· Reaktionshastighetskonstant k beror på typen av reaktanter, temperatur och katalysator, men beror inte på värdet
reagenskoncentrationer.
Den fysiska betydelsen av hastighetskonstanten är att den är lika med reaktionshastigheten vid enhetskoncentrationer av reaktanterna.
För heterogena reaktioner ingår inte koncentrationen av den fasta fasen i reaktionshastighetsuttrycket.
· Lagen om agerande massor fastställer förhållandet mellan massorna av reaktanter i kemiska reaktioner vid
jämvikt, liksom beroendet av hastigheten för en kemisk reaktion på koncentrationen av utgångsämnena.
Aktiveringsenergin för en kemisk reaktion. aktiva molekyler. aktiverat komplex.
· Aktiveringsenergi i kemi- den minsta mängd energi som behöver rapporteras till systemet (inom kemi
uttryckt i joule per mol) för att reaktionen ska inträffa. Termen introducerades av Svante August Arrhenius 1889. En typisk beteckning för reaktionsenergin är Ea.
I den kemiska modellen som kallas Teori om aktiva kollisioner(TAC), det finns tre villkor som krävs för att en reaktion ska inträffa:
- Molekylerna måste kollidera. Detta är ett viktigt tillstånd, men det är inte tillräckligt, eftersom en reaktion inte nödvändigtvis kommer att inträffa under en kollision.
- Molekyler måste ha den nödvändiga energin (aktiveringsenergi). Under en kemisk reaktion måste de interagerande molekylerna passera ett mellantillstånd, som kan ha högre energi. Det vill säga att molekylerna måste övervinna energibarriären; om detta inte händer kommer reaktionen inte att starta.
Molekylerna måste vara korrekt orienterade i förhållande till varandra.
Vid en låg (för en viss reaktion) temperatur har de flesta molekyler en energi som är mindre än aktiveringsenergin och kan inte övervinna energibarriären. Men i ett ämne kommer det alltid att finnas enskilda molekyler vars energi är mycket högre än genomsnittet. Även vid låga temperaturer fortsätter de flesta reaktionerna att pågå. Att höja temperaturen gör det möjligt att öka andelen molekyler med tillräcklig energi för att övervinna energibarriären. Således ökas reaktionshastigheten.
· aktiva radikaler, enligt en av teorierna om åldrande av kroppen, är orsaken till åldrande. De bildas som en biprodukt
produkter av olika kemiska reaktioner i kroppen och oxiderar den. Därför är det nödvändigt att bli av med dem så snart som möjligt. Ett sätt är att ta antioxidanter, som läkemedel hanterar. Dessa aktiva partiklar kan också användas som desinficerande lösningar.
· Aktiverat komplex, grupperingen av atomer i det avgörande ögonblicket för den elementära handlingen av en kemisk reaktion. Konceptet av
Det aktiverade komplexet används i stor utsträckning i teorin om kemiska reaktionshastigheter.
Fråga nummer 3
Vilka faktorer påverkar hastighetskonstanten för en kemisk reaktion?
Reaktionshastighetskonstant (specifik reaktionshastighet) är proportionalitetskoefficienten i den kinetiska ekvationen.
Den fysiska betydelsen av reaktionshastighetskonstanten k följer av ekvationen för massaktionens lag: k numeriskt lika med reaktionshastigheten vid en koncentration av var och en av reaktanterna lika med 1 mol/l.
Reaktionshastighetskonstanten beror på temperaturen, på reaktanternas natur, på närvaron av en katalysator i systemet, men beror inte på deras koncentration.
1. Temperatur. Med en ökning av temperaturen för varje 10 ° C, ökar reaktionshastigheten med 2-4 gånger (Van't Hoffs regel). Med en ökning av temperaturen från t1 till t2 kan förändringen i reaktionshastigheten beräknas med formeln: (t2 - t1) / 10 Vt2 / Vt1 = g (där Vt2 och Vt1 är reaktionshastigheterna vid temperaturerna t2 och t1, g är temperaturkoefficienten för denna reaktion). Van't Hoffs regel gäller endast i ett smalt temperaturområde. Mer exakt är Arrhenius-ekvationen: k = A e –Ea/RT där A är en konstant beroende på reaktanternas natur; R är den universella gaskonstanten; Ea är aktiveringsenergin, det vill säga den energi som kolliderande molekyler måste ha för att kollisionen ska leda till en kemisk omvandling. Energidiagram av en kemisk reaktion. Exoterm reaktion Endoterm reaktion A - reagens, B - aktiverat komplex (övergångstillstånd), C - produkter. Ju högre aktiveringsenergi Ea är, desto mer ökar reaktionshastigheten med ökande temperatur. 2. Reaktanternas kontaktyta. För heterogena system (när ämnen befinner sig i olika aggregationstillstånd), ju större kontaktyta desto snabbare fortskrider reaktionen. Ytan på fasta ämnen kan ökas genom att mala dem, och för lösliga ämnen genom att lösa upp dem. 3. Katalys. Ämnen som deltar i reaktioner och ökar dess hastighet, förblir oförändrade i slutet av reaktionen, kallas katalysatorer. Verkningsmekanismen för katalysatorer är förknippad med en minskning av reaktionens aktiveringsenergi på grund av bildandet av mellanliggande föreningar. Vid homogen katalys utgör reaktanterna och katalysatorn en fas (de är i samma aggregationstillstånd), medan de vid heterogen katalys är olika faser (de är i olika aggregationstillstånd). I vissa fall kan förloppet av oönskade kemiska processer drastiskt bromsas ned genom att tillsätta inhibitorer till reaktionsmediet (fenomenet "negativ katalys").
Fråga nummer 4
Formulera och skriv ner massaktionens lag för reaktionen:
2 NO+O2=2NO2
LAG OM MASSVERKNING: Hastigheten för en kemisk reaktion är proportionell mot produkten av koncentrationerna av reaktanterna. för reaktionen 2NO + O2 2NO2 kommer lagen om massverkan att skrivas enligt följande: v=kС2(NO)·С(O2), där k är hastighetskonstanten, beroende på reaktanternas natur och temperatur. Hastigheten i reaktioner som involverar fasta ämnen bestäms endast av koncentrationen av gaser eller lösta ämnen: C + O2 \u003d CO2, v \u003d kCO2
Mekanismerna för kemiska omvandlingar och deras hastigheter studeras av kemisk kinetik. Kemiska processer pågår i olika takt. Vissa händer snabbt, nästan omedelbart, medan andra tar väldigt lång tid att inträffa.
I kontakt med
Hastighetsreaktion- hastigheten med vilken reagenser konsumeras (deras koncentration minskar) eller reaktionsprodukter bildas per volymenhet.
Faktorer som kan påverka hastigheten på en kemisk reaktion
Följande faktorer kan påverka hur snabbt en kemisk interaktion sker:
- koncentration av ämnen;
- arten av reagens;
- temperatur;
- närvaron av en katalysator;
- tryck (för reaktioner i ett gasformigt medium).
Genom att ändra vissa förutsättningar för förloppet av en kemisk process är det alltså möjligt att påverka hur snabbt processen kommer att fortskrida.
I processen för kemisk interaktion kolliderar partiklarna av de reagerande ämnena med varandra. Antalet sådana sammanträffanden är proportionellt mot antalet partiklar av substanser i volymen av den reagerande blandningen, och följaktligen proportionell mot de molära koncentrationerna av reagensen.
Lagen om agerande massor beskriver reaktionshastighetens beroende av de molära koncentrationerna av de reagerande ämnena.
För en elementär reaktion (A + B → ...) uttrycks denna lag med formeln:
υ \u003d k ∙С A ∙С B,
där k är hastighetskonstanten; C A och C B är de molära koncentrationerna av reaktanterna, A och B.
Om ett av de reagerande ämnena är i ett fast tillstånd, sker interaktionen vid fasgränsytan, och därför ingår inte koncentrationen av det fasta ämnet i ekvationen för den kinetiska lagen för verkande massor. För att förstå den fysiska innebörden av hastighetskonstanten är det nödvändigt att ta C, A och C B lika med 1. Då blir det tydligt att hastighetskonstanten är lika med reaktionshastigheten vid reagenskoncentrationer lika med enhet.
Reagensernas natur
Eftersom de kemiska bindningarna av de reagerande ämnena förstörs i växelverkan och nya bindningar av reaktionsprodukterna bildas, kommer arten av de bindningar som deltar i reaktionen av föreningarna och strukturen hos molekylerna av de reagerande ämnena att spela en viktig roll.
Ytarea för kontakt med reagenser
En sådan egenskap som kontaktytan för fasta reagenser, ibland ganska signifikant, påverkar reaktionsförloppet. Genom att mala ett fast ämne kan du öka kontaktytan för reagenserna och därmed påskynda processen. Kontaktytan för lösta ämnen ökas lätt genom upplösningen av ämnet.
Reaktionstemperatur
När temperaturen ökar kommer energin hos de kolliderande partiklarna att öka, det är uppenbart att med en ökning av temperaturen kommer den kemiska processen i sig att accelerera. Ett tydligt exempel på hur en temperaturökning påverkar processen för interaktion mellan ämnen kan betraktas som de uppgifter som ges i tabellen.
Tabell 1. Effekt av temperaturförändring på hastigheten för vattenbildning (О 2 +2Н 2 →2Н 2 О)
För en kvantitativ beskrivning av hur temperatur kan påverka ämnens interaktionshastighet används van't Hoff-regeln. Van't Hoffs regel är att när temperaturen stiger med 10 grader sker en acceleration på 2-4 gånger.
Den matematiska formeln som beskriver van't Hoff-regeln är som följer:
Där γ är temperaturkoefficienten för den kemiska reaktionshastigheten (γ = 2−4).
Men Arrhenius-ekvationen beskriver temperaturberoendet för hastighetskonstanten mycket mer exakt:
Där R är den universella gaskonstanten, A är en faktor som bestäms av typen av reaktion, E, A är aktiveringsenergin.
Aktiveringsenergin är den energi som en molekyl måste förvärva för att en kemisk omvandling ska ske. Det vill säga, det är en slags energibarriär som kommer att behöva övervinnas av molekyler som kolliderar i reaktionsvolymen för att omfördela bindningar.
Aktiveringsenergin beror inte på yttre faktorer, utan beror på ämnets natur. Värdet på aktiveringsenergin upp till 40 - 50 kJ / mol tillåter ämnen att reagera med varandra ganska aktivt. Om aktiveringsenergin överstiger 120 kJ/mol, då kommer ämnena (vid vanliga temperaturer) att reagera mycket långsamt. En förändring i temperatur leder till en förändring av antalet aktiva molekyler, det vill säga molekyler som har nått en energi som är större än aktiveringsenergin och därför kan omvandlas kemiskt.
Katalysatorverkan
En katalysator är ett ämne som kan påskynda en process, men som inte ingår i dess produkter. Katalys (acceleration av förloppet av en kemisk omvandling) delas in i · homogen, · heterogen. Om reaktanterna och katalysatorn är i samma aggregationstillstånd, kallas katalys homogen, om den är i olika tillstånd, så heterogen. Verkningsmekanismerna för katalysatorer är olika och ganska komplexa. Dessutom bör det noteras att katalysatorer kännetecknas av verkningsselektivitet. Det vill säga, samma katalysator, som accelererar en reaktion, kanske inte ändrar hastigheten för en annan på något sätt.
Tryck
Om gasformiga ämnen är involverade i omvandlingen, kommer processens hastighet att påverkas av en tryckförändring i systemet . Detta händer pga att för gasformiga reaktanter leder en tryckförändring till en förändring i koncentrationen.
Experimentell bestämning av hastigheten för en kemisk reaktion
Det är möjligt att bestämma hastigheten för en kemisk omvandling experimentellt genom att få data om hur koncentrationen av reagerande ämnen eller produkter förändras per tidsenhet. Metoder för att erhålla sådana uppgifter är indelade i
- kemisk,
- fysiska och kemiska.
Kemiska metoder är ganska enkla, prisvärda och exakta. Med deras hjälp bestäms hastigheten genom att direkt mäta koncentrationen eller mängden av ett ämne av reaktanter eller produkter. Vid en långsam reaktion tas prover för att övervaka hur reagenset konsumeras. Därefter bestäms innehållet av reagenset i provet. Genom att ta prover med jämna mellanrum är det möjligt att få data om förändringen i mängden av ett ämne under interaktionen. De vanligaste typerna av analys är titrimetri och gravimetri.
Om reaktionen fortskrider snabbt måste den stoppas för att kunna ta ett prov. Detta kan göras genom att kyla abrupt avlägsnande av katalysatorn, är det också möjligt att späda eller överföra ett av reagensen till ett icke-reaktivt tillstånd.
Metoder för fysikalisk-kemisk analys i modern experimentell kinetik används oftare än kemiska. Med deras hjälp kan du observera förändringen i koncentrationerna av ämnen i realtid. Det finns ingen anledning att stoppa reaktionen och ta prover.
Fysikalisk-kemiska metoder bygger på mätning av en fysikalisk egenskap som beror på det kvantitativa innehållet av en viss förening i systemet och förändras med tiden. Till exempel, om gaser är involverade i reaktionen, kan tryck vara en sådan egenskap. Elektrisk ledningsförmåga, brytningsindex och absorptionsspektra för ämnen mäts också.
Ris. 40. Beroende av värdet av den reciproka koncentrationen av reagenset i tid för en andra ordningens reaktion
Ris. Fig. 39. Beroende av logaritmen för koncentrationen av reagenset på flödestiden för reaktionen av första ordningen
Ris. 38. Förändring i koncentrationen av utgångsämnet över tid i en första ordningens reaktion
Ris. 37. Förändring i koncentrationen av utgångsämnet över tid i en noll-ordningens reaktion
Matematiskt kommer detta linjära beroende att skrivas enligt följande
där k är hastighetskonstanten, C 0 är den initiala molära koncentrationen av reaktanten, C är koncentrationen vid tidpunkten t.
Från den kan du härleda en formel för att beräkna hastighetskonstanten för en kemisk reaktion av noll ordningen.
Mäts nollordningens hastighetskonstant i mol/L? s (mol 1 s-1).
Halveringstiden för en reaktion av ordningen noll är proportionell mot koncentrationen av utgångsmaterialet
För första ordningens reaktioner är den kinetiska kurvan i C,t-koordinaterna exponentiell och ser ut så här (Fig. 38) Matematiskt beskrivs denna kurva med följande ekvation
C \u003d C 0 e - kt
I praktiken, för första ordningens reaktioner, ritas den kinetiska kurvan oftast i koordinaterna lnC, t. I detta fall observeras ett linjärt beroende av lnС på tiden (Fig. 39)
ln C \u003d lnC 0 - kt
|
Följaktligen kan värdet på hastighetskonstanten och halveringstiden beräknas med hjälp av följande formler
k = ln eller k = 2,303 lg
(när man går från en decimallogaritm till en naturlig).
Reaktionshastighetskonstanten av första ordningen har dimensionen t-1, dvs. 1/s och är inte beroende av koncentrationsenheter. Den visar andelen molekyler som har reagerat per tidsenhet från det totala antalet reagensmolekyler i systemet. I första ordningens reaktioner förbrukas således samma fraktioner av den tagna mängden av utgångsmaterialet under samma tidsintervall.
Den andra utmärkande egenskapen för reaktioner av första ordningen är att t ½ för dem inte beror på den initiala koncentrationen av reagenset, utan bestäms endast av hastighetskonstanten.
Vi kommer att överväga formen av ekvationen för koncentrationens beroende av tid för andra ordningens reaktioner endast för det enklaste fallet, när 2 identiska molekyler, eller molekyler av olika ämnen, deltar i en elementär handling, men deras initiala koncentrationer (C 0 ) är jämlika. I detta fall observeras ett linjärt beroende i koordinaterna 1/C, t (fig. 40). Den matematiska ekvationen för detta beroende kommer att skrivas enligt följande
och mäts i l?s -1? mol -1, dvs. dess numeriska värde beror på i vilka enheter koncentrationen av ämnet mäts.
Halveringstiden för andra ordningens reaktioner är omvänt proportionell mot den initiala koncentrationen av reagenset
Detta beror på att hastigheten av andra ordningens reaktioner starkt beror på antalet kollisioner mellan molekylerna av de reagerande ämnena per tidsenhet, vilket i sin tur är proportionellt mot antalet molekyler per volymenhet, d.v.s. ämneskoncentration. Alltså, ju större koncentration av ett ämne i systemet är, desto oftare kolliderar molekylerna med varandra och ju kortare tidsperiod kommer hälften av dem att hinna reagera.
Tredje ordningens reaktioner, som tidigare nämnts, är extremt sällsynta och har inget praktiskt intresse. Därför kommer vi inte att överväga dem i detta avseende.
Reaktionshastighetskonstant (specifik reaktionshastighet) är proportionalitetskoefficienten i den kinetiska ekvationen.
Den fysiska betydelsen av reaktionshastighetskonstanten k följer av ekvationen för massaktionens lag: k numeriskt lika med reaktionshastigheten vid en koncentration av var och en av reaktanterna lika med 1 mol/l.
Reaktionshastighetskonstanten beror på temperaturen, på reaktanternas natur, på katalysatorn, men beror inte på deras koncentration. För en reaktion av formen 2A+2B->3C+D kan hastigheten för bildning av reaktionsprodukter och förbrukningshastigheten för reagens representeras som: d[A]/(2*dt)=d[B]/ (2*dt)=d[C] /(3*dt)=d[D]/dt Således, för att undvika att använda flera former av registrering av hastigheten för samma reaktion, används en kemisk variabel som bestämmer graden av reaktionen och är inte beroende av stökiometriska koefficienter: ξ=(Δn) /ν där ν är den stökiometriska koefficienten. Därefter reaktionshastigheten: v=(1/V)*dξ/dt där V är systemets volym.
Dimensionera
Reaktionshastighetskonstantens dimension beror på reaktionsordningen. Om koncentrationen av reaktanter mäts i mol l −1 (M):
- För en första ordningens reaktion, k har dimension c −1
- För en andra ordningens reaktion, k har dimensionen l mol −1 s −1 (eller M −1 s −1)
- För en tredje ordningens reaktion, k har dimensionen l 2 mol −2 s −1 (eller M −2 s −1)
se även
Skriv en recension om artikeln "Reaktionshastighetskonstant"
Anteckningar
Ett utdrag som karakteriserar reaktionshastighetskonstanten
Likhachev reste sig och rotade i sina packar, och Petya hörde snart det krigiska ljudet av stål på en bar. Han klättrade upp på vagnen och satte sig på kanten. Kosacken slipade sin sabel under vagnen.- Och vad, de goda killarna sover? sa Petya.
– Vem sover, och vem är så här.
- Ja, hur är det med pojken?
- Är det vår? Han var där, i korridorerna, kollapsade. Sover med rädsla. Det var glad.
Under en lång tid efter det var Petya tyst och lyssnade på ljuden. Man hörde fotsteg i mörkret och en svart gestalt dök upp.
– Vad vässar du? frågade mannen och närmade sig vagnen.
– Men husse vässar sin sabel.
"Det är bra", sa mannen, som verkade vara en husar för Petya. – Har du en kopp kvar?
"Vid ratten.
Husaren tog bägaren.
"Det är nog ljus snart", sa han och gäspade och gick någonstans.
Petya borde ha vetat att han befann sig i skogen, i Denisovs parti, en verst från vägen, att han satt på en vagn återerövrad från fransmännen, nära vilken hästar var bundna, att kosacken Likhachev satt under honom och vässar sin sabel, att en stor svart fläck till höger - ett vakthus, och en knallröd fläck nedanför till vänster - en döende eld, att mannen som kom efter en kopp var en husar som ville dricka; men han visste ingenting och ville inte veta det. Han befann sig i ett magiskt rike, där det inte fanns något liknande verkligheten. En stor svart fläck, kanske var det definitivt ett vakthus, eller så var det en grotta som ledde in i jordens djup. Den röda fläcken kan ha varit eld, eller kanske ögat på ett enormt monster. Kanske sitter han definitivt på en vagn nu, men det är mycket möjligt att han inte sitter på en vagn, utan på ett fruktansvärt högt torn, från vilket du skulle flyga till marken hela dagen, en hel månad - alla flyger och du kommer aldrig att nå. Det kan vara så att just kosacken Likhachev sitter under vagnen, men det kan mycket väl vara så att detta är den snällaste, modigaste, underbaraste, mest utmärkta personen i världen, som ingen känner. Kanske var det husaren som precis passerade efter vatten och gick in i hålan, eller så hade han bara försvunnit ur sikte och helt försvunnit, och han var inte där.
