003d 2C համակարգում, եթե A նյութերի հավասարակշռության կոնցենտրացիան 0,1 մոլ / լ է, B նյութերը 0,2 մոլ / լ, C նյութերը - 0,7 մոլ / լ:

Մենք գտնում ենք A նյութի կոնցենտրացիան, որը ծախսվել է ռեակցիայի վրա՝ կազմելով համամասնությունն ըստ ռեակցիայի հավասարման.

2 մոլ/լ C ստացված 1 մոլ/լ Ա-ից,

0,7 մոլ/լ C®x մոլ/լ × Ա.

մոլ/լ Ա.

Այսպիսով, A նյութի սկզբնական կոնցենտրացիան հավասար է.

0,1 + 0,35 = 0,45 մոլ/լ:

Գտեք ռեակցիայի մեջ սպառված B նյութի կոնցենտրացիան:

Համամասնությունը կազմում ենք ըստ ռեակցիայի հավասարման.

3 մոլ/լ B-ից ստացված 2 մոլ/լ C

0,7 մոլ/լ C ® x մոլ/լ Բ

x \u003d մոլ / լ Ա.

Այնուհետև B նյութի սկզբնական կոնցենտրացիան հավասար է.

մոլ/լ.

Օրինակ 6

40 0 C ջերմաստիճանում առաջացել է 0,5 մոլ/լ նյութ A։ Քանի՞ մոլ/լ Ա է գոյանում, եթե ջերմաստիճանը բարձրացվի մինչև 80 0 C։ Ռեակցիայի ջերմաստիճանի գործակիցը 2 է։

Վան Հոֆի կանոնի համաձայն, մենք գրում ենք ռեակցիայի արագության արտահայտությունը 80 0 C ջերմաստիճանում.

.

Խնդրի տվյալները փոխարինելով հավասարման մեջ՝ ստանում ենք.

80 0 C ջերմաստիճանում առաջանում է 8 մոլ/լ A նյութ։

Օրինակ 7

Հաշվե՛ք 191 կՋ/մոլ ակտիվացման էներգիայով ռեակցիայի արագության հաստատունի փոփոխությունը, երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է 330-ից մինչև 400 Կ։

Խնդրի պայմանի համար գրենք Արենիուսի հավասարումը.

որտեղ R-ը գազի համընդհանուր հաստատունն է, որը հավասար է 8,32 J/k(K×mol):

որտեղից փոխարժեքի հաստատունի փոփոխությունը կլինի.

Վերահսկիչ առաջադրանքներ

61. Քիմիական ռեակցիայի արագությունը

2NO(g) + O2(g) = 2NO2(g)

ռեակտիվների կոնցենտրացիաներում =0,3 մոլ/լ և =0,15 մոլ/լ եղել է 1,2 10-3 մոլ/(լ վ): Գտեք ռեակցիայի արագության հաստատունի արժեքը:

62. Քանի՞ աստիճանով պետք է բարձրացնել համակարգի ջերմաստիճանը, որպեսզի դրանում ռեակցիայի արագությունը մեծանա 30 անգամ (= 2,5):

63. Քանի անգամ պետք է ավելացնել ածխածնի օքսիդի կոնցենտրացիան համակարգում

2CO \u003d CO2 + C,

4 անգամ ավելացնել ռեակցիայի արագությունը.

64. Քանի անգամ պետք է բարձրացնել ճնշումը, որպեսզի NO2-ի առաջացման ռեակցիայի արագությունը ըստ ռեակցիայի

ավելացել է 1000 անգամ?

65. Ռեակցիան ընթանում է ըստ հավասարման

2NO(g) + Cl2(g) = 2NOCl(g):

Ելակետային նյութերի կոնցենտրացիաները մինչև ռեակցիայի մեկնարկը եղել են՝ =0.4 մոլ/լ; \u003d 0,3 մոլ / լ: Քանի՞ անգամ կփոխվի ռեակցիայի արագությունը սկզբնականի համեմատ այն պահին, երբ ազոտի օքսիդի կեսը ժամանակ ունի արձագանքելու:

66. Քանի՞ անգամ կաճի քիմիական ռեակցիայի արագության հաստատունը ջերմաստիճանի 40-ով բարձրացմամբ, եթե \u003d 3.2:

67. Գրի՛ր միատարր համակարգում տեղի ունեցող քիմիական ռեակցիայի արագության արտահայտություն՝ համաձայն հավասարման

և որոշեք, թե քանի անգամ կաճի այս ռեակցիայի արագությունը, եթե.

ա) կոնցենտրացիան A կնվազի 2 անգամ.

բ) Ա-ի կոնցենտրացիան կավելանա 2 անգամ.

գ) B-ի կոնցենտրացիան կավելանա 2 անգամ.

դ) երկու նյութերի կոնցենտրացիան կավելանա 2 անգամ.

68. Քանի անգամ պետք է ավելացնել ջրածնի կոնցենտրացիան համակարգում

N2 + 3H2= 2NH3,

100 անգամ բարձրացնել ռեակցիայի արագությունը.

69. Հաշվե՛ք ռեակցիայի արագության ջերմաստիճանի գործակիցը, եթե դրա արագության հաստատունը 100 C-ում 0,0006 է, իսկ 150 C-ում այն ​​0,072 է։

70. Ազոտի օքսիդի (II) և քլորի ռեակցիան ընթանում է համաձայն հավասարման

2NO + Cl2= 2NOCl:

Ինչպե՞ս կփոխվի ռեակցիայի արագությունը մեծանալով.

ա) ազոտի օքսիդի կոնցենտրացիան 2 անգամ.

բ) քլորի կոնցենտրացիան 2 անգամ.

գ) երկու նյութերի կոնցենտրացիան 2 անգամ է.

ՔԻՄԻԱԿԱՆ ՀԱՎԱՍԱՐԱԿՈՒԹՅՈՒՆ

Խնդիրների լուծման օրինակներ

Քիմիական հավասարակշռությունը համակարգի այնպիսի վիճակ է, երբ առաջ և հակադարձ քիմիական ռեակցիաների արագությունները հավասար են, և ռեակտիվների կոնցենտրացիաները ժամանակի ընթացքում չեն փոխվում:

Քիմիական հավասարակշռության քանակական բնութագիրը հավասարակշռության հաստատունն է։ Հավասարակշռության հաստատունը հաստատուն ջերմաստիճանում հավասար է ռեակցիայի արտադրանքների հավասարակշռության կոնցենտրացիաների արտադրանքի և ելակետային նյութերի հավասարակշռության կոնցենտրացիաների արտադրանքի հարաբերությանը, վերցված նրանց ստոյխիոմետրիկ գործակիցների ուժերով և հաստատուն արժեք է:

Ընդհանուր դեպքում միատարր ռեակցիայի համար mA+ nB« pC+qD

հավասարակշռության հաստատունը հետևյալն է.

Այս հավասարումն արտահայտվում է շրջելի ռեակցիայի զանգվածային գործողության օրենքով։

Երբ արտաքին պայմանները փոխվում են, տեղի է ունենում քիմիական հավասարակշռության փոփոխություն, որն արտահայտվում է սկզբնական նյութերի և ռեակցիայի արտադրանքների հավասարակշռության կոնցենտրացիաների փոփոխությամբ: Հավասարակշռության տեղաշարժի ուղղությունը որոշվում է Le Chatelier սկզբունքով. եթե արտաքին ազդեցություն է գործադրվում հավասարակշռության մեջ գտնվող համակարգի վրա, ապա հավասարակշռությունը տեղափոխվում է այն ուղղությամբ, որը թուլացնում է արտաքին ազդեցությունը:

Քիմիական հավասարակշռությունը կարող է տեղաշարժվել ռեակտիվների կոնցենտրացիայի, ջերմաստիճանի, ճնշման փոփոխությունների ազդեցությամբ։

Ելակետային նյութերի կոնցենտրացիայի ավելացման դեպքում հավասարակշռությունը կփոխվի Լե Շատելիեի սկզբունքի համաձայն՝ դեպի ռեակցիայի արտադրանքները, իսկ արտադրանքի կոնցենտրացիաների մեծացմամբ՝ դեպի սկզբնական նյութեր։

Ջերմաստիճանի փոփոխությամբ (դրա աճով) հավասարակշռությունը տեղափոխվում է դեպի էնդոթերմիկ ռեակցիա (D H > 0), որն ընթանում է ջերմության կլանմամբ, այսինքն. առաջընթաց ռեակցիայի արագությունը մեծանում է, և հավասարակշռությունը տեղափոխվում է դեպի ռեակցիայի արտադրանքները: Էկզոթերմիկ ռեակցիայի դեպքում (D H > 0), ջերմաստիճանի բարձրացման հետ մեկտեղ հակառակ ռեակցիայի արագությունը կավելանա, ինչը կապահովի ջերմության կլանումը, իսկ հավասարակշռությունը կտեղափոխվի դեպի սկզբնական նյութեր։

Եթե ​​ռեակցիային մասնակցում են գազային վիճակում գտնվող նյութեր, ապա քիմիական հավասարակշռությունը կարող է տեղաշարժվել՝ փոխելով ճնշումը։ Ճնշման բարձրացումը հավասարազոր է ռեակտիվների կոնցենտրացիայի ավելացմանը: Ճնշման աճով հավասարակշռությունը տեղափոխվում է ավելի փոքր թվով մոլ գազային նյութերի ռեակցիայի, իսկ ճնշման նվազման դեպքում՝ դեպի գազային նյութերի մեծ թվով մոլերի ռեակցիային։

Օրինակ 1

Հաշվեք A և B նյութերի սկզբնական կոնցենտրացիաները A + 3B - 2C միատարր համակարգում, եթե հավասարակշռության կոնցենտրացիաները A = 0,1 մոլ / լ, B = 0,2 մոլ / լ, C = 0,7 մոլ / լ:

Հայտնի է, որ նյութի սկզբնական կոնցենտրացիան հավասար է հավասարակշռության կոնցենտրացիայի գումարին և այն կոնցենտրացիայի, որը մտել է ռեակցիայի մեջ, այսինքն. արձագանքեց.

Գտնելու համար դուք պետք է իմանաք, թե որքան նյութ է արձագանքել A-ին:

Մենք հաշվարկում ենք՝ կազմելով համամասնությունն ըստ ռեակցիայի հավասարման.

1 մոլ/լ Ա-ից ստացված 2 մոլ/լ Ս

0,7 մոլ/լ C ––––––––x մոլ/լ A,

x \u003d (0,7 × 1) / 2 \u003d 0,35 մոլ / լ

Մենք հաշվարկում ենք B նյութի սկզբնական կոնցենտրացիան.

Եկեք հաշվարկենք համամասնությունը.

3 մոլ/լ B-ից ստացված 2 մոլ/լ C

0,7 մոլ/լ C ––––––––––––x մոլ/լ Բ

x \u003d (0,7 × 3) / 2 \u003d 1,05 մոլ / լ

Այնուհետև B նախնական կոնցենտրացիան հավասար է.

Օրինակ 2.

Հաշվեք նյութերի հավասարակշռության կոնցենտրացիաները A + B «C + D» համակարգում, պայմանով, որ նյութերի սկզբնական կոնցենտրացիաները՝ A \u003d 1 մոլ / լ, B \u003d 5 մոլ / լ: Հավասարակշռության հաստատունը 1 է:

Ենթադրենք, որ A նյութի հավասարակշռության պահին x մոլեր են արձագանքել։ Հիմք ընդունելով ռեակցիայի հավասարումը, հավասարակշռության կոնցենտրացիաները կլինեն.

;

քանի որ ըստ B նյութի ռեակցիայի հավասարման՝ ռեակցիան տեւել է այնքան, որքան A նյութի ռեակցիան։

Մենք հավասարակշռության կոնցենտրացիաների արժեքները փոխարինում ենք հավասարակշռության հաստատունով և գտնում x.

Ապա.

Օրինակ 3

Համակարգում հավասարակշռություն է հաստատվել՝ 2AB + B 2 «2AB; D H > 0.

Ո՞ր ուղղությամբ կփոխվի հավասարակշռությունը ջերմաստիճանի նվազման հետ:

Այս ուղղակի ռեակցիան էնդոթերմիկ է, այսինքն. ընթանում է ջերմության կլանման հետ, հետևաբար, երբ համակարգում ջերմաստիճանը նվազում է, հավասարակշռությունը Le Chatelier սկզբունքի համաձայն կտեղափոխվի ձախ՝ դեպի հակառակ ռեակցիա, որը էկզոթերմիկ է:

Օրինակ 4.

A + B «AB» համակարգի հավասարակշռությունը հաստատվել է նյութերի հետևյալ կոնցենտրացիաներում՝ C (A) \u003d C (B) \u003d C (AB) \u003d 0.01 մոլ / լ: Հաշվե՛ք նյութերի հավասարակշռության հաստատունը և սկզբնական կոնցենտրացիաները: 72. Ազոտի օքսիդի (II) և քլորի սկզբնական կոնցենտրացիաները համակարգում

2NO + Cl2 2NOCl

համապատասխանաբար կազմում են 0,5 մոլ/լ և 0,2 մոլ/լ: Հաշվե՛ք հավասարակշռության հաստատունը, եթե 20 ազոտի օքսիդ (II) օքսիդներ արձագանքել են մինչև հավասարակշռության հասնելը:

73. Որոշակի ջերմաստիճանում, շրջելի քիմիական ռեակցիայի ռեակտիվների հավասարակշռության կոնցենտրացիաները

2A(g)+B(g) 2C(g)

եղել են [A]=0,04 մոլ/լ, [B]=0,06 մոլ/լ, [C]=0,02 մոլ/լ: Հաշվե՛ք A և B նյութերի հավասարակշռության հաստատունը և սկզբնական կոնցենտրացիաները:

74. Որոշակի ջերմաստիճանում հավասարակշռության կոնցենտրացիաները համակարգում

համապատասխանաբար եղել են՝ = 0,04 մոլ/լ, = 0,06 մոլ/լ,

0.02 մոլ/լ. Հաշվել հավասարակշռության հաստատունը և սկզբնական կոն-

ծծմբի օքսիդի (IV) և թթվածնի կոնցենտրացիան:

75. Երբ համակարգը գտնվում է հավասարակշռության մեջ

ներգրավված նյութերի կոնցենտրացիաները եղել են՝ = 0,3 մոլ/լ; = =0,9 մոլ/լ; = 0,4 մոլ/լ. Հաշվեք, թե ինչպես կփոխվեն առաջային և հակադարձ ռեակցիաների արագությունները, եթե ճնշումը մեծացվի 5 անգամ: Ո՞ր ուղղությամբ կփոխվի հավասարակշռությունը:

76. Հաշվե՛ք շրջելի ռեակցիայի հավասարակշռության հաստատունը

2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g),

եթե հավասարակշռության կոնցենտրացիան \u003d 0,04 մոլ / լ, և նյութերի սկզբնական կոնցենտրացիաները \u003d 1 մոլ / լ, \u003d 0,8 մոլ / լ:

77. Համակարգային հավասարակշռություն

CO + Cl2 COCl2,

հաստատվել է ռեակտիվների հետևյալ կոնցենտրացիաներում՝ [CO] = = [Сl2] = = 0,001 մոլ/լ: Որոշեք հավասարակշռության հաստատունը և ածխածնի երկօքսիդի և քլորի սկզբնական կոնցենտրացիաները:

78. Ածխածնի երկօքսիդի (II) և ջրի գոլորշու սկզբնական կոնցենտրացիաները հավասար են և կազմում են 0,03 մոլ/լ։ Հաշվել CO, H2O և H2 հավասարակշռության կոնցենտրացիաները համակարգում

CO + H2O CO2 + H2,

եթե CO2-ի հավասարակշռության կոնցենտրացիան հավասար է 0,01 մոլ/լ-ի: Հաշվիր հավասարակշռության հաստատունը:

79. Որոշել ջրածնի հավասարակշռության կոնցենտրացիան համակարգում

եթե HJ-ի սկզբնական կոնցենտրացիան եղել է 0,05 մոլ/լ, իսկ հավասարակշռության հաստատունը՝ K=0,02:

80. Համակարգի հավասարակշռության հաստատուն

CO + H2O CO2 + H2

որոշակի ջերմաստիճանում 1 է. Հաշվե՛ք խառնուրդի տոկոսային բաղադրությունը հավասարակշռության մեջ, եթե CO-ի և H2O-ի սկզբնական կոնցենտրացիաները 1-ական մոլ/լ են: