ქიმიური რეაქციები ხდება სხვადასხვა სიჩქარით: დაბალი სიჩქარით სტალაქტიტებისა და სტალაგმიტების წარმოქმნის დროს, საშუალო სიჩქარით საჭმლის მომზადებისას, მყისიერად აფეთქების დროს. რეაქციები ხდება ძალიან სწრაფად წყალხსნარებში.
ქიმიური რეაქციის სიჩქარის განსაზღვრა, ისევე როგორც მისი დამოკიდებულების გარკვევა პროცესის პირობებზე, არის ქიმიური კინეტიკა - დროთა განმავლობაში ქიმიური რეაქციების ნიმუშების მეცნიერება.
თუ ქიმიური რეაქციები ხდება ერთგვაროვან გარემოში, მაგალითად ხსნარში ან აირის ფაზაში, მაშინ რეაქციაში მყოფი ნივთიერებების ურთიერთქმედება ხდება მთელ მოცულობაში. ასეთ რეაქციებს ე.წ ერთგვაროვანი.
(v homog) განისაზღვრება, როგორც ნივთიერების ოდენობის ცვლილება დროის ერთეულზე ერთეულ მოცულობაზე:
სადაც Δn არის ერთი ნივთიერების მოლების რაოდენობის ცვლილება (ყველაზე ხშირად ორიგინალი, მაგრამ ის ასევე შეიძლება იყოს რეაქციის პროდუქტი); Δt - დროის ინტერვალი (s, min); V არის გაზის ან ხსნარის მოცულობა (ლ).
ვინაიდან ნივთიერების ოდენობის თანაფარდობა მოცულობასთან წარმოადგენს C მოლარულ კონცენტრაციას, მაშინ
ამრიგად, ერთგვაროვანი რეაქციის სიჩქარე განისაზღვრება, როგორც ერთი ნივთიერების კონცენტრაციის ცვლილება ერთეულ დროში:
თუ სისტემის მოცულობა არ იცვლება.
თუ რეაქცია ხდება აგრეგაციის სხვადასხვა მდგომარეობაში მყოფ ნივთიერებებს შორის (მაგალითად, მყარ და გაზს ან სითხეს შორის), ან ნივთიერებებს შორის, რომლებსაც არ შეუძლიათ ერთგვაროვანი გარემოს შექმნა (მაგალითად, შეურევ სითხეებს შორის), მაშინ ეს ხდება მხოლოდ ნივთიერებების საკონტაქტო ზედაპირი. ასეთ რეაქციებს ე.წ ჰეტეროგენული.
განისაზღვრება, როგორც ნივთიერების რაოდენობის ცვლილება ერთეულ დროს ერთეულ ზედაპირზე.
სადაც S არის ნივთიერებების კონტაქტის ზედაპირის ფართობი (მ 2, სმ 2).
ნივთიერების რაოდენობის ცვლილება, რომლითაც განისაზღვრება რეაქციის სიჩქარე, არის გარე ფაქტორი, რომელსაც აკვირდება მკვლევარი. ფაქტობრივად, ყველა პროცესი მიკრო დონეზე მიმდინარეობს. ცხადია, რომ ზოგიერთმა ნაწილაკმა რეაგირება მოახდინოს, ისინი ჯერ უნდა შეეჯახონ და ეფექტურად შეეჯახონ: ბურთებივით არ გაიფანტონ სხვადასხვა მიმართულებით, არამედ ისე, რომ „ძველი ბმები“ განადგურდეს ან დასუსტდეს ნაწილაკებში და „ახალმა“ შეძლოს. ფორმა.” და ამისთვის ნაწილაკებს საკმარისი ენერგია უნდა ჰქონდეთ.
გამოთვლილი მონაცემები აჩვენებს, რომ, მაგალითად, აირებში მოლეკულების შეჯახება ატმოსფერულ წნევაზე შეადგენს მილიარდებს წამში, ანუ ყველა რეაქცია უნდა მოხდეს მყისიერად. მაგრამ ეს ასე არ არის. გამოდის, რომ მოლეკულების მხოლოდ ძალიან მცირე ნაწილს აქვს საჭირო ენერგია ეფექტური შეჯახებამდე.
მინიმალური ჭარბი ენერგია, რომელიც ნაწილაკს (ან ნაწილაკთა წყვილს) უნდა ჰქონდეს ეფექტური შეჯახებისთვის, ე.წ. აქტივაციის ენერგიაეა.
ამრიგად, რეაქციაში შემავალი ყველა ნაწილაკის გზაზე არის ენერგეტიკული ბარიერი, რომელიც ტოლია აქტივაციის ენერგიის E a. როდესაც ის პატარაა, არსებობს მრავალი ნაწილაკი, რომელსაც შეუძლია მისი გადალახვა და რეაქციის სიჩქარე მაღალია. წინააღმდეგ შემთხვევაში, საჭიროა "ბიძგი". როდესაც ასანთს აანთებთ ალკოჰოლის ნათურას, თქვენ ანიჭებთ დამატებით ენერგიას E, რომელიც აუცილებელია ალკოჰოლის მოლეკულების ჟანგბადის მოლეკულებთან ეფექტური შეჯახებისთვის (ბარიერის გადალახვა).
ქიმიური რეაქციის სიჩქარე მრავალ ფაქტორზეა დამოკიდებული. მთავარია: რეაგენტების ბუნება და კონცენტრაცია, წნევა (რეაქციებში აირებთან ერთად), ტემპერატურა, კატალიზატორების მოქმედება და რეაგენტების ზედაპირი ჰეტეროგენული რეაქციების შემთხვევაში.
ტემპერატურა
ტემპერატურის მატებასთან ერთად, უმეტეს შემთხვევაში ქიმიური რეაქციის სიჩქარე მნიშვნელოვნად იზრდება. მე-19 საუკუნეში ჰოლანდიელმა ქიმიკოსმა J. X. van't Hoff-მა ჩამოაყალიბა წესი:
ტემპერატურის ყოველი 10 °C მატება იწვევს ტემპერატურის ზრდასრეაქციის სიჩქარე 2-4 ჯერ(ამ მნიშვნელობას ეწოდება რეაქციის ტემპერატურული კოეფიციენტი).
ტემპერატურის მატებასთან ერთად, მოლეკულების საშუალო სიჩქარე, მათი ენერგია და შეჯახების რაოდენობა ოდნავ იზრდება, მაგრამ მკვეთრად იზრდება "აქტიური" მოლეკულების წილი, რომლებიც მონაწილეობენ ეფექტურ შეჯახებაში, რომლებიც გადალახავენ რეაქციის ენერგეტიკულ ბარიერს. მათემატიკურად, ეს დამოკიდებულება გამოიხატება მიმართებით:
სადაც v t 1 და v t 2 არის რეაქციის სიჩქარე, შესაბამისად, საბოლოო t 2 და საწყისი t 1 ტემპერატურაზე, და γ არის რეაქციის სიჩქარის ტემპერატურული კოეფიციენტი, რომელიც აჩვენებს რამდენჯერ იზრდება რეაქციის სიჩქარე ყოველ 10 °C მატებასთან ერთად. ტემპერატურაზე.
თუმცა, რეაქციის სიჩქარის გასაზრდელად, ტემპერატურის გაზრდა ყოველთვის არ არის გამოსადეგი, რადგან საწყისმა ნივთიერებებმა შეიძლება დაიწყოს დაშლა, გამხსნელები ან თავად ნივთიერებები შეიძლება აორთქლდეს და ა.შ.
ენდოთერმული და ეგზოთერმული რეაქციები
ცნობილია, რომ მეთანის რეაქციას ატმოსფერულ ჟანგბადთან თან ახლავს დიდი რაოდენობით სითბოს გამოყოფა. ამიტომ მას ყოველდღიურ ცხოვრებაში იყენებენ სამზარეულოს, წყლის გასათბობად და გასათბობად. ბუნებრივი აირი, რომელიც მიეწოდება სახლებს მილებით, შედგება 98% მეთანისგან. კალციუმის ოქსიდის (CaO) რეაქცია წყალთან ასევე თან ახლავს დიდი რაოდენობით სითბოს გამოყოფას.
რაზე შეიძლება მიუთითებდეს ეს ფაქტები? როდესაც რეაქციის პროდუქტებში წარმოიქმნება ახალი ქიმიური ბმები, მეტიენერგია, ვიდრე საჭიროა რეაგენტებში ქიმიური ბმების გასატეხად. ჭარბი ენერგია გამოიყოფა სითბოს და ზოგჯერ სინათლის სახით.
CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O + Q (ენერგია (სინათლე, სითბო));
CaO + H 2 O = Ca (OH) 2 + Q (ენერგია (სითბო)).
ასეთი რეაქციები ადვილად უნდა მოხდეს (როგორც ქვა ადვილად გორავს დაღმართზე).
რეაქციებს, რომლებშიც ენერგია გამოიყოფა, ეწოდება ეგზოთერმული(ლათინური "exo"-დან - გარეთ).
მაგალითად, ბევრი რედოქსული რეაქცია ეგზოთერმულია. ერთ-ერთი ასეთი მშვენიერი რეაქციაა ინტრამოლეკულური ჟანგვის შემცირება, რომელიც ხდება იმავე მარილის შიგნით - ამონიუმის დიქრომატი (NH 4) 2 Cr 2 O 7:
(NH 4) 2 Cr 2 O 7 = N 2 + Cr 2 O 3 + 4 H 2 O + Q (ენერგია).
სხვა რამ არის საპასუხო რეაქცია. ისინი ანალოგიურია გორაზე ქვის გორებისა. CO 2-დან და წყლისგან მეთანის მიღება ჯერ კიდევ ვერ მოხერხდა და კალციუმის ჰიდროქსიდიდან Ca(OH) 2-დან ცოცხალი კირის CaO-ს მისაღებად საჭიროა ძლიერი გათბობა. ეს რეაქცია ხდება მხოლოდ ენერგიის მუდმივი ნაკადით გარედან:
Ca(OH) 2 = CaO + H 2 O - Q (ენერგია (სითბო))
ეს ვარაუდობს, რომ Ca(OH) 2-ში ქიმიური ბმების გაწყვეტა მოითხოვს უფრო მეტ ენერგიას, ვიდრე შეიძლება გამოთავისუფლდეს CaO და H 2 O მოლეკულებში ახალი ქიმიური ბმების წარმოქმნის დროს.
რეაქციებს, რომლებშიც ენერგია შეიწოვება, ეწოდება ენდოთერმული("ენდოდან" - შიგნით).
რეაგენტების კონცენტრაცია
წნევის ცვლილება, როდესაც რეაქციაში მონაწილეობენ აირისებრი ნივთიერებები, ასევე იწვევს ამ ნივთიერებების კონცენტრაციის ცვლილებას.
ნაწილაკებს შორის ქიმიური ურთიერთქმედება რომ მოხდეს, ისინი ეფექტურად უნდა შეეჯახონ. რაც უფრო მაღალია რეაგენტების კონცენტრაცია, მით მეტია შეჯახება და, შესაბამისად, უფრო მაღალია რეაქციის სიჩქარე. მაგალითად, აცეტილენი ძალიან სწრაფად იწვის სუფთა ჟანგბადში. ამ შემთხვევაში, იქმნება ლითონის დნობისთვის საკმარისი ტემპერატურა. დიდი რაოდენობით ექსპერიმენტული მასალის საფუძველზე, 1867 წელს ნორვეგიელებმა კ. გიულდენბერგმა და პ. ვააგმა და მათგან დამოუკიდებლად 1865 წელს, რუსმა მეცნიერმა ნ.ი. ბეკეტოვმა ჩამოაყალიბა ქიმიური კინეტიკის ძირითადი კანონი, რომელიც დაადგინა რეაქციის სიჩქარის დამოკიდებულება კონცენტრაციაზე. რეაქტიული ნივთიერებების.
ქიმიური რეაქციის სიჩქარე პროპორციულია რეაქტიული ნივთიერებების კონცენტრაციის პროდუქტის, მიღებული სიმძლავრით, რომელიც ტოლია მათი კოეფიციენტების რეაქციის განტოლებაში.
ამ კანონსაც ეძახიან მასობრივი მოქმედების კანონი.
რეაქციისთვის A + B = D, ეს კანონი გამოისახება შემდეგნაირად:
რეაქციისთვის 2A + B = D, ეს კანონი გამოისახება შემდეგნაირად:
აქ C A, C B არის A და B ნივთიერებების კონცენტრაციები (მოლ/ლ); k 1 და k 2 არის პროპორციულობის კოეფიციენტები, რომლებსაც რეაქციის სიჩქარის მუდმივები ეწოდება.
რეაქციის სიჩქარის მუდმივის ფიზიკური მნიშვნელობის დადგენა რთული არ არის - ის რიცხობრივად უდრის რეაქციის სიჩქარეს, რომელშიც რეაქტიული ნივთიერებების კონცენტრაცია არის 1 მოლ/ლ ან მათი პროდუქტი უდრის ერთიანობას. ამ შემთხვევაში, ცხადია, რომ რეაქციის სიჩქარის მუდმივი დამოკიდებულია მხოლოდ ტემპერატურაზე და არ არის დამოკიდებული ნივთიერებების კონცენტრაციაზე.
მასობრივი მოქმედების კანონი არ ითვალისწინებს რეაგენტების კონცენტრაციას მყარ მდგომარეობაში, რადგან ისინი რეაგირებენ ზედაპირებზე და მათი კონცენტრაცია ჩვეულებრივ მუდმივია.
მაგალითად, ნახშირის წვის რეაქციისთვის, რეაქციის სიჩქარის გამოხატულება უნდა დაიწეროს შემდეგნაირად:
ანუ, რეაქციის სიჩქარე მხოლოდ ჟანგბადის კონცენტრაციის პროპორციულია.
თუ რეაქციის განტოლება აღწერს მხოლოდ მთლიან ქიმიურ რეაქციას, რომელიც მიმდინარეობს რამდენიმე ეტაპად, მაშინ ასეთი რეაქციის სიჩქარე შეიძლება კომპლექსურად იყოს დამოკიდებული საწყისი ნივთიერებების კონცენტრაციაზე. ეს დამოკიდებულება განისაზღვრება ექსპერიმენტულად ან თეორიულად შემოთავაზებული რეაქციის მექანიზმის საფუძველზე.
კატალიზატორების მოქმედება
შესაძლებელია რეაქციის სიჩქარის გაზრდა სპეციალური ნივთიერებების გამოყენებით, რომლებიც ცვლიან რეაქციის მექანიზმს და მიმართავენ მას ენერგიულად უფრო ხელსაყრელ გზაზე დაბალი აქტივაციის ენერგიით. მათ უწოდებენ კატალიზატორებს (ლათინურიდან katalysis - განადგურება).
კატალიზატორი მოქმედებს როგორც გამოცდილი მეგზური, ხელმძღვანელობს ტურისტების ჯგუფს არა მთებში მაღალ უღელტეხილზე (მისი გადალახვა მოითხოვს დიდ ძალისხმევას და დროს და ყველასთვის მიუწვდომელია), არამედ მისთვის ცნობილი შემოვლითი ბილიკების გასწვრივ, რომლის გასწვრივაც მთის გადალახვა ბევრად უფრო მარტივად და სწრაფად შეიძლება.
მართალია, შემოვლითი მარშრუტის გამოყენებით შეგიძლიათ მოხვდეთ არა ზუსტად იქ, სადაც მთავარი უღელტეხილი მიდის. მაგრამ ზოგჯერ ეს არის ზუსტად ის, რაც საჭიროა! ზუსტად ასე მოქმედებს კატალიზატორები, რომლებსაც სელექციურს უწოდებენ. გასაგებია, რომ არ არის საჭირო ამიაკის და აზოტის დაწვა, მაგრამ აზოტის მჟავას წარმოებაში გამოიყენება აზოტის ოქსიდი (II).
კატალიზატორები- ეს არის ნივთიერებები, რომლებიც მონაწილეობენ ქიმიურ რეაქციაში და ცვლიან მის სიჩქარეს ან მიმართულებას, მაგრამ რეაქციის ბოლოს ისინი რაოდენობრივად და ხარისხობრივად უცვლელი რჩებიან.
ქიმიური რეაქციის სიჩქარის ან მისი მიმართულების შეცვლას კატალიზატორის გამოყენებით ეწოდება კატალიზი. კატალიზატორები ფართოდ გამოიყენება სხვადასხვა მრეწველობასა და ტრანსპორტში (კატალიზური გადამყვანები, რომლებიც ავტომობილის გამონაბოლქვი აირებიდან აზოტის ოქსიდებს უვნებელ აზოტად გარდაქმნიან).
არსებობს ორი სახის კატალიზი.
ჰომოგენური კატალიზი, რომელშიც კატალიზატორიც და რეაქტანტებიც აგრეგაციის ერთსა და იმავე მდგომარეობაში არიან (ფაზა).
ჰეტეროგენული კატალიზი, რომელშიც კატალიზატორი და რეაქტანტები სხვადასხვა ფაზაშია. მაგალითად, წყალბადის ზეჟანგის დაშლა მყარი მანგანუმის (IV) ოქსიდის კატალიზატორის თანდასწრებით:
თავად კატალიზატორი რეაქციის შედეგად არ მოიხმარება, მაგრამ თუ მის ზედაპირზე სხვა ნივთიერებები შეიწოვება (მათ კატალიზურ შხამებს უწოდებენ), მაშინ ზედაპირი უფუნქციო ხდება და საჭიროა კატალიზატორის რეგენერაცია. ამიტომ, კატალიზური რეაქციის განხორციელებამდე, საწყისი მასალები საფუძვლიანად იწმინდება.
მაგალითად, გოგირდმჟავას კონტაქტური მეთოდით წარმოებაში გამოიყენება მყარი კატალიზატორი - ვანადიუმის (V) ოქსიდი V 2 O 5:
მეთანოლის წარმოებაში გამოიყენება მყარი "თუთია-ქრომის" კატალიზატორი (8ZnO Cr 2 O 3 x CrO 3):
ბიოლოგიური კატალიზატორები - ფერმენტები - ძალიან ეფექტურად მუშაობენ. ქიმიური ბუნებით ისინი ცილები არიან. მათი წყალობით ცოცხალ ორგანიზმებში დაბალ ტემპერატურაზე რთული ქიმიური რეაქციები დიდი სიჩქარით მიმდინარეობს.
ცნობილია სხვა საინტერესო ნივთიერებები - ინჰიბიტორები (ლათინური inhibere-დან - დაგვიანებამდე). ისინი რეაგირებენ აქტიურ ნაწილაკებთან მაღალი სიჩქარით და წარმოქმნიან დაბალაქტიურ ნაერთებს. შედეგად, რეაქცია მკვეთრად შენელდება და შემდეგ ჩერდება. ინჰიბიტორები ხშირად სპეციალურად ემატება სხვადასხვა ნივთიერებებს არასასურველი პროცესების თავიდან ასაცილებლად.
მაგალითად, წყალბადის ზეჟანგის ხსნარები სტაბილიზდება ინჰიბიტორების გამოყენებით.
რეაქტიული ნივთიერებების ბუნება (მათი შემადგენლობა, სტრუქტურა)
მნიშვნელობა აქტივაციის ენერგიებიარის ფაქტორი, რომლის მეშვეობითაც ხდება რეაქტიული ნივთიერებების ბუნების გავლენა რეაქციის სიჩქარეზე.
თუ აქტივაციის ენერგია დაბალია (< 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.
თუ აქტივაციის ენერგია მაღალია(> 120 კჯ/მოლი), ეს ნიშნავს, რომ ურთიერთმოქმედ ნაწილაკებს შორის შეჯახების მხოლოდ მცირე ნაწილი იწვევს რეაქციას. ამიტომ ასეთი რეაქციის სიჩქარე ძალიან დაბალია. მაგალითად, ამიაკის სინთეზის რეაქციის პროგრესი ჩვეულებრივ ტემპერატურაზე თითქმის შეუძლებელია.
თუ ქიმიური რეაქციების აქტივაციის ენერგიებს აქვთ შუალედური მნიშვნელობები (40120 კჯ/მოლი), მაშინ ასეთი რეაქციების სიჩქარე იქნება საშუალო. ასეთ რეაქციებში შედის ნატრიუმის წყალთან ან ეთილის სპირტთან ურთიერთქმედება, ბრომის წყლის გაუფერულება ეთილენთან, თუთიის ურთიერთქმედება მარილმჟავასთან და ა.შ.
რეაქციაში მყოფი ნივთიერებების საკონტაქტო ზედაპირი
ნივთიერებების ზედაპირზე წარმოქმნილი რეაქციების სიჩქარე, ანუ ჰეტეროგენული, დამოკიდებულია ამ ზედაპირის თვისებებზე, სხვა თანაბარ პირობებში. ცნობილია, რომ ფხვნილი ცარცი მარილმჟავაში ბევრად უფრო სწრაფად იხსნება, ვიდრე თანაბარი წონის ცარცის ნაჭერი.
რეაქციის სიჩქარის ზრდა, პირველ რიგში, განპირობებულია საწყისი ნივთიერებების საკონტაქტო ზედაპირის გაზრდა, ისევე როგორც რიგი სხვა მიზეზები, მაგალითად, "სწორი" ბროლის გისოსის სტრუქტურის დარღვევა. ეს იწვევს იმ ფაქტს, რომ მიღებული მიკროკრისტალების ზედაპირზე არსებული ნაწილაკები ბევრად უფრო რეაქტიულია, ვიდრე იგივე ნაწილაკები "გლუვ" ზედაპირზე.
მრეწველობაში, ჰეტეროგენული რეაქციების განსახორციელებლად, გამოიყენება "თხევადი საწოლი" რეაქტიული ნივთიერებების საკონტაქტო ზედაპირის გასაზრდელად, საწყისი ნივთიერებების მიწოდებისა და პროდუქტების მოცილებისთვის. მაგალითად, გოგირდმჟავას წარმოებისას პირიტები იწვება "თხევადი კალაპოტის" გამოყენებით.
საცნობარო მასალა ტესტის ჩასატარებლად:
მენდელეევის ცხრილი
ხსნადობის ცხრილი
რეაქციის სიჩქარეზე წნევის გავლენა დამოკიდებულია შეკვეთარეაქციები. თუ ტემპერატურა უცვლელი რჩება და მოცემულია საწყისი აირის ნარევის შემადგენლობა, მაშინ თითოეული კონცენტრაციისთვის მდგომარეობის განტოლების გამოყენებით შეგვიძლია დავწეროთ: პ ა=aRმ თ, გვ ბ=bRმ თ. Აქ ა, ბ,…, არის მოლური კონცენტრაციები და პ ა, გვ ბ, ..., არის შესაბამისი გაზების ნაწილობრივი წნევა. თუ მოლების საერთო რაოდენობა ერთეულ მოცულობაზე არის ზ, მაშინ ზუსტად ისევე შეგვიძლია დავწეროთ გვ=zRმ თ, სად რ- ზოგადი წნევა. აქედან გამომდინარე, , ... და ა.შ. რაოდენობები... და ა.შ. არსებობს შედარებით მოცულობითი კონცენტრაციები. მათი აღნიშვნა ა, IN... და ა.შ., ვიღებთ: პ ა=აპ,
სად ; p b =Bp, .განვიხილოთ მონომოლეკულურიპროცესი აღწერილია განტოლებით:
ამ შემთხვევაში ნივთიერების ტრანსფორმაციის სიჩქარე პირდაპირპროპორციულია წნევისა: ~ გვ.
ამისთვის ბიმოლეკულურირეაქციები:
ანუ ~ გვ 2. შესაბამისად ამისთვის ტრიმოლეკულურირეაქციებს ვიღებთ:
სად კ- რეაქციის სიჩქარის მუდმივი.
2.2. აქტივაციის ენერგია. არენიუსის კანონი
რეაქტიული მოლეკულების ურთიერთშეჯახების რაოდენობა იზრდება ~, რაც ხელს უწყობს რეაქციის სიჩქარის ზრდას. მაგალითად, მრავალი რეაქციისთვის, ტემპერატურის მატება მხოლოდ 10°C-ით იწვევს სიჩქარის მუდმივობის ზრდას 2-4-ჯერ.
მაგალითი. წყალბადის იოდიდის ნახევარგამოყოფის პერიოდი 2HJ→H 2 +J 2 განტოლების მიხედვით. ზე თ = 373K ნახევარგამოყოფის პერიოდი 314000 წელია, თან თ=666K ის მცირდება 1.3 საათამდე და ზე თ=973K ტ 1/2 = 0.12 წმ.
არენიუსი: იმისათვის, რომ მოხდეს ქიმიური რეაქცია, აუცილებელია სტაბილური მოლეკულის შიდა ბმების წინასწარი შესუსტება ან გაწყვეტა, რისთვისაც გარკვეული რაოდენობის ენერგია უნდა დაიხარჯოს. ე . რაც უფრო დიდია შეჯახებული მოლეკულების თერმული ენერგია, მით მეტია შიდა ბმების გადაწყობის და ახალი მოლეკულების შექმნის ალბათობა. ზე ე= const რეაქციით დამთავრებული შეჯახების სიხშირე მნიშვნელოვნად გაიზრდება უფრო სწრაფად, ვიდრე .
ენერგეტიკული ბარიერის დასაძლევად საჭირო ენერგია, რომელიც ხელს უშლის მოლეკულების მოახლოებას და რეაქციის პროდუქტების წარმოქმნას, ე.წ. აქტივაციის ენერგია E ა. ამრიგად, ქიმიური რეაქციის ელემენტარული მოქმედება ხდება მხოლოდ იმ მოლეკულების შეჯახების დროს, რომელთა კინეტიკური ენერგია უფრო დიდია. ე ა.
აქტივაციის ენერგია ე აჩვეულებრივ უფრო მაღალია, ვიდრე მოლეკულების თერმული მოძრაობის საშუალო ენერგია. რაც უფრო დაბალია აქტივაციის ენერგია, მით უფრო ხშირად მოხდება მოლეკულების შეჯახება, რაც იწვევს რეაქციის პროდუქტების წარმოქმნას და მით უფრო მაღალი იქნება ქიმიური რეაქციის სიჩქარე. Მომატება თიწვევს ჭარბი ენერგიის მქონე მოლეკულების რაოდენობის ზრდას ე ა. ამით აიხსნება ქიმიური რეაქციის სიჩქარის ზრდა ტემპერატურის მატებასთან ერთად (ნახ. 2.1).
ბრინჯი. 2.1. წვის სითბო ქდა აქტივაციის ენერგია ე=uმაქს - u 1
უმარტივეს შემთხვევებში, ქიმიური რეაქციების სიჩქარის მუდმივები შეიძლება განისაზღვროს მოლეკულური კინეტიკური თეორიის ზოგადი ურთიერთობების საფუძველზე (იხილეთ, მაგალითად,).
მოდით აღვნიშნოთ p Aდა p in A და B მოლეკულების რაოდენობა 1 სმ 3-ში . რეაქციის სიჩქარე რიცხვის ტოლი იქნება ზ A და B მოლეკულების ასეთი შეჯახება დროის ერთეულზე, რომლის ენერგია აქტივაციის ენერგიაზე მეტია ე . იდეალური გაზისთვის ზგანისაზღვრება მაქსველ-ბოლცმანის ენერგიის განაწილების კანონის საფუძველზე:
აქ არის შეჯახებული მოლეკულების საშუალო ეფექტური დიამეტრი, არის შემცირებული მოლეკულური წონა, რმ = 8.315∙10 7 erg/deg - უნივერსალური აირის მუდმივი, m A, m B - მოლეკულური წონა.
უმეტეს შემთხვევაში, ექსპერიმენტული მნიშვნელობები მნიშვნელოვნად ნაკლებია, ვიდრე თეორიული. მაშასადამე, საანგარიშო ფორმულაში შედის ეგრეთ წოდებული ალბათური ან სტერული კოეფიციენტი. რ. შედეგად, ბიმოლეკულური რეაქციის სიჩქარის გამოთვლის ფორმულა ე.წ არენიუსის ფორმულა, იღებს შემდეგ ფორმას:
მიღებული ფორმულის (2.8) განტოლებასთან შედარებით მეორე რიგის რეაქციებისთვის, ჩვენ შეგვიძლია მივიღოთ გამოხატულება ამ რეაქციის სიჩქარის მუდმივისთვის:
ტემპერატურის ძლიერი გავლენა რეაქციის სიჩქარეზე ძირითადად მიეკუთვნება არენიუსის ფაქტორს. ამიტომ, მიახლოებითი გამოთვლებით, პრე-ექსპონენციალური ფაქტორი ხშირად მიიღება T-სგან დამოუკიდებლად.
ფორმულის (2.12) ანალიზი აჩვენებს, რომ T-ის მატებასთან ერთად, W-ის ზრდის ტემპი ჯერ იზრდება, აღწევს გარკვეულ მაქსიმალურ მნიშვნელობას და შემდეგ მცირდება; სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, W წინააღმდეგ T მრუდს აქვს გადახრის წერტილი. W-ის მეორე წარმოებულს T-სთან მიმართებაში ნულამდე გავუთანაბრებთ, ვპოულობთ შებრუნების წერტილის შესაბამის ტემპერატურას:
ადვილი მისახვედრია, რომ ეს ტემპერატურა საკმაოდ მაღალია. მაგალითად, E = 20000 cal/(g-mol) T p = 5000 K. რიცხვითი გამოთვლებისთვის ფორმულის (2.12) გამოყენებისას მხედველობაში უნდა იქნას მიღებული მასში შემავალი რაოდენობების ზომები.
ფორმულა (2.12) შეიძლება დაიწეროს შემდეგნაირად:
სად არის წინასწარი ექსპონენციალური ფაქტორი, ე.ი. შეჯახების საერთო რაოდენობა n A =n B =1 მოლეკულა/სმ 3-ზე. ხანდახან რასევე შედის წინასწარ ექსპონენციალურ ფაქტორში.
რეაქციის სიჩქარის რიგის სავარაუდო გამოთვლებისთვის მნიშვნელობა კ 0 შეიძლება მივიღოთ ტემპერატურაზე თ=300K უდრის 10 -10 სმ 3 /(მოლეკულა∙წმ) (d საშუალო "4∙10 -8 და m A =m B"30).
ქიმიური რეაქციის სიჩქარეუდრის ნივთიერების რაოდენობის ცვლილებას დროის ერთეულში რეაქციის სივრცის ერთეულში.ქიმიური რეაქციის სახეობიდან გამომდინარე (ჰომოგენური ან ჰეტეროგენული) იცვლება რეაქციის სივრცის ბუნება. რეაქციის სივრცეს ჩვეულებრივ უწოდებენ იმ ადგილს, რომელშიც ლოკალიზებულია ქიმიური პროცესი: მოცულობა (V), ფართობი (S).
ერთგვაროვანი რეაქციების რეაქციის სივრცე არის რეაგენტებით სავსე მოცულობა. ვინაიდან ნივთიერების რაოდენობის შეფარდებას ერთეულ მოცულობასთან ეწოდება კონცენტრაცია (c), ერთგვაროვანი რეაქციის სიჩქარე უდრის საწყისი ნივთიერებების ან რეაქციის პროდუქტების კონცენტრაციის ცვლილებას დროთა განმავლობაში. არსებობს საშუალო და მყისიერი რეაქციის სიჩქარე.
რეაქციის საშუალო სიჩქარეა:
სადაც c2 და c1 არის საწყისი ნივთიერებების კონცენტრაციები t2 და t1 დროს.
მინუს ნიშანი „-“ ამ გამოსახულებაში მოთავსებულია სიჩქარის პოვნისას რეაგენტების კონცენტრაციის ცვლილებით (ამ შემთხვევაში Dс< 0, так как со временем концентрации реагентов уменьшаются); концентрации продуктов со временем нарастают, и в этом случае используется знак плюс «+».
რეაქციის სიჩქარე მოცემულ დროს ან მყისიერი (ჭეშმარიტი) რეაქციის სიჩქარე v უდრის:
რეაქციის სიჩქარე SI-ში აქვს ერთეული [mol×m-3×s-1], სხვა სიდიდის ერთეულები [mol×l-1×s-1], [mol×cm-3 ×s-1], [mol ×სმ –Z×წთ-1].
ჰეტეროგენული ქიმიური რეაქციის სიჩქარე vეწოდება რეაგენტის რაოდენობის ცვლილება (Dn) დროის ერთეულზე (Dt) ერთეულ ინტერფეისის ფართობზე (S) და განისაზღვრება ფორმულით:
ან წარმოებულის მეშვეობით:
ჰეტეროგენული რეაქციის სიჩქარის ერთეულია mol/m2 ×s.
მაგალითი 1. ქლორი და წყალბადი შერეული იყო ჭურჭელში. ნარევი გაცხელდა. 5 წამის შემდეგ წყალბადის ქლორიდის კონცენტრაცია ჭურჭელში გახდა 0,05 მოლ/დმ3. განსაზღვრეთ წყალბადის ქლორიდის წარმოქმნის საშუალო სიჩქარე (მოლ/დმ3 წმ).
გამოსავალი. ჩვენ განვსაზღვრავთ წყალბადის ქლორიდის კონცენტრაციის ცვლილებას ჭურჭელში რეაქციის დაწყებიდან 5 წმ.
სადაც c2, c1 არის HCl-ის საბოლოო და საწყისი მოლური კონცენტრაციები.
Dc (HCl) = 0,05 - 0 = 0,05 მოლი/დმ3.
გამოვთვალოთ წყალბადის ქლორიდის წარმოქმნის საშუალო სიჩქარე განტოლების (3.1) გამოყენებით:
პასუხი: 7 = 0,01 მოლი/დმ3 ×წმ.
მაგალითი 2. 3 დმ3 მოცულობის ჭურჭელში ხდება შემდეგი რეაქცია:
C2H2 + 2H2®C2H6.
წყალბადის საწყისი მასა რეაქციის დაწყებიდან 1 გ.2 წმ, წყალბადის მასა ხდება 0,4გრ.განისაზღვრეთ C2H6-ის წარმოქმნის საშუალო სიჩქარე (მოლ/დმ"×წმ).
გამოსავალი. წყალბადის მასა, რომელიც შევიდა რეაქციაში (mpror (H2)) უდრის სხვაობას წყალბადის საწყის მასას (miout (H2)) და ურეაქციო წყალბადის საბოლოო მასას (tk (H2)) შორის:
თპრორ.(H2)= ტისხ(H2)-მკ(H2); tpror (H2) = 1-0.4 = 0.6 გ.
მოდით გამოვთვალოთ წყალბადის რაოდენობა:
= 0,3 მოლი.
განსაზღვრეთ წარმოქმნილი C2H6 რაოდენობა:
განტოლების მიხედვით: 2 მოლიდან H2 ® წარმოიქმნება 1 მოლი C2H6;
პირობის მიხედვით: 0,3 მოლი H2-დან წარმოიქმნება ® x მოლი C2H6.
n(C2H6) = 0,15 მოლი.
ჩვენ ვიანგარიშებთ წარმოქმნილი C2H6 კონცენტრაციას:
ჩვენ ვპოულობთ ცვლილებას C2H6 კონცენტრაციაში:
0,05-0 = 0,05 მოლ/დმ3. გამოვთვალოთ C2H6-ის წარმოქმნის საშუალო სიჩქარე განტოლების (3.1) გამოყენებით:
პასუხი: =0,025 მოლი/დმ3 ×წმ.
ქიმიური რეაქციის სიჩქარეზე მოქმედი ფაქტორები . ქიმიური რეაქციის სიჩქარე განისაზღვრება შემდეგი ძირითადი ფაქტორებით:
1) რეაქტიული ნივთიერებების ბუნება (აქტივაციის ენერგია);
2) რეაქტიული ნივთიერებების კონცენტრაცია (მასობრივი მოქმედების კანონი);
3) ტემპერატურა (ვან ჰოფის წესი);
4) კატალიზატორების არსებობა (აქტივაციის ენერგია);
5) წნევა (რეაქცია, რომელიც მოიცავს აირებს);
6) დაფქვის ხარისხი (რეაქცია, რომელშიც შედის მყარი ნივთიერებები);
7) გამოსხივების ტიპი (ხილული, UV, IR, რენტგენი).
ქიმიური რეაქციის სიჩქარის დამოკიდებულება კონცენტრაციაზე გამოიხატება ქიმიური კინეტიკის ძირითადი კანონით - მასის მოქმედების კანონით.
მასობრივი მოქმედების კანონი . 1865 წელს, პროფესორმა ნ.ნ.ბეკეტოვმა პირველად წამოაყენა ჰიპოთეზა რეაქტიული ნივთიერებების მასებსა და რეაქციის დროს შორის რაოდენობრივი ურთიერთობის შესახებ: ”...მიზიდულობა პროპორციულია მოქმედი მასების პროდუქტის”. ეს ჰიპოთეზა დადასტურდა მასობრივი მოქმედების კანონში, რომელიც დაადგინეს 1867 წელს ორმა ნორვეგიელმა ქიმიკოსმა კ.მ. გულდბერგმა და პ. ვააგმა. მასობრივი მოქმედების კანონის თანამედროვე ფორმულირება ასეთია: მუდმივ ტემპერატურაზე, ქიმიური რეაქციის სიჩქარე პირდაპირპროპორციულია რეაქტიული ნივთიერებების კონცენტრაციის პროდუქტის, მიღებული სიმძლავრით, რომელიც ტოლია რეაქციის განტოლებაში სტოქიომეტრული კოეფიციენტების.
რეაქციისთვის aA + bB = tM + nN, მასის მოქმედების კანონის კინეტიკური განტოლება აქვს ფორმა:
, (3.5)
სად არის რეაქციის სიჩქარე;
კ- პროპორციულობის კოეფიციენტი, რომელსაც ეწოდება ქიმიური რეაქციის სიჩქარის მუდმივი (at = 1 mol/dm3 k რიცხობრივად ტოლია); - რეაქციაში მონაწილე რეაგენტების კონცენტრაცია.
ქიმიური რეაქციის სიჩქარის მუდმივი არ არის დამოკიდებული რეაგენტების კონცენტრაციაზე, მაგრამ განისაზღვრება რეაქტიული ნივთიერებების ბუნებით და რეაქციის პირობებით (ტემპერატურა, კატალიზატორის არსებობა). კონკრეტული რეაქციისთვის, რომელიც ხდება მოცემულ პირობებში, სიჩქარის მუდმივი არის მუდმივი მნიშვნელობა.
მაგალითი 3.დაწერეთ მასის მოქმედების კანონის კინეტიკური განტოლება რეაქციისთვის:
2NO (გ) + C12 (გ) = 2NOCl (გ).
გამოსავალი. ამ ქიმიური რეაქციის განტოლებას (3.5) აქვს შემდეგი ფორმა:
.
ჰეტეროგენული ქიმიური რეაქციებისთვის, მასის მოქმედების კანონის განტოლება მოიცავს მხოლოდ იმ ნივთიერებების კონცენტრაციებს, რომლებიც არიან აირის ან თხევადი ფაზაში. ნივთიერების კონცენტრაცია მყარ ფაზაში ჩვეულებრივ მუდმივია და შედის სიჩქარის მუდმივში.
მაგალითი 4.დაწერეთ მასის მოქმედების კანონის კინეტიკური განტოლება რეაქციებისთვის:
ა)4Fe(s) + 3O2(g) = 2Fe2O3(s);
ბ) CaCO3 (s) = CaO (s) + CO2 (g).
გამოსავალი. განტოლებას (3.5) ამ რეაქციებისთვის ექნება შემდეგი ფორმა:
ვინაიდან კალციუმის კარბონატი არის მყარი ნივთიერება, რომლის კონცენტრაცია არ იცვლება რეაქციის დროს, ანუ ამ შემთხვევაში რეაქციის სიჩქარე გარკვეულ ტემპერატურაზე მუდმივია.
მაგალითი 5.რამდენჯერ გაიზრდება ჟანგბადთან აზოტის ოქსიდის (II) დაჟანგვის რეაქციის სიჩქარე, თუ რეაგენტების კონცენტრაცია გაორმაგდება?
გამოსავალი. ჩვენ ვწერთ რეაქციის განტოლებას:
2NO + O2= 2NO2.
ავღნიშნოთ რეაგენტების საწყისი და საბოლოო კონცენტრაციები შესაბამისად c1(NO), cl(O2) და c2(NO), c2(O2). ანალოგიურად აღვნიშნავთ საწყის და საბოლოო რეაქციის სიჩქარეს: vt, v2. შემდეგ, განტოლების (3.5) გამოყენებით ვიღებთ:
.
პირობის მიხედვით, c2(NO) = 2c1 (NO), c2(O2) = 2c1(O2).
ვპოულობთ v2 =к2 ×2cl(O2).
იპოვეთ რამდენჯერ გაიზრდება რეაქციის სიჩქარე:
პასუხი: 8-ჯერ.
ზეწოლის ეფექტი ქიმიური რეაქციის სიჩქარეზე ყველაზე მნიშვნელოვანია აირებთან დაკავშირებული პროცესებისთვის. როდესაც წნევა იცვლება n-ჯერ, მოცულობა მცირდება და კონცენტრაცია იზრდება n-ჯერ და პირიქით.
მაგალითი 6.რამდენჯერ გაიზრდება ქიმიური რეაქციის სიჩქარე A + B = C განტოლების მიხედვით მოქცეულ აირისებრ ნივთიერებებს შორის, თუ სისტემაში წნევა გაორმაგდება?
გამოსავალი. განტოლების (3.5) გამოყენებით, ჩვენ გამოვხატავთ რეაქციის სიჩქარეს წნევის გაზრდამდე:
.
წნევის გაზრდის შემდეგ კინეტიკური განტოლება ექნება შემდეგი ფორმა:
.
როდესაც წნევა იზრდება 2-ჯერ, აირის ნარევის მოცულობა ბოილ-მარიოტის კანონის მიხედვით (рУ = const) ასევე 2-ჯერ შემცირდება. შესაბამისად, ნივთიერებების კონცენტრაცია გაიზრდება 2-ჯერ.
ამრიგად, c2 (A) = 2c1 (A), c2 (B) = 2c1 (B). მერე
ჩვენ განვსაზღვრავთ რამდენჯერ გაიზრდება რეაქციის სიჩქარე წნევის მატებასთან ერთად.
ცხოვრებაში ვხვდებით სხვადასხვა ქიმიურ რეაქციას. ზოგიერთი მათგანი, ისევე როგორც რკინის ჟანგი, შეიძლება გაგრძელდეს რამდენიმე წლის განმავლობაში. დანარჩენებს, როგორიცაა შაქრის ალკოჰოლში დუღილი, რამდენიმე კვირა სჭირდება. ღუმელში შეშა იწვის რამდენიმე საათში, ბენზინი კი ძრავში იწვის წამის მეასედში.
აღჭურვილობის ხარჯების შესამცირებლად, ქიმიური ქარხნები ზრდის რეაქციების სიჩქარეს. და ზოგიერთი პროცესი, მაგალითად, საკვების გაფუჭება და ლითონის კოროზია, უნდა შენელდეს.
ქიმიური რეაქციის სიჩქარეშეიძლება გამოიხატოს როგორც მატერიის რაოდენობის (n, მოდულის) ცვლილება დროის ერთეულზე (t) - შეადარეთ მოძრავი სხეულის სიჩქარე ფიზიკაში, როგორც კოორდინატების ცვლილება დროის ერთეულზე: υ = Δx/Δt. ისე, რომ სიჩქარე არ იყოს დამოკიდებული ჭურჭლის მოცულობაზე, რომელშიც მიმდინარეობს რეაქცია, ჩვენ ვყოფთ გამონათქვამს რეაქციაში მყოფი ნივთიერებების მოცულობაზე (v), ანუ ვიღებთ.ნივთიერების რაოდენობის ცვლილება დროის ერთეულზე ერთეულ მოცულობაზე, ან ერთი ნივთიერების კონცენტრაციის ცვლილება ერთეულ დროში:
n 2 − n 1 Δn
υ = –––––––––– = –––––––– = Δс/Δt (1)
(t 2 − t 1) v Δt v
სადაც c = n/v არის ნივთიერების კონცენტრაცია,
Δ (წაიკითხეთ "დელტა") არის ზოგადად მიღებული აღნიშვნა მნიშვნელობის ცვლილებისთვის.
თუ ნივთიერებებს განსხვავებული კოეფიციენტები აქვთ განტოლებაში, ამ ფორმულით გამოთვლილი თითოეული მათგანის რეაქციის სიჩქარე განსხვავებული იქნება. მაგალითად, 2 მოლი გოგირდის დიოქსიდი სრულად რეაგირებდა 1 მოლ ჟანგბადთან 10 წამში 1 ლიტრში:
2SO2 + O2 = 2SO3
ჟანგბადის მაჩვენებელი იქნება: υ = 1: (10 1) = 0,1 მოლ/ლ წმ
გოგირდის დიოქსიდის სიჩქარე: υ = 2: (10 1) = 0,2 მოლ/ლ წმ- ამას გამოცდის დროს დამახსოვრება და თქმა არ სჭირდება, მაგალითი მოყვანილია, რომ არ დაიბნე, თუ ეს კითხვა გაჩნდება.
ჰეტეროგენული რეაქციების სიჩქარე (მყარ ნივთიერებებთან ერთად) ხშირად გამოიხატება კონტაქტის ზედაპირების ფართობის ერთეულზე:
Δn
υ = –––––– (2)
Δt S
რეაქციებს უწოდებენ ჰეტეროგენულს, როდესაც რეაქტორები სხვადასხვა ფაზაშია:
- მყარი სხვა მყარი, თხევადი ან აირით,
- ორი შეურევადი სითხე
- სითხე გაზით.
ერთგვაროვანი რეაქციები ხდება ნივთიერებებს შორის ერთ ფაზაში:
- კარგად შერეულ სითხეებს შორის,
- გაზები,
- ნივთიერებები ხსნარებში.
პირობები, რომლებიც გავლენას ახდენენ ქიმიური რეაქციების სიჩქარეზე
1) რეაქციის სიჩქარე დამოკიდებულია რეაგენტების ბუნება. მარტივად რომ ვთქვათ, სხვადასხვა ნივთიერებები რეაგირებენ სხვადასხვა სიჩქარით. მაგალითად, თუთია მძაფრად რეაგირებს მარილმჟავასთან, ხოლო რკინა საკმაოდ ნელა.
2) რაც უფრო მაღალია რეაქციის სიჩქარე, მით უფრო სწრაფია კონცენტრაციანივთიერებები. თუთია უფრო დიდხანს რეაგირებს ძალიან განზავებულ მჟავასთან.
3) რეაქციის სიჩქარე მნიშვნელოვნად იზრდება მატებასთან ერთად ტემპერატურა. მაგალითად, საწვავი რომ დაიწვას, აუცილებელია მისი აალება, ანუ ტემპერატურის გაზრდა. მრავალი რეაქციისთვის ტემპერატურის 10°C-ით მატებას თან ახლავს სიჩქარის 2-4-ჯერ ზრდა.
4) სიჩქარე ჰეტეროგენულირეაქციები იზრდება მატებასთან ერთად რეაქტიული ნივთიერებების ზედაპირები. ამ მიზნით, ჩვეულებრივ, მყარი ნაწილაკები დაფქვავენ. მაგალითად, რკინისა და გოგირდის ფხვნილების გაცხელებისას რეაქცია რომ მოხდეს, რკინა უნდა იყოს წვრილი ნახერხის სახით.
გთხოვთ გაითვალისწინოთ, რომ ამ შემთხვევაში ფორმულა (1) იგულისხმება! ფორმულა (2) გამოხატავს სიჩქარეს ფართობის ერთეულზე, ამიტომ არ შეიძლება იყოს დამოკიდებული ფართობზე.
5) რეაქციის სიჩქარე დამოკიდებულია კატალიზატორების ან ინჰიბიტორების არსებობაზე.
კატალიზატორები- ნივთიერებები, რომლებიც აჩქარებენ ქიმიურ რეაქციებს, მაგრამ არ მოიხმარენ. მაგალითია წყალბადის ზეჟანგის სწრაფი დაშლა კატალიზატორის - მანგანუმის (IV) ოქსიდის დამატებით:
2H 2 O 2 = 2H 2 O + O 2
მანგანუმის (IV) ოქსიდი რჩება ბოლოში და მისი ხელახლა გამოყენება შესაძლებელია.
ინჰიბიტორები- ნივთიერებები, რომლებიც ანელებენ რეაქციას. მაგალითად, კოროზიის ინჰიბიტორები ემატება წყლის გათბობის სისტემას მილების და ბატარეების სიცოცხლის გახანგრძლივების მიზნით. მანქანებში კოროზიის ინჰიბიტორები ემატება სამუხრუჭე და გამაგრილებლის სითხეს.
კიდევ რამდენიმე მაგალითი.
აირისებრი სისტემებისთვის რეაქციის კინეტიკური განტოლების დაწერისას, კონცენტრაციის (C) ნაცვლად, იწერება რეაქტიული ნივთიერებების წნევა (P), რადგან სისტემაში წნევის ცვლილება მსგავსია კონცენტრაციის ცვლილებისა. სისტემაში წნევის მატება იწვევს სისტემის მოცულობის შემცირებას იმავე ოდენობით, ხოლო რეაგენტების კონცენტრაცია ერთეულ მოცულობაში ერთნაირად იზრდება. წნევის კლებასთან ერთად იზრდება სისტემის მოცულობა და შესაბამისად მცირდება კონცენტრაცია ერთეულზე.
მაგალითები და პრობლემების გადაწყვეტა.
მაგალითი 1.
რომელი რეაქციის სიჩქარეა უფრო დიდი, თუ მოცულობის ერთეულში, პირველი რეაქციის შედეგად წარმოიქმნა 9 გ წყლის ორთქლი, ხოლო მეორე რეაქციის შედეგად წარმოიქმნა 3,65 გ წყალბადის ქლორიდი?
რეაქციის სიჩქარე იზომება ნივთიერების მოლების რაოდენობით, რომელიც წარმოიქმნება ერთეული მოცულობის ერთეულ დროს. წყლის მოლური მასა წყალბადის ქლორიდის მოლური მასა 
მაშინ პირველი რეაქციის სიჩქარე,
მოლი/ლ×წმ,
და მეორე რეაქციის სიჩქარე
ნება 
მოლი/ლ.
წყლის ორთქლის წარმოქმნის სიჩქარე უფრო დიდია, რადგან წყლის ორთქლის ფორმირების მოლების რაოდენობა უფრო მეტია, ვიდრე წყალბადის ქლორიდის წარმოქმნის მოლების რაოდენობა.
მაგალითი 2.
რეაქცია A და B ნივთიერებებს შორის გამოიხატება განტოლებით: A+2B®C. A ნივთიერების საწყისი კონცენტრაცია არის 0,3 მოლ/ლ, ხოლო B ნივთიერება 0,5 მოლ/ლ. სიჩქარის მუდმივი არის 0.4. განსაზღვრეთ რეაქციის სიჩქარე გარკვეული დროის შემდეგ, როდესაც A ნივთიერების კონცენტრაცია შემცირდება 0,1 მოლ/ლ-ით.
A ნივთიერების კონცენტრაცია შემცირდა 0,1 მოლ/ლ-ით. ამიტომ, რეაქციის განტოლებიდან გამომდინარე, B ნივთიერების კონცენტრაცია შემცირდა 0,2 მოლ/ლ-ით, ვინაიდან B ნივთიერებას წინ უსწრებს კოეფიციენტი 2. მაშინ A ნივთიერების კონცენტრაცია გარკვეული დროის შემდეგ გახდება 0,3-0,1 = 0,2 მოლი. / ლ, ხოლო B კონცენტრაცია არის 0,5-0,2 = 0,3 მოლ/ლ.
რეაქციის სიჩქარის განსაზღვრა:
მოლი/ლ×ს
მაგალითი 3.
როგორ შეიცვლება რეაქციის სიჩქარე, თუ NO კონცენტრაცია გაიზარდა 3-ჯერ? მასობრივი მოქმედების კანონის მიხედვით, ჩვენ ვწერთ გამოხატულებას რეაქციის სიჩქარისთვის:
.
როდესაც NO კონცენტრაცია იზრდება 3-ჯერ, რეაქციის სიჩქარე იქნება:
რეაქციის სიჩქარე 9-ჯერ გაიზრდება.
მაგალითი 4.
განსაზღვრეთ როგორ შეიცვლება რეაქციის სიჩქარე 
თუ სისტემაში წნევას 2-ჯერ გაზრდით.
სისტემაში წნევის 2-ჯერ მატება გამოიწვევს სისტემის მოცულობის 2-ჯერ შემცირებას, ხოლო რეაქციაში მყოფი ნივთიერებების კონცენტრაცია 2-ჯერ გაიზრდება.
მასის მოქმედების კანონის მიხედვით, ჩვენ ვწერთ საწყისი რეაქციის სიჩქარეს 
და წნევის 2-ჯერ გაზრდით:
, .
რეაქციის სიჩქარე 8-ჯერ გაიზრდება.
მაგალითი 5.
გამოთვალეთ A და B ნივთიერებების საწყისი კონცენტრაციები A+3B=2C სისტემაში, თუ A ნივთიერებების წონასწორული კონცენტრაციებია 0,1 მოლ/ლ, B ნივთიერებები 0,2 მოლ/ლ, C ნივთიერებები 0,7 მოლ/ლ.
რეაქციაზე დახარჯულ A ნივთიერების კონცენტრაციას ვპოულობთ რეაქციის განტოლების მიხედვით პროპორციის შედგენით:
2 მოლ/ლ C მიღებული 1 მოლ/ლ A-დან,
0,7 მოლ/ლ C ®x მოლი/ლ × ა.
მოლ/ლ ა.
ამრიგად, A ნივთიერების საწყისი კონცენტრაცია არის:
0,1 + 0,35 = 0,45 მოლ/ლ.
იპოვეთ რეაქციაზე დახარჯული B ნივთიერების კონცენტრაცია.
პროპორციას ვადგენთ რეაქციის განტოლების მიხედვით:
2 მოლ/ლ C მიღებული 3 მოლ/ლ B-დან
0,7 მოლ/ლ C ® x მოლ/ლ B
x=მოლ/ლ ა.
მაშინ B ნივთიერების საწყისი კონცენტრაცია არის:
მოლი/ლ.
მაგალითი 6.
40 0 C ტემპერატურაზე წარმოიქმნა 0,5 მოლ/ლ ნივთიერება A. რამდენი მოლ/ლ A წარმოიქმნება, თუ ტემპერატურა 80 0 C-მდე გაიზარდა? რეაქციის ტემპერატურული კოეფიციენტია 2.
ვან ჰოფის წესის გამოყენებით, ჩვენ ვწერთ რეაქციის სიჩქარის გამოხატულებას 80 0 C ტემპერატურაზე:
.
ამ ამოცანების განტოლებაში ჩანაცვლებით მივიღებთ:
80 0 C ტემპერატურაზე წარმოიქმნება 8 მოლ/ლ ნივთიერება A.
მაგალითი 7.
გამოთვალეთ რეაქციის სიჩქარის მუდმივის ცვლილება, რომელსაც აქვს აქტივაციის ენერგია 191 კჯ/მოლი, როდესაც ტემპერატურა იზრდება 330-დან 400 კ-მდე.
მოდით დავწეროთ არენიუსის განტოლება პრობლემის პირობისთვის:
სადაც R არის უნივერსალური აირის მუდმივი ტოლი 8,32 J/k(K×mol).
სადაც სიჩქარის მუდმივი ცვლილება იქნება:
სატესტო დავალებები
61. ქიმიური რეაქციის სიჩქარე
2NO(გ) + O2(გ) = 2NO2(გ)
რეაგენტების კონცენტრაციებში =0,3 მოლ/ლ და =0,15 მოლ/ლ იყო 1,2·10-3 მოლ/(ლ·წმ). იპოვეთ რეაქციის სიჩქარის მუდმივი მნიშვნელობა.
62. რამდენი გრადუსით უნდა გაიზარდოს სისტემის ტემპერატურა ისე, რომ მასში რეაქციის სიჩქარე გაიზარდოს 30-ჯერ (=2,5)?
63. რამდენჯერ უნდა გაიზარდოს ნახშირბადის მონოქსიდის კონცენტრაცია სისტემაში?
2CO = CO2+ C,
ისე რომ რეაქციის სიჩქარე 4-ჯერ გაიზარდოს?
64. რამდენჯერ უნდა გაიზარდოს წნევა ისე, რომ NO2-ის წარმოქმნის რეაქციის სიჩქარე რეაქციის მიხედვით
გაიზარდა 1000-ჯერ?
65. რეაქცია განტოლების მიხედვით მიმდინარეობს
2NO(g) + Cl2(g) = 2NOCl(გ).
საწყისი ნივთიერებების კონცენტრაციები რეაქციის დაწყებამდე იყო: =0,4 მოლ/ლ; =0,3 მოლ/ლ. რამდენჯერ შეიცვლება რეაქციის სიჩქარე საწყისთან შედარებით იმ მომენტში, როდესაც აზოტის ოქსიდის ნახევარს აქვს დრო რეაგირებისთვის?
66. რამდენჯერ გაიზრდება ქიმიური რეაქციის სიჩქარის მუდმივა, როდესაც ტემპერატურა იზრდება 40-ით, თუ =3.2?
67. დაწერეთ გამოთქმა ქიმიური რეაქციის სიჩქარისთვის, რომელიც ხდება ერთგვაროვან სისტემაში განტოლების მიხედვით
და განსაზღვრეთ რამდენჯერ გაიზრდება ამ რეაქციის სიჩქარე, თუ:
ა) კონცენტრაცია A შემცირდება 2-ჯერ;
ბ) კონცენტრაცია A გაიზრდება 2-ჯერ;
გ) B კონცენტრაცია გაიზრდება 2-ჯერ;
დ) ორივე ნივთიერების კონცენტრაცია გაიზრდება 2-ჯერ.
68. რამდენჯერ უნდა გაიზარდოს წყალბადის კონცენტრაცია სისტემაში?
N2 + 3H2 = 2NH3,
ისე რომ რეაქციის სიჩქარე 100-ჯერ გაიზარდოს?
69. გამოთვალეთ რეაქციის სიჩქარის ტემპერატურული კოეფიციენტი, თუ მისი სიჩქარის მუდმივი 100 C-ზე არის 0,0006, ხოლო 150 C-ზე 0,072.
70. რეაქცია აზოტის ოქსიდსა (II) და ქლორს შორის განტოლების მიხედვით მიმდინარეობს
2NO + Cl2= 2NOCl.
როგორ იცვლება რეაქციის სიჩქარე ზრდასთან ერთად:
ა) აზოტის ოქსიდის კონცენტრაცია 2-ჯერ;
ბ) ქლორის კონცენტრაცია 2-ჯერ;
გ) ორივე ნივთიერების კონცენტრაცია 2-ჯერ არის?
ქიმიური წონასწორობა
პრობლემის გადაჭრის მაგალითები
ქიმიური წონასწორობა არის სისტემის მდგომარეობა, რომელშიც წინა და საპირისპირო ქიმიური რეაქციების სიხშირე თანაბარია და რეაქტიული ნივთიერებების კონცენტრაცია დროთა განმავლობაში არ იცვლება.
ქიმიური წონასწორობის რაოდენობრივი მახასიათებელია წონასწორობის მუდმივა. წონასწორობის მუდმივი მუდმივ ტემპერატურაზე უდრის რეაქციის პროდუქტების წონასწორობის კონცენტრაციების პროდუქტის თანაფარდობას საწყისი ნივთიერებების წონასწორული კონცენტრაციების ნამრავლთან, აღებული მათი სტექიომეტრიული კოეფიციენტების სიმძლავრეებით და არის მუდმივი მნიშვნელობა.
ზოგადად, ერთგვაროვანი რეაქციისთვის mA+ nB« pC+qD
წონასწორობის მუდმივია:
ამ განტოლებას გამოვხატავთ მასის მოქმედების კანონით შექცევადი რეაქციისთვის.
როდესაც გარე პირობები იცვლება, ქიმიური წონასწორობა იცვლება, რაც გამოიხატება საწყისი ნივთიერებებისა და რეაქციის პროდუქტების წონასწორობის კონცენტრაციის ცვლილებით. წონასწორობის ცვლის მიმართულებას ადგენს ლე შატელიეს პრინციპი: თუ წონასწორობაში მყოფ სისტემაზე ამოქმედდება გარეგანი გავლენა, მაშინ წონასწორობა იცვლება იმ მიმართულებით, რომელიც ასუსტებს გარე გავლენას.
ქიმიური წონასწორობა შეიძლება შეიცვალოს რეაქტიული ნივთიერებების კონცენტრაციის, ტემპერატურისა და წნევის ცვლილების გავლენით.
საწყისი ნივთიერებების კონცენტრაციის მატებასთან ერთად წონასწორობა გადაინაცვლებს ლე შატელიეს პრინციპის შესაბამისად რეაქციის პროდუქტების მიმართ, ხოლო პროდუქტების კონცენტრაციის მატებასთან ერთად – საწყისი ნივთიერებების მიმართ.
როდესაც ტემპერატურა იცვლება (იზრდება), წონასწორობა გადადის ენდოთერმული რეაქციისკენ (D H > 0), რომელიც ხდება სითბოს შთანთქმის, ე.ი. სწრაფი რეაქციის სიჩქარე იზრდება და წონასწორობა გადადის რეაქციის პროდუქტებისკენ. ეგზოთერმული რეაქციის შემთხვევაში (DH > 0), ტემპერატურის მატებასთან ერთად, გაიზრდება საპირისპირო რეაქციის სიჩქარე, რაც უზრუნველყოფს სითბოს შეწოვას და წონასწორობა გადაინაცვლებს საწყისი ნივთიერებებისკენ.
თუ რეაქციაში შედის ნივთიერებები აირისებრ მდგომარეობაში, მაშინ ქიმიური წონასწორობა შეიძლება შეიცვალოს წნევის შეცვლით. წნევის მატება რეაგენტების კონცენტრაციის გაზრდის ტოლფასია. წნევის მატებასთან ერთად წონასწორობა გადადის რეაქციაზე ნაკლები მოლი აირისებრი ნივთიერებებით, ხოლო წნევის კლებასთან ერთად რეაქციაზე უფრო დიდი რაოდენობით აირისებრი ნივთიერებების მოლებთან.
მაგალითი 1.
გამოთვალეთ A და B ნივთიერებების საწყისი კონცენტრაციები A + 3B «2C ერთგვაროვან სისტემაში, თუ წონასწორული კონცენტრაციები A = 0,1 მოლ/ლ, B = 0,2 მოლ/ლ, C = 0,7 მოლ/ლ.
ცნობილია, რომ ნივთიერების საწყისი კონცენტრაცია უდრის წონასწორობის კონცენტრაციისა და რეაქციაზე დახარჯული კონცენტრაციის ჯამს, ე.ი. რეაგირება მოახდინა:
მის საპოვნელად, თქვენ უნდა იცოდეთ რამდენ ნივთიერებაზე რეაგირებდა A.
ჩვენ ვიანგარიშებთ პროპორციის შედგენით რეაქციის განტოლების მიხედვით:
2მოლ/ლ C მიღებული 1მოლ/ლ ა
0,7 მოლ/ლ C ––––––––x მოლ/ლ A,
x= (0,7×1)/2= 0,35 მოლ/ლ
ჩვენ ვიანგარიშებთ B ნივთიერების საწყისი კონცენტრაციას:
მის საპოვნელად, შევქმნათ პროპორცია:
2 მოლ/ლ C მიღებული 3 მოლ/ლ B-დან
0,7 მოლ/ლ C –––––––––––––x მოლ/ლ ბ
x = (0,7×3)/2 = 1,05 მოლ/ლ
მაშინ საწყისი კონცენტრაცია B არის:
მაგალითი 2.
გამოთვალეთ ნივთიერებების წონასწორული კონცენტრაციები A + B “C + D სისტემაში, იმ პირობით, რომ ნივთიერებების საწყისი კონცენტრაციები იყოს: A = 1 მოლ/ლ, B = 5 მოლ/ლ. წონასწორობის მუდმივი არის 1.
დავუშვათ, რომ A ნივთიერების წონასწორობის დროისთვის x მოლები რეაგირებენ. რეაქციის განტოლებიდან გამომდინარე, წონასწორული კონცენტრაციები იქნება:
;
ვინაიდან B ნივთიერების რეაქციის განტოლების მიხედვით, მას იგივე რაოდენობის რეაქცია დასჭირდა, როგორც A ნივთიერებას.
ჩვენ ვცვლით წონასწორობის კონცენტრაციების მნიშვნელობებს წონასწორობის მუდმივში და ვპოულობთ x.
შემდეგ: 
მაგალითი 3.
სისტემაში დამყარდა წონასწორობა: 2AB + B 2 “2AB; D H > 0.
რა მიმართულებით გადაინაცვლებს წონასწორობა ტემპერატურის კლებისას?
ეს პირდაპირი რეაქცია ენდოთერმულია, ე.ი. მიდის სითბოს შთანთქმასთან, ამიტომ, როდესაც სისტემაში ტემპერატურა იკლებს, წონასწორობა, ლე შატელიეს პრინციპის შესაბამისად, გადაინაცვლებს მარცხნივ, საპირისპირო რეაქციისკენ, რომელიც ეგზოთერმულია.
მაგალითი 4.
A + B « AB სისტემის წონასწორობა დამყარდა ნივთიერებების შემდეგი კონცენტრაციით: C (A) = C (B) = C (AB) = 0,01 მოლ/ლ. გამოთვალეთ ნივთიერებების წონასწორობის მუდმივი და საწყისი კონცენტრაციები. 72. აზოტის (II) ოქსიდის და ქლორის საწყისი კონცენტრაციები სისტემაში
2NO + Cl2 2NOCl
არის 0,5 მოლ/ლ და 0,2 მოლ/ლ, შესაბამისად. გამოთვალეთ წონასწორობის მუდმივი, თუ წონასწორობის დადგომისას 20 აზოტის ოქსიდი რეაგირებს.
73. გარკვეულ ტემპერატურაზე, შექცევადი ქიმიური რეაქციის რეაგენტების წონასწორული კონცენტრაცია არის
2A(გ)+B(გ) 2C(გ)
იყო [A]=0,04 მოლ/ლ, [B]=0,06 მოლ/ლ, [C]=0,02 მოლ/ლ. გამოთვალეთ A და B ნივთიერებების წონასწორობის მუდმივი და საწყისი კონცენტრაციები.
74. გარკვეულ ტემპერატურაზე, წონასწორული კონცენტრაციები სისტემაში
იყო შესაბამისად: = 0,04 მოლ/ლ, = 0,06 მოლ/ლ,
0,02 მოლ/ლ. გამოთვალეთ წონასწორობის მუდმივი და საწყისი კონ-
გოგირდის (IV) ოქსიდის და ჟანგბადის კონცენტრაცია.
75. როცა სისტემა წონასწორობაშია
ჩართული ნივთიერებების კონცენტრაცია იყო: = 0,3 მოლ/ლ; = =0,9 მოლ/ლ; = 0,4 მოლ/ლ. გამოთვალეთ როგორ შეიცვლება წინა და საპირისპირო რეაქციების სიხშირე, თუ წნევა 5-ჯერ გაიზარდა. რა მიმართულებით გადაინაცვლებს წონასწორობა?
76. გამოთვალეთ შექცევადი რეაქციის წონასწორობის მუდმივა
2SO2(გ) + O2(გ) 2SO3(გ),
თუ წონასწორული კონცენტრაცია = 0,04 მოლ/ლ, ხოლო ნივთიერებების საწყისი კონცენტრაციები = 1 მოლ/ლ, = 0,8 მოლ/ლ.
77. სისტემის წონასწორობა
CO + Cl2 COCl2,
დადგენილია რეაგენტების შემდეგი კონცენტრაციით: [CO] = =[Cl2] = = 0,001 მოლ/ლ. განსაზღვრეთ წონასწორობის მუდმივი და ნახშირბადის მონოქსიდისა და ქლორის საწყისი კონცენტრაციები.
78. ნახშირბადის მონოქსიდის (II) და წყლის ორთქლის საწყისი კონცენტრაციები ტოლია და შეადგენს 0,03 მოლ/ლ. გამოთვალეთ CO, H2O და H2 წონასწორული კონცენტრაციები სისტემაში
CO + H2O CO2 + H2,
თუ CO2-ის წონასწორული კონცენტრაცია იყო 0,01 მოლ/ლ. გამოთვალეთ წონასწორობის მუდმივი.
79. განსაზღვრეთ წყალბადის წონასწორული კონცენტრაცია სისტემაში
თუ HJ-ის საწყისი კონცენტრაცია იყო 0,05 მოლ/ლ, ხოლო წონასწორობის მუდმივი K = 0,02.
80. სისტემური წონასწორობის მუდმივი
CO + H2O CO2+ H2
გარკვეულ ტემპერატურაზე უდრის 1. გამოთვალეთ ნარევის პროცენტული შემადგენლობა წონასწორობაში, თუ CO და H2O საწყისი კონცენტრაციები არის 1 მოლ/ლ.
