Ռեակցիայի արագության հաստատունը ջերմաստիճանի ֆունկցիա է. Ջերմաստիճանի բարձրացումը սովորաբար մեծացնում է արագության հաստատունը: Ջերմաստիճանի ազդեցությունը հաշվի առնելու առաջին փորձը կատարել է Վանտ Հոֆը, ով ձևակերպել է հետևյալ հիմնական կանոնը.
Յուրաքանչյուր 10 աստիճանով ջերմաստիճանի բարձրացմամբ տարրական քիմիական ռեակցիայի արագության հաստատունը մեծանում է 2–4 անգամ։
Այն արժեքը, որը ցույց է տալիս, թե քանի անգամ է ավելանում արագության հաստատունը, երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է 10 աստիճանով, հավասար է ջերմաստիճանի գործակիցը ռեակցիայի արագության հաստատունգ. Մաթեմատիկորեն վանտ Հոֆի կանոնը կարելի է գրել հետևյալ կերպ.
(II.30)
Այնուամենայնիվ, Վան Հոֆի կանոնը կիրառելի է միայն նեղ ջերմաստիճանի միջակայքում, քանի որ ռեակցիայի արագության γ ջերմաստիճանի գործակիցը ինքնին ջերմաստիճանի ֆունկցիա է. շատ բարձր և շատ ցածր ջերմաստիճաններում γ-ը հավասարվում է միասնությանը (այսինքն՝ քիմիական ռեակցիայի արագությունը դադարում է կախված լինել ջերմաստիճանից):
Արրենիուսի հավասարումը
Ակնհայտ է, որ մասնիկների փոխազդեցությունը տեղի է ունենում դրանց բախումների ժամանակ. Այնուամենայնիվ, մոլեկուլների բախումների թիվը շատ մեծ է, և եթե յուրաքանչյուր բախում հանգեցներ մասնիկների քիմիական փոխազդեցության, բոլոր ռեակցիաները կշարունակվեին գրեթե ակնթարթորեն: Արենիուսը պնդում էր, որ մոլեկուլների բախումները արդյունավետ կլինեն (այսինքն՝ կհանգեցնեն ռեակցիայի) միայն այն դեպքում, եթե բախվող մոլեկուլները ունենան որոշակի քանակությամբ էներգիա՝ ակտիվացման էներգիա:
Ակտիվացման էներգիան այն նվազագույն էներգիան է, որը մոլեկուլները պետք է ունենան նախքան դրանց բախումը կարող է հանգեցնել քիմիական փոխազդեցության:
Դիտարկենք որոշ տարրական ռեակցիայի ուղին
A + B ––> C
Քանի որ մասնիկների քիմիական փոխազդեցությունը կապված է հին քիմիական կապերի խզման և նորերի ձևավորման հետ, ենթադրվում է, որ յուրաքանչյուր տարրական ռեակցիա անցնում է որոշ անկայուն միջանկյալ միացության ձևավորմամբ, որը կոչվում է ակտիվացված համալիր.
A ––> K # ––> B
Ակտիվացված համալիրի ձևավորումը միշտ պահանջում է էներգիայի որոշակի քանակի ծախս, որն առաջանում է, առաջին հերթին, էլեկտրոնային թաղանթների և ատոմային միջուկների վանմամբ, երբ մասնիկները մոտենում են միմյանց, և երկրորդ՝ որոշակի տարածական կոնֆիգուրացիա կառուցելու անհրաժեշտությամբ։ ատոմների ակտիվացված համալիրում և վերաբաշխել էլեկտրոնի խտությունը: Այսպիսով, սկզբնական վիճակից վերջնական վիճակի ճանապարհին համակարգը պետք է հաղթահարի ինչ-որ էներգետիկ արգելք։ Ռեակցիայի ակտիվացման էներգիան մոտավորապես հավասար է ակտիվացված համալիրի միջին էներգիայի ավելցուկին ռեակտիվների միջին էներգիայի մակարդակի վրա։ Ակնհայտ է, որ եթե ուղղակի ռեակցիան էկզոթերմիկ է, ապա E "A հակադարձ ռեակցիայի ակտիվացման էներգիան ավելի բարձր է, քան E A ուղղակի ռեակցիայի ակտիվացման էներգիան: Առջևի և հակադարձ ռեակցիաների ակտիվացման էներգիաները փոխկապակցված են միմյանց հետ փոփոխության միջոցով: ռեակցիայի ընթացքում ներքին էներգիայի մեջ:Վերոնշյալը կարելի է պատկերել էներգիայի քիմիական ռեակցիաների դիագրամների միջոցով (նկ. 2.5):
Բրինձ. 2.5.Քիմիական ռեակցիայի էներգետիկ դիագրամ. E out-ը սկզբնական նյութերի մասնիկների միջին էներգիան է, E cont-ը ռեակցիայի արտադրանքի մասնիկների միջին էներգիան է։
Քանի որ ջերմաստիճանը մասնիկների միջին կինետիկ էներգիայի չափն է, ջերմաստիճանի բարձրացումը հանգեցնում է մասնիկների մասնաբաժնի ավելացմանը, որոնց էներգիան հավասար է կամ ավելի մեծ է ակտիվացման էներգիայից, ինչը հանգեցնում է ռեակցիայի արագության հաստատունի ավելացմանը (նկ. 2.6):
Բրինձ. 2.6.Մասնիկների էներգիայի բաշխում. Այստեղ nE/N-ը E էներգիայով մասնիկների մասնաբաժինն է; E i - մասնիկների միջին էներգիա T i ջերմաստիճանում (T 1< T 2 < T 3).
Դիտարկենք ռեակցիայի արագության հաստատունի կախվածությունը ջերմաստիճանից և ակտիվացման էներգիայից նկարագրող արտահայտության թերմոդինամիկական ածանցումը` Արենիուսի հավասարումը: Վան Հոֆ իզոբարի հավասարման համաձայն.
Քանի որ հավասարակշռության հաստատունը առաջնային և հակադարձ ռեակցիաների արագության հաստատունների հարաբերակցությունն է, մենք կարող ենք վերաշարադրել արտահայտությունը (II.31) հետևյալ կերպ.
(II.32)
Ներկայացնելով ΔHº ռեակցիայի էթալպիայի փոփոխությունը որպես երկու արժեքների տարբերություն E 1 և E 2, մենք ստանում ենք.
(II.33)
(II.34)
Այստեղ C-ն որոշակի հաստատուն է: Ենթադրելով, որ C = 0, մենք ստանում ենք Arrhenius-ի հավասարումը, որտեղ E A-ն ակտիվացման էներգիան է.
Արտահայտության անորոշ ինտեգրումից հետո (II.35) մենք ստանում ենք Արենիուսի հավասարումը ինտեգրալ ձևով.
(II.36)
(II.37)
Բրինձ. 2.7.Քիմիական ռեակցիայի արագության հաստատունի լոգարիթմի կախվածությունը հակադարձ ջերմաստիճանից:
Այստեղ A-ն ինտեգրման հաստատունն է: (II.37) հավասարումից հեշտ է ցույց տալ նախաէքսպոնենցիալ Ա գործոնի ֆիզիկական նշանակությունը, որը հավասար է ռեակցիայի արագության հաստատունին դեպի անսահմանություն հակված ջերմաստիճանում: Ինչպես երևում է արտահայտությունից (II.36), արագության հաստատունի լոգարիթմը գծայինորեն կախված է հակադարձ ջերմաստիճանից (նկ. 2.7); Ակտիվացման էներգիայի մեծությունը E A և նախաէքսպոնենցիալ Ա գործոնի լոգարիթմը կարելի է որոշել գրաֆիկորեն (ուղիղ գծի թեքության անկյան շոշափումը աբսցիսայի առանցքին և օրդինատների առանցքի ուղիղ գծով կտրված հատվածը. )
Իմանալով ռեակցիայի ակտիվացման էներգիան և արագության հաստատունը ցանկացած ջերմաստիճանում T1, օգտագործելով Arrhenius հավասարումը, կարող եք հաշվարկել արագության հաստատունի արժեքը ցանկացած ջերմաստիճանում T2.
(II.39)
Ռեակցիայի արագության կախվածությունը ջերմաստիճանից մոտավորապես որոշվում է Վան Հոֆի էմպիրիկ կանոնով. Ջերմաստիճանի յուրաքանչյուր 10 աստիճան փոփոխության դեպքում ռեակցիաների մեծ մասի արագությունը փոխվում է 2-4 անգամ։
Մաթեմատիկորեն Վան Հոֆի կանոնն արտահայտվում է հետևյալ կերպ.
որտեղ v(T2) և v(T1) ռեակցիաների արագությունն են, համապատասխանաբար, T2 և T1 ջերմաստիճաններում (T2> T1);
γ-ռեակցիայի արագության ջերմաստիճանի գործակիցը:
γ-ի արժեքը էնդոթերմիկ ռեակցիայի համար ավելի բարձր է, քան էկզոթերմային: Շատ ռեակցիաների դեպքում γ-ը գտնվում է 2-4 միջակայքում:
γ արժեքի ֆիզիկական իմաստն այն է, որ այն ցույց է տալիս, թե քանի անգամ է փոխվում ռեակցիայի արագությունը յուրաքանչյուր 10 աստիճանի համար ջերմաստիճանի փոփոխության հետ:
Քանի որ քիմիական ռեակցիայի ռեակցիայի արագությունը և արագության հաստատունը ուղիղ համեմատական են, արտահայտությունը (3.6) հաճախ գրվում է հետևյալ ձևով.
(3.7)
որտեղ k(T2), k(T1) ռեակցիայի արագության հաստատուններ են, համապատասխանաբար
T2 և T1 ջերմաստիճաններում;
γ-ը ռեակցիայի արագության ջերմաստիճանի գործակիցն է:
Օրինակ 8.Քանի՞ աստիճան պետք է բարձրացնել ջերմաստիճանը, որպեսզի ռեակցիայի արագությունը 27 անգամ մեծանա: Ռեակցիայի ջերմաստիճանի գործակիցը 3 է։
Լուծում. Մենք օգտագործում ենք արտահայտությունը (3.6).
Մենք ստանում ենք՝ 27 = , = 3, DT = 30:
Պատասխան՝ 30 աստիճան:
Ռեակցիայի արագությունը և դրա առաջացման ժամանակը հակադարձ համեմատական են՝ որքան մեծ է v, այնքան ավելի շատ
պակաս, քան տ. Մաթեմատիկորեն դա արտահայտվում է կապով
Օրինակ 9. 293 Կ ջերմաստիճանում ռեակցիան ընթանում է 2 րոպեում։ Որքա՞ն ժամանակ կպահանջվի այս ռեակցիայի համար 273 Կ ջերմաստիճանում, եթե γ = 2:
Լուծում. Հավասարումը (3.8) ենթադրում է.
.
Մենք օգտագործում ենք հավասարումը (3.6), քանի որ 
Մենք ստանում ենք.
ր.
Պատասխան՝ 8 րոպե։
Վանտ Հոֆի կանոնը կիրառելի է սահմանափակ թվով քիմիական ռեակցիաների համար: Ջերմաստիճանի ազդեցությունը պրոցեսների արագության վրա հաճախ որոշվում է Արհենիուսի հավասարման միջոցով:
Արրենիուսի հավասարումը . 1889 թվականին շվեդ գիտնական S. Arre-1ius-ը, հիմնվելով փորձերի վրա, դուրս բերեց մի հավասարում, որը կոչվում է նրա անունով.
որտեղ k-ը ռեակցիայի արագության հաստատունն է.
k0 - նախնական էքսպոնենցիալ գործոն;
e-ը բնական լոգարիթմի հիմքն է.
Ea-ն հաստատուն է, որը կոչվում է ակտիվացման էներգիա, որը որոշվում է ռեակտիվների բնույթով.
R-ը գազի համընդհանուր հաստատունն է, որը հավասար է 8,314 Ջ/մոլ×Կ:
Քիմիական ռեակցիաների համար Ea արժեքները տատանվում են 4-ից 400 կՋ/մոլ:
Շատ ռեակցիաներ բնութագրվում են որոշակի էներգետիկ արգելքով: Այն հաղթահարելու համար անհրաժեշտ է ակտիվացման էներգիա՝ որոշակի ավելորդ էներգիա (համեմատած տվյալ ջերմաստիճանում մոլեկուլների վնասակար էներգիայի հետ), որը պետք է ունենան մոլեկուլները, որպեսզի դրանց բախումն արդյունավետ լինի, այսինքն՝ հանգեցնի նորի ձևավորմանը։ նյութ. Ջերմաստիճանի բարձրացման հետ ակտիվ մոլեկուլների քանակն արագորեն ավելանում է, ինչը հանգեցնում է ռեակցիայի արագության կտրուկ աճի։
Ընդհանուր առմամբ, եթե ռեակցիայի ջերմաստիճանը փոխվում է T1-ից T2, ապա լոգարիթմից հետո (3.9) հավասարումը ստանում է ձև.
. (3.10)
Այս հավասարումը թույլ է տալիս հաշվարկել ռեակցիայի ակտիվացման էներգիան, երբ ջերմաստիճանը փոխվում է T1-ից T2:
Քիմիական ռեակցիաների արագությունը մեծանում է կատալիզատորի առկայության դեպքում: Կատալիզատորի ազդեցությունը կայանում է նրանում, որ այն ռեագենտների հետ առաջացնում է անկայուն միջանկյալ միացություններ (ակտիվացված կոմպլեքսներ), որոնց տարրալուծումը հանգեցնում է ռեակցիայի արտադրանքի առաջացմանը։ Այս դեպքում ակտիվացման էներգիան նվազում է, և ակտիվանում են այն մոլեկուլները, որոնց էներգիան անբավարար էր ռեակցիան իրականացնելու համար կատալիզատորի բացակայության դեպքում։ Արդյունքում ակտիվ մոլեկուլների ընդհանուր թիվը մեծանում է, իսկ ռեակցիայի արագությունը մեծանում է։
Կատալիզատորի առկայության դեպքում ռեակցիայի արագության փոփոխությունն արտահայտվում է հետևյալ հավասարմամբ.
, (3.11)
որտեղ vcat և Ea(cat) քիմիական ռեակցիայի արագությունն ու ակտիվացման էներգիան են կատալիզատորի առկայության դեպքում.
v-ն և Ea-ն առանց կատալիզատորի քիմիական ռեակցիայի արագությունն ու ակտիվացման էներգիան են:
Օրինակ 10. Կատալիզատորի բացակայության դեպքում որոշակի ռեակցիայի ակտիվացման էներգիան 75,24 կՋ/մոլ է, կատալիզատորի դեպքում՝ 50,14 կՋ/մոլ։ Քանի՞ անգամ է մեծանում ռեակցիայի արագությունը կատալիզատորի առկայության դեպքում, եթե ռեակցիան տեղի է ունենում 298 Կ ջերմաստիճանում: Լուծում. Օգտագործենք (3.11) հավասարումը. Տվյալների փոխարինում հավասարման մեջ
6070104 «Ծովային և գետային տրանսպորտ» ուղղության ուսանողների համար.
մասնագիտություններ
«Նավերի էլեկտրական սարքավորումների և ավտոմատացման սարքավորումների շահագործում»,
ուղղություններ 6.050702 «Էլեկտրամեխանիկա» մասնագիտ
«Տրանսպորտային միջոցների էլեկտրական համակարգեր և համալիրներ»,
«Էլեկտրամեխանիկական ավտոմատացման համակարգեր և էլեկտրական շարժիչ»
լրիվ դրույքով և կես դրույքով կրթության ձևերը
Շրջանառություն_____ օրինակ Ստորագրված է հրապարակման _____________:
Պատվերի թիվ________. Ծավալ 1.08 p.l.
«Կերչի պետական ծովային տեխնոլոգիական համալսարան» հրատարակչություն
98309 Կերչ, Օրջոնիկիձե, 82.
Վանտ Հոֆի կանոնը. Արրենիուսի հավասարումը.
Համաձայն Վան Հոֆի հիմնական կանոնի, որը ձևակերպվել է մոտ 1880 թվականին, ռեակցիաների մեծ մասի արագությունը 2-4 անգամ ավելանում է 10 աստիճանով ջերմաստիճանի բարձրացման դեպքում, եթե ռեակցիան իրականացվում է սենյակային ջերմաստիճանին մոտ: Օրինակ՝ գազային ազոտի օքսիդի (V) կիսամյակը 35°C-ում կազմում է մոտ 85 րոպե, 45°C-ում՝ մոտ 22 րոպե։ իսկ 55°C-ում` մոտ 8 րոպե:
Մենք արդեն գիտենք, որ ցանկացած հաստատուն ջերմաստիճանում ռեակցիայի արագությունը նկարագրվում է էմպիրիկ կինետիկ հավասարմամբ, որը շատ դեպքերում (բացառությամբ շատ բարդ մեխանիզմով ռեակցիաների) արագության հաստատունի և ռեակտիվների կոնցենտրացիայի արդյունքն է. ռեակցիայի կարգը. Ռեակտիվների կոնցենտրացիաները գործնականում անկախ են ջերմաստիճանից, իսկ պատվերները, ինչպես ցույց է տալիս փորձը, նույնպես անկախ են։ Հետևաբար արագության հաստատունները պատասխանատու են ռեակցիայի արագության կտրուկ կախվածության համար ջերմաստիճանից։ Սովորաբար բնութագրվում է արագության հաստատունի կախվածությունը ջերմաստիճանից ռեակցիայի արագության ջերմաստիճանի գործակիցը, որը արագության հաստատունների հարաբերակցությունն է 10 աստիճանով տարբերվող ջերմաստիճաններում
և որը, ըստ Վան Հոֆի կանոնի, մոտավորապես 2-4 է։
Փորձենք բացատրել ռեակցիայի արագության ջերմաստիճանի գործակիցների դիտարկված բարձր արժեքները՝ օգտագործելով գազային փուլում համասեռ ռեակցիայի օրինակը գազերի մոլեկուլային-կինետիկ տեսության տեսանկյունից: Որպեսզի փոխազդող գազերի մոլեկուլները փոխազդեն միմյանց հետ, անհրաժեշտ է դրանց բախումը, որի ժամանակ որոշ կապեր կոտրվում են, իսկ մյուսները ձևավորվում են, ինչի արդյունքում առաջանում է նոր մոլեկուլ՝ ռեակցիայի արտադրանքի մոլեկուլը։ Հետևաբար, ռեակցիայի արագությունը կախված է ռեակտիվ մոլեկուլների բախումների քանակից, իսկ բախումների քանակը, մասնավորապես, կախված է մոլեկուլների քաոսային ջերմային շարժման արագությունից։ Մոլեկուլների արագությունը և, համապատասխանաբար, բախումների քանակը մեծանում է ջերմաստիճանի հետ։ Այնուամենայնիվ, միայն մոլեկուլների արագության աճը չի բացատրում ջերմաստիճանի հետ ռեակցիաների արագության նման արագ աճը: Իրոք, գազերի մոլեկուլային կինետիկ տեսության համաձայն, մոլեկուլների միջին արագությունը համաչափ է բացարձակ ջերմաստիճանի քառակուսի արմատին, այսինքն՝ համակարգի ջերմաստիճանի 10 աստիճանով բարձրացման դեպքում, ասենք, 300-ից մինչև 310K, Մոլեկուլների միջին արագությունը կաճի միայն 310/300 = 1,02 անգամ՝ շատ ավելի քիչ, քան պահանջվում է Վանտ Հոֆի կանոնով:
Այսպիսով, ռեակցիայի արագության հաստատունների կախվածությունը ջերմաստիճանից չի կարող բացատրվել միայն բախումների քանակի ավելացմամբ։ Ակնհայտ է, որ այստեղ գործում է ևս մեկ կարևոր գործոն. Այն բացահայտելու համար դիմենք տարբեր ջերմաստիճաններում մեծ թվով մասնիկների վարքագծի ավելի մանրամասն վերլուծությանը։ Մինչ այժմ մենք խոսում էինք մոլեկուլների ջերմային շարժման միջին արագության և ջերմաստիճանի հետ դրա փոփոխության մասին, բայց եթե համակարգում մասնիկների թիվը մեծ է, ապա, ըստ վիճակագրության օրենքների, առանձին մասնիկներ կարող են արագություն ունենալ։ և, համապատասխանաբար, կինետիկ էներգիա, որը մեծ կամ փոքր չափով շեղվում է տվյալ ջերմաստիճանի միջին արժեքից։ Այս իրավիճակը պատկերված է Նկ. (3.2), որը
ցույց է տալիս, թե ինչպես են մասերը բաշխվում -
3.2. Մասնիկների բաշխումը կինետիկ էներգիայով տարբեր ջերմաստիճաններում.
2-T 2; 3-T 3; Թի cy կինետիկ էներգիայով որոշակի ջերմաստիճանում: Դիտարկենք, օրինակ, կորը 1, որը համապատասխանում է Ti ջերմաստիճանին: Համակարգի մասնիկների ընդհանուր թիվը (նշենք N 0) հավասար է կորի տակ գտնվող մակերեսին։ Մասնիկների առավելագույն քանակը, որը հավասար է Ni-ին, ունի ամենահավանական կինետիկ էներգիան E 1 տվյալ ջերմաստիճանի համար։ Այն մասնիկները, որոնց թիվը հավասար է E 1 ուղղահայացից աջ կողմում գտնվող կորի մակերեսին, կունենան ավելի մեծ էներգիա, իսկ ուղղահայացից ձախ հատվածը համապատասխանում է E-ից փոքր էներգիա ունեցող մասնիկներին: Որքան շատ է կինետիկ էներգիան տարբերվում միջինից, այնքան քիչ մասնիկներ ունեն այն։ Եկեք ընտրենք, օրինակ, որոշ էներգիա E a, ավելի մեծ, քան E 1): Ti ջերմաստիճանում մասնիկների թիվը, որոնց էներգիան գերազանցում է E a արժեքը, մասնիկների ընդհանուր թվի միայն մի փոքր մասն է. սա ուղղահայաց E a-ից աջ 1 կորի տակ գտնվող սևացած տարածքն է: Այնուամենայնիվ, T 2 ավելի բարձր ջերմաստիճանի դեպքում ավելի շատ մասնիկներ արդեն ունեն E a-ն գերազանցող էներգիա (կոր 2), իսկ ջերմաստիճանի հետագա աճով մինչև T 3 (կոր 3), E a էներգիան պարզվում է, որ մոտ է միջինին: , և կինետիկ էներգիայի նման պաշարն արդեն կունենա բոլոր մոլեկուլների մոտ կեսը։ Ռեակցիայի արագությունը որոշվում է ոչ թե միավոր ժամանակում մոլեկուլների բախումների ընդհանուր քանակով, այլ դրա այն մասով, որին մասնակցում են մոլեկուլներ, որոնց կինետիկ էներգիան գերազանցում է որոշակի սահմանը E a, որը կոչվում է ռեակցիայի ակտիվացման էներգիա։ . Սա միանգամայն հասկանալի է դառնում, եթե հիշենք, որ տարրական ռեակցիայի հաջող առաջացման համար անհրաժեշտ է, որ բախման ժամանակ հին կապերը կոտրվեն և պայմաններ ստեղծվեն նորերի ձևավորման համար։ Իհարկե, դրա համար անհրաժեշտ է էներգիա ծախսել. բախվող մասնիկները պետք է ունենան դրա բավարար պաշար: Շվեդ գիտնական Ս. Արրենիուսը պարզել է, որ ջերմաստիճանի բարձրացման հետ կապված ռեակցիաների մեծ մասի արագության աճը տեղի է ունենում ոչ գծային (ի տարբերություն Վանտ Հոֆի կանոնի): Արրենիուսը պարզել է, որ շատ դեպքերում ռեակցիայի արագության հաստատունը ենթարկվում է հավասարմանը LgK=lgA - , (3.14) որը կոչվում էր Արրենիուսի հավասարումներ. E a - ակտիվացման էներգիա (տես ստորև) R-ը մոլային գազի հաստատուն է, որը հավասար է 8,314 J/mol0K, T - բացարձակ ջերմաստիճան A-ն մշտական կամ շատ քիչ ջերմաստիճանից կախված արժեք է: Այն կոչվում է հաճախականության գործոն, քանի որ այն կապված է մոլեկուլային բախումների հաճախականության և հավանականության հետ, որ բախումը տեղի է ունենում, երբ մոլեկուլները կողմնորոշվում են ռեակցիայի համար բարենպաստ ձևով: Ինչպես երևում է (3.14-ից), ակտիվացման էներգիայի աճով E a արագության հաստատունը TO
նվազում է. Հետևաբար, ռեակցիայի արագությունը նվազում է, քանի որ դրա էներգետիկ արգելքը մեծանում է (տես ստորև): Տոմս թիվ 2 1) ԱՆՕՐԳԱՆԱԿԱՆ ՄԻԱՑՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐԻ ՀԻՄՆԱԿԱՆ ԴԱՍԵՐԸ՝ հիմքեր, օքսիդներ, թթուներ, աղեր. 2) Բե – բերիլիում. Քիմիական հատկություններ.բերիլիումը համեմատաբար քիչ ռեակտիվ է սենյակային ջերմաստիճանում: Իր կոմպակտ ձևով այն չի փոխազդում ջրի և գոլորշու հետ նույնիսկ կարմիր ջերմային ջերմաստիճանում և չի օքսիդանում օդով մինչև 600 °C: Բոցավառվելիս բերիլիումի փոշին վառվում է վառ բոցով, առաջացնելով օքսիդ և նիտրիդ։ Հալոգենները փոխազդում են բերիլիումի հետ 600 °C-ից բարձր ջերմաստիճանում, իսկ քալկոգենները պահանջում են նույնիսկ ավելի բարձր ջերմաստիճան։ Ֆիզիկական հատկություններ:Բերիլիումը համեմատաբար կարծր, բայց փխրուն արծաթասպիտակ մետաղ է։ Ունի առաձգականության բարձր մոդուլ՝ 300 ԳՊա (պողպատների համար՝ 200-210 ԳՊա)։ Օդում այն ակտիվորեն ծածկված է կայուն օքսիդ թաղանթով Մագնեզիում (Mg): Ֆիզիկական հատկություններ:Մագնեզիումը արծաթ-սպիտակ մետաղ է՝ վեցանկյուն վանդակով, տիեզերական խումբ P 63/մմկ, վանդակի պարամետրերը a = 0,32029 նմ, c = 0,52000 նմ, Z = 2։ Նորմալ պայմաններում մագնեզիումի մակերեսը ծածկված է դիմացկուն պաշտպանիչ թաղանթով։ մագնեզիումի օքսիդ MgO, որը քայքայվում է, երբ տաքացվում է օդում մինչև մոտավորապես 600 °C, որից հետո մետաղը այրվում է կուրացնող սպիտակ կրակով և ձևավորում մագնեզիումի օքսիդ և նիտրիդ Mg3N2: Քիմիական հատկություններ.Փոշի մագնեզիումի խառնուրդ կալիումի պերմանգանատ KMnO4 - պայթուցիկ Տաք մագնեզիումը արձագանքում է ջրի հետ. Mg (dec.) + H2O = MgO + H2; Ալկալիները չեն ազդում մագնեզիումի վրա, այն հեշտությամբ լուծվում է թթուներում՝ ազատելով ջրածինը. Mg + 2HCl = MgCl2 + H2; Օդում տաքացնելիս մագնեզիումը այրվում է՝ առաջացնելով օքսիդ, փոքր քանակությամբ նիտրիդ կարող է առաջանալ նաև ազոտի հետ. 2Mg + O2 = 2MgO; 3Mg + N2 = Mg3N2 Տոմս թիվ 3. Լուծելիություն- նյութի կարողությունը միատարր համակարգեր ձևավորելու այլ նյութերի հետ - լուծումներ, որոնցում նյութը գտնվում է առանձին ատոմների, իոնների, մոլեկուլների կամ մասնիկների տեսքով. Հագեցած լուծույթ- լուծույթ, որում լուծված նյութը տվյալ պայմաններում հասել է իր առավելագույն կոնցենտրացիայի և այլևս չի լուծվում: Այս նյութի նստվածքը հավասարակշռության մեջ է լուծված նյութի հետ: Չհագեցած լուծույթ- լուծույթ, որում լուծված նյութի կոնցենտրացիան ավելի փոքր է, քան հագեցած լուծույթում, և որում տվյալ պայմաններում կարող է լուծվել դրա մի մասը։ Գերհագեցած լուծումներ- լուծույթներ, որոնք բնութագրվում են նրանով, որ դրանցում լուծված նյութի պարունակությունը ավելի մեծ է, քան այն, որը համապատասխանում է տվյալ պայմաններում նրա նորմալ լուծելիությանը: Հենրիի օրենքը- օրենքը, համաձայն որի, հաստատուն ջերմաստիճանում գազի լուծելիությունը տվյալ հեղուկում ուղիղ համեմատական է լուծույթից բարձր այդ գազի ճնշմանը: Օրենքը հարմար է միայն իդեալական լուծումների և ցածր ճնշումների համար։ Հենրիի օրենքը սովորաբար գրված է հետևյալ կերպ. Որտեղ p-ը գազի մասնակի ճնշումն է լուծույթից բարձր, c-ն լուծույթում գազի կոնցենտրացիան մոլի մասնաբաժիններով է, k - Հենրիի գործակիցը. Արդյունահանում(ուշ լատիներեն extractio - արդյունահանում), արդյունահանում, հեղուկ կամ պինդ նյութերի խառնուրդի անջատման գործընթաց՝ սելեկտիվ լուծիչներով (արտահանիչներ)։ Տոմս թիվ 4. 1)Զանգվածային բաժինՍա լուծվող նյութի զանգվածի հարաբերակցությունն է լուծույթի ընդհանուր զանգվածին: Երկուական լուծման համար ω(x) = m(x) / (m(x) + m(s)) = m(x) / m որտեղ ω(x) X լուծված նյութի զանգվածային բաժինն է m(x) - լուծված նյութի զանգված X, g; m (s) - լուծիչի զանգված S, g; m = m(x) + m(s) - լուծույթի զանգված, գ. 2)Ալյումինե- Դ.Ի. Մենդելեևի քիմիական տարրերի պարբերական համակարգի երրորդ շրջանի երրորդ խմբի հիմնական ենթախմբի տարր՝ 13 ատոմային համարով։ Բնության մեջ գտնելը. Բնական ալյումինը գրեթե ամբողջությամբ բաղկացած է մեկ կայուն իզոտոպից՝ 27Al-ից, 26Al-ի հետքերով, ռադիոակտիվ իզոտոպ, որի կիսամյակը կազմում է 720000 տարի, որն արտադրվում է մթնոլորտում, երբ արգոնի միջուկները ռմբակոծվում են տիեզերական ճառագայթների պրոտոններով։ Անդորրագիր: Այն բաղկացած է Al2O3 ալյումինի օքսիդի լուծարումից Na3AlF6 հալած կրիոլիտում, որին հաջորդում է էլեկտրոլիզը՝ օգտագործելով սպառվող կոքս կամ գրաֆիտ էլեկտրոդներ: Արտադրության այս մեթոդը պահանջում է շատ էլեկտրաէներգիա, և, հետևաբար, հայտնի դարձավ միայն 20-րդ դարում: Ալյումինոթերմիա- մետաղների, ոչ մետաղների (ինչպես նաև համաձուլվածքների) արտադրության մեթոդ՝ դրանց օքսիդները մետաղական ալյումինով վերականգնելու միջոցով։ Տոմս թիվ 5. ՈՉ ԷԼԵԿՏՐՈԼԻՏՆԵՐԻ ԼՈՒԾՈՒՄՆԵՐ, երկուական կամ բազմաբաղադրիչ մոլ. համակարգեր, որոնց կազմը կարող է շարունակաբար փոխվել (առնվազն որոշակի սահմաններում): Ի տարբերություն էլեկտրոլիտների լուծույթների, ոչ էլեկտրոլիտների լուծույթները (մոլ. լուծույթները) որևէ նկատելի կոնցենտրացիաներում լիցքավորված մասնիկներ չեն պարունակում։ ոչ էլեկտրոլիտների լուծույթները կարող են լինել պինդ, հեղուկ և գազային: Ռաուլի առաջին օրենքը Ռաուլի առաջին օրենքը կապում է լուծույթից բարձր հագեցած գոլորշու ճնշումը դրա բաղադրության հետ. այն ձևակերպված է հետևյալ կերպ. Լուծույթի բաղադրիչի հագեցած գոլորշու մասնակի ճնշումն ուղիղ համեմատական է լուծույթում առկա նրա մոլային բաժնին, ընդ որում համաչափության գործակիցը հավասար է մաքուր բաղադրիչից բարձր հագեցած գոլորշու ճնշմանը: Ռաուլի երկրորդ օրենքը Այն փաստը, որ լուծույթի վերևում գտնվող գոլորշու ճնշումը տարբերվում է մաքուր լուծիչից բարձր գոլորշու ճնշումից, էականորեն ազդում է բյուրեղացման և եռման գործընթացների վրա: Ռաուլի առաջին օրենքից բխում են երկու հետևանք՝ կապված լուծույթների սառեցման կետի նվազման և եռման կետի բարձրացման հետ, որոնք իրենց համակցված ձևով հայտնի են որպես Ռաուլտի երկրորդ օրենք։ Կրիոսկոպիա(հունարեն kryos - սառը և scopeo - ես նայում եմ) - լուծույթի սառեցման կետի նվազման չափում մաքուր լուծիչի համեմատ: Վանտ Հոֆի կանոն. Ջերմաստիճանի յուրաքանչյուր 10 աստիճան բարձրացման դեպքում միատարր տարրական ռեակցիայի արագության հաստատունը երկուսից չորս անգամ ավելանում է։ Ջրի կարծրություն- ջրի քիմիական և ֆիզիկական հատկությունների մի շարք, որոնք կապված են հողալկալիական մետաղների, հիմնականում կալցիումի և մագնեզիումի լուծված աղերի պարունակության հետ: Տոմս թիվ 6. ԷԼԵԿՏՐՈԼԻՏ ԼՈՒԾՈՒՄՆԵՐ,պարունակում են իոն-կատիոնների և անիոնների նկատելի կոնցենտրացիաներ, որոնք առաջացել են լուծված նյութի մոլեկուլների էլեկտրոլիտիկ տարանջատման արդյունքում։ Ուժեղ էլեկտրոլիտներ- քիմիական միացություններ, որոնց մոլեկուլները նոսր լուծույթներում գրեթե ամբողջությամբ տարանջատվում են իոնների: Թույլ էլեկտրոլիտներ- քիմիական միացություններ, որոնց մոլեկուլները, նույնիսկ խիստ նոսր լուծույթներում, ամբողջությամբ չեն տարանջատվում իոնների, որոնք դինամիկ հավասարակշռության մեջ են չդիսոցավորված մոլեկուլների հետ։ Էլեկտրոլիտիկ դիսոցացիա- էլեկտրոլիտի իոնների տարրալուծման գործընթացը, երբ այն լուծվում է բևեռային լուծիչում կամ հալման ժամանակ: Օստվալդի նոսրացման օրենքը- հարաբերություն, որն արտահայտում է երկուական թույլ էլեկտրոլիտի նոսր լուծույթի համարժեք էլեկտրական հաղորդունակության կախվածությունը լուծույթի կոնցենտրացիայից. Խումբ 4 P-տարրեր- ածխածին, սիլիցիում, գերմանիում, անագ և կապար: Տոմս թիվ 7. 1) Էլեկտրոլիտիկ դիսոցացիա- Սա նյութի տարրալուծումն է իոնների՝ բևեռային լուծիչի մոլեկուլների ազդեցության տակ։ pH = -lg. Բուֆերային լուծումներ– սրանք լուծույթներ են, երբ ավելացվում են թթուներ կամ ալկալիներ, որոնց pH-ը փոքր-ինչ փոխվում է: Կարբոնաթթվի ձևերը. 1) միջին աղեր (կարբոնատներ), 2) թթվային (ածխաջրածիններ). Կարբոնատները և հիդրոկարբոնատները ջերմորեն անկայուն են. CaCO3 = CaO + CO2^, Ca(HCO3)2 = CaCO3v + CO2^ + H2O: Նատրիումի կարբոնատը (սոդայի մոխիրը) քիմիական արդյունաբերության հիմնական արտադրանքներից է։ Ջրային լուծույթում այն հիդրոլիզվում է ըստ ռեակցիայի Na2CO3 > 2Na+ + CO3-2, CO3-2 + H+-OH- - HCO3- + OH-. Նատրիումի բիկարբոնատ (խմորի սոդա) – լայնորեն օգտագործվում է սննդի արդյունաբերության մեջ: Հիդրոլիզի շնորհիվ լուծույթն ունի նաև ալկալային միջավայր NaHCO3 > Na+ + HCO3-, HCO3- + H-OH - H2CO3 + OH-: Սոդա մոխիրը և խմելու սոդան փոխազդում են թթուների հետ Na2СО3 + 2НCl - 2NaСl + СО2^ + Н2О, 2Na+ + CO3-2 + 2H+ + 2Cl- - 2Na+ + 2Cl- + CO2^ + H2O, CO3-2 + 2H+ - CO2^ + H2O; NaHCO3 + CH3COOH - CH3COOHa + CO2^ + H2O, Na+ + HCO3- + CH3COOH - CH3COO- + Na+ + CO2^ + H2O, HCO3- + CH3COOH - CH3COO- + CO2^ + H2O: Տոմս թիվ 8. 1) _իոն-փոխանակում լուծույթներում. Na2CO3 + H2SO4 → Na2SO4 + CO2 +H2O 2Na + CO3 + 2H + SO4 → 2Na + SO4 + CO2 + H2O CO3 + 2H → CO2 + H2O Գազի էվոլյուցիայի դեպքում՝ Na2CO3 + 2HCl = CO2 + H2O + 2NaCl 2) Ազոտի քիմիական հատկությունները.Միայն այնպիսի ակտիվ մետաղների հետ, ինչպիսիք են լիթիումը, կալցիումը, մագնեզիումը, ազոտը փոխազդում է համեմատաբար ցածր ջերմաստիճանի տաքացման ժամանակ: Ազոտը փոխազդում է շատ այլ տարրերի հետ բարձր ջերմաստիճաններում և կատալիզատորների առկայության դեպքում: Լավ ուսումնասիրված են N2O, NO, N2O3, NO2 և N2O5 թթվածնով ազոտային միացությունները։ Ազոտի ֆիզիկական հատկությունները.Ազոտը մի փոքր ավելի թեթև է, քան օդը; խտությունը՝ 1,2506 կգ/մ3 (0°C և 101325 ն/մ2 կամ 760 մմ ս.ս.), հալման կետը՝ -209,86°C, եռմանը՝ -195,8°C։ Ազոտը հեղուկանում է դժվարությամբ. նրա կրիտիկական ջերմաստիճանը բավականին ցածր է (-147,1°C), իսկ կրիտիկական ճնշումը բարձր է, 3,39 ՄՆ/մ2 (34,6 կգֆ/սմ2); Հեղուկ ազոտի խտությունը 808 կգ/մ3 է։ Ազոտն ավելի քիչ է լուծվում ջրում, քան թթվածինը. 0°C ջերմաստիճանում 1 մ3 H2O-ում լուծվում է 23,3 գ ազոտ: Ազոտը որոշ ածխաջրածիններում ավելի լավ է լուծվում, քան ջրում։ Տոմս թիվ 9. Հիդրոլիզ (հունարենից հիդրո - ջուր, լիզ - տարրալուծում)նշանակում է նյութի տարրալուծում ջրով: Աղի հիդրոլիզը ջրի հետ աղի շրջելի փոխազդեցությունն է, որը հանգեցնում է թույլ էլեկտրոլիտի առաջացմանը: Ջուրը, չնայած փոքր չափով, տարանջատում է. H 2 O H + + OH – . Նատրիումի քլորիդ H2O H+ + OH–, Na+ + Cl– + H2O Na+ + Cl– + H+ + OH–, NaCl + H2O (առանց ռեակցիայի) Չեզոք Նատրիումի կարբոնատ + HOH + OH–, 2Na+ + + H2O + OH–, Na2CO3 + H2O NaHCO3 + NaOH ալկալային Ալյումինի քլորիդ Al3+ + HOH AlOH2+ + H+, Al3+ + 3Cl– + H2O AlՕH2+ + 2Cl– + H+ + Cl–, AlCl3 + H2O AlOHCl2 + HCl Թթու Ջերմաստիճանի ազդեցությունը մոլեկուլային բախումների քանակի վրա կարելի է ցույց տալ մոդելի միջոցով: Առաջին մոտավորմամբ ջերմաստիճանի ազդեցությունը ռեակցիայի արագության վրա որոշվում է վանտ Հոֆի կանոնով (ձևակերպվել է Ջ. Խ. վանտ Հոֆի կողմից՝ հիմնված բազմաթիվ ռեակցիաների փորձարարական ուսումնասիրության վրա). որտեղ g-ը ջերմաստիճանի գործակիցն է՝ վերցնելով արժեքները 2-ից 4-ը: Ռեակցիայի արագության ջերմաստիճանից կախվածության բացատրությունը տվել է Ս. Արրենիուսը։ Ռեակտիվ մոլեկուլների ոչ թե յուրաքանչյուր բախում է հանգեցնում ռեակցիայի, այլ միայն ամենաուժեղ բախումները:
Միայն կինետիկ էներգիայի ավելցուկ ունեցող մոլեկուլներն են ունակ քիմիական ռեակցիայի։ S. Arrhenius-ը հաշվարկել է արձագանքող մասնիկների ակտիվ (այսինքն՝ ռեակցիայի տանող) բախումների համամասնությունը a՝ կախված ջերմաստիճանից. - a = exp(-E/RT): և դուրս բերեց Արրենիուսի հավասարումըռեակցիայի արագության հաստատունի համար: որտեղ k o և E d կախված են ռեակտիվների բնույթից: E-ն այն էներգիան է, որը պետք է տրվի մոլեկուլներին, որպեսզի փոխազդեն, կոչվում է ակտիվացման էներգիա.
k = k o e -E/RT
