ماده ای که سرعت یک واکنش شیمیایی را تغییر می دهد. سینتیک شیمیایی

سرعت واکنشبا تغییر غلظت مولی یکی از واکنش دهنده ها تعیین می شود:

V \u003d ± ((C 2 - C 1) / (t 2 - t 1)) \u003d ± (DC / Dt)

جایی که C 1 و C 2 به ترتیب غلظت مولی مواد در زمان های t 1 و t 2 هستند (علامت (+) - اگر سرعت توسط محصول واکنش تعیین شود، علامت (-) - توسط ماده اصلی).

واکنش ها زمانی رخ می دهد که مولکول های واکنش دهنده ها با هم برخورد می کنند. سرعت آن با تعداد برخوردها و احتمال اینکه منجر به دگرگونی شوند تعیین می شود. تعداد برخوردها با غلظت مواد واکنش دهنده و احتمال واکنش با انرژی مولکول های برخورد کننده تعیین می شود.
عوامل موثر بر سرعت واکنش های شیمیایی
1. ماهیت واکنش دهنده ها. شخصیت نقش زیادی دارد پیوندهای شیمیاییو ساختار مولکولهای واکنش دهنده واکنش ها در جهت تخریب پیوندهای کمتر قوی و تشکیل مواد با پیوندهای قوی تر انجام می شود. بنابراین، انرژی های بالایی برای شکستن پیوندها در مولکول های H 2 و N 2 مورد نیاز است. چنین مولکول هایی خیلی واکنش پذیر نیستند. برای شکستن پیوندها در مولکول های بسیار قطبی (HCl، H 2 O)، انرژی کمتری مورد نیاز است و سرعت واکنش بسیار بالاتر است. واکنش‌های بین یون‌ها در محلول‌های الکترولیت تقریباً فوراً انجام می‌شود.
مثال ها
فلوئور در دمای اتاق با هیدروژن واکنش انفجاری می دهد، برم با هیدروژن به آرامی حتی وقتی گرم می شود واکنش می دهد.
اکسید کلسیم به شدت با آب واکنش می دهد و گرما آزاد می کند. اکسید مس - واکنش نشان نمی دهد.

2. تمرکز. با افزایش غلظت (تعداد ذرات در واحد حجم)، برخورد مولکول های واکنش دهنده بیشتر اتفاق می افتد - سرعت واکنش افزایش می یابد.
قانون توده های فعال (K. Guldberg, P. Waage, 1867)
سرعت واکنش شیمیاییبا محصول غلظت واکنش دهنده ها نسبت مستقیم دارد.

AA + bB + . . . ® . . .

[A] a [B] b . . .

ثابت سرعت واکنش k به ماهیت واکنش دهنده ها، دما و کاتالیزور بستگی دارد، اما به غلظت واکنش دهنده ها بستگی ندارد.
معنای فیزیکی ثابت سرعت این است که با سرعت واکنش در غلظت واحد واکنش دهنده ها برابر است.
برای واکنش های ناهمگن، غلظت فاز جامد در بیان سرعت واکنش لحاظ نمی شود.

3. دما. به ازای هر 10 درجه سانتی گراد افزایش دما، سرعت واکنش 2-4 افزایش می یابد (قانون ونت هاف). با افزایش دما از t 1 به t 2، تغییر در سرعت واکنش را می توان با فرمول محاسبه کرد:

		(t 2 - t 1) / 10
Vt 2 / Vt 1	= g

(که در آن Vt 2 و Vt 1 به ترتیب سرعت واکنش در دماهای t 2 و t 1 هستند؛ g ضریب دمایی این واکنش است).
قانون Van't Hoff فقط در محدوده دمایی باریک قابل اجرا است. معادله آرنیوس دقیق تر است:

e-Ea/RT

جایی که
A بسته به ماهیت واکنش دهنده ها ثابت است.
R ثابت گاز جهانی است.

Ea انرژی فعال سازی است، یعنی. انرژی ای که مولکول های در حال برخورد باید داشته باشند تا برخورد منجر به تبدیل شیمیایی شود.
نمودار انرژی یک واکنش شیمیایی.


واکنش گرمازا	واکنش گرماگیر

A - معرفها، B - مجتمع فعال (وضعیت انتقال)، C - محصولات.
هر چه انرژی فعال سازی Ea بیشتر باشد، با افزایش دما، سرعت واکنش بیشتر می شود.

4. سطح تماس واکنش دهنده ها. برای سیستم های ناهمگن (زمانی که مواد در متفاوت هستند حالت های تجمع، هر چه سطح تماس بزرگتر باشد، واکنش سریعتر پیش می رود. سطح جامدات را می توان با آسیاب کردن آنها و برای مواد محلول با حل کردن آنها افزایش داد.

5. کاتالیزور. موادی که در واکنش ها شرکت می کنند و سرعت آن را افزایش می دهند و در پایان واکنش بدون تغییر باقی می مانند، کاتالیزور نامیده می شوند. مکانیسم عمل کاتالیزورها با کاهش انرژی فعال سازی واکنش به دلیل تشکیل ترکیبات میانی همراه است. در کاتالیز همگنمعرف ها و کاتالیزور یک فاز را تشکیل می دهند (در یک حالت تجمع هستند)، با کاتالیز ناهمگن- مراحل مختلف (در حالات مختلف تجمع هستند). در برخی موارد، سیر فرآیندهای شیمیایی نامطلوب را می توان با افزودن بازدارنده ها به محیط واکنش به شدت کاهش داد. کاتالیز منفی").

بیایید مفهوم اصلی سینتیک شیمیایی - سرعت یک واکنش شیمیایی را تعریف کنیم:

سرعت یک واکنش شیمیایی تعداد اعمال اولیه یک واکنش شیمیایی است که در واحد زمان در واحد حجم (برای واکنش‌های همگن) یا در واحد سطح (برای واکنش‌های ناهمگن) اتفاق می‌افتد.

سرعت یک واکنش شیمیایی تغییر در غلظت واکنش دهنده ها در واحد زمان است.

تعریف اول دقیق ترین تعریف است. از آن نتیجه می شود که سرعت یک واکنش شیمیایی را می توان به عنوان تغییر در زمان هر پارامتر از وضعیت سیستم، بسته به تعداد ذرات هر ماده واکنش دهنده، به واحد حجم یا سطح بیان کرد - هدایت الکتریکی، چگالی نوری، ثابت دی الکتریک و غیره و غیره. با این حال، اغلب در شیمی، وابستگی غلظت معرف ها به زمان در نظر گرفته می شود. در مورد واکنش های شیمیایی یک طرفه (غیر قابل برگشت) (از این پس، فقط واکنش های یک طرفه در نظر گرفته می شود)، بدیهی است که غلظت مواد اولیه به طور مداوم با زمان کاهش می یابد (ΔС ref.< 0), а концентрации продуктов реакции увеличиваются (ΔС прод >0). سرعت واکنش مثبت فرض می شود، بنابراین تعریف ریاضی آن است میانگین سرعت واکنش در بازه زمانی Δt به صورت زیر نوشته می شود:

(II.1)

در بازه های زمانی مختلف، میانگین سرعت یک واکنش شیمیایی مقادیر متفاوتی دارد. سرعت واکنش واقعی (آنی) به عنوان مشتق غلظت با توجه به زمان تعریف می شود:

(II.2)

نمایش گرافیکی وابستگی غلظت معرف ها به زمان است منحنی جنبشی (شکل 2.1).

برنج. 2.1 منحنی های جنبشی برای مواد اولیه (A) و محصولات واکنش (B).

سرعت واکنش واقعی را می توان به صورت گرافیکی با رسم مماس بر منحنی جنبشی تعیین کرد (شکل 2.2). سرعت واکنش واقعی در یک زمان معین از نظر مقدار مطلق برابر با مماس شیب مماس است:

برنج. 2.2 تعریف گرافیکی V ist.

(II.3)

لازم به ذکر است که در صورتی که ضرایب استوکیومتری در معادله واکنش شیمیایی یکسان نباشد، سرعت واکنش به تغییر غلظت معرف تعیین شده بستگی دارد. بدیهی است که در واکنش

2H 2 + O 2 → 2H 2 O

غلظت هیدروژن، اکسیژن و آب به درجات مختلف متفاوت است:

ΔC (H 2) \u003d ΔC (H 2 O) \u003d 2 ΔC (O 2).

سرعت یک واکنش شیمیایی به عوامل زیادی بستگی دارد: ماهیت واکنش دهنده ها، غلظت آنها، دما، ماهیت حلال و غیره.

یکی از کارهایی که سینتیک شیمیایی با آن مواجه است، تعیین ترکیب مخلوط واکنش (یعنی غلظت همه واکنش‌دهنده‌ها) در هر زمان است، که برای آن لازم است وابستگی سرعت واکنش به غلظت‌ها را بدانیم. AT مورد کلیهر چه غلظت واکنش دهنده ها بیشتر باشد، سرعت واکنش شیمیایی بیشتر می شود. اساس سینتیک شیمیایی به اصطلاح است. فرضیه اصلی سینتیک شیمیایی:

سرعت یک واکنش شیمیایی به طور مستقیم با محصول غلظت واکنش دهنده ها که تا حدی گرفته می شود، متناسب است.

یعنی برای واکنش

AA + bB + dD + ... → eE + ...

می توان نوشت

(II.4)

ضریب تناسب k است ثابت سرعت واکنش شیمیایی. ثابت سرعت از نظر عددی برابر با سرعت واکنش در غلظت‌های همه واکنش‌دهنده‌ها برابر با 1 mol/L است.

وابستگی سرعت واکنش به غلظت واکنش دهنده ها به صورت تجربی تعیین می شود و نامیده می شود معادله جنبشی واکنش شیمیایی. بدیهی است که برای نوشتن معادله جنبشی باید به طور تجربی ثابت سرعت و توان در غلظت واکنش دهنده ها تعیین شود. توان در غلظت هر یک از واکنش دهنده ها در معادله جنبشی یک واکنش شیمیایی (به ترتیب در معادله (II.4) x، y و z) است. واکنش سفارش خصوصی برای این جزء مجموع توان در معادله جنبشی برای یک واکنش شیمیایی (x + y + z) است ترتیب واکنش عمومی . لازم به تاکید است که ترتیب واکنش تنها از روی داده های تجربی تعیین می شود و ارتباطی با ضرایب استوکیومتری واکنش دهنده ها در معادله واکنش ندارد. معادله واکنش استوکیومتری یک معادله تعادل مواد است و به هیچ وجه نمی تواند ماهیت سیر این واکنش را در زمان مشخص کند.

در سینتیک شیمیایی، مرسوم است که واکنش ها را بر اساس بزرگی طبقه بندی می کنند نظم عمومیواکنش ها اجازه دهید وابستگی غلظت واکنش دهنده ها به زمان را برای واکنش های برگشت ناپذیر (یک طرفه) صفر، اول و دوم در نظر بگیریم.

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:

n 2 − n 1
υ = –––––––––– = –––––––– = Δσ/Δt (1)
(t 2 - t 1) v Δt v

جایی که c = n / v - غلظت ماده,

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:

Δn
υ = –––––– (2)
ΔtS

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.

سرعت واکنشبا تغییر غلظت مولی یکی از واکنش دهنده ها تعیین می شود:

V \u003d ± ((C 2 - C 1) / (t 2 - t 1)) \u003d ± (DC / Dt)

واکنش ها زمانی رخ می دهد که مولکول های واکنش دهنده ها با هم برخورد می کنند. سرعت آن با تعداد برخوردها و احتمال اینکه منجر به دگرگونی شوند تعیین می شود. تعداد برخوردها با غلظت مواد واکنش دهنده و احتمال واکنش با انرژی مولکول های برخورد کننده تعیین می شود.
عوامل موثر بر سرعت واکنش های شیمیایی
1. ماهیت واکنش دهنده ها. ماهیت پیوندهای شیمیایی و ساختار مولکول های معرف نقش مهمی ایفا می کند. واکنش ها در جهت تخریب پیوندهای کمتر قوی و تشکیل مواد با پیوندهای قوی تر انجام می شود. بنابراین، انرژی های بالایی برای شکستن پیوندها در مولکول های H 2 و N 2 مورد نیاز است. چنین مولکول هایی خیلی واکنش پذیر نیستند. برای شکستن پیوندها در مولکول های بسیار قطبی (HCl، H 2 O)، انرژی کمتری مورد نیاز است و سرعت واکنش بسیار بالاتر است. واکنش‌های بین یون‌ها در محلول‌های الکترولیت تقریباً فوراً انجام می‌شود.
مثال ها
فلوئور در دمای اتاق با هیدروژن واکنش انفجاری می دهد، برم با هیدروژن به آرامی حتی وقتی گرم می شود واکنش می دهد.
اکسید کلسیم به شدت با آب واکنش می دهد و گرما آزاد می کند. اکسید مس - واکنش نشان نمی دهد.

2. تمرکز. با افزایش غلظت (تعداد ذرات در واحد حجم)، برخورد مولکول های واکنش دهنده بیشتر اتفاق می افتد - سرعت واکنش افزایش می یابد.
قانون توده های فعال (K. Guldberg, P. Waage, 1867)
سرعت یک واکنش شیمیایی با محصول غلظت واکنش دهنده ها نسبت مستقیم دارد.

AA + bB + . . . ® . . .

[A] a [B] b . . .

		(t 2 - t 1) / 10
Vt 2 / Vt 1	= g

e-Ea/RT

جایی که
A بسته به ماهیت واکنش دهنده ها ثابت است.
R ثابت گاز جهانی است.


واکنش گرمازا	واکنش گرماگیر

4. سطح تماس واکنش دهنده ها. برای سیستم های ناهمگن (زمانی که مواد در حالت های مختلف تجمع هستند)، هر چه سطح تماس بزرگتر باشد، واکنش سریعتر انجام می شود. سطح جامدات را می توان با آسیاب کردن آنها و برای مواد محلول با حل کردن آنها افزایش داد.

مطالعه سرعت یک واکنش شیمیایی و شرایط موثر بر تغییر آن یکی از حوزه های شیمی فیزیک - سینتیک شیمیایی است. او همچنین مکانیسم های این واکنش ها و اعتبار ترمودینامیکی آنها را در نظر می گیرد. این مطالعات نه تنها برای اهداف علمی، بلکه برای کنترل برهمکنش اجزا در راکتورها در تولید انواع مواد مهم هستند.

مفهوم سرعت در شیمی

مرسوم است که سرعت واکنش را تغییر معینی در غلظت ترکیبات وارد شده به واکنش (ΔС) در واحد زمان (Δt) می نامند. فرمول ریاضی سرعت یک واکنش شیمیایی به شرح زیر است:

ᴠ = ±∆C/∆t.

سرعت واکنش اگر در کل حجم اتفاق بیفتد (یعنی واکنش همگن باشد) بر حسب مول در لیتر بر ثانیه و اگر برهمکنش روی سطحی که فازها را از هم جدا می کند (یعنی واکنش انجام شود) به مول در متر مربع اندازه گیری می شود. ناهمگون). علامت "-" در فرمول به تغییر مقادیر غلظت واکنش دهنده های اولیه و علامت "+" به تغییر مقادیر غلظت محصولات همان واکنش اشاره دارد.

نمونه هایی از واکنش ها با سرعت های مختلف

فعل و انفعالات مواد شیمیاییمی تواند با سرعت های مختلف انجام شود. بنابراین، سرعت رشد استالاکتیت ها، یعنی تشکیل کربنات کلسیم، تنها 0.5 میلی متر در هر 100 سال است. برخی از واکنش های بیوشیمیایی مانند فتوسنتز و سنتز پروتئین کند هستند. خوردگی فلزات با سرعت نسبتاً کمی انجام می شود.

سرعت متوسط را می توان با واکنش هایی که از یک تا چند ساعت نیاز دارند مشخص کرد. به عنوان مثال پخت و پز است که با تجزیه و تبدیل ترکیبات موجود در محصولات همراه است. سنتز پلیمرهای منفرد نیاز به حرارت دادن مخلوط واکنش برای مدت معینی دارد.

نمونه ای از واکنش های شیمیایی، که سرعت آن بسیار بالا است، می تواند به عنوان واکنش های خنثی سازی، تعامل بی کربنات سدیم با محلول اسید استیک، همراه با انتشار دی اکسید کربن عمل کند. همچنین می توان به برهمکنش نیترات باریم با سولفات سدیم اشاره کرد که در آن رسوب سولفات باریم نامحلول مشاهده می شود.

تعداد زیادی از واکنش ها می توانند با سرعت رعد و برق انجام شوند و با انفجار همراه هستند. یک مثال کلاسیک، برهمکنش پتاسیم با آب است.

عوامل موثر بر سرعت یک واکنش شیمیایی

شایان ذکر است که مواد یکسان می توانند با سرعت های متفاوتی با یکدیگر واکنش دهند. بنابراین، برای مثال، مخلوطی از اکسیژن گازی و هیدروژن می تواند کاملاً باشد مدت زمان طولانیعلائمی از برهمکنش را نشان نمی دهند، با این حال، هنگامی که ظرف تکان می خورد یا ضربه می زند، واکنش انفجاری می شود. بنابراین، سینتیک شیمیایی عوامل خاصی را شناسایی کرده است که توانایی تأثیرگذاری بر سرعت یک واکنش شیمیایی را دارند. این شامل:

ماهیت مواد متقابل؛
غلظت معرف ها؛
تغییر دما؛
وجود کاتالیزور؛
تغییر فشار (برای مواد گازی);
ناحیه تماس مواد (اگر در مورد واکنش های ناهمگن صحبت کنیم).

تأثیر ماهیت ماده

چنین تفاوت قابل توجهی در سرعت واکنش های شیمیایی توسط توضیح داده شده است ارزش های مختلفانرژی فعال سازی (E a). این به عنوان یک مقدار اضافی انرژی در مقایسه با مقدار متوسط آن مورد نیاز یک مولکول در طول یک برخورد برای وقوع یک واکنش درک می شود. این در کیلوژول / مول اندازه گیری می شود و مقادیر معمولاً در محدوده 50-250 است.

به طور کلی پذیرفته شده است که اگر E a \u003d 150 kJ / mol برای هر واکنشی باشد، در n. y عملاً جریان ندارد. این انرژی صرف غلبه بر دافعه بین مولکول های مواد و تضعیف پیوندهای موجود در مواد اولیه می شود. به عبارت دیگر، انرژی فعال سازی استحکام پیوندهای شیمیایی در مواد را مشخص می کند. با مقدار انرژی فعال‌سازی، می‌توان از ابتدا سرعت یک واکنش شیمیایی را تخمین زد:

E a< 40, взаимодействие веществ происходят довольно быстро, поскольку почти все столкнове-ния частиц при-водят к их реакции;
40-<Е а <120, предполагается средняя реакция, поскольку эффективными будет лишь половина соударений молекул (например, реакция цинка с соляной кислотой);
اگر بیش از 120 باشد، تنها بخش بسیار کوچکی از برخورد ذرات منجر به واکنش می شود و سرعت آن کم خواهد بود.

تاثیر تمرکز

وابستگی سرعت واکنش به غلظت با قانون عمل جرم (LMA) مشخص می شود که می گوید:

سرعت یک واکنش شیمیایی به طور مستقیم با محصول غلظت مواد واکنش دهنده متناسب است که مقادیر آنها در توان های مربوط به ضرایب استوکیومتری آنها گرفته می شود.

این قانون برای واکنش های اولیه یک مرحله ای یا هر مرحله ای از برهمکنش مواد که با مکانیسم پیچیده مشخص می شود مناسب است.

اگر می خواهید سرعت یک واکنش شیمیایی را تعیین کنید که معادله آن را می توان به صورت شرطی نوشت:

aA+ bB = ϲС، سپس،

مطابق با فرمول قانون ذکر شده در بالا، سرعت را می توان با معادله پیدا کرد:

V=k [A] a [B] b، که در آن

a و b ضرایب استوکیومتری هستند،

[A] و [B] - غلظت ترکیبات اولیه،

k ثابت سرعت واکنش مورد نظر است.

منظور از ضریب سرعت یک واکنش شیمیایی این است که مقدار آن برابر با سرعت خواهد بود اگر غلظت ترکیبات برابر با واحد باشد. لازم به ذکر است که برای محاسبه صحیح طبق این فرمول، باید حالت کل معرف ها را در نظر گرفت. غلظت جامد واحد در نظر گرفته می شود و در معادله لحاظ نمی شود زیرا در طول واکنش ثابت می ماند. بنابراین، تنها غلظت مواد مایع و گاز مطابق با MDM در محاسبه لحاظ می شود. بنابراین، برای واکنش به دست آوردن دی اکسید سیلیکون از مواد ساده، که توسط معادله توضیح داده شده است

Si (تلویزیون) + Ο 2 (گرم) \u003d SiΟ 2 (تلویزیون)،

سرعت با فرمول تعیین می شود:

کار معمولی

اگر غلظت ترکیبات اولیه دو برابر شود، سرعت واکنش شیمیایی مونوکسید نیتروژن با اکسیژن چگونه تغییر می کند؟

راه حل: این فرآیند با معادله واکنش مطابقت دارد:

2NO + Ο 2 = 2NO 2 .

بیایید عبارات نرخ واکنش اولیه (ᴠ 1) و نهایی (ᴠ 2) را بنویسیم:

ᴠ 1 = k [NO] 2 [Ο 2 ] و

ᴠ 2 = k·(2·[NO]) 2 ·2·[Ο 2 ] = k·4[NO] 2 ·2[Ο 2 ].

ᴠ 1 / ᴠ 2 = (k 4 [NO] 2 2 [Ο 2 ]) / (k ・ [NO] 2 [Ο 2 ]).

ᴠ 2 / ᴠ 1 = 4 2/1 = 8.

پاسخ: 8 برابر افزایش یافته است.

اثر دما

وابستگی سرعت یک واکنش شیمیایی به دما توسط دانشمند هلندی J. H. Van't Hoff به طور تجربی تعیین شد. او دریافت که سرعت بسیاری از واکنش ها با هر 10 درجه افزایش دما 2 تا 4 برابر افزایش می یابد. برای این قانون، یک عبارت ریاضی وجود دارد که به نظر می رسد:

ᴠ 2 = ᴠ 1 γ (Τ2-Τ1)/10، که در آن

ᴠ 1 و ᴠ 2 - سرعتهای مربوطه در دماهای Τ 1 و Τ 2.

γ - ضریب دما، برابر با 2-4.

در عین حال، این قانون مکانیسم تأثیر دما بر مقدار سرعت یک واکنش خاص را توضیح نمی دهد و کل مجموعه قوانین را توصیف نمی کند. منطقی است که نتیجه گیری کنیم که با افزایش دما، حرکت آشفته ذرات افزایش می یابد و این باعث برانگیختن تعداد بیشتری از برخورد آنها می شود. با این حال، این به ویژه بر کارایی برخوردهای مولکولی تأثیر نمی گذارد، زیرا عمدتاً به انرژی فعال سازی بستگی دارد. همچنین تطابق مکانی آنها با یکدیگر نقش بسزایی در کارایی برخورد ذرات دارد.

وابستگی سرعت یک واکنش شیمیایی به دما، با در نظر گرفتن ماهیت معرف ها، از معادله آرنیوس تبعیت می کند:

k \u003d A 0 e -Ea / RΤ، که در آن

A o یک ضریب است.

E a - انرژی فعال سازی.

نمونه ای از یک وظیفه در قانون van't Hoff

چگونه باید دما را تغییر داد تا سرعت یک واکنش شیمیایی که ضریب دمایی آن از نظر عددی برابر با 3 است، 27 برابر شود؟

راه حل. بیایید از فرمول استفاده کنیم

ᴠ 2 = ᴠ 1 γ (Τ2-Τ1)/10.

از شرط ᴠ 2 / ᴠ 1 = 27 و γ = 3. باید ΔΤ = Τ 2 -Τ 1 را پیدا کنید.

با تبدیل فرمول اصلی، دریافت می کنیم:

V 2 /V 1 \u003d γ ΔΤ / 10.

مقادیر را جایگزین می کنیم: 27=3 ΔΤ/10.

از اینجا مشخص می شود که ΔΤ/10 = 3 و ΔΤ = 30.

پاسخ: دما را باید 30 درجه افزایش داد.

تاثیر کاتالیزورها

در شیمی فیزیک، سرعت واکنش های شیمیایی نیز به طور فعال توسط بخشی به نام کاتالیز مطالعه می شود. او به این موضوع علاقه مند است که چگونه و چرا مقادیر نسبتاً کمی از مواد خاص به طور قابل توجهی میزان تعامل سایرین را افزایش می دهد. موادی که می توانند واکنش را تسریع کنند اما خودشان مصرف نمی شوند کاتالیزور نامیده می شوند.

ثابت شده است که کاتالیزورها مکانیسم برهمکنش شیمیایی خود را تغییر می دهند، به ظهور حالت های انتقالی جدید کمک می کنند، که با ارتفاع سد انرژی کمتر مشخص می شوند. به این معنی که آنها به کاهش انرژی فعال سازی و در نتیجه افزایش تعداد تأثیرات مؤثر ذرات کمک می کنند. یک کاتالیزور نمی تواند واکنشی ایجاد کند که از نظر انرژی غیرممکن است.

بنابراین پراکسید هیدروژن قادر است با تشکیل اکسیژن و آب تجزیه شود:

H 2 Ο 2 \u003d H 2 Ο + Ο 2.

اما این واکنش بسیار کند است و در کابینت های پزشکی ما برای مدت طولانی بدون تغییر وجود دارد. هنگام باز کردن فقط ویال های بسیار قدیمی پراکسید، می توانید یک ضربه کوچک ناشی از فشار اکسیژن بر روی دیواره رگ را مشاهده کنید. افزودن تنها چند دانه اکسید منیزیم باعث آزاد شدن فعال گاز می شود.

همان واکنش تجزیه پراکسید، اما تحت اثر کاتالاز، در طول درمان زخم رخ می دهد. مواد مختلفی در موجودات زنده وجود دارد که سرعت واکنش های بیوشیمیایی را افزایش می دهند. به آنها آنزیم می گویند.

مهارکننده ها اثر معکوس بر روند واکنش ها دارند. با این حال، این همیشه بد نیست. بازدارنده ها برای محافظت از محصولات فلزی در برابر خوردگی، برای افزایش ماندگاری مواد غذایی، به عنوان مثال، برای جلوگیری از اکسیداسیون چربی ها استفاده می شوند.

منطقه تماس با مواد

در صورتی که برهمکنش بین ترکیباتی با حالت‌های مختلف تجمعی یا بین موادی که قادر به تشکیل یک محیط همگن نیستند (مایعات غیرقابل اختلاط) رخ دهد، این عامل نیز به طور قابل توجهی بر سرعت یک واکنش شیمیایی تأثیر می‌گذارد. این به دلیل این واقعیت است که واکنش های ناهمگن مستقیماً در سطح مشترک بین فازهای مواد متقابل انجام می شود. بدیهی است که هر چه این مرز وسیعتر باشد، ذرات فرصت برخورد بیشتری دارند و واکنش سریعتر خواهد بود.

به عنوان مثال، در قالب تراشه های کوچک بسیار سریعتر از به شکل سیاهه می رود. برای همین منظور، بسیاری از مواد جامد قبل از افزودن به محلول، به صورت پودر ریز آسیاب می شوند. بنابراین، گچ پودر شده (کربنات کلسیم) با اسید کلریدریک سریعتر از یک قطعه از همان جرم عمل می کند. با این حال، این تکنیک علاوه بر افزایش مساحت، منجر به پارگی بی نظم شبکه کریستالی ماده نیز می شود، به این معنی که واکنش پذیری ذرات را افزایش می دهد.

از نظر ریاضی، سرعت یک واکنش شیمیایی ناهمگن به صورت تغییر در مقدار ماده (Δν) که در واحد زمان (Δt) در واحد سطح رخ می دهد، یافت می شود.

(S): V = Δν/(S Δt).

تاثیر فشار

تغییر فشار در سیستم تنها زمانی تأثیر دارد که گازها در واکنش شرکت کنند. افزایش فشار با افزایش مولکول های یک ماده در واحد حجم همراه است، یعنی غلظت آن به نسبت افزایش می یابد. برعکس، کاهش فشار منجر به کاهش معادل غلظت معرف می شود. در این مورد، فرمول مربوط به ZDM برای محاسبه سرعت یک واکنش شیمیایی مناسب است.

یک وظیفه. سرعت واکنش توصیف شده توسط معادله چگونه افزایش می یابد

2NO + Ο 2 = 2NO 2،

اگر حجم یک سیستم بسته به ضریب سه کاهش یابد (T=const)؟

راه حل. با کاهش حجم، فشار به نسبت افزایش می یابد. بیایید عبارات سرعت واکنش اولیه (V 1) و نهایی (V 2) را بنویسیم:

V 1 = k 2 [Ο 2 ] و

V 2 = k·(3·) 2 ·3·[Ο 2 ] = k·9[NO] 2 ·3[Ο 2].

برای اینکه بفهمید سرعت جدید چند برابر بیشتر از سرعت اولیه است، باید قسمت چپ و راست عبارات را تقسیم کنید:

V 1 /V 2 = (k 9 [NO] 2 3 [Ο 2 ]) / (k ? [NO] 2 [Ο 2 ]).

مقادیر غلظت و ثابت های سرعت کاهش می یابد و باقی می ماند:

V 2 / V 1 \u003d 9 3/1 \u003d 27.

پاسخ: سرعت 27 برابر افزایش یافته است.

به طور خلاصه، باید توجه داشت که میزان برهمکنش مواد، یا بهتر است بگوییم، تعداد و کیفیت برخورد ذرات آنها، تحت تأثیر عوامل بسیاری است. اول از همه، این انرژی فعال سازی و هندسه مولکول ها است که اصلاح آنها تقریبا غیرممکن است. در مورد شرایط باقیمانده، برای افزایش سرعت واکنش به شرح زیر است:

افزایش دمای محیط واکنش؛
افزایش غلظت ترکیبات اصلی؛
اگر در مورد گازها صحبت می کنیم، فشار را در سیستم افزایش دهید یا حجم آن را کاهش دهید.
مواد غیر مشابه را به یک حالت تجمع برسانید (مثلاً با حل شدن در آب) یا سطح تماس آنها را افزایش دهید.