تأثير تركيز المواد المتفاعلة على المعدل. معدل التفاعل الكيميائي: شروط ، أمثلة. العوامل المؤثرة في معدل التفاعل الكيميائي. ترتيب الجزيئية ورد الفعل
الأنظمة. لكن هذه القيمة لا تعكس الاحتمال الحقيقي لرد الفعل ، الخاص به سرعةوالآلية.
للحصول على تمثيل كامل للتفاعل الكيميائي ، يجب أن يكون لدى المرء معرفة بالأنماط الزمنية الموجودة أثناء تنفيذه ، أي معدل التفاعل الكيميائيوآليتها التفصيلية. معدل وآلية دراسات التفاعل حركية الكيميائيةعلم العملية الكيميائية.
من حيث الخواص الحركية الكيميائية ، يمكن تصنيف التفاعلات إلى بسيطة ومعقدة.
ردود فعل بسيطة- العمليات التي تحدث بدون تكوين مركبات وسيطة. وفقًا لعدد الجسيمات المشاركة فيه ، يتم تقسيمها إلى أحادي الجزيء ، ثنائي الجزيء ، ثلاثي الجزيئات.من غير المحتمل تصادم أكثر من 3 جسيمات ، لذا فإن التفاعلات الجزيئية الثلاثية نادرة جدًا ، والتفاعلات المكونة من أربعة جزيئات غير معروفة. ردود فعل معقدة- عمليات تتكون من عدة تفاعلات أولية.
تستمر أي عملية بسرعتها المتأصلة ، والتي يمكن تحديدها من خلال التغييرات التي تحدث خلال فترة زمنية معينة. وسط معدل التفاعل الكيميائييتم التعبير عنها كتغيير في كمية المادة نالمواد المستهلكة أو المستلمة لكل وحدة حجم V لكل وحدة زمنية t.
υ = ± dn/ د· الخامس
إذا تم استهلاك المادة ، نضع علامة "-" ، إذا تراكمت - "+"
بالحجم الثابت:
υ = ± العاصمة/ د,
وحدة معدل التفاعل مول / لتر ث
بشكل عام ، υ هي قيمة ثابتة ولا تعتمد على المادة التي نتبعها في التفاعل.
يتم تقديم اعتماد تركيز الكاشف أو المنتج على وقت التفاعل على النحو التالي منحنى حركي، والذي يشبه:
يكون أكثر ملاءمة لحساب υ من البيانات التجريبية إذا تم تحويل التعبيرات أعلاه إلى التعبير التالي:
قانون الجماهير النشطة. ترتيب ومعدل ثابت رد الفعل
إحدى الصيغ قانون العمل الجماهيرييبدو مثل هذا: معدل التفاعل الكيميائي الأولي المتجانس يتناسب طرديا مع ناتج تركيزات المواد المتفاعلة.
إذا تم تمثيل العملية قيد الدراسة على النحو التالي:
أ أ + ب ب = المنتجات
ثم يمكن التعبير عن معدل التفاعل الكيميائي المعادلة الحركية:
υ = ك [أ] أ [ب] بأو
υ = ك ج أ أ ج ب ب
هنا [ أ] و [ب] (ج أ وج ب) - تركيز الكواشف ،
أ وبهي معاملات القياس المتكافئ لرد فعل بسيط ،
كهو ثابت معدل التفاعل.
المعنى الكيميائي للكمية ك- هذه رد فعل سريعبتركيزات مفردة. أي إذا كانت تركيزات المادتين A و B تساوي 1 ، إذن υ = ك.
يجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه في العمليات الكيميائية المعقدة المعاملات أ وبلا تتطابق مع المقاييس المتكافئة.
يتحقق قانون العمل الجماهيري في ظل عدد من الشروط:
- يتم تنشيط التفاعل حرارياً ، أي طاقة الحركة الحرارية.
- يتم توزيع تركيز الكواشف بالتساوي.
- لا تتغير خصائص وظروف البيئة أثناء العملية.
- يجب ألا تؤثر خصائص البيئة ك.
للعمليات المعقدة قانون العمل الجماهيري لا يمكن تطبيقها. يمكن تفسير ذلك من خلال حقيقة أن العملية المعقدة تتكون من عدة مراحل أولية ، ولن يتم تحديد سرعتها من خلال السرعة الإجمالية لجميع المراحل ، ولكن فقط من خلال واحدة من أبطأ المراحل ، وهي تسمى يحد.
كل رد فعل له خاصته طلب. يحدد طلب خاص (جزئي)بواسطة كاشف و النظام العام (الكامل). على سبيل المثال ، في التعبير عن معدل التفاعل الكيميائي لعملية ما
أ أ + ب ب = المنتجات
υ = ك·[ أ] أ·[ ب] ب
أ- ترتيب الكاشف لكن
ب — ترتيب الكاشف في
النظام العام أ + ب = ن
ل عمليات بسيطةيشير ترتيب التفاعل إلى عدد الجسيمات المتفاعلة (يتطابق مع معاملات القياس المتكافئ) ويأخذ قيمًا صحيحة. ل عمليات معقدةلا يتطابق ترتيب التفاعل مع المعاملات المتكافئة ويمكن أن يكون أيًا منها.
دعونا نحدد العوامل التي تؤثر على معدل التفاعل الكيميائي υ.
اعتماد معدل التفاعل على تركيز المواد المتفاعلة
يحددها قانون العمل الجماهيري: υ = ك[ أ] أ·[ ب] ب
من الواضح ، مع زيادة تركيزات المواد المتفاعلة ، يزداد υ بسبب يزداد عدد الاصطدامات بين المواد المشاركة في العملية الكيميائية. علاوة على ذلك ، من المهم النظر في ترتيب رد الفعل: إذا كان ن = 1بالنسبة لبعض الكاشف ، فإن معدله يتناسب طرديًا مع تركيز هذه المادة. إذا كان عن أي كاشف ن = 2، فإن مضاعفة تركيزه سيؤدي إلى زيادة معدل التفاعل بمقدار 2 2 \ u003d 4 مرات ، وزيادة التركيز بمقدار 3 مرات سيسرع التفاعل بمقدار 3 2 \ u003d 9 مرات.
المهام مع التعليقات والحلول
المثال 23.الزيادة في معدل التفاعل ، التي تساهم فيها المعادلة 2CO + O 2 = 2CO 2
1) زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون
2) انخفاض في تركيز O 2
3) انخفاض الضغط
4) خفض درجة الحرارة
من المعروف أن معدل التفاعل الكيميائي يعتمد على العوامل التالية:
طبيعة المواد المتفاعلة (مع ثبات العوامل الأخرى ، تتفاعل المواد الأكثر فاعلية بشكل أسرع) ؛
تركيز المواد المتفاعلة (كلما زاد التركيز ، زاد معدل التفاعل) ؛
درجات الحرارة (تؤدي زيادة درجة الحرارة إلى تسريع التفاعلات) ؛
وجود عامل مساعد (المحفز يسرع العملية) ؛
الضغط (بالنسبة للتفاعلات التي تشتمل على غازات ، فإن الزيادة في الضغط تعادل زيادة التركيز ، وبالتالي يزداد معدل التفاعلات مع زيادة الضغط) ؛
درجة طحن المواد الصلبة (كلما زادت درجة الطحن ، زادت مساحة السطح التي تلامس الكواشف الصلبة ، وزاد معدل التفاعل).
بالنظر إلى هذه العوامل ، نقوم بتحليل الإجابات المقترحة:
1) زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون (مادة أولية) سيؤدي بالفعل إلى زيادة معدل التفاعل الكيميائي ؛
2) انخفاض تركيز O 2 لن يؤدي إلى زيادة ، ولكن إلى انخفاض في معدل التفاعل ؛
3) انخفاض الضغط هو في الأساس نفس الانخفاض في تركيز الكواشف ، وبالتالي ، فإن معدل التفاعل سينخفض أيضًا ؛
4) يؤدي انخفاض درجة الحرارة دائمًا إلى انخفاض معدل التفاعل الكيميائي.
المثال 24.يتم زيادة معدل التفاعل بين الحديد وحمض الهيدروكلوريك بنسبة
1) إضافة مثبط
2) خفض درجة الحرارة
3) زيادة الضغط
4) زيادة تركيز حمض الهيدروكلوريك
بادئ ذي بدء ، نكتب معادلة التفاعل:
دعنا نحلل الإجابات المقترحة. من المعروف أن إضافة المانع يقلل من معدل التفاعل ، كما أن انخفاض درجة الحرارة له تأثير مماثل. لا يؤثر التغيير في الضغط على معدل هذا التفاعل (لأنه لا توجد مواد غازية بين الكواشف). لذلك ، لزيادة معدل التفاعل ، يجب زيادة تركيز أحد المواد المتفاعلة ، وهو حمض الهيدروكلوريك.
المثال 25.لا يتأثر معدل التفاعل بين حمض الأسيتيك والإيثانول
1) محفز
2) درجة الحرارة
3) تركيز المواد الأولية
4) الضغط
حمض الخليك والإيثانول سوائل. لذلك فإن التغير في الضغط لا يؤثر على معدل التفاعل بين هذه المواد لأن يؤثر هذا العامل فقط على التفاعلات التي تنطوي على مواد غازية.
المثال 26.يتفاعل مع الهيدروجين بأعلى معدل
4) الكربون
الكربون والكبريت من غير المعادن منخفضة النشاط. عند تسخينها ، يزيد نشاطها بشكل ملحوظ ؛ في درجات الحرارة المرتفعة ، سيتفاعل الهيدروجين الغازي مع الكبريت الصلب (نقطة انصهار الكبريت 444 درجة مئوية) والكربون الصلب. النشاط الكيميائي للهالوجينات أكبر بكثير من غير المعادن الأخرى (مع ثبات العوامل الأخرى). أكثر الهالوجينات نشاطا هو الفلور. كما تعلم ، حتى المواد المستقرة مثل الماء والألياف الزجاجية تحترق في جو الفلور. في الواقع ، يتفاعل الهيدروجين والكلور إما عند التسخين أو في الضوء الساطع ، بينما ينفجر الفلور والهيدروجين تحت أي ظروف (حتى في درجات حرارة منخفضة جدًا).
مهام للعمل المستقل
79. يتفاعل حمض الهيدروكلوريك بسرعة أكبر مع
2) هيدروكسيد الصوديوم (محلول)
3) الحديد
4) كربونات الحديد (II)
80. يزيد معدل التفاعل مع
1) زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون
2) خفض درجة الحرارة
3) زيادة الضغط
4) ارتفاع في درجة الحرارة
5) طحن الكواشف
81.
أ. تفاعل النيتروجين مع الهيدروجين يكون أسرع عند الضغط العالي.
معدل التفاعل يعتمد على درجة الحرارة.
1) فقط A هو الصحيح
2) فقط B هو الصحيح
3) كلا البيانين صحيح
4) كلا الحكمين خاطئين
82. تتفاعل مع أعلى معدل في درجة حرارة الغرفة
83.
رد فعل سريع 
ستزيد في
1) زيادة تركيز ثاني أكسيد الكبريت
2) ارتفاع في درجة الحرارة
3) خفض درجة الحرارة
4) زيادة الضغط
5) انخفاض في تركيز الأكسجين
84. لا يتأثر معدل التفاعل الكيميائي بين محلول حامض الكبريتيك والحديد
1) زيادة تركيز الحمض
2) التغير في حجم الوعاء
3) زيادة درجة حرارة التفاعل
4) زيادة الضغط
5) طحن الحديد
85. التفاعل بين الماء و
1) الصوديوم
2) الكالسيوم
3) المغنيسيوم
86. تتفاعل مع الأسرع
87. معدل التفاعل الذي يزداد مخططه مع
1) زيادة تركيز أيونات الحديد
2) انخفاض في تركيز أيونات الحديد
3) خفض درجة الحرارة
4) زيادة تركيز الحمض
5) طحن الحديد
88. هل العبارات التالية حول معدل التفاعل الكيميائي صحيحة؟
ج: يعتمد معدل تفاعل الزنك مع الأكسجين على ضغط الأكسجين في النظام.
ب. مع زيادة درجة الحرارة بمقدار 10 درجات مئوية ، يزداد معدل معظم التفاعلات بمقدار 2-4 مرات.
1) فقط A هو الصحيح
2) صحيح ، فقط ب
3) كلا البيانين صحيح
4) كلا الحكمين خاطئين
89. معدل رد الفعل لا يتأثر بالتغيير
1) تركيز حمض الهيدروكلوريك
2) الضغط
3) تركيز كلوريد الصوديوم
4) تركيز كبريتيت الصوديوم
5) درجة الحرارة
90. في ظل الظروف العادية ، يستمر التفاعل بأعلى معدل ، معادلة / مخطط
91. هل العبارات التالية حول معدل التفاعل الكيميائي صحيحة؟
ج. تفاعل الأكسجين مع الزنك يحدث بمعدل أعلى من النحاس.
معدل التفاعل في المحلول يعتمد على تركيز المواد المتفاعلة.
1) فقط A هو الصحيح
2) فقط B هو الصحيح
3) كلا البيانين صحيح
4) كلا الحكمين خاطئين
92. تفاعل مع أدنى معدل في درجة حرارة الغرفة
1) كبريتات النحاس (محلول) وهيدروكسيد الصوديوم (محلول)
2) الصوديوم والماء
3) الأكسجين والزنك
4) حامض الكبريتيك (محلول) وكربونات الكالسيوم (TV)
93. هل العبارات التالية حول معدل التفاعل الكيميائي صحيحة؟
أ. تفاعل الزنك مع حمض الهيدروكلوريك يحدث بمعدل أعلى من تفاعل حمض الفوسفوريك من نفس التركيز.
ب. يعتمد معدل التفاعل في المحلول على حجم الوعاء الذي يتم فيه إجراء التفاعل.
1) فقط A هو الصحيح
2) فقط B هو الصحيح
3) كلا البيانين صحيح
4) كلا الحكمين خاطئين
نواجه باستمرار تفاعلات كيميائية مختلفة. إن احتراق الغاز الطبيعي ، وصدأ الحديد ، وتحمض الحليب ، كل هذه الأمور بعيدة كل البعد عن جميع العمليات التي تمت دراستها بالتفصيل في دورة الكيمياء المدرسية.
تستغرق بعض التفاعلات أجزاء من الثواني ، بينما تستغرق بعض التفاعلات أيامًا أو أسابيع.
دعنا نحاول تحديد اعتماد معدل التفاعل على درجة الحرارة والتركيز وعوامل أخرى. في المعيار التعليمي الجديد ، يتم تخصيص حد أدنى من وقت الدراسة لهذه المسألة. في اختبارات اختبار الحالة الموحدة ، هناك مهام تتعلق باعتماد معدل التفاعل على درجة الحرارة والتركيز وحتى مهام الحساب المقدمة. يواجه العديد من طلاب المدارس الثانوية صعوبات معينة في العثور على إجابات لهذه الأسئلة ، لذلك سنقوم بتحليل هذا الموضوع بالتفصيل.
أهمية القضية قيد النظر
المعلومات حول معدل التفاعل ذات أهمية عملية وعلمية كبيرة. على سبيل المثال ، في إنتاج معين للمواد والمنتجات ، تعتمد إنتاجية المعدات وتكلفة السلع بشكل مباشر على هذه القيمة.
تصنيف التفاعلات الجارية
هناك علاقة مباشرة بين حالة تجميع المكونات الأولية والمنتجات التي تشكلت في سياق التفاعلات غير المتجانسة.
في الكيمياء ، يُفهم النظام عادةً على أنه مادة أو مزيج منها.
متجانس هو مثل هذا النظام الذي يتكون من مرحلة واحدة (نفس حالة التجميع). على سبيل المثال ، يمكننا أن نذكر مزيجًا من الغازات ، وعدة سوائل مختلفة.
النظام غير المتجانس هو نظام تكون فيه المواد المتفاعلة في شكل غازات وسوائل ومواد صلبة وغازات.
لا يعتمد فقط معدل التفاعل على درجة الحرارة ، ولكن أيضًا على المرحلة التي يتم فيها استخدام المكونات المشاركة في التفاعل الذي تم تحليله.
للحصول على تركيبة متجانسة ، تكون العملية مميزة في جميع أنحاء الحجم بأكمله ، مما يحسن جودتها بشكل كبير.
إذا كانت المواد الأولية في حالات طور مختلفة ، فسيتم ملاحظة الحد الأقصى من التفاعل عند الواجهة. على سبيل المثال ، عندما يتم إذابة معدن نشط في حمض ، يتم ملاحظة تكوين منتج (ملح) فقط على سطح ملامسته.
العلاقة الرياضية بين سرعة العملية وعوامل مختلفة
ما هي معادلة معدل التفاعل الكيميائي كدالة لدرجة الحرارة؟ بالنسبة لعملية متجانسة ، يتم تحديد المعدل من خلال كمية المادة التي تتفاعل أو تتشكل أثناء التفاعل في حجم النظام لكل وحدة زمنية.
بالنسبة لعملية غير متجانسة ، يتم تحديد المعدل من خلال كمية المادة التي تتفاعل أو يتم الحصول عليها في العملية لكل وحدة مساحة لفترة زمنية دنيا.
العوامل المؤثرة في معدل التفاعل الكيميائي
تعد طبيعة المواد المتفاعلة أحد أسباب اختلاف معدلات العمليات. على سبيل المثال ، تشكل الفلزات القلوية قلويات بالماء عند درجة حرارة الغرفة ، ويصاحب العملية تطور مكثف للهيدروجين الغازي. المعادن النبيلة (الذهب والبلاتين والفضة) غير قادرة على مثل هذه العمليات سواء في درجة حرارة الغرفة أو عند تسخينها.
تعتبر طبيعة المواد المتفاعلة عاملاً يؤخذ في الاعتبار في الصناعة الكيميائية من أجل زيادة ربحية الإنتاج.
تم الكشف عن العلاقة بين تركيز الكواشف وسرعة التفاعل الكيميائي. كلما زاد ارتفاعها ، كلما تصطدم عدد أكبر من الجسيمات ، وبالتالي ، ستستمر العملية بشكل أسرع.
يصف قانون العمل الجماعي في شكل رياضي علاقة تناسبية مباشرة بين تركيز المواد الأولية وسرعة العملية.
تمت صياغته في منتصف القرن التاسع عشر بواسطة الكيميائي الروسي ن. ن. بيكيتوف. لكل عملية ، يتم تحديد ثابت التفاعل ، والذي لا يرتبط بدرجة الحرارة أو التركيز أو طبيعة المواد المتفاعلة.
من أجل تسريع التفاعل الذي تدخل فيه مادة صلبة ، من الضروري طحنها إلى حالة مسحوق.
في هذه الحالة ، تحدث زيادة في مساحة السطح ، مما يؤثر بشكل إيجابي على سرعة العملية. بالنسبة لوقود الديزل ، يتم استخدام نظام حقن خاص ، مما يؤدي إلى زيادة معدل عملية احتراق خليط من الهيدروكربونات بشكل كبير عند ملامسته للهواء.
تدفئة
تفسر النظرية الحركية الجزيئية اعتماد معدل التفاعل الكيميائي على درجة الحرارة. يسمح لك بحساب عدد التصادمات بين جزيئات الكواشف في ظل ظروف معينة. مسلحين بهذه المعلومات ، في ظل الظروف العادية ، يجب أن تستمر جميع العمليات على الفور.
ولكن إذا أخذنا في الاعتبار مثالًا محددًا لاعتماد معدل التفاعل على درجة الحرارة ، فقد اتضح أنه من أجل التفاعل ، من الضروري أولاً كسر الروابط الكيميائية بين الذرات بحيث يتم تكوين مواد جديدة منها. هذا يتطلب كمية كبيرة من الطاقة. ما هو اعتماد معدل التفاعل على درجة الحرارة؟ تحدد طاقة التنشيط إمكانية تمزق الجزيئات ، وتميز واقع العمليات. وحدات القياس هي kJ / mol.
مع وجود مؤشر طاقة غير كافٍ ، سيكون الاصطدام غير فعال ، لذلك لا يترافق مع تكوين جزيء جديد.
تمثيل رسومي
يمكن تمثيل اعتماد معدل التفاعل الكيميائي على درجة الحرارة بيانياً. عند التسخين ، يزداد عدد الاصطدامات بين الجسيمات ، مما يساهم في تسريع التفاعل.
ما هو الرسم البياني لمعدل التفاعل مقابل درجة الحرارة؟ يتم رسم طاقة الجزيئات أفقيًا ، ويشار رأسياً إلى عدد الجسيمات ذات احتياطي الطاقة العالي. الرسم البياني هو منحنى يمكن من خلاله الحكم على سرعة تفاعل معين.
كلما زاد فرق الطاقة عن المتوسط ، زادت نقطة المنحنى عن الحد الأقصى ، ونسبة أقل من الجزيئات لديها مثل هذا الاحتياطي من الطاقة.
جوانب مهمة
هل يمكن كتابة معادلة لاعتماد ثابت معدل التفاعل على درجة الحرارة؟ تنعكس زيادتها في زيادة سرعة العملية. يتميز هذا الاعتماد بقيمة معينة ، تسمى معامل درجة الحرارة لمعدل العملية.
لأي تفاعل ، تم الكشف عن اعتماد ثابت معدل التفاعل على درجة الحرارة. في حالة زيادتها بمقدار 10 درجات ، تزداد سرعة العملية بمقدار 2-4 مرات.
يمكن تمثيل اعتماد معدل التفاعلات المتجانسة على درجة الحرارة رياضيًا.
بالنسبة لمعظم التفاعلات عند درجة حرارة الغرفة ، يكون المعامل في النطاق من 2 إلى 4. على سبيل المثال ، مع معامل درجة حرارة 2.9 ، تؤدي زيادة درجة الحرارة بمقدار 100 درجة إلى تسريع العملية بنحو 50000 مرة.
يمكن تفسير اعتماد معدل التفاعل على درجة الحرارة بسهولة من خلال القيم المختلفة لطاقة التنشيط. لها قيمة دنيا أثناء العمليات الأيونية ، والتي يتم تحديدها فقط من خلال تفاعل الكاتيونات والأنيونات. تشهد تجارب عديدة على حدوث مثل هذه التفاعلات بشكل فوري.
عند وجود قيمة عالية لطاقة التنشيط ، سيؤدي عدد قليل فقط من التصادمات بين الجسيمات إلى تنفيذ التفاعل. بمتوسط طاقة التنشيط ، سوف تتفاعل المواد المتفاعلة بمعدل متوسط.
لا يتم النظر في المهام المتعلقة بالاعتماد على معدل التفاعل على التركيز ودرجة الحرارة إلا في مستوى التعليم العالي ، مما يتسبب في كثير من الأحيان في صعوبات خطيرة للأطفال.
قياس سرعة العملية
تلك العمليات التي تتطلب طاقة تنشيط كبيرة تتضمن كسرًا أوليًا أو إضعافًا للروابط بين الذرات في المواد الأصلية. في هذه الحالة ، ينتقلون إلى حالة وسيطة معينة تسمى المركب النشط. إنها حالة غير مستقرة ، تتحلل بسرعة إلى منتجات تفاعل ، ويرافق العملية إطلاق طاقة إضافية.
في أبسط أشكاله ، يكون المركب النشط عبارة عن تكوين ذرات ذات روابط قديمة ضعيفة.
مثبطات ومحفزات
دعونا نحلل اعتماد معدل التفاعل الأنزيمي على درجة حرارة الوسط. هذه المواد تعمل كمسرعات للعملية.
هم أنفسهم ليسوا مشاركين في التفاعل ، وعددهم بعد الانتهاء من العملية يبقى دون تغيير. إذا زادت المحفزات من معدل التفاعل ، فإن المثبطات ، على العكس من ذلك ، تبطئ هذه العملية.
يكمن جوهر هذا في تكوين مركبات وسيطة ، ونتيجة لذلك لوحظ تغيير في سرعة العملية.
خاتمة
تحدث تفاعلات كيميائية مختلفة كل دقيقة في العالم. كيف يمكن تحديد اعتماد معدل التفاعل على درجة الحرارة؟ معادلة أرهينيوس هي تفسير رياضي للعلاقة بين ثابت المعدل ودرجة الحرارة. إنه يعطي فكرة عن طاقات التنشيط التي يمكن عندها تدمير أو إضعاف الروابط بين الذرات في الجزيئات ، وتوزيع الجسيمات في مواد كيميائية جديدة.
بفضل النظرية الحركية الجزيئية ، من الممكن التنبؤ باحتمالية التفاعلات بين المكونات الأولية ، لحساب معدل العملية. من بين تلك العوامل التي تؤثر على معدل التفاعل ، التغيير في مؤشر درجة الحرارة ، النسبة المئوية لتركيز المواد المتفاعلة ، مساحة سطح التلامس ، وجود محفز (مثبط) ، وطبيعة المكونات المتفاعلة لها أهمية خاصة.
تعريف
حركية الكيميائية- دراسة معدلات وآليات التفاعلات الكيميائية.
دراسة معدلات التفاعلات ، والحصول على بيانات عن العوامل التي تؤثر على معدل التفاعل الكيميائي ، وكذلك دراسة آليات التفاعلات الكيميائية تجريبيا.
تعريف
معدل التفاعل الكيميائي- تغيير في تركيز أحد المواد المتفاعلة أو نواتج التفاعل لكل وحدة زمنية مع حجم ثابت للنظام.
يتم تحديد معدل التفاعلات المتجانسة وغير المتجانسة بشكل مختلف.
يمكن كتابة تعريف مقياس معدل تفاعل كيميائي في شكل رياضي. دعونا - معدل التفاعل الكيميائي في نظام متجانس ، ن ب - عدد مولات أي من المواد الناتجة عن التفاعل ، الخامس - حجم النظام ، - الوقت. ثم في الحد:
يمكن تبسيط هذه المعادلة - نسبة كمية المادة إلى الحجم هي التركيز المولي للمادة n B / V \ u003d c B ، ومن حيث dn B / V \ u003d dc B وأخيراً:
في الممارسة العملية ، يتم قياس تركيزات مادة واحدة أو أكثر في فترات زمنية معينة. تنخفض تركيزات المواد الأولية بمرور الوقت ، بينما تزداد تركيزات المنتجات (الشكل 1).
أرز. 1. تغير في تركيز المادة الأولية (أ) ومنتج التفاعل (ب) مع مرور الوقت
العوامل المؤثرة في معدل التفاعل الكيميائي
العوامل التي تؤثر على معدل التفاعل الكيميائي هي: طبيعة المواد المتفاعلة ، وتركيزاتها ، ودرجة الحرارة ، ووجود المحفزات في النظام ، والضغط والحجم (في الطور الغازي).
يرتبط تأثير التركيز على معدل التفاعل الكيميائي بالقانون الأساسي للخواص الحركية الكيميائية - قانون العمل الجماعي (LMA): يتناسب معدل التفاعل الكيميائي طرديًا مع ناتج تراكيز المواد المتفاعلة التي تم رفعها إلى قوة معاملاتهم المتكافئة. لا يأخذ PDM في الاعتبار تركيز المواد في المرحلة الصلبة في الأنظمة غير المتجانسة.
للتفاعل mA + nB = pC + qD ، سيتم كتابة التعبير الرياضي للخريطة:
ك × ج أ م × ج ب ن
ك × [أ] م × [ب] ن ،
حيث k هو معدل ثابت لتفاعل كيميائي ، وهو معدل تفاعل كيميائي بتركيز 1 مول / لتر. على عكس معدل التفاعل الكيميائي ، لا تعتمد k على تركيز المواد المتفاعلة. كلما زاد k ، زادت سرعة رد الفعل.
يتم تحديد اعتماد معدل التفاعل الكيميائي على درجة الحرارة بواسطة قاعدة van't Hoff. قاعدة Van't Hoff: مع كل زيادة في درجة الحرارة بمقدار عشر درجات ، يزداد معدل معظم التفاعلات الكيميائية بنحو 2 إلى 4 مرات. تعبير رياضي:
(T 2) \ u003d (T 1) × (T2-T1) / 10 ،
أين هو معامل درجة حرارة van't Hoff ، الذي يوضح عدد مرات زيادة معدل التفاعل مع زيادة درجة الحرارة بمقدار 10 درجة مئوية.
ترتيب الجزيئية ورد الفعل
يتم تحديد جزيئية التفاعل من خلال الحد الأدنى لعدد الجزيئات التي تتفاعل في وقت واحد (المشاركة في الفعل الأولي). يميز:
- التفاعلات أحادية الجزيء (يمكن استخدام تفاعلات التحلل كمثال)
N 2 O 5 \ u003d 2NO 2 + 1 / 2O 2
K × C ، -dC / dt = kC
ومع ذلك ، ليست كل التفاعلات التي تخضع لهذه المعادلة أحادية الجزيء.
- ثنائي الجزيء
CH 3 COOH + C 2 H 5 OH \ u003d CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O
K × C 1 × C 2، -dC / dt = ك × ج 1 × ج 2
- ثلاثي الجزيئات (نادر جدا).
يتم تحديد جزيئية التفاعل من خلال آليته الحقيقية. من المستحيل تحديد جزيئاتها عن طريق كتابة معادلة التفاعل.
يتم تحديد ترتيب التفاعل من خلال شكل المعادلة الحركية للتفاعل. يساوي مجموع الأس درجات التركيز في هذه المعادلة. علي سبيل المثال:
كربونات الكالسيوم 3 \ u003d CaO + CO 2
K × C 1 2 × C 2 - الرتبة الثالثة
يمكن أن يكون ترتيب التفاعل كسريًا. في هذه الحالة ، يتم تحديده تجريبياً. إذا استمر التفاعل في مرحلة واحدة ، فإن ترتيب التفاعل وجزيئاته يتطابقان ، إذا كان في عدة مراحل ، يتم تحديد الترتيب من خلال المرحلة الأبطأ ويكون مساويًا لجزيئية هذا التفاعل.
أمثلة على حل المشكلات
مثال 1