Թիրախ:

Քիմիական ռեակցիայի արագության կախվածությունը ռեակտիվների կոնցենտրացիայից, ջերմաստիճանից, կատալիզատորի առկայությունից և շրջելի քիմիական ռեակցիաներով համակարգերում քիմիական հավասարակշռության պայմանների հաշվարկի հետ կապված փորձարարական խնդիրների լուծում:

Տեսական հարցեր

1. Համասեռ և տարասեռ ռեակցիաների արագությունը:

2. Զանգվածի գործողության օրենքը միատարր համակարգում արագության համար:

3. Փոխարժեքի հաստատուն: Դրա ֆիզիկական իմաստը.

4. Ռեակցիայի արագության կախվածությունը ջերմաստիճանից. Վան Հոֆի կանոնը.

5. Կատալիզացիայի հայեցակարգը.

6. Շրջելի և անշրջելի քիմիական ռեակցիաներ.

7. Քիմիական հավասարակշռություն. Հավասարակշռության հաստատուն. Դրա ֆիզիկական իմաստը.

8. Քիմիական հավասարակշռության փոփոխություն. Le Chatelier-ի սկզբունքը.

Քիմիական կինետիկաուսումնասիրում է ժամանակի ընթացքում քիմիական գործընթացների ընթացքը.

Քիմիական ռեակցիայի արագությունը n – Dn նյութի քանակն է, որը արձագանքում կամ ձևավորվում է ռեակցիայի ժամանակ մեկ միավորի ժամանակի Dt-ում ռեակցիայի տարածության միավորի ծավալում n

Միատարր ռեակցիա - տեղի է ունենում ամբողջ ծավալով, ռեակտիվները և ռեակցիայի արտադրանքները գտնվում են նույն փուլում:

Նյութի քանակությունը մեկ միավորի ծավալով Dn/V – սա C-ի մոլային կոնցենտրացիան է:

Հետո միատարր ռեակցիայի միջին արագությունը:

Միատարր ռեակցիայի արագության չափման միավորը mol l -1 s -1 է:

Հետերոգեն ռեակցիա - ռեակցիան տեղի է ունենում փուլային սահմաններում, ռեակտիվները և (կամ) ռեակցիայի արտադրանքները գտնվում են տարբեր փուլերում:

Տարասեռ ռեակցիայի համար արագությունը կախված է ռեագենտների շփման մակերեսից՝ փուլային միջերեսի S.

Տարասեռ ռեակցիայի միջին արագությունը

Տարասեռ ռեակցիայի արագության չափման միավորը mol m -2 s -1 է:

Ակնթարթային արձագանքման արագություն– կոնցենտրացիայի փոփոխություն կոնկրետ պահին, այսինքն. անսահման փոքր ժամանակահատվածում dt

Քիմիական ռեակցիայի արագությունը միշտ դրական է: «+» կամ «–» գումարած նշանը ցույց է տալիս՝ Δn նյութի քանակի փոփոխությունը դրական է, թե բացասական, այսինքն՝ ռեակցիայի ընթացքում նյութ է գոյանում կամ սպառվում։

Ռեակցիայի արագությունը կախված է ռեակտիվների բնույթից, դրանց կոնցենտրացիայից, ջերմաստիճանից և կատալիզատորի առկայությունից։

Զանգվածային գործողության օրենքըՀամասեռ ռեակցիայի արագությունը համաչափ է ռեակտիվների մոլային կոնցենտրացիաների արտադրյալին, որը վերցված է ստոյխիոմետրիկ գործակիցներին հավասար ուժերով:

aA + bB → cC + dD v= k[A] a [B] in, որտեղ k-ը արագության հաստատունն է:

Արագությունն ավելի մեծ չափով աճում է այն նյութի կոնցենտրացիայի աճով, որի ստոյխիոմետրիկ գործակիցը ռեակցիայի հավասարման մեջ ավելի մեծ է:

Ռեակցիայի արագությունը մեծանում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ, քանի որ մոլեկուլների արագությունը մեծանում է և, հետևաբար, փոխազդեցության տանող ակտիվ բախումների թիվը մեծանում է: Ռեակցիայի արագության կախվածությունը ջերմաստիճանից արտահայտվում է Վան Հոֆի կանոնով. v 2 = v 1 ∙γ (t 2 - t 1)/10, որտեղ

v 1 - ռեակցիայի արագությունը սկզբնական ջերմաստիճանում t 1;

v 2 - ռեակցիայի արագությունը t 2 ջերմաստիճանում

γ – ջերմաստիճանի գործակից, դրա արժեքը 2 ÷ 4 է:

Ռեակցիայի արագությունը մեծանում է կատալիզ- դիմում կատալիզատոր- նյութ, որն արագացնում է ռեակցիան, բայց չի փոխազդում: Կատալիզատորը չի փոխում քիմիական հավասարակշռությունը, այլ հանգեցնում է դրա ավելի արագ ձեռքբերմանը, հավասարապես արագացնելով առաջ և հակառակ ռեակցիաները: Կատալիզատորի քանակը շատ ավելի քիչ է, քան ռեակտիվները: Տարբերում են միատարր կատալիզի (կատալիզատոր նյութերը նույն փուլում են) և տարասեռ (տարբեր փուլերում)։

Հետադարձելի ռեակցիաներ- քիմիական ռեակցիաներ, որոնք տեղի են ունենում միաժամանակ առաջ (®) և հակառակ () ուղղություններով:

Քիմիական հավասարակշռություն– համակարգի վիճակը, որում առաջընթաց և հակադարձ ռեակցիաների արագությունները հավասար են, ռեակտիվների և ռեակցիայի արտադրանքների կոնցենտրացիաները՝ հաստատուն:

Հավասարակշռության հաստատուն- հավասար է ռեակցիայի արտադրանքի հավասարակշռության կոնցենտրացիաների արտադրանքի և ռեակտիվների հավասարակշռության կոնցենտրացիաների արտադրանքի հարաբերակցությանը հավասարման մեջ ստոյխիոմետրիկ գործակիցների ուժին և ցույց է տալիս, թե քանի անգամ է մեծ առաջադիմական ռեակցիայի արագությունը. քան հակադարձ ռեակցիայի արագությունը:

aA + bB « сС + dD,

կամ գազերի համար , Որտեղ Ռ- մասնակի ճնշում.

Հավասարակշռության հաստատունը կախված է ջերմաստիճանից, ռեակտիվների բնույթից և կախված չէ դրանց կոնցենտրացիայից։ K c >>1-ում ռեակցիան տալիս է ռեակցիայի արգասիքների բարձր ելք, K c<<1 выход продуктов мал, преобладают исходные реагенты.

Համակարգի պարամետրերից առնվազն մեկի փոփոխությունը հանգեցնում է անհավասարակշռության, կոնցենտրացիաների փոփոխության և այլ հավասարակշռության արժեքների հետ նոր հավասարակշռության հաստատմանը, այսինքն. հավասարակշռության փոփոխություն.

Լե Շատելիեի կանոնըԵթե ​​արտաքին ազդեցություն է գործադրվում հավասարակշռության մեջ գտնվող համակարգի վրա, ապա համակարգի հավասարակշռությունը կտեղափոխվի դեպի այն ռեակցիան, որը թուլացնում է այդ ազդեցությունը:

1-ին և 2-րդ փորձերումմենք կուսումնասիրենք տարբեր կոնցենտրացիաների նատրիումի թիոսուլֆատի տարրալուծման արագության կախվածությունը H 2 SO 4 թթվի ազդեցության տակ ռեակցիայի միատարր փուլում

Na 2 S 2 O 3 + H 2 SO 4 → Na 2 SO 4 + S + H 2 O + SO 2:

Երբ Na 2 S 2 O 3 և H 2 SO 4 փոխազդում են, ակնթարթորեն ձևավորվում է անկայուն թիոսուլֆուրաթթու H 2 S 2 O 3, որը արտադրության պահին ինքնաբերաբար քայքայվում է՝ առաջացնելով ծծմբի երկօքսիդ SO 2 և ազատ ծծումբ S։

Ամբողջ գործընթացի արագությունը որոշվում է այս ամենադանդաղ փուլի արագությամբ՝ H 2 S 2 O 3 → H 2 SO 3 + S

Ստացված ծծումբը վատ է լուծվում ջրում, ուստի գործընթացը կարելի է բաժանել երկու փուլի.

միատարր - ծծումբը լուծույթում է, ծծմբի կոնցենտրացիան ավելի քիչ է, քան հագեցած և

տարասեռ - ծծմբի նստվածքներ, հագեցած կոնցենտրացիան գերազանցված է:

Այն պահին, երբ հասնում է ծծմբի հագեցած կոնցենտրացիան (խառնման կրիտիկական կետը), լուծույթում հայտնվում է թափանցիկություն՝ լույսի ցրման կտրուկ աճ (թափանցիկ լուծույթը սկսում է պղտորվել):

Միատարր ռեակցիայի արագությունը v=C m /Δτ, որտեղ

Δτ – արձագանքման ժամանակը 1 կաթիլ H 2 SO 4-ի ավելացումից մինչև թափանցիկությունը:

C m – Na 2 S 2 O 3-ի մոլային կոնցենտրացիան:

Փորձ 3-ումմենք կուսումնասիրենք կատալիզատորի՝ պղնձի սուլֆատի CuSO 4-ի ազդեցությունը երկաթի (III) թիոցիանատ Fe(SCN) 3-ի երկաթի (II) թիոսուլֆատ Fe(SCN) 2-ի վերացման արագության վրա՝ նատրիումի թիոսուլֆատի Na 2 S ազդեցությամբ: 2 O 3 .

2Fe(SCN) 3 + 2Na 2 S 2 O 3 → Na 2 S 4 O 6 + 2Fe (SCN) 2 + 2NaSCN

Այս ռեակցիային մասնակցող բոլոր նյութերից միայն Fe(SCN) 3-ն է գունավորված, լուծույթում այն ​​արյան կարմիր է: Լուծույթի գույնի անհետացումը ցույց է տալիս ռեակցիայի ավարտը։

Մենք ստանում ենք երկաթի թիոցիանատ ռեակցիայի փորձից անմիջապես առաջ

4 փորձի մեջՄենք կուսումնասիրենք քիմիական հավասարակշռության փոփոխությունը կոնցենտրացիայի փոփոխությամբ՝ օգտագործելով շրջելի ռեակցիայի օրինակը.

FeCl 3 + 3KSCN → Fe(SCN) 3 + 3KCl

Երկաթի (III) թիոցիանատ Fe(SCN) 3-ի կոնցենտրացիայի փոփոխությունը, որն ունի կարմիր գույն, հանգեցնում է ռեակցիայի զանգվածի գունային ինտենսիվության փոփոխության և հնարավորություն է տալիս դատել, թե որ ուղղությամբ է շարժվում հավասարակշռությունը։

Գործնական առաջադրանք:

1. Գրե՛ք ռեակցիաների ռեակցիաների արագության արտահայտություն.

2NO(g) + Cl 2 (g) → 2NOCl(g)

CaCO 3 (k) → CaO (k) + CO 2 (գ)

2. Ինչպե՞ս կփոխվի 2NO(g) + O 2 (g) → 2NO 2 (g) ռեակցիայի արագությունը:

եթե ռեակցիոն անոթի ծավալը կրճատենք 5 անգամ.

3. Որոշեք քլորի և ջրածնի սկզբնական կոնցենտրացիաները, եթե H 2 (g) + Cl 2 (g) → 2HCl (g) հավասարակշռությունը հաստատվել է = 0,025 մոլ/լ, = 0,09 մոլ/լ:

Ինչպե՞ս է ճնշման և ջերմաստիճանի բարձրացումը ազդում ռեակցիաների հավասարակշռության վրա:

2 H 2 (գ) + O 2 (գ) → 2H 2 O (գ), Q>0

C(k) + CO 2 (g) → 2CO(g), Q<0

4. Ջերմաստիճանի նվազումը ինչպե՞ս կազդի համակարգում քիմիական հավասարակշռության վիճակի վրա (չի խախտվի՞, այն կշարժվի ձախ, թե՞ աջ): 2NO+O 2 →2NO 2, ∆H.<0.

5. Արդյո՞ք հավասարակշռությունը կփոխվի ճնշման աճով և ինչ ուղղությամբ (դեպի ուղիղ կամ հակադարձ ռեակցիա) համակարգում՝ 4Fe(k)+3O 2 (g)→2Fe 2 O 3 (k):

Քիմիական կինետիկաքիմիայի մի ճյուղ է, որն ուսումնասիրում է քիմիական ռեակցիաների արագությունները։ Քիմիական ռեակցիաները կարող են տեղի ունենալ տարբեր արագությամբ (վայրկյան փոքր հատվածներից մինչև տասնամյակներ և ավելի երկար ժամանակային ընդմիջումներով): Ռեակցիայի արագության հարցը քննարկելիս անհրաժեշտ է տարբերակել միատարր և տարասեռ ռեակցիաները։ Միատարր համակարգերբաղկացած է մեկ փուլից (օրինակ՝ ցանկացած գազային խառնուրդ), և տարասեռ– մի քանի փուլերից (օրինակ՝ ջուր սառույցով): Փուլհամակարգի մի մասն է, որն անջատված է իր մյուս մասերից ինտերֆեյսի միջոցով, որի անցման ընթացքում տեղի է ունենում հատկությունների կտրուկ փոփոխություն։

Միատարր ռեակցիայի արագությունընյութի քանակն է, որը արձագանքում է կամ առաջանում է ռեակցիայի ընթացքում մեկ միավոր ժամանակում համակարգի միավոր ծավալում: Տարասեռ ռեակցիայի արագությունընյութի քանակն է, որը արձագանքում է կամ ձևավորվում է ռեակցիայի ընթացքում մեկ միավոր ժամանակի մեկ փուլի միավորի մակերեսի համար (կամ պինդ փուլի զանգվածը, ծավալը, երբ դժվար է որոշել պինդ մարմնի մակերեսի չափը).

v հոմոգ =; v հետերոգ = . Նրանք. միատարր ռեակցիայի արագությունըկարելի է սահմանել որպես ռեակցիայի ընթացքում փոխազդող կամ առաջացող ցանկացած նյութի կոնցենտրացիայի փոփոխություն, որը տեղի է ունենում ժամանակի մեկ միավորի վրա.

Քիմիական ռեակցիաների մեծ մասը շրջելի են, այսինքն՝ դրանք կարող են տեղի ունենալ ինչպես առաջ, այնպես էլ հակառակ ուղղությամբ: Դիտարկենք շրջելի ռեակցիա.

Առաջադիմական և հակադարձ ռեակցիաների տեմպերըկապված են ռեագենտների կոնցենտրացիաների հետ հետևյալ հավասարումներով.

v x.r., pr =k pr [A] a ×[B] b եւ v x.r. arr =k arr [C] c ×[D] d

Ժամանակի ընթացքում առաջնային ռեակցիայի արագությունը կնվազի ռեակտիվների սպառման պատճառով ԱԵվ INև դրանց կոնցենտրացիայի նվազում: Ընդհակառակը, հակադարձ ռեակցիայի արագությունը, քանի որ ապրանքները կուտակվում են ՀԵՏԵվ Դկավելանա։ Հետևաբար, որոշակի ժամանակահատվածից հետո առաջընթաց և հակադարձ ռեակցիաների արագությունները կհավասարվեն միմյանց: Համակարգի մի վիճակ կստեղծվի, որտեղ նյութի և էներգիայի հոսքեր չկան, որը կոչվում է քիմիական հավասարակշռություն: Բոլոր շրջելի պրոցեսներն ամբողջությամբ չեն ընթանում, այլ միայն հավասարակշռության վիճակի, որի դեպքում՝ v x.r. pr = v x.r. arr.հետևում է.

k pr /k arr =[C] c ×[D] d / [A] a ×[B] b =K

Որտեղ Կ- քիմիական հավասարակշռության հաստատուն, որը կախված է ռեակտիվների ջերմաստիճանից և բնույթից, բայց կախված չէ վերջիններիս կոնցենտրացիայից. Սա զանգվածի գործողության օրենքի մաթեմատիկական արտահայտությունն է, որը թույլ է տալիս հաշվարկել հավասարակշռված ռեակցիայի խառնուրդի բաղադրությունը:

Ռեակցիայի արագության վրա ազդող ամենակարևոր գործոններն են.

1. Ռեակցող նյութերի բնույթը.

2. Ռեակցող նյութերի կոնցենտրացիաները.

3. Ջերմաստիճանի գործակից;

4. Կատալիզատորների առկայությունը:

Որոշ դեպքերում տարասեռ ռեակցիաների արագությունը կախված է նաև հեղուկի կամ գազի շարժման ինտենսիվությունից այն մակերեսի մոտ, որի վրա տեղի է ունենում ռեակցիան։

1) ռեակտիվների կոնցենտրացիայի ազդեցությունը.Ներկայացնենք քիմիական ռեակցիայի հավասարումը ընդհանուր տեսքով՝ aA+bB+…=, ապա v ch.r. =k[A] a [B] b, ըստ էության, մաթեմատիկական նշում է զանգվածային գործողության օրենքը, փորձնականորեն հայտնաբերել են Կ.Գուլդբերգը և Պ.Վաագը 1864-1867թթ. Այս օրենքի համաձայն՝ հաստատուն ջերմաստիճանում v-ն համաչափ է արձագանքող նյութերի կոնցենտրացիաների արտադրյալին, և յուրաքանչյուր կոնցենտրացիան ներառված է արտադրանքի մեջ այնքանով, որքանով հավասար է տվյալ նյութի բանաձևի դիմաց հայտնված գործակցին. ռեակցիայի հավասարումը.Ռեակցիայի արագության հաստատունի արժեքը (k) կախված է ռեակտիվների բնույթից, ջերմաստիճանից և կատալիզատորների առկայությունից, բայց կախված չէ նյութերի կոնցենտրացիայից։

2) Կախվածություն v x.r. ջերմաստիճանի և արձագանքող նյութերի բնույթի վրա:Ակտիվացման էներգիա E a (կՋ/մոլով) այն ավելորդ էներգիան է, որը պետք է ունենան մոլեկուլները, որպեսզի դրանց բախումը հանգեցնի նոր նյութի առաջացմանը։ E և տարբեր ռեակցիաները տարբեր են: Այս գործոնը ազդում է արձագանքող նյութերի բնույթի վրա v ch.r. . Եթե ​​Ե ա<40 кДж/моль (т.е. мала), то скорость такой реакции велика (например, ионные реакции в растворах, протекающие практически мгновенно). Если Е а >120 կՋ/մոլ (այսինքն՝ շատ նշանակալի), ապա նման ռեակցիայի արագությունը աննշան է (օրինակ՝ ամոնիակի սինթեզի ռեակցիան N 2 + 3H 2 = 2NH 3 - այս ռեակցիայի արագությունը սովորական T-ում՝ բարձր արժեքների պատճառով . E a-ն այնքան փոքր է, որ կարելի է նկատել, որ արտահոսքը գրեթե անհնար է):

1889 թվականին հայտնի շվեդ քիմիկոս Արրենիուսը փորձարարական տվյալների հիման վրա ստացավ հավասարում, որը կապում է արագության հաստատունը ջերմաստիճանի և ակտիվացման էներգիայի հետ: Հետագայում այս հավասարումը տեսական հիմնավորում ստացավ։ Ըստ Արենիուսի, արագության հաստատունը էքսպոնենցիալ կախված է ջերմաստիճանից. k=k max ×exp(-E a /RT), որտեղ R-ը գազի համընդհանուր հաստատունն է, որը հավասար է 8,31 Ջ/մոլ×Կ; k max-ը նախաէքսպոնենցիալ գործոն է, որը նշանակում է արագության հաստատունի առավելագույն հնարավոր արժեքը զրոյական ակտիվացման էներգիայի կամ անսահման բարձր ջերմաստիճանի դեպքում, երբ ռեակտիվ մոլեկուլների բոլոր բախումները դառնում են ակտիվ: Arrhenius-ի հավասարումը հաճախ օգտագործվում է լոգարիթմական ձևով. lnk=lnk max -E a /RT.

Մեծացնելով v h.r. ջերմաստիճանի բարձրացման հետ սովորաբար բնութագրվում է ռեակցիայի արագության ջերմաստիճանի գործակիցը– արժեք, որը ցույց է տալիս, թե քանի անգամ է մեծանում դիտարկվող ռեակցիայի արագությունը, երբ համակարգի ջերմաստիճանը բարձրանում է 10 աստիճանով: Տարբեր ռեակցիաների դեպքում ջերմաստիճանի գործակիցը (g) տարբեր է։ Սովորական ջերմաստիճանում ռեակցիաների մեծ մասի համար դրա արժեքը գտնվում է 2-ից 4-ի միջակայքում (այսինքն՝ ժ = 2-4 անգամ):

Կատալիզատորներնյութեր են, որոնք չեն սպառվում ռեակցիայի ժամանակ, բայց ազդում են դրա արագության վրա։ Կատալիզատորների ազդեցության տակ ռեակցիայի արագության փոփոխման երեւույթը կոչվում է կատալիզ, և այդ ռեակցիաներն իրենք են կատալիտիկ. Կատալիզատորի գործողությունը պայմանավորված է քիմիական փոխազդեցության ակտիվացման սահմանի նվազմամբ, այսինքն. ակտիվացման էներգիայի նվազում. Կատալիզատորների ազդեցության տակ ռեակցիաները կարող են արագացվել միլիոնավոր կամ ավելի անգամ։ Ավելին, որոշ ռեակցիաներ ընդհանրապես չեն առաջանում առանց կատալիզատորների։ Կատալիզատորները լայնորեն կիրառվում են արդյունաբերության մեջ։

Տարբերել միատարրԵվ տարասեռ կատալիզ. ժամը համասեռ կատալիզկատալիզատորը և ռեակտիվները կազմում են մեկ փուլ (գազ կամ լուծույթ), և երբ տարասեռ կատալիզ– կատալիզատորը համակարգում է որպես անկախ փուլ: Միատարր կատալիզի օրինակ է ջրածնի պերօքսիդի տարրալուծումը ջրի և թթվածնի Cr 2 O 7 2-, WO 4 2- և այլն կատալիզատորների առկայության դեպքում: Տարասեռ կատալիզի օրինակ է ծծմբի երկօքսիդի եռօքսիդի օքսիդացումը շփման միջոցով: Մետաղագործական արտադրության թափոնների գազերից ծծմբաթթվի ստացման մեթոդ՝ SO 2 +0.5O 2 +H 2 O=(kt)=H 2 SO 4.

Կայքի որոնում.

2ՔԻՄԻԱԿԱՆ ԿԻՆԵՏԻԿԱ ԵՎ ՔԻՄԻԱԿԱՆ ՀԱՎԱՍԱՐԱԿՈՒԹՅՈՒՆ

2.1 ՔԻՄԻԱԿԱՆ ՌԵԱԿՑԻԱՆԵՐԻ ԿԻՆԵՏԻԿԱ

Քիմիական ռեակցիաները տեղի են ունենում տարբեր արագությամբ: Դրանցից մի քանիսն ամբողջությամբ ավարտվում են վայրկյանի փոքր հատվածներում (պայթյուն), մյուսներն իրականացվում են րոպեների, ժամերի, օրերի և երկար ժամանակահատվածներում։ Բացի այդ, նույն ռեակցիան կարող է արագ ընթանալ որոշ պայմաններում (օրինակ՝ բարձր ջերմաստիճանի դեպքում), իսկ մյուսների դեպքում՝ դանդաղ (օրինակ՝ սառչելիս): Ավելին, նույն ռեակցիայի արագության տարբերությունը կարող է շատ մեծ լինել։

Ռեակցիայի արագության հարցը քննարկելիս անհրաժեշտ է տարբերակել միատարր և տարասեռ ռեակցիաները։ Այս հասկացությունների հետ սերտորեն կապված է փուլ հասկացությունը:

Փուլ համակարգի մի մասն է, որն անջատված է իր մյուս մասերից ինտերֆեյսի միջոցով, որի անցման ընթացքում հատկությունները կտրուկ փոխվում են։

Ֆազի ծավալում տեղի է ունենում միատարր ռեակցիա [օրինակ՝ ջրածնի և թթվածնի փոխազդեցությունը ջրային գոլորշու ձևավորման հետ. H 2 (գ) + O 2 (գ) → H 2 O(g)], և եթե ռեակցիան տարասեռ է, ապա այն տեղի է ունենում փուլային միջերեսում [օրինակ՝ ածխածնի այրում. C(s) + O2(g) → CO 2 (գ)]:

Միատարր ռեակցիայի արագությունը այն նյութի քանակն է, որը արձագանքում է կամ ձևավորվում է ռեակցիայի ընթացքում մեկ միավոր ժամանակում փուլի միավորի ծավալի համար.

Որտեղ n- նյութի քանակը, մոլ; Վ- փուլային ծավալը, լ;τ - ժամանակ; ՀԵՏ- կոնցենտրացիան, մոլ/լ.

Տարասեռ ռեակցիայի արագությունը այն նյութի քանակն է, որը արձագանքում է կամ ձևավորվում է ռեակցիայի ընթացքում մեկ միավոր ժամանակի համար՝ փուլի մակերեսի միավորի համար.

Որտեղ Ս- փուլային ինտերֆեյսի տարածքը.

Միատարր ռեակցիայի արագության վրա ազդող ամենակարևոր գործոնները հետևյալն են՝ ռեակտիվների բնույթը, դրանց կոնցենտրացիաները, ջերմաստիճանը և կատալիզատորների առկայությունը։

Ռեակցիայի արագության կախվածությունը ռեակտիվների կոնցենտրացիաներից: Մոլեկուլների միջև ռեակցիա է տեղի ունենում, երբ դրանք բախվում են: Հետևաբար, ռեակցիայի արագությունը համաչափ է այն բախումների քանակին, որոնց ենթարկվում են արձագանքող նյութերի մոլեկուլները։ Որքան բարձր է սկզբնական նյութից յուրաքանչյուրի կոնցենտրացիան, այնքան մեծ է բախումների թիվը։ Օրինակ, ռեակցիայի արագությունը A + B→ A և B կոնցենտրացիաների արտադրյալին համաչափ.

v = կ · [A] · [B],

Որտեղ կ- համաչափության գործակից, որը կոչվում է ռեակցիայի արագության հաստատուն: Իմաստալից արժեք կհավասար է ռեակցիայի արագությանը այն դեպքում, երբ ռեակտիվների կոնցենտրացիաները 1 մոլ/լ են:

Այս հարաբերակցությունը արտահայտում է զանգվածային գործողության օրենքը Այս օրենքը կոչվում է նաև օրենք գոյություն ունեցող wt. Հաստատուն ջերմաստիճանում քիմիական ռեակցիայի արագությունը ուղիղ համեմատական ​​է ռեակտիվների կոնցենտրացիաների արտադրյալին:

Շատ ավելի քիչ հաճախ ռեակցիա է տեղի ունենում երեք արձագանքող մասնիկների միաժամանակյա բախման արդյունքում։ Օրինակ՝ ռեակցիա

2A+B → A 2 B

կարող է շարունակվել եռակի բախման միջոցով.

A+ A + B→ A 2 B

Այնուհետև, զանգվածի գործողության օրենքին համապատասխան, արձագանքող նյութից յուրաքանչյուրի կոնցենտրացիան ներառվում է ռեակցիայի արագության արտահայտման մեջ մի աստիճանով, որը հավասար է ռեակցիայի հավասարման գործակցին.

v = կ · [A] · [A] · [B] = կ · [A] 2 [B]

Զանգվածի գործողության օրենքի հավասարման ցուցիչների գումարը կոչվում է արձագանքման կարգը. Օրինակ, վերջին դեպքում ռեակցիան երրորդ կարգի է (երկրորդ՝ A նյութի և առաջին՝ B նյութի նկատմամբ.

Ռեակցիայի արագության կախվածությունը ջերմաստիճանից: Եթե ​​օգտագործենք մոլեկուլների միջև բախումների քանակի հաշվման արդյունքները, ապա բախումների թիվն այնքան մեծ կլինի, որ բոլոր ռեակցիաները պետք է տեղի ունենան ակնթարթորեն: Այս հակասությունը կարելի է բացատրել նրանով, որ ռեակցիայի մեջ մտնում են միայն որոշակի էներգիա ունեցող մոլեկուլները։

Ավելորդ էներգիան, որը պետք է ունենան մոլեկուլները, որպեսզի դրանց բախումը հանգեցնի նոր նյութի ձևավորմանը, կոչվում է. ակտիվացման էներգիա (տես Նկար 2.1):

Նկար 2.1 - Էներգետիկ դիագրամ A և B սկզբնական նյութերից AB արտադրանքի առաջացման ռեակցիայի համար: Եթե A և B մոլեկուլների բախման էներգիան մեծ է կամ հավասար է. ակտիվացման էներգիաներ Ե ա , ապա էներգետիկ արգելքը հաղթահարվում է, և շարժումը տեղի է ունենում ռեակցիայի կոորդինատի երկայնքով rսկզբնական նյութերից մինչև արտադրանք. Հակառակ դեպքում տեղի է ունենում A և B մոլեկուլների առաձգական բախում։Էներգետիկ արգելքի վերին մասը համապատասխանում է անցումային վիճակին (ակտիվացված համալիր), որի դեպքում մասնակի ձևավորվում է AB կապը։

Ջերմաստիճանի բարձրացման հետ ակտիվ մոլեկուլների թիվը մեծանում է Ջերմաստիճանը մոլեկուլների միջին կինետիկ էներգիայի չափումն է, ուստի ջերմաստիճանի բարձրացումը հանգեցնում է նրանց շարժման միջին արագության բարձրացմանը։. Հետևաբար, քիմիական ռեակցիայի արագությունը պետք է աճի ջերմաստիճանի բարձրացման հետ: Ջեռուցման ժամանակ ռեակցիայի արագության աճը սովորաբար բնութագրվում է որպես ռեակցիայի արագության ջերմաստիճանի գործակիցը (γ ) - թիվ, որը ցույց է տալիս, թե քանի անգամ է մեծանում տվյալ ռեակցիայի արագությունը, երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է 10 աստիճանով։Մաթեմատիկորեն այս կախվածությունն արտահայտված է կանոն վանտ Հոֆ :

,

Որտեղ v 1 - արագություն ջերմաստիճանում տ 1 ; v 2 - արագություն ջերմաստիճանում տ 2. Շատ ռեակցիաների համար ջերմաստիճանի գործակիցըγ գտնվում է 2-ից 4-ի սահմաններում:

Ավելի խիստ արտահայտված է ռեակցիայի արագության (ավելի ճիշտ՝ արագության հաստատունի) կախվածությունը ջերմաստիճանից Արրենիուսի հավասարումը :

,

Որտեղ Ա - նախնական էքսպոնենցիալբազմապատկիչ, որը կախված է միայն ռեակտիվների բնույթից. Ե ա - ակտիվացման էներգիա, որը սկզբնական նյութերն ու ռեակցիայի արտադրանքները բաժանող էներգետիկ արգելքի բարձրությունն է (տես Նկար 2.1); Ռ R=8,3144 J/(մոլ. Կ). Մոտավոր հաշվարկներում հաճախ վերցվում է R = 8,31 Ջ/(մոլ. Կ): - ունիվերսալ գազի հաստատուն; Տ T - բացարձակ ջերմաստիճան (Քելվինի սանդղակով): Այն կապված է ջերմաստիճանի հետ՝ ըստ Ցելսիուսի հավասարման
T = t o C + 273,15.
Մոտավոր հաշվարկներում օգտագործվում է կապը
T = t o C + 273: -

Քիմիական կինետիկա և հավասարակշռություն

Աշխատանքի նպատակըջերմաստիճանի ազդեցության ուսումնասիրություն ռեակցիայի արագության վրա, կոնցենտրացիան քիմիական հավասարակշռության տեղաշարժի վրա։

Տեսական նախադրյալներ.

Քիմիական ռեակցիայի արագությունընյութի քանակն է, որը փոխազդում է կամ առաջանում է ռեակցիայի արդյունքում մեկ միավորի ժամանակի մեկ միավորի ծավալի (միատարր ռեակցիաների համար) կամ մեկ միավորի միջերեսային մակերեսի համար (տարասեռ ռեակցիաների համար):

Եթե ​​որոշակի ժամանակահատվածում?f = f 2 f 1 ռեակցիային մասնակցող նյութերից մեկի կոնցենտրացիան նվազում է?C = C2C1-ով, ապա նշված ժամանակահատվածում քիմիական ռեակցիայի միջին արագությունը հավասար է.

V արժեքը արտահայտում է քիմիական գործընթացի արագությունը որոշակի ժամանակահատվածում: Հետևաբար, որքան փոքր է f, այնքան միջին արագությունը կմոտենա իրականին:

Քիմիական ռեակցիայի արագությունը կախված է հետևյալ գործոններից.

1) արձագանքող նյութերի բնույթն ու կոնցենտրացիան.

2) ռեակցիայի համակարգի ջերմաստիճանը.

3) կատալիզատորի առկայությունը.

4) ճնշում,

5) փուլային միջերեսի չափը և համակարգի խառնման արագությունը (տարասեռ ռեակցիաների համար).

6) լուծիչի տեսակը.

Ռեագենտների կոնցենտրացիաների ազդեցությունը. Ռեակցիայի արագությունը համաչափ է արձագանքող նյութերի մոլեկուլների բախումների քանակին։ Բախումների թիվն իր հերթին ավելի մեծ է, այնքան բարձր է մեկնարկային նյութից յուրաքանչյուրի կոնցենտրացիան։

Քիմիական ռեակցիայի արագության վրա կոնցենտրացիայի ազդեցության ընդհանուր ձևակերպումը տրված է զանգվածային գործողության օրենքը(1867, Գուլդբերգ, Վաագե, Բեկետով)։

Հաստատուն ջերմաստիճանում քիմիական ռեակցիայի արագությունը համաչափ է արձագանքող նյութերի կոնցենտրացիաների արտադրյալին, որը վերցված է նրանց հավասարեցնող (ստոյխիոմետրիկ) գործակիցներով:

ռեակցիայի համար aA + bB = cC V = K[A] a [B] b,

որտեղ K-ը համաչափության գործակիցն է կամ արագության հաստատունը.

Եթե ​​[A] = 1 մոլ/լ, [B] = 1 մոլ/լ, ապա V = K, հետևաբար ֆիզիկական նշանակությունը

արագության հաստատուններ K. արագության հաստատունը հավասար է ռեակցիայի արագությանը ռեակտիվների միասնությանը հավասար կոնցենտրացիաներում:

Ջերմաստիճանի ազդեցությունը ռեակցիայի արագության վրա. Ջերմաստիճանի բարձրացմանը զուգընթաց մեծանում է արձագանքող մոլեկուլների բախումների հաճախականությունը, հետևաբար մեծանում է ռեակցիայի արագությունը։

Ջերմաստիճանի քանակական ազդեցությունը միատարր ռեակցիաների արագության վրա կարելի է արտահայտել Վանտ Հոֆի կանոնով։

Վանտ Հոֆի կանոնի համաձայն, երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է (նվազում) 10 աստիճանով, քիմիական ռեակցիայի արագությունը մեծանում է (նվազում) 2-4 անգամ.

որտեղ Վ (տ 2 ) և Վ (տ 1 ) - համապատասխան ջերմաստիճաններում քիմիական ռեակցիայի արագությունը. զ(տ 2 ) Եվ զ(տ 1 ) - համապատասխան ջերմաստիճաններում քիմիական ռեակցիայի տևողությունը. Գ - Van't Hoff ջերմաստիճանի գործակիցը, որը կարող է թվային արժեք վերցնել 2-4 միջակայքում:

Ակտիվացման էներգիա. Ավելորդ էներգիան, որը պետք է ունենան մոլեկուլները, որպեսզի դրանց բախումը հանգեցնի նոր նյութի առաջացմանը, կոչվում է տվյալ ռեակցիայի ակտիվացման էներգիա (արտահայտված կՋ/մոլ): Ակտիվացման մեթոդներից մեկն էլ ջերմաստիճանի բարձրացումն է. ջերմաստիճանի բարձրացման հետ ակտիվ մասնիկների թիվը մեծապես ավելանում է, ինչի պատճառով կտրուկ մեծանում է ռեակցիայի արագությունը։

Ռեակցիայի արագության կախվածությունը ջերմաստիճանից արտահայտվում է Արենիուսի հավասարմամբ.

որտեղ K-ը քիմիական ռեակցիայի արագության հաստատունն է. E a - ակտիվացման էներգիա;

R - ունիվերսալ գազի հաստատուն; A - հաստատուն; exp-ը բնական լոգարիթմների հիմքն է:

Ակտիվացման էներգիայի մեծությունը կարող է որոշվել, եթե K 1 և K 2 արագության հաստատունի երկու արժեք հայտնի են համապատասխանաբար T 1 և T 2 ջերմաստիճաններում, համաձայն հետևյալ բանաձևի.

Քիմիական հավասարակշռություն.

Բոլոր քիմիական ռեակցիաները կարելի է բաժանել երկու խմբի՝ անշրջելի և շրջելի։ Անդառնալի ռեակցիաները ավարտվում են՝ մինչև ռեակտիվներից մեկն ամբողջությամբ սպառվի, այսինքն. հոսում է միայն մեկ ուղղությամբ. Հետադարձելի ռեակցիաները չեն ավարտվում: Հետադարձելի ռեակցիայի դեպքում ռեակտիվներից ոչ մեկն ամբողջությամբ չի սպառվում: Հետադարձելի ռեակցիա կարող է առաջանալ ինչպես առաջ, այնպես էլ հակառակ ուղղությամբ:

Քիմիական հավասարակշռությունը համակարգի վիճակ է, որտեղ առաջ և հակադարձ ռեակցիաների արագությունները հավասար են:

Հետադարձելի ռեակցիայի համար

մ A+ nԲ. էջ C+ քԴ

քիմիական հավասարակշռության հաստատունն է

Հետադարձելի քիմիական ռեակցիաներում հավասարակշռությունը հաստատվում է այն պահին, երբ արտադրանքի կոնցենտրացիաների արտադրանքի հարաբերակցությունը ստոյխիոմետրիկ գործակիցներին հավասար ելակետային նյութերի կոնցենտրացիաների արտադրյալին, որը նույնպես բարձրացված է համապատասխան հզորությունների, հավասար է որոշ հաստատունի: արժեքը, որը կոչվում է քիմիական հավասարակշռության հաստատուն:

Քիմիական հավասարակշռության հաստատունը կախված է ռեակտիվների բնույթից և ջերմաստիճանից։ Այն կոնցենտրացիաները, որոնցում հաստատվում է հավասարակշռություն, կոչվում են հավասարակշռություն: Արտաքին պայմանների փոփոխությունը (կենտրոնացում, ջերմաստիճան, ճնշում) առաջացնում է համակարգում քիմիական հավասարակշռության փոփոխություն և դրա անցում նոր հավասարակշռության վիճակի:

Ռեակցիոն համակարգի նման անցումը մի վիճակից մյուսը կոչվում է քիմիական հավասարակշռության տեղաշարժ (կամ տեղաշարժ):

Քիմիական հավասարակշռության փոփոխության ուղղությունը որոշվում է Լե Շատելիեի սկզբունքով. Եթե ​​որևէ արտաքին ազդեցություն կիրառվում է քիմիական հավասարակշռության վիճակում գտնվող համակարգի վրա (փոխել կոնցենտրացիան, ջերմաստիճանը, ճնշումը), ապա այս համակարգում ինքնաբերաբար առաջանում են գործընթացներ, որոնք հակված են թուլացնել արտադրված ազդեցությունը:

Մեկնարկային ռեակտիվներից մեկի կոնցենտրացիայի աճը հավասարակշռությունը տեղափոխում է աջ (ուղիղ ռեակցիան ուժեղանում է); Ռեակցիայի արտադրանքի կոնցենտրացիայի ավելացումը հավասարակշռությունը տեղափոխում է ձախ (հակադարձ ռեակցիան ուժեղանում է):

Եթե ​​ռեակցիան ընթանում է գազի մոլեկուլների քանակի ավելացմամբ (այսինքն՝ ռեակցիայի հավասարման աջ կողմում գազի մոլեկուլների ընդհանուր թիվն ավելի մեծ է, քան ձախ կողմում գտնվող գազային նյութերի մոլեկուլների թիվը), ապա ավելանում է. ճնշումը կանխում է ռեակցիան, իսկ ճնշման նվազումը նպաստում է ռեակցիային:

Երբ ջերմաստիճանը մեծանում է, հավասարակշռությունը տեղափոխվում է դեպի էնդոթերմիկ ռեակցիա, իսկ երբ ջերմաստիճանը նվազում է՝ դեպի էկզոթերմիկ ռեակցիա։

Կատալիզատորը փոխում է և՛ առաջ, և՛ հակադարձ ռեակցիաների արագությունը նույն քանակով։ Հետևաբար, կատալիզատորը չի առաջացնում հավասարակշռության փոփոխություն, այլ միայն կրճատում կամ ավելացնում է հավասարակշռության հասնելու համար անհրաժեշտ ժամանակը:

Փորձ թիվ 1 Միատարր ռեակցիայի արագության կախվածությունը սկզբնական ռեակտիվների կոնցենտրացիայից.

b Գործիքներ, սարքավորումներ՝ փորձանոթներ, վայրկյանաչափ, նատրիումի թիոսուլֆատի (III) լուծույթներ, դիլ. ծծմբաթթու (1 մ), ջուր։

b Մեթոդաբանություն. Այս կախվածությունը կարելի է ուսումնասիրել՝ օգտագործելով նատրիումի թիոսուլֆատի և ծծմբաթթվի միջև համասեռ ռեակցիայի դասական օրինակը՝ ընթանալով ըստ հավասարման.

Na 2 S 2 O 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + Sv + SO 2 ^ + H 2 O:

Սկզբում ծծումբը ջրի հետ կազմում է կոլոիդային լուծույթ (հազիվ նկատելի պղտորություն)։ Անհրաժեշտ է ժամանակաչափով չափել ջրահեռացման պահից մինչև հազիվ նկատելի պղտորություն առաջանալը։ Իմանալով ռեակցիայի ժամանակը (վայրկյաններով), կարող եք որոշել ռեակցիայի հարաբերական արագությունը, այսինքն. փոխադարձ ժամանակ.

քիմիական միատարր կինետիկա

Փորձի համար դուք պետք է պատրաստեք երեք չոր, մաքուր փորձանոթներ և համարակալեք դրանք: Առաջինին ավելացրեք 4 կաթիլ նատրիումի թիոսուլֆատի լուծույթ և 8 կաթիլ ջուր; երկրորդում `8 կաթիլ նատրիումի թիոսուլֆատ և 4 կաթիլ ջուր; երրորդում `12 կաթիլ նատրիումի թիոսուլֆատ: Թափահարել փորձանոթները:

Եթե ​​փորձանոթ 1-ում նատրիումի թիոսուլֆատի մոլային կոնցենտրացիան պայմանականորեն նշանակենք որպես «c», ապա համապատասխանաբար փորձանոթ 2-ում կլինի 2 վ մոլ, փորձանոթում 3-3 վրկ մոլ:

Փորձանոթ 1-ում ավելացրեք մեկ կաթիլ ծծմբաթթու և միևնույն ժամանակ միացրեք վայրկյանաչափը. թափահարեք փորձանոթը, հետևեք փորձանոթի պղտորության տեսքին, այն պահելով աչքերի մակարդակին: Ամենափոքր ամպամածության դեպքում կանգնեցրեք վայրկյանաչափը, նշեք արձագանքման ժամանակը և գրեք աղյուսակում:

Նմանատիպ փորձեր կատարեք երկրորդ և երրորդ փորձանոթներով: Մուտքագրեք փորձնական տվյալները լաբորատոր ամսագրում աղյուսակի տեսքով:

բ Եզրակացություն. նատրիումի թիոսուլֆատի կոնցենտրացիայի աճով այս ռեակցիայի արագությունը մեծանում է: Կախվածության գրաֆիկը սկզբնակետով անցնող ուղիղ գիծ է։

Փորձ թիվ 2. Միատարր ռեակցիայի արագության կախվածության ուսումնասիրություն ջերմաստիճանից:

b Գործիքներ և սարքավորումներ՝ փորձանոթներ, վայրկյանաչափ, ջերմաչափ, նատրիումի թիոսուլֆատի լուծույթներ (III), ծծմբական թթու (1 մ)

բ Մեթոդաբանություն:

Պատրաստեք երեք մաքուր, չոր փորձանոթներ և համարակալեք դրանք: Նրանցից յուրաքանչյուրին ավելացրեք 10 կաթիլ նատրիումի թիոսուլֆատի լուծույթ: Թիվ 1 փորձանոթը տեղադրել սենյակային ջերմաստիճանի մեկ բաժակ ջրի մեջ եւ 1...2 րոպե հետո նշել ջերմաստիճանը։ Ապա փորձանոթին ավելացրեք մեկ կաթիլ ծծմբաթթու, միաժամանակ միացրեք վայրկյանաչափը և դադարեցրեք այն, երբ թույլ, հազիվ նկատելի պղտորություն է հայտնվում։ Գրանցեք ժամանակը վայրկյաններով՝ փորձանոթին թթու ավելացնելու պահից մինչև պղտորության ի հայտ գալը: Արդյունքը գրանցեք աղյուսակում:

Այնուհետև բաժակի ջրի ջերմաստիճանը բարձրացրեք ուղիղ 10 0-ով կամ տաքացնելով տաք ափսեի վրա, կամ խառնելով տաք ջրի հետ։ Թիվ 2 փորձանոթը տեղադրեք այս ջրի մեջ, պահեք մի քանի րոպե և ավելացրեք մեկ կաթիլ ծծմբաթթու՝ միաժամանակ միացնելով վայրկյանաչափը, մի բաժակ ջրի մեջ թափահարեք փորձանոթը պարունակությամբ, մինչև պղտորություն առաջանա։ Եթե ​​հազիվ նկատելի ամպամածություն է առաջանում, անջատեք վայրկյանաչափը և վայրկյանաչափի ցուցումները մուտքագրեք աղյուսակում: Նմանատիպ փորձ կատարեք երրորդ փորձանոթով: Նախ բաժակի ջերմաստիճանը բարձրացրեք ևս 10 0-ով, մեջը տեղադրեք թիվ 3 փորձանոթը, պահեք մի քանի րոպե և ավելացրեք մեկ կաթիլ ծծմբաթթու՝ միաժամանակ միացնելով վայրկյանաչափը և թափահարելով փորձանոթը։

Փորձերի արդյունքներն արտահայտե՛ք գրաֆիկով՝ գծելով արագությունը օրդինատների առանցքի վրա և ջերմաստիճանը՝ աբսցիսայի առանցքի վրա։

Որոշել ռեակցիայի ջերմաստիճանի գործակիցը g

բ Եզրակացություն՝ փորձի ընթացքում հաշվարկվել է միջին ջերմաստիճանի գործակիցը, որը պարզվել է, որ հավասար է 1,55-ի։ Իդեալում դա այդպես է

2-4. Իդեալից շեղումը կարելի է բացատրել լուծույթի պղտորության ժամանակի չափման սխալմամբ։ Ռեակցիայի արագության և ջերմաստիճանի գրաֆիկն ունի պարաբոլայի ճյուղի ձև, որը չի անցնում 0-ի միջով: Ջերմաստիճանի բարձրացման դեպքում ռեակցիայի արագությունը մեծանում է:

Փորձ թիվ 3 Ռեակտիվ նյութերի կոնցենտրացիայի ազդեցությունը քիմիական հավասարակշռության վրա.

b Գործիքներ և սարքավորումներ՝ փորձանոթներ, կալիումի քլորիդ (բյուրեղյա), երկաթի (III) քլորիդի լուծույթներ, կալիումի թիոցիանատ (հագեցած), թորած ջուր, բալոն

բ Մեթոդաբանություն:

Հետադարձելի ռեակցիայի դասական օրինակ է երկաթի քլորիդի և կալիումի թիոցիանատի փոխազդեցությունը.

FeCl3+ 3 KCNS D Fe(CNS) 3 + 3 KCl.

Կարմիր

Ստացված երկաթի թիոցիանատն ունի կարմիր գույն, որի ինտենսիվությունը կախված է կոնցենտրացիայից։ Լուծույթի գույնը փոխելով՝ կարելի է դատել քիմիական հավասարակշռության փոփոխությունը՝ կախված ռեակցիայի խառնուրդում երկաթի թիոցիանատի պարունակության ավելացումից կամ նվազումից։ Ստեղծեք այս գործընթացի հավասարակշռության հաստատունի հավասարում:

Լցնել 20 մլ թորած ջուր չափիչ գավաթի կամ գլանի մեջ և ավելացնել մեկ կաթիլ երկաթի (III) քլորիդի հագեցած լուծույթ և մեկ կաթիլ կալիումի թիոցիանատի հագեցած լուծույթ։ . Ստացված գունավոր լուծույթը հավասարապես լցնել չորս փորձանոթների մեջ։ Համարակալեք փորձանոթները:

Առաջին փորձանոթին ավելացրեք մեկ կաթիլ երկաթի (III) քլորիդի հագեցած լուծույթ, իսկ երկրորդ փորձանոթին ավելացրեք մեկ կաթիլ կալիումի թիոցիանատի հագեցած լուծույթ: Երրորդ փորձանոթին ավելացրեք բյուրեղային կալիումի քլորիդ և ուժգին թափահարեք: Չորրորդ փորձանոթը համեմատության համար է։

Ելնելով Le Chatelier-ի սկզբունքից՝ բացատրեք, թե ինչն է առաջացնում գույնի փոփոխություն յուրաքանչյուր առանձին դեպքում:

Փորձի արդյունքները գրեք աղյուսակում ձևով

Առաջին և երկրորդ դեպքում մենք ավելացրել ենք մեկնարկային նյութերի կոնցենտրացիան, ուստի ավելի ինտենսիվ գույն է ստացվում։ Ավելին, երկրորդ դեպքում գույնն ավելի մուգ է, քանի որ KSCN-ի կոնցենտրացիան փոխվում է խորանարդ արագությամբ։ Երրորդ փորձի ժամանակ մենք ավելացրեցինք վերջնական նյութի կոնցենտրացիան, ուստի լուծույթի գույնը դարձավ ավելի բաց:

Եզրակացություն. սկզբնական նյութերի կոնցենտրացիայի ավելացմամբ, հավասարակշռությունը տեղափոխվում է դեպի ռեակցիայի արտադրանքի ձևավորում: Քանի որ արտադրանքի կոնցենտրացիան մեծանում է, հավասարակշռությունը տեղափոխվում է սկզբնական նյութերի ձևավորման ուղղությամբ:

Ընդհանուր եզրակացություններ. ռեակցիայի արագության կախվածությունը ջերմաստիճանից (որքան բարձր է ջերմաստիճանը, այնքան մեծ է ռեակցիայի արագությունը); ինչպես է արձագանքող նյութերի կոնցենտրացիան ազդում քիմիական հավասարակշռության վրա (սկզբնական նյութերի կոնցենտրացիայի աճով քիմիական հավասարակշռությունը տեղափոխվում է արտադրանքի ձևավորում. )

Քիմիական կինետիկա

Քիմիական հավասարակշռություն

Քիմիական կինետիկան քիմիայի մի ճյուղ է, որն ուսումնասիրում է քիմիական ռեակցիայի արագությունը և դրա վրա ազդող գործոնները։

Գործընթացի հիմնարար իրագործելիությունը դատվում է համակարգի Գիբսի էներգիայի փոփոխության արժեքով: Այն, սակայն, ոչինչ չի ասում տվյալ պայմաններում ռեակցիայի իրական հնարավորության մասին, ոչ էլ պատկերացում է տալիս գործընթացի արագության ու մեխանիզմի մասին։

Ռեակցիայի արագության ուսումնասիրությունը հնարավորություն է տալիս պարզաբանել բարդ քիմիական փոխակերպումների մեխանիզմը։ Սա ստեղծում է քիմիական գործընթացի վերահսկման հեռանկար և թույլ է տալիս գործընթացների մաթեմատիկական մոդելավորում:

Արձագանքները կարող են լինել.

1. միատարր– առաջանում են մեկ միջավայրում (գազային փուլում); անցնել ամբողջությամբ;

2. տարասեռ- չեն առաջանում միևնույն միջավայրում (տարբեր փուլերում գտնվող նյութերի միջև); անցնել ինտերֆեյսի վրա:

Տակ քիմիական ռեակցիայի արագությունըհասկանալ տարրական ռեակցիայի իրադարձությունների քանակը, որոնք տեղի են ունենում մեկ միավորի ժամանակի մեկ միավորի ծավալի համար (միատարր ռեակցիաների համար) և մեկ միավոր մակերեսի վրա (տարասեռ ռեակցիաների համար):

Քանի որ ռեակտիվների կոնցենտրացիան փոխվում է ռեակցիայի ընթացքում, արագությունը սովորաբար սահմանվում է որպես ռեակտիվների կոնցենտրացիայի փոփոխություն մեկ միավոր ժամանակում և արտահայտվում է . Այս դեպքում կարիք չկա վերահսկել ռեակցիայի մեջ ներառված բոլոր նյութերի կոնցենտրացիայի փոփոխությունները, քանի որ ռեակցիայի հավասարման մեջ ստոյխիոմետրիկ գործակիցը սահմանում է կապը կոնցենտրացիաների միջև, այսինքն. ժամը ամոնիակի կուտակման արագությունը երկու անգամ գերազանցում է ջրածնի սպառման արագությունը:

. . որովհետեւ չի կարող բացասական լինել, ուստի նրանք դնում են «–»:

Արագություն ժամանակի միջակայքում – իրական ակնթարթային արագություն– Համակենտրոնացման 1-ին ածանցյալ ժամանակի նկատմամբ:

Քիմիական ռեակցիաների արագությունը կախված է :

1. արձագանքող նյութերի բնույթից.

2. ռեագենտների կոնցենտրացիայի վրա.

3. կատալիզատորից;

4. ջերմաստիճանի վրա;

5. պինդ նյութի մանրացման աստիճանի վրա (տարասեռ ռեակցիաներ);

6. շրջակա միջավայրից (լուծումներ);

7. ռեակտորի ձևի վրա (շղթայական ռեակցիաներ);

8. լուսավորությունից (ֆոտոքիմիական ռեակցիաներ).

Քիմիական կինետիկայի հիմնական օրենքն է զանգվածային գործողության օրենքըՔիմիական ռեակցիայի արագությունը համաչափ է ռեակցիայի մեջ ռեակտիվների կոնցենտրացիաների արտադրյալին

որտեղ է քիմիական ռեակցիայի արագության հաստատունը

Ֆիզիկական իմաստը ժամը .

Եթե ​​ռեակցիան ներառում է ոչ թե 2 մասնիկ, այլ ավելի շատ, ապա՝ ~ ստոյխիոմետրիկ գործակիցներին հավասար ուժերով, այսինքն. , Որտեղ

– ընդհանուր ռեակցիայի կարգի ցուցիչ (առաջին, երկրորդ, երրորդ... կարգերի ռեակցիաներ):

Այս ռեակցիայի իրադարձությանը մասնակցող մասնիկների թիվը որոշում է ռեակցիայի մոլեկուլյարությունը :

Մոնոմոլեկուլային ()

երկմոլեկուլային ( )

Տրիմոլեկուլային.

3-ից ավել չկա, քանի որ... 3-ից ավելի մասնիկների միանգամից բախումը քիչ հավանական է:

Երբ ռեակցիան տեղի է ունենում մի քանի փուլով, ապա ընդհանուր ռեակցիան = ամենադանդաղ փուլը (սահմանափակող փուլ):

Ռեակցիայի արագության կախվածությունը ջերմաստիճանից որոշվում է էմպիրիկ եղանակով Վան Հոֆի կանոնըջերմաստիճանի բարձրացման դեպքում քիմիական ռեակցիայի արագությունը մեծանում է 2–4 անգամ.

որտեղ է քիմիական ռեակցիայի արագության ջերմաստիճանի գործակիցը:

Մոլեկուլների ամեն մի բախում չէ, որ ուղեկցվում է նրանց փոխազդեցությամբ։ Մոլեկուլների մեծ մասը ցատկում է առաձգական գնդիկների պես: Եվ միայն ակտիվներն են փոխազդում միմյանց հետ բախման ժամանակ։ Ակտիվ մոլեկուլներն ունեն որոշ ավելորդ էներգիա՝ համեմատած ոչ ակտիվ մոլեկուլների, ուստի ակտիվ մոլեկուլներում նրանց միջև կապերը թուլանում են։

Մոլեկուլը ակտիվ վիճակ տեղափոխելու էներգիան ակտիվացման էներգիան է: Որքան փոքր է, այնքան շատ մասնիկներ են արձագանքում, այնքան մեծ է քիմիական ռեակցիայի արագությունը:

Արժեքը կախված է արձագանքող նյութերի բնույթից: Այն ավելի քիչ է, քան դիսոցիացիան՝ ռեագենտներում ամենաքիչ ամուր կապը:

Փոփոխություն ռեակցիայի ընթացքում.

Թողարկված (էկզոտերմիկ)

Ջերմաստիճանի բարձրացման հետ ակտիվ մոլեկուլների թիվն ավելանում է և հետևաբար ավելանում:

Քիմիական ռեակցիայի հաստատունը կապված է

որտեղ է նախաէքսպոնենցիալ գործոնը (կապված բախումների հավանականության և քանակի հետ):

Կախված արձագանքող նյութերի բնույթից և դրանց փոխազդեցության պայմաններից՝ ատոմները, մոլեկուլները, ռադիկալները կամ իոնները կարող են մասնակցել ռեակցիաների տարրական ակտերին։

Ազատ ռադիկալները չափազանց ռեակտիվ են, կան շատ քիչ ակտիվ ռադիկալ ռեակցիաներ ():

Ազատ ռադիկալների առաջացումը կարող է առաջանալ ջերմաստիճանի, լուսավորության, միջուկային ճառագայթման ազդեցության տակ նյութերի տարրալուծման ժամանակ, էլեկտրական լիցքաթափման և ուժեղ մեխանիկական ազդեցությունների ժամանակ։

Շատ ռեակցիաներ տեղի են ունենում միջոցով շղթայի մեխանիզմ. Շղթայական ռեակցիաների առանձնահատկությունն այն է, որ ակտիվացման մեկ առաջնային գործողությունը հանգեցնում է սկզբնական նյութերի հսկայական քանակությամբ մոլեկուլների վերափոխմանը:

Օրինակ: .

Սովորական ջերմաստիճանների և ցրված լուսավորության դեպքում ռեակցիան ընթանում է չափազանց դանդաղ։ Երբ գազերի խառնուրդը տաքացվում է կամ ենթարկվում է ուլտրամանուշակագույն ճառագայթներով հարուստ լույսի (արևի ուղիղ լույս, կրակի լույս), խառնուրդը պայթում է։

Այս ռեակցիան ընթանում է առանձին տարրական գործընթացներով։ Առաջին հերթին, ուլտրամանուշակագույն ճառագայթներից (կամ ջերմաստիճանից) էներգիայի քվանտի կլանման պատճառով մոլեկուլը տարանջատվում է ազատ ռադիկալների՝ ատոմների. , հետո, հետո և այլն:

Բնականաբար, հնարավոր է, որ ազատ ռադիկալները բախվեն միմյանց, ինչը հանգեցնում է շղթայի խզման. .

Բացի ջերմաստիճանից, լույսը էական ազդեցություն ունի նյութերի ռեակտիվության վրա։ Լույսի (տեսանելի, ուլտրամանուշակագույն) ազդեցությունը ռեակցիաների վրա ուսումնասիրվում է քիմիայի ճյուղով՝ ֆոտոքիմիայի կողմից։

Ֆոտոքիմիական գործընթացները շատ բազմազան են. Ֆոտոքիմիական գործողության ժամանակ արձագանքող նյութերի մոլեկուլները, կլանելով լույսի քվանտները, գրգռվում են, այսինքն. դառնում են ռեակտիվ կամ տրոհվում իոնների և ազատ ռադիկալների: Լուսանկարչությունը հիմնված է ֆոտոքիմիական պրոցեսների վրա՝ լույսի ազդեցությունը լուսազգայուն նյութերի վրա (ֆոտոսինթեզ)։

Քիմիական պրակտիկայում քիմիական ռեակցիաների արագացման ամենատարածված մեթոդներից է կատալիզ . Կատալիզատորներ- նյութեր, որոնք փոխում են քիմիական ռեակցիան՝ կապված ռեակցիայի բաղադրիչների հետ միջանկյալ քիմիական փոխազդեցության մեջ, բայց միջանկյալ փոխազդեցության յուրաքանչյուր ցիկլից հետո վերականգնում են իրենց քիմիական բաղադրությունը։

Կատալիտիկ ռեակցիայի աճը կապված է ավելի քիչ նոր ռեակցիաների ուղիների հետ: Որովհետեւ for արտահայտման մեջ բացասական ցուցիչ է, ապա նույնիսկ փոքր նվազումը առաջացնում է քիմիական ռեակցիայի շատ մեծ աճ:

Գոյություն ունենալ 2 տեսակի կատալիզատորներ :

հոմոկատալիզատորներ;

հետերոկատալիզատորներ.

Կենսաբանական կատալիզատորներ - ֆերմենտներ .

Ինհիբիտորներ- նյութեր, որոնք դանդաղեցնում են քիմիական ռեակցիաները.

Փրոմոութերներ- նյութեր, որոնք ուժեղացնում են կատալիզատորների ազդեցությունը:

Ռեակցիաներ, որոնք ընթանում են միայն մեկ ուղղությամբ և ավարտվում են. անշրջելի(նստվածքի առաջացում, գազի էվոլյուցիա): Նրանք քիչ են։

Շատ արձագանքներ - շրջելի : .

Զանգվածային գործողության օրենքի համաձայն. – քիմիական հավասարակշռություն .

Համակարգի վիճակը, որում կոչվում է առաջընթաց ռեակցիա = հակադարձ ռեակցիա քիմիական հավասարակշռություն .

.

Ջերմաստիճանի բարձրացման դեպքում՝ էնդոթերմային ռեակցիայի դեպքում այն ​​մեծանում է, էկզոտերմիկ ռեակցիայի դեպքում՝ նվազում և մնում է հաստատուն։

Որոշվում է տարբեր գործոնների ազդեցությունը քիմիական հավասարակշռության դիրքի վրա La Chatelier-ի սկզբունքըԵթե ​​որևէ ազդեցություն գործադրվում է հավասարակշռության մեջ գտնվող համակարգի վրա, ապա համակարգում գործընթացները, որոնք ձգտում են նվազեցնել այդ ազդեցությունը, ակտիվանում են: