· Reaksiyon hızı sabiti k reaktanların doğasına, sıcaklığa ve katalizöre bağlıdır, ancak değere bağlı değildir
reaktif konsantrasyonları.
Hız sabitinin fiziksel anlamı, reaktanların birim derişimlerindeki reaksiyon hızına eşit olmasıdır.
Heterojen reaksiyonlar için katı fazın konsantrasyonu reaksiyon hızının ifadesine dahil edilmez.
· Hareket eden kütleler kanunu Kimyasal reaksiyonlarda reaksiyona giren maddelerin kütleleri arasındaki ilişkiyi kurar.
dengenin yanı sıra kimyasal reaksiyon hızının başlangıç maddelerinin konsantrasyonuna bağımlılığı.
Bir kimyasal reaksiyonun aktivasyon enerjisi. Aktif moleküller. Etkinleştirilmiş kompleks.
· Kimyada aktivasyon enerjisi- sisteme iletilmesi gereken minimum enerji miktarı (kimyada)
Bir reaksiyonun meydana gelmesi için mol başına joule cinsinden ifade edilir. Terim 1889'da Svante August Arrhenius tarafından tanıtıldı. Reaksiyon enerjisinin tipik tanımı Ea'dır.
Olarak bilinen kimyasal modelde Aktif çarpışma teorisi(TAC), bir reaksiyonun meydana gelmesi için gerekli üç koşul vardır:
- Moleküllerin çarpışması gerekiyor. Bu önemli bir durumdur ancak yeterli değildir, çünkü çarpışma mutlaka reaksiyona neden olmaz.
- Moleküllerin gerekli enerjiye (aktivasyon enerjisine) sahip olması gerekir. Kimyasal bir reaksiyon sırasında, etkileşime giren moleküller, daha yüksek enerjiye sahip olabilen bir ara durumdan geçmek zorundadır. Yani moleküllerin bir enerji bariyerini aşması gerekir; bu olmazsa reaksiyon başlamayacaktır.
Moleküllerin birbirlerine göre doğru yönlendirilmesi gerekir.
Düşük (belirli bir reaksiyon için) sıcaklıkta çoğu molekülün enerjisi aktivasyon enerjisinden daha azdır ve enerji bariyerini aşamaz. Bununla birlikte, bir maddede her zaman enerjisi ortalamanın önemli ölçüde üzerinde olan bireysel moleküller olacaktır. Düşük sıcaklıklarda bile çoğu reaksiyon meydana gelmeye devam eder. Sıcaklığın arttırılması, enerji bariyerini aşmak için yeterli enerjiye sahip moleküllerin oranını artırmanıza olanak tanır. Bu reaksiyon hızını artırır.
· Aktif radikaller Vücudun yaşlanmasıyla ilgili teorilerden birine göre yaşlanmanın nedenidir. Yan ürün olarak oluşurlar
Vücuttaki çeşitli kimyasal reaksiyonların ürünleri ve onu oksitler. Bu nedenle en kısa sürede onlardan kurtulmak gerekir. Bunun bir yolu, sorunu ilaçlarla çözülen antioksidanları almaktır. Bu aktif parçacıklar aynı zamanda dezenfektan solüsyonları olarak da kullanılabilir.
· Aktif kompleks, bir kimyasal reaksiyonun temel eyleminin belirleyici anında atomların gruplanması. Kavramı
Aktifleştirilmiş kompleks, kimyasal reaksiyonların hızları teorisinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Soru No.3
Bir kimyasal reaksiyonun hız sabiti hangi faktörlere bağlıdır?
Reaksiyon hızı sabiti (spesifik reaksiyon hızı) kinetik denklemdeki orantı katsayısıdır.
Reaksiyon hız sabitinin fiziksel anlamı k kütle eylem yasası denkleminden şu şekilde çıkar: k reaksiyona giren maddelerin her birinin 1 mol/l'ye eşit konsantrasyonundaki reaksiyon hızına sayısal olarak eşittir.
Reaksiyon hızı sabiti sıcaklığa, reaktanların doğasına, sistemdeki katalizörün varlığına bağlıdır, ancak bunların konsantrasyonuna bağlı değildir.
1. Sıcaklık. Sıcaklıktaki her 10°C'lik artış için reaksiyon hızı 2-4 kat artar (van't Hoff kuralı). Sıcaklık t1'den t2'ye arttıkça reaksiyon hızındaki değişiklik şu formül kullanılarak hesaplanabilir: (t2 - t1) / 10 Vt2 / Vt1 = g (burada Vt2 ve Vt1 sırasıyla t2 ve t1 sıcaklıklarındaki reaksiyon hızlarıdır; g bu reaksiyonun sıcaklık katsayısıdır). Van't Hoff kuralı yalnızca dar bir sıcaklık aralığında uygulanabilir. Arrhenius denklemi daha doğrudur: k = A e –Ea/RT burada A, reaktanların doğasına bağlı olarak bir sabittir; R evrensel gaz sabitidir; Ea aktivasyon enerjisidir, yani çarpışmanın kimyasal dönüşüme yol açması için çarpışan moleküllerin sahip olması gereken enerjidir. Bir kimyasal reaksiyonun enerji diyagramı. Ekzotermik reaksiyon Endotermik reaksiyon A - reaktanlar, B - aktifleştirilmiş kompleks (geçiş durumu), C - ürünler. Aktivasyon enerjisi Ea ne kadar yüksek olursa, sıcaklık arttıkça reaksiyon hızı da o kadar artar. 2. Reaksiyona giren maddelerin temas yüzeyi. Heterojen sistemler için (maddeler farklı toplanma durumlarında olduğunda), temas yüzeyi ne kadar büyük olursa reaksiyon o kadar hızlı ilerler. Katıların yüzey alanı öğütülerek, çözünebilir maddeler için ise çözündürülerek arttırılabilir. 3. Kataliz. Reaksiyonlara katılan ve reaksiyonun sonunda değişmeden kalan, hızını artıran maddelere katalizör denir. Katalizörlerin etki mekanizması, ara bileşiklerin oluşumu nedeniyle reaksiyonun aktivasyon enerjisindeki azalma ile ilişkilidir. Homojen katalizde, reaktifler ve katalizör bir fazı oluşturur (aynı toplanma durumundadır), heterojen katalizde ise farklı fazlardır (farklı toplanma durumundadırlar). Bazı durumlarda, istenmeyen kimyasal süreçlerin ortaya çıkışı, reaksiyon ortamına inhibitörler eklenerek ("negatif kataliz" olgusu) keskin bir şekilde yavaşlatılabilir.
4. Soru
Reaksiyon için kütle etki yasasını formüle edin ve yazın:
2 HAYIR+O2=2NO2
KÜTLE ETKİSİ YASASI: Bir kimyasal reaksiyonun hızı, reaksiyona giren maddelerin konsantrasyonlarının çarpımı ile orantılıdır. 2NO + O2 2NO2 reaksiyonu için kütle etki kanunu şu şekilde yazılacaktır: v=kС2(NO)·С (O2), burada k, reaktanların doğasına ve sıcaklığa bağlı olarak hız sabitidir. Katıları içeren reaksiyonlarda hız yalnızca gazların veya çözünmüş maddelerin konsantrasyonuyla belirlenir: C + O2 = CO2, v = kCO2
Kimyasal dönüşümlerin mekanizmaları ve oranları kimyasal kinetik ile incelenir. Kimyasal süreçler zaman içinde farklı hızlarda meydana gelir. Bazıları hızla, neredeyse anında gerçekleşirken, diğerlerinin oluşması çok uzun zaman alır.
Temas halinde
Hız reaksiyonu- reaktiflerin tüketilme hızı (konsantrasyonlarının azalması) veya birim hacim başına reaksiyon ürünlerinin oluşması.
Kimyasal reaksiyonun hızını etkileyebilecek faktörler
Aşağıdaki faktörler kimyasal reaksiyonun ne kadar hızlı gerçekleşeceğini etkileyebilir:
- maddelerin konsantrasyonu;
- reaktiflerin doğası;
- sıcaklık;
- bir katalizörün varlığı;
- basınç (gaz ortamındaki reaksiyonlar için).
Böylece, bir kimyasal prosesin belirli koşullarını değiştirerek prosesin ne kadar hızlı ilerleyeceğini etkileyebilirsiniz.
Kimyasal etkileşim sürecinde reaksiyona giren maddelerin parçacıkları birbirleriyle çarpışır. Bu tür tesadüflerin sayısı, reaksiyona giren karışımın hacmindeki madde parçacıklarının sayısıyla ve dolayısıyla reaktiflerin molar konsantrasyonlarıyla orantılıdır.
Kitlesel eylem yasası reaksiyon hızının etkileşime giren maddelerin molar konsantrasyonlarına bağımlılığını açıklar.
Temel bir reaksiyon için (A + B → ...) bu yasa aşağıdaki formülle ifade edilir:
υ = k ∙С Bir ∙С B,
burada k hız sabitidir; C A ve C B, A ve B reaktiflerinin molar konsantrasyonlarıdır.
Reaksiyona giren maddelerden biri katı durumdaysa, etkileşim arayüzde meydana gelir; bu nedenle katı maddenin konsantrasyonu, kütle hareketinin kinetik yasası denklemine dahil edilmez. Hız sabitinin fiziksel anlamını anlamak için C, A ve CB'yi 1'e eşit almak gerekir. Daha sonra hız sabitinin, birliğe eşit reaktan konsantrasyonlarında reaksiyon hızına eşit olduğu anlaşılır.
Reaktiflerin doğası
Etkileşim sırasında reaksiyona giren maddelerin kimyasal bağları yok edildiğinden ve reaksiyon ürünlerinin yeni bağları oluştuğundan, bileşiklerin reaksiyonunda yer alan bağların doğası ve reaksiyona giren maddelerin moleküllerinin yapısı büyük rol oynayacaktır. .
Reaktiflerin temas yüzey alanı
Katı reaktiflerin yüzey temas alanı gibi bir özellik, reaksiyonun gidişatını bazen oldukça önemli ölçüde etkiler. Bir katının öğütülmesi, reaktiflerin yüzey temas alanını artırmanıza ve dolayısıyla süreci hızlandırmanıza olanak tanır. Çözünebilir maddelerin temas alanı, maddenin çözülmesiyle kolaylıkla arttırılır.
Reaksiyon sıcaklığı
Sıcaklık arttıkça çarpışan parçacıkların enerjisi artacaktır; sıcaklığın artmasıyla birlikte kimyasal sürecin kendisinin hızlanacağı açıktır. Tabloda verilen veriler, sıcaklıktaki artışın maddelerin etkileşim sürecini nasıl etkilediğinin açık bir örneği olarak düşünülebilir.
Tablo 1. Sıcaklık değişimlerinin su oluşum hızına etkisi (O 2 +2H 2 →2H 2 O)
Sıcaklığın maddelerin etkileşim hızını nasıl etkileyebileceğini niceliksel olarak açıklamak için Van't Hoff kuralı kullanılır. Van't Hoff kuralı, sıcaklık 10 derece arttığında 2-4 kat hızlanmanın meydana gelmesidir.
Van't Hoff kuralını açıklayan matematiksel formül aşağıdaki gibidir:
Burada γ kimyasal reaksiyon hızının sıcaklık katsayısıdır (γ = 2−4).
Ancak Arrhenius denklemi hız sabitinin sıcaklığa bağımlılığını çok daha doğru bir şekilde tanımlar:
R'nin evrensel gaz sabiti olduğu yerde, A reaksiyonun türüne göre belirlenen bir faktördür, E, A aktivasyon enerjisidir.
Aktivasyon enerjisi, bir molekülün kimyasal dönüşümün gerçekleşmesi için kazanması gereken enerjidir. Yani bu, reaksiyon hacminde çarpışan moleküllerin bağları yeniden dağıtmak için aşmaları gereken bir tür enerji bariyeridir.
Aktivasyon enerjisi dış etkenlere bağlı olmayıp maddenin doğasına bağlıdır. 40 - 50 kJ/mol'e varan aktivasyon enerjisi değeri, maddelerin birbirleriyle oldukça aktif bir şekilde reaksiyona girmesine olanak sağlar. Aktivasyon enerjisi 120 kJ/mol'ü aşarsa, bu durumda maddeler (normal sıcaklıklarda) çok yavaş reaksiyona girecektir. Sıcaklıktaki bir değişiklik, aktif moleküllerin, yani aktivasyon enerjisinden daha büyük bir enerjiye ulaşan ve dolayısıyla kimyasal dönüşümler yapabilen moleküllerin sayısında bir değişikliğe yol açar.
Katalizör eylemi
Katalizör, bir süreci hızlandırabilen ancak ürünlerinin bir parçası olmayan bir maddedir. Kataliz (kimyasal dönüşümün hızlandırılması) homojen ve heterojen olarak ikiye ayrılır. Reaktifler ve katalizör aynı toplanma durumundaysa, o zaman kataliz homojen olarak adlandırılır; farklı durumlarda ise, o zaman heterojendir. Katalizörlerin etki mekanizmaları çeşitli ve oldukça karmaşıktır. Ek olarak, katalizörlerin eylem seçiciliği ile karakterize edildiğini belirtmekte fayda var. Yani aynı katalizör bir reaksiyonu hızlandırırken diğerinin hızını değiştirmeyebilir.
Basınç
Dönüşümde gaz halindeki maddeler yer alıyorsa, sürecin hızı sistemdeki basınç değişikliklerinden etkilenecektir. . Bu olur çünkü gaz halindeki reaktifler için basınçtaki bir değişikliğin konsantrasyonda bir değişikliğe yol açtığı.
Kimyasal reaksiyon hızının deneysel olarak belirlenmesi
Bir kimyasal dönüşümün hızı, reaksiyona giren maddelerin veya ürünlerin konsantrasyonunun birim zamanda nasıl değiştiğine ilişkin veriler elde edilerek deneysel olarak belirlenebilir. Bu tür verileri elde etme yöntemleri aşağıdakilere ayrılmıştır:
- kimyasal,
- fiziko-kimyasal.
Kimyasal yöntemler oldukça basit, erişilebilir ve doğrudur. Onların yardımıyla hız, reaktanların veya ürünlerin maddesinin konsantrasyonunun veya miktarının doğrudan ölçülmesiyle belirlenir. Yavaş reaksiyon durumunda reaktifin nasıl tüketildiğini izlemek için numuneler alınır. Daha sonra numunedeki reaktifin içeriği belirlenir. Düzenli aralıklarla numune alınarak etkileşim sürecinde maddenin miktarındaki değişikliklere ilişkin veriler elde etmek mümkündür. En yaygın kullanılan analiz türleri titrimetri ve gravimetridir.
Reaksiyon hızlı ilerlerse numune almak için durdurulması gerekir. Bu soğutma kullanılarak yapılabilir, katalizörün aniden çıkarılması reaktiflerden birini seyreltmek veya reaktif olmayan bir duruma aktarmak da mümkündür.
Modern deneysel kinetikteki fizikokimyasal analiz yöntemleri, kimyasal olanlardan daha sık kullanılır. Onların yardımıyla, maddelerin konsantrasyonlarındaki değişiklikleri gerçek zamanlı olarak gözlemleyebilirsiniz. Bu durumda reaksiyonun durdurulmasına ve numune alınmasına gerek yoktur.
Fizikokimyasal yöntemler, sistemdeki belirli bir bileşiğin kantitatif içeriğine bağlı olan ve zamanla değişen fiziksel bir özelliğin ölçülmesine dayanmaktadır. Örneğin bir reaksiyonda gazlar yer alıyorsa basınç böyle bir özellik olabilir. Maddelerin elektriksel iletkenliği, kırılma indisi ve absorpsiyon spektrumları da ölçülür.
Pirinç. 40. İkinci dereceden bir reaksiyon için reaktifin ters konsantrasyonunun zamana bağımlılığı
Pirinç. 39. Birinci dereceden bir reaksiyon için reaktif konsantrasyonunun logaritmasının meydana gelme zamanına bağımlılığı
Pirinç. 38. Birinci dereceden bir reaksiyonda başlangıç maddesinin konsantrasyonunun zamanla değişmesi
Pirinç. 37. Sıfır dereceli bir reaksiyonda başlangıç maddesinin konsantrasyonunun zamanla değişmesi
Matematiksel olarak bu doğrusal ilişki şu şekilde yazılabilir:
burada k hız sabitidir, C 0 reaktifin başlangıç molar konsantrasyonudur, C t zamanındaki konsantrasyondur.
Buradan sıfır dereceli bir kimyasal reaksiyonun hız sabitini hesaplamak için bir formül türetebiliriz.
Sıfır dereceli hız sabiti mol/l cinsinden ölçülür mü? s (mol · l -1 · s -1).
Sıfır dereceli bir reaksiyon için yarı dönüşüm süresi, başlangıç malzemesinin konsantrasyonuyla orantılıdır
Birinci dereceden reaksiyonlar için, C,t koordinatlarındaki kinetik eğri doğası gereği üsteldir ve şöyle görünür (Şekil 38). Matematiksel olarak bu eğri aşağıdaki denklemle tanımlanır
C = C 0 e - kt
Uygulamada, birinci dereceden reaksiyonlar için kinetik eğri çoğunlukla lnC, t koordinatlarında çizilir. Bu durumda lnС'nin zamana doğrusal bir bağımlılığı gözlenir (Şekil 39)
lnС = lnС 0 - kt
|
Buna göre hız sabiti ve yarı dönüşüm süresinin değeri aşağıdaki formüller kullanılarak hesaplanabilir.
k = ln veya k = 2,303lg
(ondalık logaritmadan doğal olana geçerken).
Birinci dereceden reaksiyon hızı sabiti t -1 boyutuna sahiptir, yani. 1/s olup konsantrasyon birimlerine bağlı değildir. Sistemdeki toplam reaktif molekül sayısının birim zamanda reaksiyona giren moleküllerin oranını gösterir. Böylece birinci dereceden reaksiyonlarda, başlangıç maddesinin alınan miktarının eşit kesirleri eşit zaman dilimlerinde tüketilir.
Birinci dereceden reaksiyonların ikinci ayırt edici özelliği, onlar için t ½'nin reaktifin başlangıç konsantrasyonuna bağlı olmaması, yalnızca hız sabiti tarafından belirlenmesidir.
İkinci dereceden reaksiyonlar için konsantrasyonun zamana bağımlılığına ilişkin denklemin biçimini yalnızca en basit durum için, 2 özdeş molekülün veya farklı maddelerin moleküllerinin temel bir eyleme katıldığı, ancak bunların başlangıç konsantrasyonları (C 0) olduğu zaman ele alacağız. eşit. Bu durumda 1/C, t koordinatlarında doğrusal bir bağımlılık gözlenmektedir (Şekil 40). Bu ilişkinin matematiksel denklemi şu şekilde yazılacaktır:
ve l's -1'mol -1 cinsinden ölçülür, yani. sayısal değeri, maddenin konsantrasyonunun ölçüldüğü birimlere bağlıdır.
İkinci dereceden reaksiyonların yarı ömrü, reaktifin başlangıç konsantrasyonuyla ters orantılıdır.
Bunun nedeni, ikinci dereceden reaksiyonların hızının, birim zaman başına reaksiyona giren maddelerin molekülleri arasındaki çarpışma sayısına güçlü bir şekilde bağlı olmasıdır; bu da birim hacim başına molekül sayısıyla orantılıdır, yani. maddenin konsantrasyonu. Bu nedenle, sistemdeki bir maddenin konsantrasyonu ne kadar yüksek olursa, moleküller birbirleriyle o kadar sık çarpışır ve yarısının reaksiyona girmesi için o kadar az zaman kalır.
Daha önce de belirtildiği gibi üçüncü dereceden reaksiyonlar son derece nadirdir ve pratik açıdan ilgi çekici değildir. Bu nedenle bu bağlamda bunları dikkate almayacağız.
Reaksiyon hızı sabiti (spesifik reaksiyon hızı) - kinetik denklemdeki orantı katsayısı.
Reaksiyon hız sabitinin fiziksel anlamı k kütle eylem yasası denkleminden şu şekilde çıkar: k reaksiyona giren maddelerin her birinin 1 mol/l'ye eşit konsantrasyonundaki reaksiyon hızına sayısal olarak eşittir.
Reaksiyon hızı sabiti sıcaklığa, reaktanların doğasına ve katalizöre bağlıdır ancak konsantrasyonlarına bağlı değildir. 2A+2B->3C+D tipi bir reaksiyon için, reaksiyon ürünlerinin oluşum hızı ve reaktiflerin tüketim hızı şu şekilde temsil edilebilir: d[A]/(2*dt)=d[B]/ (2*dt)=d[C] /(3*dt)=d[D]/dt Bu nedenle, aynı reaksiyon için çeşitli kayıt hızı türlerini kullanmaktan kaçınmak amacıyla, reaksiyonun derecesini belirleyen bir kimyasal değişken kullanın ve stokiyometrik katsayılara bağlı değildir: ξ=(Δn) /ν burada ν stokiyometrik katsayıdır. Daha sonra reaksiyon hızı: v=(1/V)*dξ/dt, burada V sistemin hacmidir.
Boyut
Reaksiyon hız sabitinin boyutu reaksiyonun sırasına bağlıdır. Reaktiflerin konsantrasyonu mol l−1 (M) cinsinden ölçülürse:
- Birinci dereceden bir reaksiyon için, k c −1 boyutuna sahiptir
- İkinci dereceden bir reaksiyon için, k l mol −1 s −1 (veya M −1 s −1) boyutuna sahiptir
- Üçüncü dereceden bir reaksiyon için, k l 2 mol −2 s −1 (veya M −2 s −1) boyutuna sahiptir
Ayrıca bakınız
"Reaksiyon hızı sabiti" makalesi hakkında yorum yazın
Notlar
Reaksiyon hızı sabitini karakterize eden alıntı
Likhaçev ayağa kalktı, çantalarını karıştırdı ve Petya çok geçmeden bir bloğun üzerindeki çeliğin savaşçı sesini duydu. Kamyonun üzerine çıkıp kenarına oturdu. Kazak kamyonun altında kılıcını keskinleştiriyordu.- Peki arkadaşlar uyuyor mu? - dedi Petya.
- Kimisi uyuyor, kimisi de bu şekilde.
- Peki ya oğlan?
- Bahar mı? Girişte yere yığıldı. Korkuyla uyuyor. Gerçekten çok sevindim.
Bundan sonra Petya uzun bir süre sessiz kaldı ve sesleri dinledi. Karanlıkta ayak sesleri duyuldu ve siyah bir figür belirdi.
- Neyi keskinleştiriyorsun? – diye sordu adam kamyona yaklaşarak.
- Ama ustanın kılıcını keskinleştir.
Petya'ya hussar gibi görünen adam, "İyi iş çıkardın," dedi. - Hala fincanın var mı?
- Ve orada direksiyonun yanında.
Hussar kupayı aldı.
"Muhtemelen yakında hava aydınlanacak," dedi esneyerek ve bir yere doğru yürüdü.
Petya, ormanda, Denisov'un partisinde, yoldan bir mil uzakta olduğunu, Fransızlardan ele geçirilen, etrafına atların bağlandığı bir vagonda oturduğunu, Kazak Likhaçev'in onun altında oturduğunu ve keskinleştiğini bilmeliydi. kılıcı, sağda büyük siyah bir noktanın bir muhafız kulübesi olduğunu ve sol tarafta parlak kırmızı bir noktanın sönmekte olan bir ateş olduğunu, bir fincan için gelen adamın susamış bir hafif süvari eri olduğunu; ama hiçbir şey bilmiyordu ve bilmek de istemiyordu. Gerçekliğe benzeyen hiçbir şeyin olmadığı büyülü bir krallıktaydı. Büyük siyah bir nokta, belki kesinlikle bir nöbetçi kulübesi vardı, belki de dünyanın derinliklerine giden bir mağara vardı. Kırmızı nokta ateş olabilir ya da devasa bir canavarın gözü olabilir. Belki şu anda kesinlikle bir vagonun üzerinde oturuyordur, ancak bir vagonun üzerinde değil de son derece yüksek bir kulenin üzerinde oturuyor olması çok muhtemeldir, eğer düşerse bütün bir gün, bir ay boyunca yere uçacaktı - uçmaya devam et ve asla ona ulaşama. Kamyonun altında sadece bir Kazak Likhaçev oturuyor olabilir, ancak bu kimsenin tanımadığı dünyadaki en nazik, en cesur, en harika, en mükemmel insan da olabilir. Belki sadece su almak için geçip vadiye giren bir hafif süvari eriydi, ya da belki de gözden kaybolup tamamen ortadan kaybolmuştu ve orada değildi.
