· Konstanta e shpejtësisë së reaksionit k varet nga natyra e reaktantëve, temperatura dhe katalizatori, por nuk varet nga vlera
përqendrimet e reagentëve.
Kuptimi fizik i konstantës së shpejtësisë është se ajo është e barabartë me shpejtësinë e reagimit në përqendrimet njësi të reaktantëve.
Për reaksionet heterogjene, përqendrimi i fazës së ngurtë nuk përfshihet në shprehjen e shpejtësisë së reaksionit.
· Ligji i masave që veprojnë vendos marrëdhënien ndërmjet masave të substancave reaguese në reaksionet kimike në
ekuilibri, si dhe varësia e shpejtësisë së një reaksioni kimik nga përqendrimi i substancave fillestare.
Energjia e aktivizimit të një reaksioni kimik. Molekulat aktive. Kompleksi i aktivizuar.
· Energjia e aktivizimit në kimi- sasia minimale e energjisë që duhet t'i komunikohet sistemit (në kimi
e shprehur në xhaul për mol) për të ndodhur një reaksion. Termi u prezantua nga Svante August Arrhenius në 1889. Një emërtim tipik për energjinë e reaksionit është Ea.
Në modelin kimik të njohur si Teoria e përplasjes aktive(TAC), janë tre kushte të nevojshme që të ndodhë një reagim:
- Molekulat duhet të përplasen. Ky është një kusht i rëndësishëm, por jo i mjaftueshëm, pasi një përplasje nuk shkakton domosdoshmërisht një reagim.
- Molekulat duhet të kenë energjinë e nevojshme (energjinë e aktivizimit). Gjatë një reaksioni kimik, molekulat ndërvepruese duhet të kalojnë nëpër një gjendje të ndërmjetme, e cila mund të ketë më shumë energji. Kjo do të thotë, molekulat duhet të kapërcejnë një pengesë energjetike; nëse kjo nuk ndodh, reagimi nuk do të fillojë.
Molekulat duhet të jenë të orientuara saktë në lidhje me njëra-tjetrën.
Në temperaturë të ulët (për një reaksion të caktuar), shumica e molekulave kanë energji më pak se energjia e aktivizimit dhe nuk janë në gjendje të kapërcejnë pengesën e energjisë. Sidoqoftë, në një substancë do të ketë gjithmonë molekula individuale, energjia e të cilave është dukshëm më e lartë se mesatarja. Edhe në temperatura të ulëta, shumica e reaksioneve vazhdojnë të ndodhin. Rritja e temperaturës ju lejon të rritni përqindjen e molekulave me energji të mjaftueshme për të kapërcyer pengesën e energjisë. Kjo rrit shpejtësinë e reagimit.
· Radikalët aktivë, sipas një prej teorive të plakjes së trupit, janë shkaku i plakjes. Ato formohen si nënprodukte
produktet e reaksioneve të ndryshme kimike në trup dhe e oksidojnë atë. Prandaj, është e nevojshme që ato të largohen sa më shpejt të jetë e mundur. Një mënyrë është marrja e antioksidantëve, problemin e të cilëve e trajtojnë farmaceutikët. Këto grimca aktive mund të përdoren gjithashtu si zgjidhje dezinfektuese
· Kompleksi i aktivizuar, një grupim atomesh në momentin vendimtar të një akti elementar të një reaksioni kimik. Koncepti i
Kompleksi i aktivizuar përdoret gjerësisht në teorinë e shpejtësisë së reaksioneve kimike.
Pyetja nr 3
Nga cilët faktorë varet konstanta e shpejtësisë së një reaksioni kimik?
Konstante e shpejtësisë së reagimit (shpejtësia specifike e reagimit) është koeficienti i proporcionalitetit në ekuacionin kinetik.
Kuptimi fizik i konstantës së shpejtësisë së reaksionit k rrjedh nga ekuacioni i ligjit të veprimit të masës: kështë numerikisht e barabartë me shpejtësinë e reaksionit në një përqendrim të secilës prej substancave reaguese të barabartë me 1 mol/l.
Konstanta e shpejtësisë së reagimit varet nga temperatura, nga natyra e reaktantëve, nga prania e një katalizatori në sistem, por nuk varet nga përqendrimi i tyre.
1. Temperatura. Për çdo rritje të temperaturës prej 10°C, shpejtësia e reagimit rritet me 2-4 herë (rregulli i Van't Hoff). Ndërsa temperatura rritet nga t1 në t2, ndryshimi në shpejtësinë e reaksionit mund të llogaritet duke përdorur formulën: (t2 - t1) / 10 Vt2 / Vt1 = g (ku Vt2 dhe Vt1 janë normat e reagimit në temperaturat t2 dhe t1, respektivisht; g është koeficienti i temperaturës së këtij reaksioni). Rregulli i Van't Hoff është i zbatueshëm vetëm në një gamë të ngushtë temperaturash. Më i saktë është ekuacioni Arrhenius: k = A e –Ea/RT ku A është një konstante në varësi të natyrës së reaktantëve; R është konstanta universale e gazit; Ea është energjia e aktivizimit, pra energjia që duhet të kenë molekulat që përplasen në mënyrë që përplasja të çojë në një transformim kimik. Diagrami i energjisë i një reaksioni kimik. Reaksioni ekzotermik Reaksioni endotermik A - reaktantët, B - kompleksi i aktivizuar (gjendja e tranzicionit), C - produktet. Sa më e lartë të jetë energjia e aktivizimit Ea, aq më shumë rritet shpejtësia e reagimit me rritjen e temperaturës. 2. Sipërfaqja e kontaktit të substancave reaguese. Për sistemet heterogjene (kur substancat janë në gjendje të ndryshme grumbullimi), sa më e madhe të jetë sipërfaqja e kontaktit, aq më shpejt zhvillohet reagimi. Sipërfaqja e lëndëve të ngurta mund të rritet duke i bluar ato, dhe për substancat e tretshme duke i tretur ato. 3. Kataliza. Substancat që marrin pjesë në reaksione dhe rrisin shpejtësinë e tij, duke mbetur të pandryshuara në fund të reaksionit, quhen katalizatorë. Mekanizmi i veprimit të katalizatorëve shoqërohet me një ulje të energjisë së aktivizimit të reaksionit për shkak të formimit të komponimeve të ndërmjetme. Në katalizën homogjene, reagentët dhe katalizatori përbëjnë një fazë (janë në të njëjtën gjendje grumbullimi), ndërsa në katalizën heterogjene janë faza të ndryshme (janë në gjendje të ndryshme grumbullimi). Në disa raste, shfaqja e proceseve kimike të padëshiruara mund të ngadalësohet ndjeshëm duke shtuar frenues në mediumin e reagimit (dukuri e "katalizës negative").
Pyetja nr 4
Formuloni dhe shkruani ligjin e veprimit të masës për reagimin:
2 NO+O2=2NO2
LIGJI I VEPRIMIT TË MASIT: shpejtësia e një reaksioni kimik është proporcionale me produktin e përqendrimeve të substancave që reagojnë. për reaksionin 2NO + O2 2NO2, ligji i veprimit të masës do të shkruhet si më poshtë: v=kС2(NO)·С (O2), ku k është konstanta e shpejtësisë, në varësi të natyrës së reaktantëve dhe temperaturës. Shpejtësia në reaksionet që përfshijnë lëndë të ngurta përcaktohet vetëm nga përqendrimi i gazeve ose substancave të tretura: C + O2 = CO2, v = kCO2
Mekanizmat e shndërrimeve kimike dhe shpejtësia e tyre studiohen nga kinetika kimike. Proceset kimike ndodhin me kalimin e kohës me ritme të ndryshme. Disa ndodhin shpejt, pothuajse menjëherë, ndërsa të tjerëve u duhet një kohë shumë e gjatë për t'u ndodhur.
Në kontakt me
Reagimi i shpejtësisë- shpejtësia me të cilën konsumohen reagentët (përqendrimi i tyre zvogëlohet) ose produktet e reaksionit formohen për njësi vëllimi.
Faktorët që mund të ndikojnë në shpejtësinë e një reaksioni kimik
Faktorët e mëposhtëm mund të ndikojnë në shpejtësinë e një reaksioni kimik:
- përqendrimi i substancave;
- natyra e reagentëve;
- temperatura;
- prania e një katalizatori;
- presioni (për reaksionet në një mjedis gazi).
Kështu, duke ndryshuar disa kushte të një procesi kimik, ju mund të ndikoni se sa shpejt do të vazhdojë procesi.
Në procesin e ndërveprimit kimik, grimcat e substancave reaguese përplasen me njëra-tjetrën. Numri i rastësive të tilla është në përpjesëtim me numrin e grimcave të substancave në vëllimin e përzierjes reaguese, dhe për këtë arsye proporcional me përqendrimet molare të reagentëve.
Ligji i veprimit masiv përshkruan varësinë e shpejtësisë së reaksionit nga përqendrimet molare të substancave që ndërveprojnë.
Për një reaksion elementar (A + B → ...) ky ligj shprehet me formulën:
υ = k ∙С A ∙С B,
ku k është konstanta e shpejtësisë; C A dhe C B janë përqendrimet molare të reagentëve A dhe B.
Nëse një nga substancat reaguese është në gjendje të ngurtë, atëherë ndërveprimi ndodh në ndërfaqen; prandaj, përqendrimi i substancës së ngurtë nuk përfshihet në ekuacionin e ligjit kinetik të veprimit të masës. Për të kuptuar kuptimin fizik të konstantës së shpejtësisë, është e nevojshme të merren C, A dhe C B të barabarta me 1. Pastaj bëhet e qartë se konstanta e shpejtësisë është e barabartë me shpejtësinë e reagimit në përqendrime të reaktantëve të barabartë me unitet.
Natyra e reagentëve
Meqenëse gjatë ndërveprimit lidhjet kimike të substancave reaguese shkatërrohen dhe formohen lidhje të reja të produkteve të reaksionit, natyra e lidhjeve të përfshira në reaksionin e komponimeve dhe struktura e molekulave të substancave reaguese do të luajë një rol të madh. .
Sipërfaqja e kontaktit të reagentëve
Një karakteristikë e tillë si sipërfaqja e kontaktit të reagentëve të ngurtë ndikon në rrjedhën e reaksionit, ndonjëherë mjaft domethënës. Bluarja e një të ngurtë ju lejon të rrisni sipërfaqen e kontaktit të reagentëve, dhe për këtë arsye të shpejtoni procesin. Zona e kontaktit të substancave të tretshme rritet lehtësisht duke tretur substancën.
Temperatura e reagimit
Me rritjen e temperaturës, energjia e grimcave që përplasen do të rritet; është e qartë se me rritjen e temperaturës vetë procesi kimik do të përshpejtohet. Një shembull i qartë se si rritja e temperaturës ndikon në procesin e ndërveprimit të substancave mund të konsiderohen të dhënat e dhëna në tabelë.
Tabela 1. Efekti i ndryshimeve të temperaturës në shpejtësinë e formimit të ujit (O 2 + 2H 2 → 2H 2 O)
Për të përshkruar në mënyrë sasiore se si temperatura mund të ndikojë në shkallën e ndërveprimit të substancave, përdoret rregulli Van't Hoff. Rregulli i Van't Hoff është që kur temperatura rritet me 10 gradë, ndodh një nxitim 2-4 herë.
Formula matematikore që përshkruan rregullin e van't Hoff është si më poshtë:
Ku γ është koeficienti i temperaturës së shpejtësisë së reaksionit kimik (γ = 2−4).
Por ekuacioni Arrhenius përshkruan varësinë nga temperatura e konstantës së shpejtësisë shumë më saktë:
Ku R është konstanta universale e gazit, A është një faktor i përcaktuar nga lloji i reaksionit, E, A është energjia e aktivizimit.
Energjia e aktivizimit është energjia që një molekulë duhet të marrë që të ndodhë një transformim kimik. Kjo do të thotë, është një lloj pengese energjie që molekulat që përplasen në vëllimin e reaksionit do të duhet të kapërcejnë në mënyrë që të rishpërndajnë lidhjet.
Energjia e aktivizimit nuk varet nga faktorë të jashtëm, por varet nga natyra e substancës. Vlera e energjisë së aktivizimit deri në 40 - 50 kJ/mol lejon që substancat të reagojnë me njëra-tjetrën në mënyrë mjaft aktive. Nëse energjia e aktivizimit kalon 120 kJ/mol, atëherë substancat (në temperatura të zakonshme) do të reagojnë shumë ngadalë. Një ndryshim në temperaturë çon në një ndryshim në numrin e molekulave aktive, domethënë molekulave që kanë arritur një energji më të madhe se energjia e aktivizimit, dhe për këtë arsye janë të afta për transformime kimike.
Veprim katalizator
Një katalizator është një substancë që mund të përshpejtojë një proces, por nuk është pjesë e produkteve të tij. Kataliza (përshpejtimi i një transformimi kimik) ndahet në homogjene dhe heterogjene. Nëse reagentët dhe katalizatori janë në të njëjtat gjendje grumbullimi, atëherë kataliza quhet homogjene, nëse në gjendje të ndryshme, atëherë është heterogjene. Mekanizmat e veprimit të katalizatorëve janë të ndryshëm dhe mjaft kompleks. Për më tepër, vlen të përmendet se katalizatorët karakterizohen nga selektiviteti i veprimit. Kjo do të thotë, i njëjti katalizator, ndërsa përshpejton një reagim, mund të mos ndryshojë shpejtësinë e një tjetri.
Presioni
Nëse substancat e gazta përfshihen në transformim, atëherë shpejtësia e procesit do të ndikohet nga ndryshimet në presionin në sistem. . Kjo ndodh sepse se për reagentët e gaztë, ndryshimi i presionit çon në ndryshim të përqendrimit.
Përcaktimi eksperimental i shpejtësisë së një reaksioni kimik
Shpejtësia e një transformimi kimik mund të përcaktohet në mënyrë eksperimentale duke marrë të dhëna se si ndryshon përqendrimi i substancave që hyjnë në reaksion ose produkteve për njësi të kohës. Metodat për marrjen e të dhënave të tilla ndahen në
- kimike,
- fiziko-kimike.
Metodat kimike janë mjaft të thjeshta, të arritshme dhe të sakta. Me ndihmën e tyre, shpejtësia përcaktohet duke matur drejtpërdrejt përqendrimin ose sasinë e substancës së reaktantëve ose produkteve. Në rast të një reaksioni të ngadaltë, merren mostra për të monitoruar mënyrën se si konsumohet reagenti. Pastaj përcaktohet përmbajtja e reagentit në mostër. Duke marrë mostra në intervale të rregullta, është e mundur të merren të dhëna për ndryshimet në sasinë e një substance gjatë procesit të ndërveprimit. Llojet më të përdorura të analizave janë titrimetria dhe gravimetria.
Nëse reagimi vazhdon shpejt, atëherë ai duhet të ndërpritet për të marrë një mostër. Kjo mund të bëhet duke përdorur ftohje, heqja e papritur e katalizatorit, është gjithashtu e mundur të hollohet ose të transferohet një nga reagentët në një gjendje jo reaktive.
Metodat e analizës fiziko-kimike në kinetikën moderne eksperimentale përdoren më shpesh sesa ato kimike. Me ndihmën e tyre, ju mund të vëzhgoni ndryshimet në përqendrimet e substancave në kohë reale. Në këtë rast, nuk ka nevojë të ndaloni reagimin dhe të merrni mostra.
Metodat fiziko-kimike bazohen në matjen e një vetie fizike që varet nga përmbajtja sasiore e një përbërje të caktuar në sistem dhe ndryshon me kalimin e kohës. Për shembull, nëse gazrat përfshihen në një reaksion, atëherë presioni mund të jetë një veti e tillë. Gjithashtu maten përçueshmëria elektrike, indeksi i thyerjes dhe spektri i përthithjes së substancave.
Oriz. 40. Varësia e përqendrimit të anasjelltë të reagentit nga koha për një reaksion të rendit të dytë
Oriz. 39. Varësia e logaritmit të përqendrimit të reagentit nga koha e shfaqjes për një reaksion të rendit të parë
Oriz. 38. Ndryshimi i përqendrimit të substancës fillestare me kalimin e kohës në një reaksion të rendit të parë
Oriz. 37. Ndryshimi i përqendrimit të substancës fillestare me kalimin e kohës në një reaksion të rendit zero
Matematikisht, kjo marrëdhënie lineare mund të shkruhet si më poshtë:
ku k është konstantja e shpejtësisë, C 0 është përqendrimi molar fillestar i reagentit, C është përqendrimi në kohën t.
Prej tij mund të nxjerrim një formulë për llogaritjen e konstantës së shpejtësisë së një reaksioni kimik të rendit zero.
A matet konstanta e shpejtësisë së rendit zero në mol/l? s (mol · l -1 · s -1).
Koha gjysmë e konvertimit për një reaksion të rendit zero është proporcionale me përqendrimin e materialit fillestar
Për reaksionet e rendit të parë, kurba kinetike në koordinatat C,t është në natyrë eksponenciale dhe duket kështu (Fig. 38) Matematikisht, kjo kurbë përshkruhet nga ekuacioni i mëposhtëm
C = C 0 e - kt
Në praktikë, për reaksionet e rendit të parë, kurba kinetike më së shpeshti vizatohet në koordinatat lnC, t. Në këtë rast, vërehet një varësi lineare e lnС nga koha (Fig. 39)
lnС = lnС 0 - kt
|
Prandaj, vlera e konstantës së normës dhe koha e gjysmës së konvertimit mund të llogaritet duke përdorur formulat e mëposhtme
k = ln ose k = 2,303lg
(kur kalohet nga logaritmi dhjetor në atë natyror).
Konstanta e shpejtësisë së reaksionit të rendit të parë ka dimensionin t -1, d.m.th. 1/s dhe nuk varet nga njësitë e përqendrimit. Ai tregon proporcionin e molekulave që reagojnë për njësi të kohës ndaj numrit të përgjithshëm të molekulave të reagentit në sistem. Kështu, në reaksionet e rendit të parë, fraksione të barabarta të sasisë së marrë të substancës fillestare konsumohen në periudha të barabarta kohore.
Tipari i dytë dallues i reaksioneve të rendit të parë është se t ½ për to nuk varet nga përqendrimi fillestar i reagentit, por përcaktohet vetëm nga konstanta e shpejtësisë.
Formën e ekuacionit për varësinë e përqendrimit nga koha për reaksionet e rendit të dytë do ta shqyrtojmë vetëm për rastin më të thjeshtë, kur në një akt elementar marrin pjesë 2 molekula identike ose molekula të substancave të ndryshme, por përqendrimet e tyre fillestare (C 0) janë të barabartë. Në këtë rast, një varësi lineare vërehet në koordinatat 1/C, t (Fig. 40). Ekuacioni matematik për këtë marrëdhënie do të shkruhet si më poshtë:
dhe matet në l?s -1?mol -1, d.m.th. vlera numerike e tij varet nga njësitë në të cilat matet përqendrimi i substancës.
Gjysma e jetës së reaksioneve të rendit të dytë është në përpjesëtim të zhdrejtë me përqendrimin fillestar të reagentit
Kjo për faktin se shpejtësia e reaksioneve të rendit të dytë varet fuqimisht nga numri i përplasjeve midis molekulave të substancave reaguese për njësi të kohës, e cila, nga ana tjetër, është proporcionale me numrin e molekulave për njësi vëllimi, d.m.th. përqendrimi i substancës. Kështu, sa më i madh të jetë përqendrimi i një lënde në sistem, aq më shpesh molekulat përplasen me njëra-tjetrën dhe aq më pak kohë gjysma e tyre do të ketë kohë për të reaguar.
Reagimet e rendit të tretë, siç u përmend më herët, janë jashtëzakonisht të rralla dhe nuk janë me interes praktik. Prandaj, në këtë drejtim, ne nuk do t'i konsiderojmë ato.
Konstante e shpejtësisë së reagimit (shpejtësia specifike e reagimit) - koeficienti i proporcionalitetit në ekuacionin kinetik.
Kuptimi fizik i konstantës së shpejtësisë së reaksionit k rrjedh nga ekuacioni i ligjit të veprimit të masës: kështë numerikisht e barabartë me shpejtësinë e reaksionit në një përqendrim të secilës prej substancave reaguese të barabartë me 1 mol/l.
Konstanta e shpejtësisë së reagimit varet nga temperatura, nga natyra e reaktantëve, nga katalizatori, por nuk varet nga përqendrimi i tyre. Për një reaksion të tipit 2A+2B->3C+D, shpejtësia e formimit të produkteve të reaksionit dhe shpejtësia e konsumit të reagentëve mund të përfaqësohen si: d[A]/(2*dt)=d[B]/ (2*dt)=d[C] /(3*dt)=d[D]/dt Kështu, për të shmangur përdorimin e disa formave të shpejtësisë së regjistrimit për të njëjtin reaksion, përdorni një variabël kimik që përcakton shkallën e reaksionit. dhe nuk varet nga koeficientët stoikiometrikë: ξ=(Δn) /ν ku ν është koeficienti stekiometrik. Atëherë shpejtësia e reaksionit: v=(1/V)*dξ/dt ku V është vëllimi i sistemit.
Dimensioni
Dimensioni i konstantës së shpejtësisë së reaksionit varet nga rendi i reaksionit. Nëse përqendrimi i reaktantëve matet në mol l−1 (M):
- Për një reagim të rendit të parë, k ka dimension c −1
- Për një reagim të rendit të dytë, k ka dimensionin l mol −1 s −1 (ose M −1 s −1)
- Për një reagim të rendit të tretë, k ka dimensionin l 2 mol −2 s −1 (ose M −2 s −1)
Shiko gjithashtu
Shkruani një përmbledhje në lidhje me artikullin "Konstanta e shkallës së reagimit"
Shënime
Fragment që karakterizon konstanten e shpejtësisë së reagimit
Likhachev u ngrit në këmbë, kërkoi nëpër çantat e tij dhe Petya shpejt dëgjoi zhurmën luftarake të çelikut në një bllok. Ai u ngjit në kamion dhe u ul në buzë të tij. Kozaku po mprehte saberin e tij nën kamion.- Epo, a po flenë shokët? - tha Petya.
- Disa janë duke fjetur, e disa janë kështu.
- Epo, po djali?
- Është pranverë? Ai u rrëzua aty në hyrje. Ai fle me frikë. Unë u gëzova vërtet.
Për një kohë të gjatë pas kësaj, Petya heshti, duke dëgjuar tingujt. Në errësirë u dëgjuan hapa dhe u shfaq një figurë e zezë.
- Çfarë po mprehni? – pyeti burri duke iu afruar kamionit.
- Por mpreh saberin e zotit.
"Punën e mirë," tha njeriu që i dukej Petya të ishte një hussar. - Keni akoma një filxhan?
- Dhe atje pranë timonit.
Husari mori kupën.
"Me siguri do të ndizet së shpejti," tha ai duke u mërzitur dhe u largua diku.
Petya duhet ta dinte që ishte në pyll, në festën e Denisovit, një milje larg rrugës, se ai ishte ulur në një vagon të kapur nga francezët, rreth të cilit ishin të lidhur kuajt, se kozaku Likhachev ishte ulur nën të dhe po mprehte. saberi i tij, që kishte një njollë të madhe të zezë në të djathtë është një roje, dhe një njollë e kuqe e ndezur poshtë në të majtë është një zjarr që vdes, se njeriu që erdhi për një filxhan është një husar që kishte etje; por ai nuk dinte asgjë dhe nuk donte ta dinte. Ai ishte në një mbretëri magjike në të cilën nuk kishte asgjë si realiteti. Një njollë e madhe e zezë, mbase kishte patjetër një dhomë roje, ose ndoshta kishte një shpellë që të çonte në thellësitë e tokës. Pika e kuqe mund të ketë qenë zjarri, ose ndoshta syri i një përbindëshi të madh. Ndoshta ai është patjetër ulur në një vagon tani, por mund të jetë shumë mirë që ai nuk është ulur në një vagon, por në një kullë tmerrësisht të lartë, nga e cila po të binte, do të fluturonte në tokë për një ditë të tërë, një gjithë muajin - vazhdoni të fluturoni dhe mos e arrini kurrë atë. Mund të jetë që vetëm një Kozak Likhachev është ulur nën kamion, por mund të jetë shumë mirë që ky është personi më i sjellshëm, më i guximshëm, më i mrekullueshëm, më i shkëlqyer në botë, të cilin askush nuk e njeh. Ndoshta ishte thjesht një hussar që kalonte për ujë dhe shkonte në luginë, ose ndoshta ai thjesht u zhduk nga sytë dhe u zhduk plotësisht, dhe ai nuk ishte aty.
