سرعت یک واکنش شیمیایی به عنوان تغییر در غلظت یکی از مواد واکنش دهنده در واحد زمان با حجم ثابت سیستم درک می شود.

به طور معمول، غلظت بر حسب mol/L و زمان بر حسب ثانیه یا دقیقه بیان می شود. به عنوان مثال، اگر غلظت اولیه یکی از واکنش دهنده ها 1 مول در لیتر باشد و پس از 4 ثانیه از شروع واکنش به 6/0 مول در لیتر شود، میانگین سرعت واکنش برابر با (6/0-1) خواهد بود. / 4 \u003d 0، 1 mol/(l*s).

میانگین سرعت واکنش با فرمول محاسبه می شود:

سرعت یک واکنش شیمیایی به موارد زیر بستگی دارد:

ماهیت واکنش دهنده ها

مواد با پیوند قطبی در محلول ها سریع تر برهمکنش می کنند، این به این دلیل است که چنین موادی در محلول ها یون هایی را تشکیل می دهند که به راحتی با یکدیگر تعامل دارند.

مواد با پیوندهای کووالانسی غیر قطبی و کم قطبی با سرعت های متفاوتی واکنش نشان می دهند که این بستگی به فعالیت شیمیایی آنها دارد.

H 2 + F 2 = 2HF (با انفجار در دمای اتاق بسیار سریع می رود)

H 2 + Br 2 \u003d 2HBr (آهسته می رود، حتی وقتی گرم می شود)

مقادیر تماس سطحی واکنش دهنده ها (برای ناهمگن)

غلظت واکنش دهنده ها

سرعت واکنش مستقیماً با حاصلضرب غلظت واکنش دهنده ها به توان ضرایب استوکیومتری آنها نسبت دارد.

دماها

وابستگی سرعت واکنش به دما توسط قانون van't Hoff تعیین می شود:

با افزایش دما برای هر 10 0 سرعت اکثر واکنش ها 2-4 برابر افزایش می یابد.

وجود کاتالیزور

کاتالیزورها موادی هستند که سرعت واکنش های شیمیایی را تغییر می دهند.

تغییر در سرعت واکنش در حضور کاتالیزور نامیده می شود کاتالیزور

فشار

با افزایش فشار، سرعت واکنش افزایش می یابد (برای همگن)

سوال شماره 26. قانون اقدام جمعی سرعت ثابت انرژی فعال سازی.

قانون اقدام جمعی

سرعت واکنش مواد با یکدیگر به غلظت آنها بستگی دارد

سرعت ثابت

ضریب تناسب در معادله جنبشی یک واکنش شیمیایی، بیانگر وابستگی سرعت واکنش به غلظت

ثابت سرعت به ماهیت واکنش دهنده ها و دما بستگی دارد، اما به غلظت آنها بستگی ندارد.

انرژی فعال سازی.

انرژی ای که باید به مولکول ها (ذرات) مواد واکنش دهنده داده شود تا آنها را به فعال تبدیل کند.

انرژی فعال سازی به ماهیت واکنش دهنده ها و تغییرات در حضور کاتالیزور بستگی دارد.

افزایش غلظت، تعداد کل مولکول ها و بر این اساس، ذرات فعال را افزایش می دهد.

سوال شماره 27. واکنش های برگشت پذیر و غیر قابل برگشت. تعادل شیمیایی، ثابت تعادل. اصل لو شاتلیه

واکنش‌هایی که فقط در یک جهت پیش می‌روند و با تبدیل کامل مواد اولیه به مواد نهایی پایان می‌یابند، برگشت ناپذیر نامیده می‌شوند.

واکنش‌های برگشت‌پذیر واکنش‌هایی هستند که به طور همزمان در دو جهت متقابل پیش می‌روند.

در معادلات واکنش‌های برگشت‌پذیر، دو فلش در جهت مخالف بین دو سمت چپ و راست قرار می‌گیرند. نمونه ای از چنین واکنشی سنتز آمونیاک از هیدروژن و نیتروژن است:

3H 2 + N 2 \u003d 2NH 3

برگشت ناپذیر چنین واکنش هایی است که در طی آنها:

محصولات حاصل رسوب می کنند یا به صورت گاز آزاد می شوند، به عنوان مثال:

BaCl 2 + H 2 SO 4 \u003d BaSO 4 + 2HCl

Na 2 CO 3 + 2HCl \u003d 2NaCl + CO 2 + H 2 O

تشکیل آب:

HCl + NaOH = H 2 O + NaCl

واکنش های برگشت پذیر به پایان نمی رسد و با استقرار به پایان می رسد تعادل شیمیایی.

تعادل شیمیایی حالت سیستمی از مواد واکنش دهنده است که در آن سرعت واکنش های رو به جلو و معکوس برابر است.

وضعیت تعادل شیمیایی تحت تأثیر غلظت مواد واکنش دهنده، دما، و برای گازها - فشار است. هنگامی که یکی از این پارامترها تغییر می کند، تعادل شیمیایی به هم می خورد.

ثابت تعادل

مهم ترین پارامتری که یک واکنش شیمیایی برگشت پذیر را مشخص می کند، ثابت تعادل K است. اگر برای واکنش برگشت پذیر در نظر گرفته شده A + D C + D بنویسیم شرط برابری سرعت واکنش های رو به جلو و معکوس در حالت تعادل - k1[A] برابر[B]برابر = k2[C]برابر[D] برابر است، از آنجا که [C] برابر [D] برابر است / [A] برابر [B] برابر است = k1/k2 = K، سپس مقدار K تعادل نامیده می‌شود. ثابت یک واکنش شیمیایی

بنابراین، در حالت تعادل، نسبت غلظت محصولات واکنش به حاصلضرب غلظت واکنش دهنده ها ثابت است اگر دما ثابت باشد (ثابت سرعت k1 و k2 و در نتیجه ثابت تعادل K به دما بستگی دارد، اما اینطور نیست. به غلظت واکنش دهنده ها بستگی دارد). اگر چندین مولکول از مواد اولیه در واکنش شرکت کنند و چندین مولکول از محصول (یا محصولات) تشکیل شوند، غلظت مواد در بیان ثابت تعادل به توان های مربوط به ضرایب استوکیومتری آنها افزایش می یابد. بنابراین برای واکنش 3H2 + N2 2NH3، عبارت ثابت تعادل به صورت K = 2 برابر / 3 برابر نوشته می شود. روش توصیف شده برای استخراج ثابت تعادل، بر اساس نرخ واکنش های رو به جلو و معکوس، در مورد کلینمی توان استفاده کرد، زیرا برای واکنش های پیچیده معمولاً وابستگی سرعت به غلظت بیان نمی شود معادله سادهیا اصلا معلوم نیست با این وجود، در ترمودینامیک ثابت می شود که فرمول نهایی برای ثابت تعادل صحیح است.

برای ترکیبات گازی، به جای غلظت، می توان از فشار هنگام نوشتن ثابت تعادل استفاده کرد. بدیهی است که اگر تعداد مولکول های گازی در سمت راست و چپ معادله یکسان نباشد، مقدار عددی ثابت می تواند در این مورد تغییر کند.

اصل Le Chatelier.

اگر هر گونه تأثیر خارجی بر روی یک سیستم در حالت تعادل ایجاد شود، آنگاه تعادل در جهت واکنشی که این تأثیر را خنثی می کند تغییر می کند.

تعادل شیمیایی تحت تأثیر موارد زیر است:

تغییر دما. با افزایش دما، تعادل به سمت یک واکنش گرماگیر تغییر می کند. با کاهش دما، تعادل به سمت یک واکنش گرمازا تغییر می کند.

تغییر در فشار. با افزایش فشار، تعادل در جهت کاهش تعداد مولکول ها تغییر می کند. با کاهش فشار، تعادل در جهت افزایش تعداد مولکول ها تغییر می کند.

7.1. واکنش های همگن و ناهمگن

مواد شیمیایی می توانند در حالت های مختلف تجمع باشند، در حالی که آنها خواص شیمیاییآنها در حالت های مختلف یکسان هستند، اما فعالیت متفاوت است (که در آخرین سخنرانی با استفاده از مثال اثر حرارتی یک واکنش شیمیایی نشان داده شد).

ترکیب های مختلف را در نظر بگیرید حالت های کلکه می تواند حاوی دو ماده A و B باشد.

فاز ناحیه ای از یک سیستم شیمیایی است که در آن تمام خواص سیستم ثابت هستند (یکسان) یا به طور پیوسته از نقطه ای به نقطه دیگر تغییر می کنند. فازهای جداگانه هر یک از جامدات هستند، علاوه بر این، فازهای محلول و گاز نیز وجود دارد.

همگن نامیده می شود سیستم شیمیایی، که در آن همه مواد در یک فاز (در محلول یا در گاز) هستند. اگر چندین فاز وجود داشته باشد، سیستم فراخوانی می شود

ناهمگون.

به ترتیب واکنش شیمیاییاگر واکنش دهنده ها در یک فاز باشند، همگن نامیده می شود. اگر واکنش دهنده ها در فازهای مختلف باشند، پس واکنش شیمیاییناهمگن نامیده می شود.

به راحتی می توان فهمید که از آنجایی که یک واکنش شیمیایی به تماس معرف ها نیاز دارد، یک واکنش همگن به طور همزمان در کل حجم محلول یا ظرف واکنش رخ می دهد، در حالی که یک واکنش ناهمگن در یک مرز باریک بین فازها - در سطح مشترک رخ می دهد. بنابراین، صرفاً از نظر تئوری، یک واکنش همگن سریعتر از یک واکنش ناهمگن رخ می دهد.

بنابراین، به مفهوم گذر می کنیم سرعت واکنش شیمیایی.

سرعت یک واکنش شیمیایی. قانون توده های فعال تعادل شیمیایی.

7.2. سرعت یک واکنش شیمیایی

شاخه ای از شیمی که سرعت ها و مکانیسم ها را مطالعه می کند واکنش های شیمیاییشاخه ای از شیمی فیزیک است و نامیده می شود سینتیک شیمیایی.

سرعت یک واکنش شیمیاییتغییر در مقدار یک ماده در واحد زمان در واحد حجم سیستم واکنش دهنده (برای یک واکنش همگن) یا در واحد سطح (برای یک واکنش ناهمگن) است.

نسبت تغییر در مقدار یک ماده به حجم سیستم را می توان به عنوان تغییر در غلظت یک ماده معین تفسیر کرد.

توجه داشته باشید که برای معرف ها در بیان سرعت یک واکنش شیمیایی، علامت منفی قرار داده می شود، زیرا غلظت معرف ها کاهش می یابد و سرعت یک واکنش شیمیایی در واقع یک مقدار مثبت است.

نتیجه‌گیری‌های بیشتر بر اساس ملاحظات فیزیکی ساده است، که یک واکنش شیمیایی را به عنوان پیامد برهمکنش چند ذره در نظر می‌گیرند.

ابتدایی (یا ساده) یک واکنش شیمیایی است که در یک مرحله رخ می دهد. اگر چندین مرحله وجود داشته باشد، چنین واکنش هایی را واکنش های پیچیده یا مرکب یا درشت می نامند.

در سال 1867، برای توصیف سرعت یک واکنش شیمیایی، پیشنهاد شد قانون عمل توده ای: سرعت یک واکنش شیمیایی اولیه متناسب با غلظت واکنش دهنده ها در توان ضرایب استوکیومتری.n A + m B P،

A، B - معرفها، P - محصولات، n، m - ضرایب.

W =k n m

ضریب k ثابت سرعت یک واکنش شیمیایی نامیده می شود.

ماهیت ذرات برهم کنش را مشخص می کند و به غلظت ذرات بستگی ندارد.

سرعت یک واکنش شیمیایی. قانون توده های فعال تعادل شیمیایی کمیت های n و m نامیده می شوند ترتیب واکنش بر اساس ماده A و B به ترتیب و

مجموع آنها (n + m) - ترتیب واکنش.

برای واکنش های ابتدایی، ترتیب واکنش می تواند 1، 2، و 3 باشد.

واکنش های اولیه با مرتبه 1 تک مولکولی، با مرتبه 2 - دو مولکولی، با مرتبه 3 - سه مولکولی بر اساس تعداد مولکول های درگیر نامیده می شوند. واکنش‌های ابتدایی بالاتر از مرتبه سوم ناشناخته هستند - محاسبات نشان می‌دهد که برخورد همزمان چهار مولکول در یک نقطه، یک رویداد بسیار باورنکردنی است.

از آنجایی که یک واکنش پیچیده از توالی خاصی از واکنش های ابتدایی تشکیل شده است، سرعت آن را می توان بر حسب سرعت مراحل جداگانه واکنش بیان کرد. بنابراین، برای واکنش های پیچیده، ترتیب می تواند هر باشد، از جمله کسری یا صفر (ترتیب صفر واکنش نشان می دهد که واکنش با سرعت ثابتی رخ می دهد و به غلظت ذرات واکنش دهنده W = k بستگی ندارد).

کندترین مراحل یک فرآیند پیچیده معمولاً مرحله محدود کننده (مرحله محدود کننده نرخ) نامیده می شود.

تصور کنید که تعداد زیادی مولکول به یک سینمای آزاد رفتند، اما در ورودی یک بازرس وجود دارد که سن هر مولکول را بررسی می کند. بنابراین، جریانی از ماده وارد در سینما می شود و مولکول ها یکی یکی وارد سینما می شوند، یعنی. خیلی کند

نمونه‌هایی از واکنش‌های ابتدایی مرتبه اول به ترتیب فرآیندهای فروپاشی حرارتی یا رادیواکتیو هستند، ثابت سرعت k یا احتمال گسیختگی را مشخص می‌کند. پیوند شیمیایی، یا احتمال پوسیدگی در واحد زمان.

نمونه‌های زیادی از واکنش‌های ابتدایی مرتبه دوم وجود دارد - این آشناترین راه برای ادامه واکنش‌ها برای ما است - ذره A به ذره B پرواز کرد، نوعی دگرگونی رخ داد و چیزی در آنجا اتفاق افتاد (توجه داشته باشید که محصولات در تئوری انجام می‌دهند. هیچ چیزی را تحت تأثیر قرار نمی دهد - تمام توجه فقط به ذرات در حال واکنش داده می شود).

برعکس، واکنش‌های ابتدایی بسیار کمی از مرتبه سوم وجود دارد، زیرا بسیار نادر است که سه ذره به طور همزمان با هم برخورد کنند.

به عنوان مثال، قدرت پیش بینی را در نظر بگیرید سینتیک شیمیایی.

سرعت یک واکنش شیمیایی. قانون توده های فعال تعادل شیمیایی

معادله جنبشی مرتبه اول

(مواد اضافی گویا)

یک واکنش مرتبه اول همگن را در نظر بگیرید که ثابت سرعت آن k، اولیه است غلظت ماده A برابر با [A] 0 است.

برای اهداف دوره ما، این نتیجه گیری فقط برای اهداف اطلاعاتی است، تا به شما نشان دهیم که از دستگاه ریاضی برای محاسبه سیر یک واکنش شیمیایی استفاده می کنید. بنابراین، یک شیمیدان توانمند نمی تواند ریاضیات را نداند. ریاضی یاد بگیر!

سرعت یک واکنش شیمیایی. قانون توده های فعال تعادل شیمیایی نمودار غلظت واکنش دهنده ها و محصولات در برابر زمان را می توان به صورت کیفی به صورت زیر نشان داد (با استفاده از مثال یک واکنش مرتبه اول برگشت ناپذیر)

عوامل موثر بر سرعت واکنش

1. ماهیت واکنش دهنده ها

به عنوان مثال، سرعت واکنش مواد زیر: H2 SO4، CH3 COOH، H2 S، CH3 OH - با یون هیدروکسید بسته به قدرت متفاوت خواهد بود. اوراق قرضه H-O. برای ارزیابی قدرت این پیوند، می توانید از مقدار بار مثبت نسبی اتم هیدروژن استفاده کنید: هرچه بار بزرگتر باشد، واکنش آسان تر خواهد بود.

2. دما

تجربه زندگی به ما می گوید که سرعت واکنش به دما بستگی دارد و با افزایش دما افزایش می یابد. به عنوان مثال، فرآیند ترش کردن شیر در دمای اتاق سریعتر اتفاق می افتد و نه در یخچال.

اجازه دهید به بیان ریاضی قانون کنش جرم بپردازیم.

W =k n m

از آنجایی که سمت چپ این عبارت (سرعت واکنش) به دما بستگی دارد، بنابراین، قسمت راستبیان نیز به دما بستگی دارد. در عین حال، غلظت، البته، به دما بستگی ندارد: به عنوان مثال، شیر محتوای چربی خود را 2.5٪ هم در یخچال و هم در دمای اتاق حفظ می کند. سپس، همانطور که شرلوک هلمز می گفت، راه حل باقیمانده راه حل درستی است، مهم نیست که چقدر عجیب به نظر می رسد: ثابت سرعت به دما بستگی دارد!

سرعت یک واکنش شیمیایی. قانون توده های فعال تعادل شیمیایی وابستگی ثابت سرعت واکنش به دما با استفاده از معادله آرنیوس بیان می شود:

- E a

k = k0 eRT،

که در آن

R = 8.314 J mol-1 K-1 - ثابت گاز جهانی،

E a انرژی فعال شدن واکنش است (به زیر مراجعه کنید)، به طور مشروط مستقل از دما در نظر گرفته می شود.

k 0 یک عامل پیش نمایی است (یعنی عاملی که قبل از توان e قرار می گیرد) که مقدار آن نیز تقریباً مستقل از دما است و اول از همه با ترتیب واکنش تعیین می شود.

بنابراین، مقدار k0 تقریباً 1013 s-1 برای یک واکنش مرتبه اول و 10-10 لیتر در mol-1 s-1 برای یک واکنش مرتبه دوم است.

برای یک واکنش مرتبه سوم - 10 -33 l2 mol-2 s-1. لازم نیست این مقادیر را به خاطر بسپارید.

مقادیر دقیق k0 برای هر واکنش به صورت تجربی تعیین می شود.

مفهوم انرژی فعال سازی از شکل زیر مشخص می شود. در واقع انرژی فعال سازی انرژی است که ذره واکنش دهنده باید داشته باشد تا واکنش رخ دهد.

علاوه بر این، اگر سیستم را گرم کنیم، انرژی ذرات افزایش می‌یابد (گراف نقطه‌دار)، در حالی که حالت گذار (≠) در همان سطح باقی می‌ماند. تفاوت انرژی بین حالت گذار و واکنش دهنده ها (انرژی فعال سازی) کاهش می یابد و سرعت واکنش مطابق معادله آرنیوس افزایش می یابد.

سرعت یک واکنش شیمیایی. قانون توده های فعال تعادل شیمیایی علاوه بر معادله آرنیوس، معادله van't Hoff نیز وجود دارد که

وابستگی سرعت واکنش به دما را با استفاده از ضریب دمای γ مشخص می کند:

ضریب دما γ نشان می دهد که با تغییر دما 10 درجه، سرعت یک واکنش شیمیایی چند برابر افزایش می یابد.

معادله وانت هاف:

T 2 - T 1

W (T 2) = W (T 1)× γ10

به طور معمول، ضریب γ در محدوده 2 تا 4 است. به همین دلیل، شیمیدانان اغلب از این تقریب استفاده می کنند که افزایش 20 درجه در دما منجر به افزایش سرعت واکنش با یک مرتبه بزرگی (یعنی 10 برابر) می شود.

ما در زندگی با واکنش های شیمیایی مختلفی روبرو هستیم. برخی از آنها، مانند زنگ زدن آهن، می توانند چندین سال ادامه داشته باشند. برخی دیگر، مانند تخمیر شکر به الکل، چندین هفته طول می کشد. هیزم در اجاق گاز در عرض چند ساعت می سوزد و بنزین موتور در کسری از ثانیه می سوزد.

برای کاهش هزینه های تجهیزات، کارخانه های شیمیایی سرعت واکنش ها را افزایش می دهند. و برخی از فرآیندها، مانند فساد مواد غذایی، خوردگی فلز، باید کند شوند.

سرعت یک واکنش شیمیاییرا می توان به صورت بیان کرد تغییر در مقدار ماده (n، مدول) در واحد زمان (t) - مقایسه سرعت یک جسم متحرک در فیزیک به عنوان تغییر مختصات در واحد زمان: υ = Δx/Δt . به طوری که سرعت به حجم ظرفی که واکنش در آن انجام می شود بستگی ندارد، بیان را بر حجم مواد واکنش دهنده (v) تقسیم می کنیم، یعنی به دست می آوریم.تغییر در مقدار یک ماده در واحد زمان در واحد حجم، یا تغییر در غلظت یکی از مواد در واحد زمان:

که در آن c = n / v غلظت ماده است،

Δ (تلفظ "دلتا") نام پذیرفته شده کلی برای تغییر در قدر است.

اگر مواد دارای ضرایب متفاوتی در معادله باشند، سرعت واکنش برای هر یک از آنها که با این فرمول محاسبه می شود، متفاوت خواهد بود. به عنوان مثال، 2 مول دی اکسید گوگرد به طور کامل با 1 مول اکسیژن در 10 ثانیه در 1 لیتر واکنش نشان داد:

2SO 2 + O 2 \u003d 2SO 3

سرعت اکسیژن به صورت زیر خواهد بود: υ \u003d 1: (10 1) \u003d 0.1 mol / l s

سرعت گاز ترش: υ \u003d 2: (10 1) \u003d 0.2 mol / l s- این نیازی به حفظ کردن و گفتن در امتحان نیست، برای اینکه در صورت بروز این سوال گیج نشوید، مثال زده می شود.

سرعت واکنش های ناهمگن (شامل مواد جامد) اغلب در واحد سطح سطوح در تماس بیان می شود:

هنگامی که واکنش دهنده ها در فازهای مختلف باشند، واکنش ها ناهمگن نامیده می شوند:

• جامد با جامد، مایع یا گاز دیگری،
• دو مایع غیر قابل اختلاط
• مایع گازی

واکنش های همگن بین مواد در یک فاز رخ می دهد:

• بین مایعات خوب امتزاج پذیر،
• گازها،
• مواد موجود در محلول ها

شرایط موثر بر سرعت واکنش های شیمیایی

1) سرعت واکنش بستگی دارد ماهیت واکنش دهنده ها. به بیان ساده، مواد مختلف با سرعت های متفاوت واکنش نشان می دهند. به عنوان مثال، روی به شدت با آن واکنش نشان می دهد اسید هیدروکلریکو آهن بسیار کند است.

2) سرعت واکنش بیشتر است، بالاتر است تمرکزمواد با یک اسید بسیار رقیق، روی به طور قابل توجهی واکنش نشان می دهد.

3) سرعت واکنش با افزایش به طور قابل توجهی افزایش می یابد درجه حرارت. مثلاً برای سوزاندن سوخت، باید آن را آتش زد، یعنی دما را افزایش داد. برای بسیاری از واکنش ها، افزایش دما به میزان 10 درجه سانتیگراد با افزایش ضریب 2 تا 4 در سرعت همراه است.

4) سرعت ناهمگونواکنش ها با افزایش افزایش می یابد سطوح واکنش دهنده ها. مواد جامد برای این معمولا خرد می شوند. به عنوان مثال، برای اینکه پودرهای آهن و گوگرد در هنگام حرارت دادن واکنش نشان دهند، آهن باید به صورت خاک اره کوچک باشد.

توجه داشته باشید که فرمول (1) در این مورد ضمنی است! فرمول (2) سرعت در واحد سطح را بیان می کند، بنابراین نمی تواند به منطقه بستگی داشته باشد.

5) سرعت واکنش به وجود کاتالیزورها یا بازدارنده ها بستگی دارد.

کاتالیزورهاموادی که واکنش های شیمیایی را سرعت می بخشند اما خودشان مصرف نمی شوند. یک مثال تجزیه سریع پراکسید هیدروژن با افزودن یک کاتالیزور - اکسید منگنز (IV) است:

2H 2 O 2 \u003d 2H 2 O + O 2

اکسید منگنز (IV) در کف باقی می ماند و می توان از آن دوباره استفاده کرد.

بازدارنده ها- موادی که واکنش را کند می کنند. به عنوان مثال، برای افزایش طول عمر لوله ها و باتری ها، بازدارنده های خوردگی به سیستم گرمایش آب اضافه می شوند. در خودروها، بازدارنده های خوردگی به روغن ترمز اضافه می شوند.

چند نمونه دیگر.

برخی از واکنش های شیمیایی تقریباً بلافاصله رخ می دهند (انفجار مخلوط اکسیژن-هیدروژن، واکنش های تبادل یونی در یک محلول آبی)، دومی - به سرعت (احتراق مواد، تعامل روی با اسید)، و دیگران - به آرامی (زنگ زدن آهن، تجزیه بقایای آلی). واکنش های آهسته شناخته شده است که فرد به سادگی نمی تواند آنها را متوجه شود. به عنوان مثال، تبدیل گرانیت به ماسه و خاک رس طی هزاران سال صورت می گیرد.

به عبارت دیگر، واکنش‌های شیمیایی می‌توانند متفاوت پیش بروند سرعت.

اما چیست واکنش سرعت? تعریف دقیق این کمیت و از همه مهمتر آن چیست بیان ریاضی?

سرعت یک واکنش تغییر در مقدار یک ماده در یک واحد زمان در یک واحد حجم است. از نظر ریاضی، این عبارت به صورت زیر نوشته می شود:

جایی که n 1 وn 2 - مقدار ماده (mol) در زمان t 1 و t 2 به ترتیب در سیستمی با حجم V.

اینکه کدام علامت مثبت یا منفی (±) قبل از بیان سرعت قرار می گیرد بستگی به این دارد که آیا ما به تغییر در مقدار کدام ماده - یک محصول یا یک واکنش دهنده نگاه می کنیم.

بدیهی است که در جریان واکنش، مصرف معرف ها اتفاق می افتد، یعنی تعداد آنها کاهش می یابد، بنابراین، برای معرف ها، عبارت (n 2 - n 1) همیشه مقدار کمتر از صفر دارد. از آنجایی که سرعت نمی تواند یک مقدار منفی باشد، در این حالت باید قبل از عبارت علامت منفی قرار گیرد.

اگر به تغییر مقدار محصول نگاه می کنیم و نه معرف، علامت منفی قبل از عبارت محاسبه نرخ مورد نیاز نیست، زیرا عبارت (n 2 - n 1) در این مورد همیشه مثبت است. ، زیرا مقدار محصول در نتیجه واکنش فقط می تواند افزایش یابد.

نسبت مقدار ماده nبه حجمی که این مقدار ماده در آن است، غلظت مولی نامیده می شود از جانب:

بنابراین، با استفاده از مفهوم غلظت مولی و بیان ریاضی آن، می‌توان روش دیگری برای تعیین سرعت واکنش نوشت:

سرعت واکنش تغییر در غلظت مولی یک ماده در نتیجه یک واکنش شیمیایی در یک واحد زمان است:

عوامل موثر بر سرعت واکنش

اغلب بسیار مهم است که بدانیم چه چیزی سرعت یک واکنش خاص را تعیین می کند و چگونه بر آن تأثیر می گذارد. به عنوان مثال، صنعت پالایش نفت به معنای واقعی کلمه برای هر نیم درصد اضافی محصول در واحد زمان مبارزه می کند. به هر حال، با توجه به حجم عظیم نفت فرآوری شده، حتی نیم درصد آن به سود مالی سالانه زیادی سرازیر می شود. در برخی موارد، کاهش سرعت هر واکنش، به ویژه، خوردگی فلزات بسیار مهم است.

بنابراین سرعت یک واکنش به چه چیزی بستگی دارد؟ به طور عجیبی به پارامترهای مختلفی بستگی دارد.

برای درک این موضوع، اول از همه، بیایید تصور کنیم که در نتیجه یک واکنش شیمیایی چه اتفاقی می افتد، به عنوان مثال:

A + B → C + D

معادله نوشته شده در بالا روندی را منعکس می کند که در آن مولکول های مواد A و B در برخورد با یکدیگر، مولکول های مواد C و D را تشکیل می دهند.

یعنی بدون شک برای انجام واکنش حداقل برخورد مولکول های مواد اولیه ضروری است. بدیهی است که اگر تعداد مولکول ها را در واحد حجم افزایش دهیم، تعداد برخوردها به همان صورت افزایش می یابد که دفعات برخورد شما با مسافران در اتوبوس شلوغ نسبت به یک اتوبوس نیمه خالی افزایش می یابد.

به عبارت دیگر، سرعت واکنش با افزایش غلظت واکنش دهنده ها افزایش می یابد.

در صورتی که یک یا چند واکنش دهنده گاز باشند، سرعت واکنش با افزایش فشار افزایش می یابد، زیرا فشار گاز همیشه با غلظت مولکول های تشکیل دهنده آن نسبت مستقیم دارد.

با این حال، برخورد ذرات شرط لازم اما کافی برای ادامه واکنش است. واقعیت این است که بر اساس محاسبات، تعداد برخورد مولکول های مواد واکنش دهنده در غلظت معقول آنقدر زیاد است که همه واکنش ها باید در یک لحظه انجام شوند. اما در عمل این اتفاق نمی افتد. موضوع چیه؟

واقعیت این است که هر برخورد مولکول های واکنش دهنده لزوما موثر نخواهد بود. بسیاری از برخوردها خاصیت ارتجاعی دارند - مولکول ها مانند توپ از یکدیگر پرش می کنند. برای اینکه واکنش انجام شود، مولکول ها باید انرژی جنبشی کافی داشته باشند. حداقل انرژی که مولکول های واکنش دهنده ها باید داشته باشند تا واکنش انجام شود، انرژی فعال سازی نامیده می شود و به عنوان E a نشان داده می شود. در سیستمی متشکل از تعداد زیادی مولکول، توزیع انرژی مولکول ها وجود دارد، برخی از آنها دارای انرژی کم، برخی دارای انرژی بالا و متوسط ​​هستند. از بین تمام این مولکول ها، تنها بخش کوچکی از مولکول ها دارای انرژی بیشتر از انرژی فعال سازی هستند.

همانطور که از درس فیزیک مشخص است، دما در واقع معیاری از انرژی جنبشی ذرات تشکیل دهنده ماده است. یعنی هرچه ذرات تشکیل دهنده ماده سریعتر حرکت کنند دمای آن بیشتر می شود. بنابراین، بدیهی است که با افزایش دما، اساساً انرژی جنبشی مولکول ها را افزایش می دهیم، در نتیجه نسبت مولکول های با انرژی بیش از E a افزایش می یابد و برخورد آنها منجر به واکنش شیمیایی می شود.

واقعیت تأثیر مثبت دما بر سرعت واکنش به طور تجربی در اوایل قرن نوزدهم توسط شیمیدان هلندی Van't Hoff ثابت شد. او بر اساس تحقیقات خود قاعده ای را تدوین کرد که هنوز نام او را دارد و به نظر می رسد:

سرعت هر واکنش شیمیایی با افزایش دما به میزان 10 درجه 2-4 برابر افزایش می یابد.

نمایش ریاضی این قانون به صورت زیر نوشته می شود:

جایی که V 2 و V 1 سرعت در دمای t 2 و t 1 به ترتیب است و γ ضریب دمایی واکنش است که مقدار آن اغلب در محدوده 2 تا 4 قرار دارد.

اغلب می توان سرعت بسیاری از واکنش ها را با استفاده از آن افزایش داد کاتالیزورها.

کاتالیزورها موادی هستند که بدون مصرف شدن یک واکنش را سرعت می بخشند.

اما چگونه کاتالیزورها می توانند سرعت واکنش را افزایش دهند؟

انرژی فعال سازی E a را به یاد بیاورید. مولکول هایی با انرژی کمتر از انرژی فعال سازی در غیاب کاتالیزور نمی توانند با یکدیگر تعامل کنند. کاتالیزورها مسیری را که در طول آن واکنش ادامه می‌یابد تغییر می‌دهند، شبیه به اینکه چگونه یک راهنمای با تجربه مسیر سفر را نه مستقیماً از طریق کوه، بلکه با کمک مسیرهای کنارگذر هموار می‌کند، در نتیجه حتی آن ماهواره‌هایی که به اندازه کافی نداشتند انرژی برای بالا رفتن از کوه قادر خواهد بود به سمت دیگری حرکت کند.

علیرغم این واقعیت که کاتالیزور در طول واکنش مصرف نمی شود، با این وجود در آن نقش فعالی دارد و ترکیبات واسطه ای را با معرف ها تشکیل می دهد، اما در پایان واکنش به حالت اولیه خود باز می گردد.

علاوه بر عوامل فوق مؤثر بر سرعت واکنش، در صورت وجود رابط بین مواد واکنش دهنده (واکنش ناهمگن)، سرعت واکنش به سطح تماس واکنش دهنده ها نیز بستگی دارد. به عنوان مثال، یک گرانول آلومینیوم فلزی را تصور کنید که در یک لوله آزمایش حاوی محلول آبی اسید هیدروکلریک ریخته شده است. آلومینیوم یک فلز فعال است که می تواند با اسیدهای غیر اکسید کننده واکنش دهد. با اسید کلریدریک، معادله واکنش به شرح زیر است:

2Al + 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2

آلومینیوم یک جامد است، به این معنی که فقط با اسید هیدروکلریک روی سطح خود واکنش نشان می دهد. بدیهی است که اگر ابتدا سطح گرانول آلومینیوم را در فویل بغلتانیم، سطح را افزایش دهیم. مقدار زیاداتم های آلومینیوم موجود برای واکنش با اسید در نتیجه سرعت واکنش افزایش خواهد یافت. به طور مشابه، افزایش سطح یک جامد را می توان با آسیاب کردن آن به پودر به دست آورد.

همچنین، سرعت یک واکنش ناهمگن، که در آن یک جامد با یک گاز یا مایع واکنش می دهد، اغلب تحت تأثیر مثبت هم زدن قرار می گیرد، که به این دلیل است که در نتیجه هم زدن، مولکول های تجمع یافته محصولات واکنش از آن حذف می شوند. منطقه واکنش و بخش جدیدی از مولکول های معرف "برآورده می شود".

آخرین چیزی که باید به آن توجه کرد، تأثیر بسیار زیاد بر سرعت واکنش و ماهیت معرف‌ها است. به عنوان مثال، پایین تر در جدول تناوبی است فلز قلیایی، هر چه سریعتر با آب واکنش می دهد، فلوئور در بین همه هالوژن ها سریع ترین واکنش را با هیدروژن گازی و غیره می دهد.

به طور خلاصه، سرعت واکنش به عوامل زیر بستگی دارد:

1) غلظت معرفها: هر چه بیشتر باشد، سرعت واکنش بیشتر است

2) دما: با افزایش دما، سرعت هر واکنشی افزایش می یابد

3) سطح تماس واکنش دهنده ها: هر چه سطح تماس واکنش دهنده ها بزرگتر باشد، سرعت واکنش بالاتر است.

4) هم زدن، اگر واکنش با عسل رخ دهد جامدو مایع یا گاز، اختلاط می تواند آن را تسریع کند.

سرعت یک واکنش شیمیایی

سرعت یک واکنش شیمیایی- تغییر در مقدار یکی از مواد واکنش دهنده در واحد زمان در واحد فضای واکنش. است مفهوم کلیدیسینتیک شیمیایی سرعت یک واکنش شیمیایی همیشه مثبت است، بنابراین، اگر با ماده اولیه (که غلظت آن در طول واکنش کاهش می یابد) تعیین شود، مقدار حاصل در -1 ضرب می شود.

به عنوان مثال برای یک واکنش:

عبارت سرعت به صورت زیر خواهد بود:

برای واکنش های ابتدایی، توان در مقدار غلظت هر ماده اغلب برابر با ضریب استوکیومتری آن است؛ برای واکنش های پیچیده، این قانون رعایت نمی شود. علاوه بر غلظت، عوامل زیر بر سرعت یک واکنش شیمیایی تأثیر می‌گذارند:

• ماهیت واکنش دهنده ها،
• وجود یک کاتالیزور
• دما (قاعده وان هاف)،
• فشار،
• مساحت سطح واکنش دهنده ها

اگر ساده ترین واکنش شیمیایی A + B → C را در نظر بگیریم، متوجه می شویم که فوریسرعت یک واکنش شیمیایی ثابت نیست.

ادبیات

• Kubasov A. A. سینتیک شیمیایی و کاتالیز.
• پریگوژین I.، Defey R. ترمودینامیک شیمیایی. نووسیبیرسک: ناوکا، 1966. 510 ص.
• Yablonsky G. S., Bykov V. I., Gorban A. N., Kinetic models of catalytic models, Novosibirsk: Nauka (شاخه سیبری)، 1983.- 255 p.

بنیاد ویکی مدیا 2010 .

ببینید "سرعت یک واکنش شیمیایی" در فرهنگ های دیگر چقدر است:

مفهوم اصلی سینتیک شیمیایی. برای واکنش های ساده همگن، سرعت یک واکنش شیمیایی با تغییر تعداد مول های ماده واکنش داده شده (در حجم ثابت سیستم) یا با تغییر در غلظت هر یک از مواد اولیه اندازه گیری می شود. بزرگ فرهنگ لغت دایره المعارفی

سرعت واکنش شیمیایی- مفهوم اساسی شیمی. سینتیک، بیان کننده نسبت مقدار ماده واکنش داده شده (به مول) به مدت زمانی که در طی آن برهمکنش رخ داده است. از آنجایی که غلظت واکنش دهنده ها در طول برهمکنش تغییر می کند، سرعت معمولاً ... دایره المعارف بزرگ پلی تکنیک

سرعت واکنش شیمیایی- مقداری که شدت یک واکنش شیمیایی را مشخص می کند. سرعت تشکیل یک محصول واکنش، مقدار این محصول در نتیجه واکنش در واحد زمان در واحد حجم (اگر واکنش همگن باشد) یا در هر ... ...

مفهوم اصلی سینتیک شیمیایی. برای واکنش‌های همگن ساده، سرعت یک واکنش شیمیایی با تغییر در تعداد مول‌های ماده واکنش‌دهنده (در حجم ثابت سیستم) یا با تغییر در غلظت هر یک از مواد اولیه اندازه‌گیری می‌شود. فرهنگ لغت دایره المعارفی

مقداری که شدت یک واکنش شیمیایی را مشخص می کند (به واکنش های شیمیایی مراجعه کنید). سرعت تشکیل یک محصول واکنش، مقدار این محصول حاصل از واکنش در واحد زمان در واحد حجم است (اگر ... ...

اصلی مفهوم شیمی سینتیک برای واکنش های همگن ساده S. x. آر. با تغییر در تعداد مول های واکنش داده شده در وا (در حجم ثابت سیستم) یا با تغییر در غلظت هر یک از محصولات اولیه in یا واکنش اندازه گیری می شود (اگر حجم سیستم ...

برای واکنش های پیچیده متشکل از چندین. مراحل (واکنش های ساده یا ابتدایی)، مکانیسم مجموعه ای از مراحل است که در نتیجه مراحل اولیه در va به محصولات تبدیل می شود. حد واسط در شما در این واکنش ها می تواند به عنوان مولکول عمل کند، ... ... علوم طبیعی. فرهنگ لغت دایره المعارفی

- (واکنش جایگزینی نوکلئوفیل انگلیسی) واکنش‌های جایگزینی که در آن حمله توسط یک معرف هسته دوست حامل یک جفت الکترون مشترک انجام می‌شود. گروه خروجی در واکنش های جانشینی هسته دوست، هسته فوگ نامیده می شود. همه ... ویکی پدیا

تبدیل یک ماده به ماده دیگر، متفاوت از اصل ترکیب شیمیایییا ساختمان تعداد کلاتم های هر عنصر داده شده و همچنین خودشان عناصر شیمیایی، مواد تشکیل دهنده، در R. x باقی می مانند. بدون تغییر؛ این R.x ... دایره المعارف بزرگ شوروی

سرعت ترسیم- سرعت خطی حرکت فلز در خروجی قالب، m/s. در ماشین های طراحی مدرن، سرعت کشش به 50-80 متر بر ثانیه می رسد. با این حال، حتی در طول کشیدن سیم، سرعت، به عنوان یک قاعده، از 30-40 متر بر ثانیه تجاوز نمی کند. در …… فرهنگ لغت دایره المعارف متالورژی