Həcmin reaksiya sürətinə təsiri. Kimyəvi reaksiyanın sürəti və ona təsir edən amillər. Prosesin sürətinin ölçülməsi

Biz daim müxtəlif kimyəvi qarşılıqlı təsirlərlə qarşılaşırıq. Təbii qazın yanması, dəmirin paslanması, südün turşuması - bunlar məktəb kimya kursunda ətraflı öyrənilən proseslər deyil.

Bəzi reaksiyaların baş verməsi saniyələrin bir hissəsini alır, bəzi qarşılıqlı təsirlər isə günlər və ya həftələr çəkir.

Reaksiya sürətinin temperaturdan, konsentrasiyadan və digər amillərdən asılılığını müəyyən etməyə çalışaq. Yeni təhsil standartı bu məsələyə minimum tədris vaxtı ayırır. Vahid Dövlət İmtahanının testlərinə reaksiya sürətinin temperaturdan, konsentrasiyadan asılılığı ilə bağlı tapşırıqlar və hətta hesablama problemləri təklif olunur. Bir çox orta məktəb şagirdləri bu suallara cavab tapmaqda müəyyən çətinliklərlə üzləşirlər, ona görə də bu mövzunu ətraflı təhlil edəcəyik.

Baxılan məsələnin aktuallığı

Reaksiya sürəti haqqında məlumat mühüm praktiki və elmi əhəmiyyətə malikdir. Məsələn, maddələrin və məmulatların xüsusi istehsalında avadanlığın məhsuldarlığı və malların dəyəri bilavasitə bu dəyərdən asılıdır.

Davam edən reaksiyaların təsnifatı

İlkin komponentlərin aqreqasiya vəziyyəti ilə heterojen qarşılıqlı təsirlər zamanı əmələ gələn məhsullar arasında birbaşa əlaqə vardır.

Kimyada sistem adətən bir maddə və ya onların birləşməsi deməkdir.

Bir fazadan (eyni birləşmə vəziyyəti) ibarət olan sistem homojen hesab olunur. Nümunə olaraq qazların və bir neçə müxtəlif mayenin qarışığını qeyd edə bilərik.

Heterogen sistem reaksiya verən maddələrin qaz və maye, bərk və qaz şəklində olduğu sistemdir.

Yalnız reaksiya sürətinin temperaturdan asılılığı deyil, həm də təhlil edilən qarşılıqlı təsirə daxil olan komponentlərin istifadə olunduğu fazadan asılıdır.

Homojen bir kompozisiya keyfiyyətini əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdıran bütün həcmdə baş verən proses ilə xarakterizə olunur.

Başlanğıc maddələr müxtəlif faza vəziyyətlərindədirsə, maksimum qarşılıqlı təsir faza interfeysində müşahidə olunur. Məsələn, aktiv metal turşuda həll edildikdə, məhsulun (duzun) əmələ gəlməsi yalnız onların təmas səthində müşahidə olunur.

Prosesin sürəti ilə müxtəlif amillər arasında riyazi əlaqə

Kimyəvi reaksiyanın sürətinin temperaturdan asılılığının tənliyi necə görünür? Homojen bir proses üçün sürət vahid vaxtda sistemin həcmində reaksiya zamanı qarşılıqlı təsir göstərən və ya əmələ gələn maddənin miqdarı ilə müəyyən edilir.

Heterojen bir proses üçün sürət minimum vaxt müddətində vahid ərazidə prosesdə reaksiya verən və ya istehsal olunan maddənin miqdarı ilə müəyyən edilir.

Kimyəvi reaksiyanın sürətinə təsir edən amillər

Reaksiyaya girən maddələrin təbiəti proseslərin müxtəlif sürətlərinin səbəblərindən biridir. Məsələn, qələvi metallar otaq temperaturunda su ilə qələvilər əmələ gətirir və proses hidrogen qazının intensiv buraxılması ilə müşayiət olunur. Nəcib metallar (qızıl, platin, gümüş) nə otaq temperaturunda, nə də qızdırıldıqda belə proseslərə qadir deyildir.

Reaksiyaya girən maddələrin təbiəti istehsalın rentabelliyini artırmaq üçün kimya sənayesində nəzərə alınan amildir.

Reagentlərin konsentrasiyası ilə kimyəvi reaksiyanın sürəti arasında əlaqə aşkar edilmişdir. Nə qədər yüksək olarsa, bir o qədər çox hissəciklər toqquşacaq, buna görə də proses daha sürətli gedəcək.

Kütləvi hərəkət qanunu riyazi formada başlanğıc maddələrin konsentrasiyası ilə prosesin sürəti arasında birbaşa mütənasib əlaqəni təsvir edir.

On doqquzuncu əsrin ortalarında rus kimyaçısı N. N. Beketov tərəfindən tərtib edilmişdir. Hər bir proses üçün temperatur, konsentrasiya və ya reaktivlərin təbiəti ilə bağlı olmayan reaksiya sabiti müəyyən edilir.

Bərk bir maddənin iştirak etdiyi reaksiyanı sürətləndirmək üçün onu toz halına gətirmək lazımdır.

Bu vəziyyətdə səth sahəsi artır, bu da prosesin sürətinə müsbət təsir göstərir. Dizel yanacağı üçün xüsusi bir enjeksiyon sistemi istifadə olunur, bunun sayəsində hava ilə təmasda olduqda karbohidrogen qarışığının yanma sürəti əhəmiyyətli dərəcədə artır.

İstilik

Kimyəvi reaksiyanın sürətinin temperaturdan asılılığı molekulyar kinetik nəzəriyyə ilə izah olunur. O, müəyyən şərtlər altında reagent molekulları arasında toqquşmaların sayını hesablamağa imkan verir. Əgər belə bir məlumatla silahlanmışsınızsa, normal şəraitdə bütün proseslər dərhal davam etməlidir.

Amma reaksiya sürətinin temperaturdan asılılığının konkret nümunəsini nəzərdən keçirsək, belə çıxır ki, qarşılıqlı təsir üçün ilk növbədə atomlar arasında kimyəvi bağları qırmaq lazımdır ki, onlardan yeni maddələr əmələ gəlsin. Bu, əhəmiyyətli enerji xərcləri tələb edir. Reaksiya sürətinin temperaturdan asılılığı nədir? Aktivləşdirmə enerjisi molekulların qırılma ehtimalını müəyyən edir, proseslərin reallığını xarakterizə edən məhz bu enerjidir. Onun vahidləri kJ/mol-dur.

Enerji kifayət deyilsə, toqquşma səmərəsiz olacaq, buna görə də yeni bir molekulun meydana gəlməsi ilə müşayiət olunmur.

Qrafik təsvir

Kimyəvi reaksiyanın sürətinin temperaturdan asılılığı qrafik şəkildə göstərilə bilər. Qızdırıldıqda hissəciklər arasında toqquşmaların sayı artır, bu da qarşılıqlı əlaqəni sürətləndirir.

Reaksiya sürətinin temperatura qarşı qrafiki necə görünür? Molekulların enerjisi üfüqi, yüksək enerji ehtiyatı olan hissəciklərin sayı isə şaquli olaraq göstərilir. Qrafik müəyyən bir qarşılıqlı əlaqənin sürətini mühakimə edə biləcəyi bir əyridir.

Ortadan enerji fərqi nə qədər çox olarsa, əyrinin nöqtəsi maksimumdan bir o qədər uzaqda yerləşir və molekulların daha kiçik faizi belə enerji ehtiyatına malikdir.

Əhəmiyyətli cəhətlər

Reaksiya sürəti sabitinin temperaturdan asılılığının tənliyini yazmaq olarmı? Onun artması prosesin sürətinin artmasında özünü göstərir. Bu asılılıq proses sürətinin temperatur əmsalı adlanan müəyyən qiymətlə xarakterizə olunur.

İstənilən qarşılıqlı təsir üçün reaksiya sürəti sabitinin temperaturdan asılılığı aşkar edilmişdir. 10 dərəcə artarsa, prosesin sürəti 2-4 dəfə artır.

Homojen reaksiyaların sürətinin temperaturdan asılılığını riyazi formada göstərmək olar.

Otaq temperaturunda əksər qarşılıqlı təsirlər üçün əmsal 2 ilə 4 arasında dəyişir. Məsələn, 2,9 temperatur əmsalı ilə 100 dərəcə temperaturun artması prosesi demək olar ki, 50 000 dəfə sürətləndirir.

Reaksiya sürətinin temperaturdan asılılığını müxtəlif aktivləşdirmə enerjiləri ilə asanlıqla izah etmək olar. Yalnız kationların və anionların qarşılıqlı təsiri ilə təyin olunan ion prosesləri zamanı minimum qiymətə malikdir. Çoxsaylı təcrübələr belə reaksiyaların ani baş verdiyini göstərir.

Yüksək aktivləşmə enerjisində hissəciklər arasında yalnız az sayda toqquşma qarşılıqlı təsirə səbəb olacaqdır. Orta aktivləşmə enerjisində reaktivlər orta sürətlə qarşılıqlı təsir göstərəcəklər.

Reaksiya sürətinin konsentrasiyadan və temperaturdan asılılığı ilə bağlı tapşırıqlar yalnız təhsilin yuxarı pilləsində nəzərdən keçirilir və tez-tez uşaqlar üçün ciddi çətinliklər yaradır.

Prosesin sürətinin ölçülməsi

Əhəmiyyətli aktivləşdirmə enerjisi tələb edən proseslər başlanğıc maddələrdəki atomlar arasındakı bağların ilkin qırılması və ya zəifləməsini əhatə edir. Bu zaman onlar aktivləşdirilmiş kompleks adlanan müəyyən aralıq vəziyyətə keçirlər. Bu qeyri-sabit bir vəziyyətdir, kifayət qədər tez reaksiya məhsullarına parçalanır, proses əlavə enerjinin sərbəst buraxılması ilə müşayiət olunur.

Ən sadə formada aktivləşdirilmiş kompleks köhnə bağları zəifləmiş atomların konfiqurasiyasıdır.

İnhibitorlar və katalizatorlar

Enzimatik reaksiyanın sürətinin mühitin temperaturundan asılılığını təhlil edək. Bu cür maddələr prosesi sürətləndirici funksiyanı yerinə yetirir.

Onlar özləri qarşılıqlı əlaqənin iştirakçısı deyillər, proses başa çatdıqdan sonra onların sayı dəyişməz qalır. Katalizatorlar reaksiya sürətini artırmağa kömək etdiyi halda, inhibitorlar, əksinə, bu prosesi yavaşlatır.

Bunun mahiyyəti aralıq birləşmələrin əmələ gəlməsindədir, bunun nəticəsində prosesin sürətində dəyişiklik müşahidə olunur.

Nəticə

Dünyada hər dəqiqə müxtəlif kimyəvi qarşılıqlı təsirlər baş verir. Reaksiya sürətinin temperaturdan asılılığını necə müəyyən etmək olar? Arrhenius tənliyi sürət sabiti ilə temperatur arasındakı əlaqənin riyazi izahıdır. Molekullardakı atomlar arasındakı bağların məhv edilməsi və ya zəifləməsi və hissəciklərin yeni kimyəvi maddələrə paylanması mümkün olan aktivləşdirmə enerjisi dəyərləri haqqında fikir verir.

Molekulyar kinetik nəzəriyyə sayəsində ilkin komponentlər arasında qarşılıqlı təsir ehtimalını proqnozlaşdırmaq və prosesin sürətini hesablamaq mümkündür. Reaksiya sürətinə təsir edən amillər arasında temperaturun dəyişməsi, qarşılıqlı təsir göstərən maddələrin faiz konsentrasiyası, təmas səthinin sahəsi, katalizatorun (inhibitorun) olması, həmçinin qarşılıqlı təsir göstərən komponentlərin təbiəti xüsusi əhəmiyyət kəsb edir.

Həyatda müxtəlif kimyəvi reaksiyalarla qarşılaşırıq. Bəziləri, dəmirin paslanması kimi, bir neçə il davam edə bilər. Digərləri, məsələn, şəkərin spirtə fermentləşdirilməsi bir neçə həftə çəkir. Sobadakı odun bir neçə saata, mühərrikdəki benzin isə bir saniyəyə yanır.

Avadanlıq xərclərini azaltmaq üçün kimya zavodları reaksiyaların sürətini artırır. Və bəzi proseslər, məsələn, qidanın xarab olması və metalın korroziyasını yavaşlatmaq lazımdır.

Kimyəvi reaksiya sürəti kimi ifadə etmək olar zaman vahidi (t) üçün maddənin miqdarının (n, modul) dəyişməsi - fizikada hərəkət edən cismin sürətini zaman vahidində koordinatların dəyişməsi kimi müqayisə edin: υ = Δx/Δt. Sürətin reaksiyanın baş verdiyi qabın həcmindən asılı olmaması üçün ifadəni reaksiya verən maddələrin həcminə (v) bölürük, yəni. vahid həcmdə bir maddənin miqdarının vahid vaxtda dəyişməsi və ya Vahid vaxtda maddələrdən birinin konsentrasiyasının dəyişməsi:

burada c = n / v maddənin konsentrasiyasıdır,

Δ (“delta” oxuyun) dəyər dəyişikliyi üçün ümumi qəbul edilmiş işarədir.

Maddələrin tənlikdə fərqli əmsalları varsa, bu düsturdan istifadə edərək hesablanan hər biri üçün reaksiya sürəti fərqli olacaqdır. Məsələn, 2 mol kükürd dioksidi 1 litrdə 10 saniyədə 1 mol oksigenlə tamamilə reaksiya verdi:

2SO2 + O2 = 2SO3

Oksigen nisbəti belə olacaq: υ = 1: (10 1) = 0,1 mol/l s

Kükürd dioksidi üçün sürət: υ = 2: (10 1) = 0,2 mol/l s- bunu imtahan zamanı əzbərləmək və söyləmək lazım deyil, bu sual yaranarsa çaşqınlıq olmasın deyə misal verilir.

Heterojen reaksiyaların sürəti (bərk cisimləri əhatə edən) tez-tez təmasda olan səthlərin vahid sahəsinə görə ifadə edilir:

Reaktivlər müxtəlif fazalarda olduqda reaksiyalar heterojen adlanır:

• bərk maddə ilə başqa bərk, maye və ya qaz,
• iki qarışmayan maye
• qaz ilə maye.

Bir fazada maddələr arasında homojen reaksiyalar baş verir:

• yaxşı qarışdırılmış mayelər arasında,
• qazlar,
• məhlullardakı maddələr.

Kimyəvi reaksiyaların sürətinə təsir edən şərtlər

1) Reaksiya sürəti asılıdır reaktivlərin təbiəti. Sadəcə olaraq, müxtəlif maddələr müxtəlif sürətlə reaksiya verir. Məsələn, sink xlorid turşusu ilə şiddətlə reaksiya verir, dəmir isə olduqca yavaş reaksiya verir.

2) Reaksiya sürəti nə qədər yüksəkdirsə, bir o qədər sürətlidir konsentrasiya maddələr. Sink yüksək dərəcədə seyreltilmiş turşu ilə daha uzun müddət reaksiya verəcəkdir.

3) Reaksiya sürəti artdıqca əhəmiyyətli dərəcədə artır temperatur. Məsələn, yanacağın yanması üçün onu alovlandırmaq, yəni temperaturu artırmaq lazımdır. Bir çox reaksiyalar üçün temperaturun 10°C artması sürətin 2-4 dəfə artması ilə müşayiət olunur.

4) Sürət heterojen reaksiyalar artdıqca artır reaksiya verən maddələrin səthləri. Bu məqsədlə bərk maddələr adətən üyüdülür. Məsələn, dəmir və kükürd tozlarının qızdırıldığı zaman reaksiya verməsi üçün dəmir incə yonqar şəklində olmalıdır.

Nəzərə alın ki, bu halda düstur (1) nəzərdə tutulur! Formula (2) vahid sahəyə düşən sürəti ifadə edir, buna görə də ərazidən asılı ola bilməz.

5) Reaksiya sürəti katalizatorların və ya inhibitorların mövcudluğundan asılıdır.

Katalizatorlar- kimyəvi reaksiyaları sürətləndirən, lakin istehlak edilməyən maddələr. Məsələn, katalizator - manqan (IV) oksidin əlavə edilməsi ilə hidrogen peroksidin sürətli parçalanması:

2H 2 O 2 = 2H 2 O + O 2

Manqan (IV) oksidi dibində qalır və təkrar istifadə edilə bilər.

İnhibitorlar- reaksiyanı ləngidən maddələr. Məsələn, boruların və batareyaların ömrünü uzatmaq üçün su isitmə sisteminə korroziya inhibitorları əlavə edilir. Avtomobillərdə əyləc və soyuducu mayeyə korroziya inhibitorları əlavə olunur.

Daha bir neçə nümunə.

Tədqiq olunan əsas anlayışlar:

Kimyəvi reaksiyaların sürəti

Molar konsentrasiyası

Kinetika

Homojen və heterojen reaksiyalar

Kimyəvi reaksiyaların sürətinə təsir edən amillər

Katalizator, inhibitor

Kataliz

Geri dönən və geri dönməyən reaksiyalar

Kimyəvi tarazlıq

Kimyəvi reaksiyalar bir maddədən başqa maddələrin alındığı reaksiyalardır (əvvəlki maddələrdən yeni maddələr əmələ gəlir). Bəzi kimyəvi reaksiyalar saniyənin kiçik bir hissəsində baş verir (partlayış), bəziləri isə dəqiqələr, günlər, illər, onilliklər və s.

Məsələn: barıtın yanma reaksiyası alovlanma və partlama ilə dərhal baş verir və gümüşün qaralması və ya dəmirin paslanması (korroziya) reaksiyası o qədər yavaş baş verir ki, onun nəticəsini yalnız uzun müddətdən sonra izləmək olar.

Kimyəvi reaksiyanın sürətini xarakterizə etmək üçün kimyəvi reaksiya sürəti - υ anlayışından istifadə olunur.

Kimyəvi reaksiya sürəti Vahid vaxtda reaksiyanın reaktivlərindən birinin konsentrasiyasının dəyişməsidir.

Kimyəvi reaksiyanın sürətini hesablamaq üçün formula:

c 1 – t 1 ilkin anda maddənin molar konsentrasiyası

c 2 – t 2 başlanğıc anında maddənin molar konsentrasiyası

kimyəvi reaksiyanın sürəti reaktivlərin (başlanğıc maddələrin) molar konsentrasiyasının dəyişməsi ilə xarakterizə olunduğundan, sonra t 2 > t 1 və c 2 > c 1 (reaksiya davam etdikcə başlanğıc maddələrin konsentrasiyası azalır) .

Molar konsentrasiyası (s)– həcm vahidinə düşən maddə miqdarıdır. Molar konsentrasiyanın ölçü vahidi [mol/l]-dir.

Kimyanın kimyəvi reaksiyaların sürətini öyrənən bölməsi adlanır kimyəvi kinetika. Onun qanunlarını bilən insan kimyəvi prosesləri idarə edə və onları müəyyən sürətə qoya bilər.

Kimyəvi reaksiyanın sürətini hesablayarkən reaksiyaların homojen və heterojen bölündüyünü xatırlamaq lazımdır.

Homojen reaksiyalar– eyni mühitdə baş verən reaksiyalar (yəni reaktivlər eyni birləşmə vəziyyətindədirlər); məsələn: qaz + qaz, maye + maye).

Heterojen reaksiyalar- bunlar heterojen bir mühitdə maddələr arasında baş verən reaksiyalardır (faza interfeysi var, yəni reaksiya verən maddələr müxtəlif birləşmə vəziyyətlərindədir); məsələn: qaz + maye, maye + bərk).

Kimyəvi reaksiyanın sürətini hesablamaq üçün yuxarıda göstərilən düstur yalnız homojen reaksiyalar üçün etibarlıdır. Reaksiya heterojendirsə, o zaman yalnız reaktivlərin səthində baş verə bilər.

Heterojen reaksiya üçün sürət düsturla hesablanır:

∆ν – maddənin miqdarının dəyişməsi

S – interfeys sahəsi

∆ t – reaksiyanın baş verdiyi vaxt dövrü

Kimyəvi reaksiyaların sürəti müxtəlif amillərdən asılıdır: reaktivlərin təbiəti, maddələrin konsentrasiyası, temperatur, katalizatorlar və ya inhibitorlar.

Reaksiya sürətlərinin reaksiya verən maddələrin təbiətindən asılılığı.

Reaksiya sürətinin bu asılılığını təhlil edək misaldan istifadə edərək: eyni miqdarda xlorid turşusu (HCl) məhlulu olan iki sınaq borusuna bərabər sahəyə malik metal qranulları ataq: birinci sınaq borusuna dəmir (Fe) qranulu, ikincisinə isə maqnezium (Mg) qranulu. Müşahidələr nəticəsində, hidrogenin buraxılma sürətinə (H2) əsaslanaraq qeyd etmək olar ki, maqnezium xlorid turşusu ilə dəmirdən daha yüksək sürətlə reaksiya verir.. Bu kimyəvi reaksiyanın sürəti metalın təbiətindən təsirlənir (yəni maqnezium dəmirdən daha reaktiv metaldır və buna görə də turşu ilə daha güclü reaksiya verir).

Kimyəvi reaksiyaların sürətinin reaktivlərin konsentrasiyasından asılılığı.

Reaksiyaya girən (başlanğıc) maddənin konsentrasiyası nə qədər yüksək olarsa, reaksiya bir o qədər tez gedir. Əksinə, reaktivin konsentrasiyası nə qədər aşağı olarsa, reaksiya bir o qədər yavaş olar.

Məsələn: bir sınaq borusuna xlorid turşusunun konsentratlaşdırılmış məhlulunu (HCl), digərinə isə xlorid turşusunun seyreltilmiş məhlulunu tökün. Hər iki sınaq borusuna sink qranulunu (Zn) qoyaq. Hidrogenin təkamül sürəti ilə reaksiyanın birinci sınaq borusunda daha sürətli getdiyini müşahidə edəcəyik, çünki onda xlorid turşusunun konsentrasiyası ikinci sınaq borusundan daha çoxdur.

Kimyəvi reaksiya sürətinin asılılığını müəyyən etmək üçün istifadə edin (hərəkət edən) kütlələrin hərəkət qanunu : kimyəvi reaksiyanın sürəti reaksiya verən maddələrin konsentrasiyalarının məhsulu ilə düz mütənasibdir və onların əmsallarına bərabərdir.

Məsələn, sxemə görə gedən reaksiya üçün: nA + mB → D, kimyəvi reaksiyanın sürəti düsturla müəyyən edilir:

υ h.r. = k · C (A) n · C (B) m , Harada

υ x.r - kimyəvi reaksiyanın sürəti

C (A) - A

C (B) - bir maddənin molar konsentrasiyası IN

n və m - onların əmsalları

k – kimyəvi reaksiyanın sürət sabiti (istinad dəyəri).

Kütləvi təsir qanunu bərk vəziyyətdə olan maddələrə şamil edilmir, çünki onların konsentrasiyası sabitdir (yalnız səthdə reaksiya vermələri səbəbindən dəyişməz qalır).

Məsələn: reaksiya üçün 2 Cu + O 2 = 2 CuO reaksiya sürəti düsturla müəyyən edilir:

υ h.r. = k C(O 2)

PROBLEM: 2A + B = D reaksiyasının sürət sabiti 0,005-dir. A maddəsinin molar konsentrasiyasında reaksiya sürətini hesablayın = 0,6 mol/l, B maddəsi = 0,8 mol/l.

Kimyəvi reaksiyanın sürətinin temperaturdan asılılığı.

Bu asılılıq müəyyən edilir Vant Hoff qaydası (1884): temperaturun hər 10°C artması ilə kimyəvi reaksiyanın sürəti orta hesabla 2-4 dəfə artır.

Beləliklə, otaq temperaturunda hidrogen (H 2) və oksigenin (O 2) qarşılıqlı təsiri demək olar ki, baş vermir, bu kimyəvi reaksiyanın sürəti o qədər aşağıdır. Lakin 500 C o temperaturda bu reaksiya 50 dəqiqə ərzində, 700 C o temperaturda isə demək olar ki, dərhal baş verir.

Van't Hoff qaydasına görə kimyəvi reaksiyanın sürətini hesablamaq üçün formula:

burada: υ t 1 və υ t 2 - t 2 və t 1-də kimyəvi reaksiyaların sürətləri

γ temperaturun 10 C o artması ilə reaksiya sürətinin neçə dəfə artdığını göstərən temperatur əmsalıdır.

Reaksiya sürətinin dəyişdirilməsi:

2. Problem ifadəsindəki məlumatları düsturla əvəz edin:

Reaksiya sürətlərinin xüsusi maddələrdən - katalizatorlardan və inhibitorlardan asılılığı.

Katalizator- kimyəvi reaksiyanın sürətini artıran, lakin özü iştirak etməyən maddə.

İnhibitor- kimyəvi reaksiyanı ləngidən, lakin özü iştirak etməyən maddə.

Nümunə: qızdırılmış 3% hidrogen peroksid (H 2 O 2) məhlulu olan sınaq borusuna yanan bir parça əlavə edin - yanmayacaq, çünki hidrogen peroksidin suya (H 2 O) və oksigenə (O 2) parçalanmasının reaksiya sürəti çox aşağıdır və nəticədə əldə edilən oksigen oksigenə yüksək keyfiyyətli reaksiya vermək üçün kifayət deyil (yanmağı təmin edir). İndi sınaq borusuna bir az qara toz manqan (IV) oksidi (MnO 2) əlavə edək və görək ki, qaz qabarcıqlarının (oksigen) sürətlə ayrılması başlayıb və sınaq borusuna gətirilən alışıb-yanan qırıntılar parlaq şəkildə alovlanır. MnO 2 bu reaksiyanın katalizatorudur, reaksiyanın sürətini sürətləndirdi, lakin onun özündə iştirak etmədi (bunu reaksiyadan əvvəl və sonra katalizatorun çəkisi ilə sübut etmək olar - onun kütləsi dəyişməyəcək).

İşin məqsədi: kimyəvi reaksiyanın sürətinin və onun müxtəlif amillərdən asılılığının öyrənilməsi: reaktivlərin təbiəti, konsentrasiyası, temperaturu.

Kimyəvi reaksiyalar müxtəlif sürətlərdə baş verir. Kimyəvi reaksiyanın sürəti Vahid vaxtda reaktivin konsentrasiyasının dəyişməsi adlanır. Homojen sistemdə (homogen reaksiyalar üçün) baş verən reaksiya üçün vahid həcmdə vahid vaxtda qarşılıqlı təsir hadisələrinin sayına və ya heterogen sistemdə baş verən reaksiyalar üçün (heterogen reaksiyalar üçün) vahid interfeys səthinə bərabərdir.

Orta reaksiya sürəti v orta. -dən vaxt intervalında t 1əvvəl t 2əlaqə ilə müəyyən edilir:

Harada C 1 Və C 2– hər hansı reaksiya iştirakçısının zaman nöqtələrində molar konsentrasiyası t 1 Və t 2 müvafiq olaraq.

Kəsrin qarşısındakı “-” işarəsi başlanğıc maddələrin konsentrasiyasına, Δ işarəsinə aiddir İLƏ < 0, знак “+” – к концентрации продуктов реакции, ΔİLƏ > 0.

Kimyəvi reaksiyanın sürətinə təsir edən əsas amillər: reaktivlərin təbiəti, onların konsentrasiyası, təzyiq (əgər reaksiyada qazlar iştirak edirsə), temperatur, katalizator, heterogen reaksiyalar üçün interfeys sahəsi.

Əksər kimyəvi reaksiyalar bir neçə mərhələdə baş verən mürəkkəb proseslərdir, yəni. bir neçə elementar proseslərdən ibarətdir. Elementar və ya sadə reaksiyalar bir mərhələdə baş verən reaksiyalardır.

Elementar reaksiyalar üçün reaksiya sürətinin konsentrasiyadan asılılığı kütlə hərəkəti qanunu ilə ifadə edilir.

Sabit temperaturda kimyəvi reaksiyanın sürəti stexiometrik əmsallara bərabər gücdə qəbul edilən reaksiya verən maddələrin konsentrasiyalarının məhsulu ilə birbaşa mütənasibdir.

Ümumi formada reaksiya üçün

a A + b B… → c C,

kütləvi hərəkət qanununa görə v nisbəti ilə ifadə edilir

v = К∙с(А) а ∙ с(В) b,

Harada c(A) Və s(B)– A və B reaktivlərinin molar konsentrasiyaları;

TO– bu reaksiyanın sürət sabiti, bərabərdir v, Əgər c(A)a=1 və c(B)b=1 və reaktivlərin təbiətindən, temperaturdan, katalizatordan və heterojen reaksiyalar üçün interfeys sahəsindən asılı olaraq.

Reaksiya sürətinin konsentrasiyadan asılı olaraq ifadəsinə kinetik tənlik deyilir.

Mürəkkəb reaksiyalar halında, hər bir fərdi mərhələ üçün kütləvi hərəkət qanunu tətbiq olunur.

Heterogen reaksiyalar üçün kinetik tənliyə yalnız qaz və həll olunmuş maddələrin konsentrasiyası daxildir; bəli, kömür yandırmaq üçün

C (k) + O 2 (q) → CO 2 (q)

sürət tənliyi formaya malikdir

v = K∙s(O 2)

Reaksiyanın molekulyarlığı və kinetik qaydası haqqında bir neçə söz.

Konsepsiya "reaksiya molekulyarlığı" yalnız sadə reaksiyalara aiddir. Reaksiya molekulyarlığı elementar qarşılıqlı təsirdə iştirak edən hissəciklərin sayını xarakterizə edir.

Bir, iki və üç hissəciyin iştirak etdiyi mono-, bi- və trimolekulyar reaksiyalar var. Üç hissəciyin eyni vaxtda toqquşması ehtimalı kiçikdir. Üçdən çox hissəciklərin qarşılıqlı təsirinin elementar prosesi məlum deyil. Elementar reaksiyalara misallar:

N 2 O 5 → NO + NO + O 2 (monomolekulyar)

H 2 + I 2 → 2HI (bimolekulyar)

2NO + Cl 2 → 2NOCl (trimolekulyar)

Sadə reaksiyaların molekulyarlığı reaksiyanın ümumi kinetik nizamı ilə üst-üstə düşür. Reaksiya ardıcıllığı sürətin konsentrasiyadan asılılığının xarakterini müəyyən edir.

Reaksiyanın ümumi (ümumi) kinetik qaydası, eksperimental olaraq müəyyən edilmiş reaksiya sürəti tənliyində reaksiya verənlərin konsentrasiyalarında eksponentlərin cəmidir.

Temperatur artdıqca əksər kimyəvi reaksiyaların sürəti artır. Reaksiya sürətinin temperaturdan asılılığı təxminən Vant Hoff qaydası ilə müəyyən edilir.

Temperaturun hər 10 dərəcə artması üçün əksər reaksiyaların sürəti 2-4 dəfə artır.

burada və temperaturda müvafiq olaraq reaksiya sürətidir t 2 Və t 1 (t 2 >t 1);

γ reaksiya sürətinin temperatur əmsalıdır, temperatur 10 0 artdıqda kimyəvi reaksiyanın sürətinin neçə dəfə artdığını göstərən rəqəmdir.

Van't Hoff qaydasından istifadə etməklə yalnız temperaturun reaksiya sürətinə təsirini təxmini hesablamaq olar. Temperatur reaksiya sürətindən asılılığın daha dəqiq təsviri Arrhenius aktivləşdirmə nəzəriyyəsi çərçivəsində mümkündür.

Kimyəvi reaksiyanın sürətləndirilməsi üsullarından biri maddələrdən (katalizatorlardan) istifadə etməklə həyata keçirilən katalizdir.

Katalizatorlar- bunlar reaksiya reagentləri ilə aralıq kimyəvi qarşılıqlı təsirlərdə təkrar iştirak səbəbindən kimyəvi reaksiyanın sürətini dəyişən maddələrdir, lakin hər aralıq qarşılıqlı təsir dövründən sonra kimyəvi tərkibini bərpa edirlər.

Katalizatorun təsir mexanizmi reaksiyanın aktivləşmə enerjisinin azalmasına qədər azaldılır, yəni. aktiv molekulların orta enerjisi (aktiv kompleks) ilə başlanğıc maddələrin molekullarının orta enerjisi arasındakı fərqin azaldılması. Kimyəvi reaksiyanın sürəti artır.

Kimyəvi reaksiyaların sürətlərini bilmək böyük nəzəri və praktik əhəmiyyət kəsb edir. Məsələn, kimya sənayesində maddənin istehsalı zamanı avadanlığın ölçüsü və məhsuldarlığı və əldə edilən məhsulun miqdarı reaksiya sürətindən asılıdır.

Müxtəlif kimyəvi reaksiyalar fərqli sürətlərə malikdir. Bəzi reaksiyalar saniyənin bir hissəsi ərzində baş verir, digərlərinin tamamlanması aylar və hətta illər çəkir. Kimyəvi reaksiyaların sürətini öyrənir kimyəvi kinetika.

Kimyəvi kinetikanın işlədiyi əsas anlayışlar kimyəvidir sistemi Və faza:

• Kimyəvi sistem- maddə (maddələr toplusu);
• Kimyəvi faza- sistemin digər hissələrdən ayrılmış hissəsi interfeys.

Bir fazadan ibarət sistemlər adlanır homojen və ya homojen məsələn, qaz qarışıqları və ya məhlulları. Homojen sistemlərdə baş verən reaksiyalara deyilir homojen reaksiyalar, belə reaksiyalar qarışığın bütün həcmi boyunca baş verir.

Bir neçə mərhələdən ibarət sistemlər adlanır heterojen və ya heterojen məsələn, maye + bərk. Heterojen sistemlərdə baş verən reaksiyalara deyilir heterojen reaksiyalar, belə reaksiyalar yalnız interfeysdə baş verir.

Homojen reaksiya sürəti

Homojen reaksiyanın sürəti sistemin vahid həcminə (V) düşən zaman vahidi (t) üçün reaksiya nəticəsində əmələ gələn maddənin (ν) miqdarıdır:

• ν 1 - t 1 zamanında maddənin mol sayı;
• ν 2 - t 2 zamanında maddənin mol sayı;

Mole-həcm konsentrasiyası maddə (C, mol/l) - bir maddənin mol sayının (ν) reaksiya qarışığının bütün həcminə (V) nisbəti: С=ν/V.

Homojen reaksiyanın sürəti reaktivin konsentrasiyasının vahid vaxtda dəyişməsinə bərabərdir.

Reaksiya məhsullarından birinin konsentrasiyasından bəhs etdiyimiz halda ifadədə “artı” işarəsi, orijinal maddələrdən birinin konsentrasiyasından danışırıqsa, “mənfi” işarəsi qoyulur. ifadəsi.

Heterojen reaksiya sürəti

Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, heterojen reaksiyaların homojen olanlardan əsas fərqi reaksiyanın faza sərhədində baş verməsidir.

Heterojen reaksiyanın sürəti (v het) vahid interfeys səthində (S) vahid zamanda (t) əmələ gələn maddənin (ν) miqdarıdır.

Reaksiyaların sürətinə təsir edən əsas amillər:

• reaksiya verən maddələrin təbiəti;
• konsentrasiya;
• temperatur;
• katalizatorlar;
• reagent hissəciklərinin ölçüləri;
• təzyiq.

Son iki məqam heterojen reaksiyalara aiddir.

Reaktivlərin təbiəti

Maddələrin molekulları arasında kimyəvi qarşılıqlı təsir üçün zəruri şərt onların molekulun "sağ" hissəsində bir-biri ilə toqquşmasıdır. yüksək reaktivliyə malik sahə. Bu, boksdakı kimidir: boksçunun zərbəsi rəqibin əlcəklərinə dəysə, heç bir reaksiya olmayacaq; lakin zərbə rəqibin başına düşərsə, nokaut (reaksiya) ehtimalı əhəmiyyətli dərəcədə artır; və təsir qüvvəsi (molekulların toqquşma qüvvəsi) yüksək olarsa, nokaut (reaksiya) qaçılmaz olur.

Yuxarıda göstərilənlərə əsaslanaraq belə nəticəyə gələ bilərik ki, molekul nə qədər mürəkkəb olsa, onun yüksək reaktiv bölgəsi bir o qədər kiçik olar. Deməli, reaksiya verən maddələrin molekulları nə qədər böyük və mürəkkəb olarsa, reaksiya sürəti bir o qədər yavaş olar.

Reagent konsentrasiyası

Reaksiya sürəti molekulların toqquşmalarının sayı ilə düz mütənasibdir. Reagentlərin konsentrasiyası nə qədər yüksək olarsa, toqquşmalar bir o qədər çox olarsa, kimyəvi reaksiyanın sürəti də bir o qədər yüksək olar. Məsələn, təmiz oksigendə yanma adi havadan daha sürətli baş verir.

Lakin demək lazımdır ki, bir neçə mərhələdə baş verən mürəkkəb reaksiyalarda; belə asılılığa hörmət edilmir. Bu, reaksiya sürətinin özünü müəyyən edən reaksiyanın ən yavaş mərhələsində reagentlərdən hansının iştirak etmədiyini müəyyən etməyə imkan verir.

Reaksiya sürətinin reaktivlərin konsentrasiyasından asılılığı ifadə edilir kütləvi hərəkət qanunu 1867-ci ildə Norveç alimləri Quldberq və Vaage tərəfindən kəşf edilmişdir.

Tənliklə təsvir olunan şərti reaksiyanın sürəti (v). aA+bB=cC+dD, Kütləvi hərəkət qanununa uyğun olaraq, adlı düsturdan istifadə edərək hesablanacaq kinetik reaksiya tənliyi:

V=k·[A] a ·[B] b

• [A], [B] - başlanğıc maddələrin konsentrasiyaları;
• k hər biri 1 mol olan reaktivlərin konsentrasiyalarında bu reaksiyanın sürətinə bərabər olan reaksiya sürətinin sabitidir.

k reaksiya verən maddələrin konsentrasiyasından asılı deyil, onların təbiətindən və temperaturundan asılıdır.

Reaksiyanın kinetik tənliyindən istifadə edərək reaksiyaya girən maddələrin konsentrasiyasının dəyişməsindən asılı olaraq reaksiyanın dəyişmə sürətini təyin etmək olar.

Kinetik tənliklərə nümunələr:

2SO 2 (q)+O 2 (q)=2SO 3 (q) v=k 2 CuO(s)+H 2 (g)=Cu(s)+H 2 O(q) v=k

Qeyd edək ki, kinetik tənliklərə bərk cisimlərin konsentrasiyası daxil deyil, yalnız qaz və həll olunmuş konsentrasiyalar daxildir.

Reagent temperaturu

Temperatur yüksəldikcə molekullar daha sürətli hərəkət edir, buna görə də onların bir-biri ilə toqquşmalarının sayı artır. Bundan əlavə, molekulların kinetik enerjisi artır, bu da toqquşmaların səmərəliliyini artırır və nəticədə reaksiya sürətini təyin edir.

görə aktivləşdirmə nəzəriyyəsi, yalnız müəyyən orta dəyəri keçən enerjiyə malik molekullar kimyəvi reaksiyada iştirak edə bilər. Molekulların orta enerjisindən artıq olan məbləğə deyilir aktivləşdirmə enerjiləri. Bu enerji başlanğıc maddələrin molekullarındakı kimyəvi bağları zəiflətmək üçün lazımdır. Onların reaksiya verməsi üçün lazım olan artıq enerjiyə malik olan molekullar deyilir aktiv molekullar. Temperatur nə qədər yüksək olarsa, molekullar bir o qədər aktiv olarsa, reaksiya sürəti bir o qədər yüksək olar.

Reaksiya sürətinin temperaturdan asılılığı xarakterizə olunur Vant Hoff qaydası:

Riyazi olaraq Vant Hoff qaydası aşağıdakı düsturla ifadə edilir:

• γ - temperaturun 10°C artması ilə reaksiya sürətinin artmasını göstərən temperatur əmsalıdır;
• v 1 - t 1 temperaturunda reaksiya sürəti;
• v 2 - t 2 temperaturunda reaksiya sürəti;

Katalizatorlar

Katalizatorlar- bunlar reaksiya sürətinə təsir edən, lakin özləri istehlak edilməyən maddələrdir.

Katalizatorların iştirakı ilə baş verən reaksiyalara deyilir katalitik reaksiyalar.

Katalizatorun əsas təsiri reaksiyanın aktivləşmə enerjisini azaltmaqdır, bunun nəticəsində molekulların effektiv toqquşmalarının sayı artır.

Katalizatorlar reaksiyaları milyonlarla dəfə sürətləndirə bilər!

İki növ kataliz var:

• homojen (vahid) kataliz- katalizator və reagentlər bir faza əmələ gətirir: qaz və ya məhlul;
• heterojen (heterojen) kataliz- katalizator müstəqil faza şəklindədir.

Katalitik reaksiyaların mexanizmi çox mürəkkəbdir və tamamilə naməlumdur. Elmi fərziyyələrdən birinə görə, katalitik reaksiyalarda katalizator və reagent reaksiyaya girərək aralıq birləşmə əmələ gətirir və o, son reaksiya məhsulunu yaratmaq üçün başqa bir başlanğıc maddə ilə çox daha aktiv reaksiya verir, katalizatorun özü isə sərbəst vəziyyətdə buraxılır.

Tipik olaraq, katalizatorlar reaksiyanı sürətləndirən maddələr kimi başa düşülür, lakin reaksiyanın gedişatını ləngidən maddələr var - onlara deyilir inhibitorları.

Bioloji katalizatorlar deyilir fermentlər. Fermentlər zülallardır.

Reagent hissəcik ölçüsü

Bir kibrit götürüb bir kömür parçasına gətirək. Çətin ki, kibrit sönənə qədər kömür alovlanmağa vaxt tapsın. Kömürü üyüdək və təcrübəni təkrarlayaq - kömür tozu sadəcə alovlanmayacaq, həm də çox tez alovlanacaq - partlayış baş verəcək (kömür mədənlərində əsas təhlükə). Nə baş verir?

Kömürün üyüdülməsi ilə biz onun səthini kəskin şəkildə artıracağıq. Molekulların toqquşduğu səth sahəsi nə qədər böyükdürsə, reaksiya sürəti bir o qədər tez olur.

Reagent təzyiqi

Qaz reagentlərinin təzyiqi onların konsentrasiyasına bənzəyir - təzyiq nə qədər yüksəkdirsə, konsentrasiya da bir o qədər yüksəkdir - reaksiya sürəti bir o qədər yüksəkdir, çünki molekulyar toqquşmaların sayı artır. Konsentrasiya kimi, reaktivlərin təzyiqi də mürəkkəb reaksiyalarda “işləmir”.