المواد التي تزيد من معدل التفاعل الكيميائي. معدل التفاعلات الكيميائية والعوامل التي تعتمد عليها: طبيعة المواد المتفاعلة ، تركيزها ، درجة حرارة مسار التفاعلات الكيميائية ، سطح التلامس للمواد المتفاعلة ، القط

نواجه باستمرار تفاعلات كيميائية مختلفة. الإحتراق غاز طبيعي، صدأ الحديد ، توتر اللبن - بعيدًا عن كل العمليات التي تمت دراستها بالتفصيل في دورة مدرسيةكيمياء.

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 الجديد المعيار التعليميعلى هذا السؤالتعيين الحد الأدنى من المبلغوقت الدراسة. في اختبارات واحدة امتحان الدولةهناك مهام لاعتماد معدل التفاعل على درجة الحرارة والتركيز وحتى مهام الحساب. 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 مهمة وعملية الأهمية العلمية. 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 النظام الذي تكون فيه المواد المتفاعلة في شكل غازات وسوائل. المواد الصلبةوالغازات.

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 مواد البداية مختلفة حالات المرحلة، في هذه الحالة ، لوحظ الحد الأقصى من التفاعل عند حدود المرحلة. على سبيل المثال ، عند الذوبان معدن نشطفي الحمض ، 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. علي سبيل المثال، الفلزات القلويةفي درجة حرارة الغرفة ، تشكل القلويات بالماء ، ويرافق العملية تطور مكثف للهيدروجين الغازي. المعادن النبيلة (الذهب والبلاتين والفضة) ليست قادرة على مثل هذه العمليات سواء في درجة حرارة الغرفة أو عند تسخينها.

طبيعة المواد المتفاعلة هي العامل الذي يؤخذ في الاعتبار صناعة كيميائيةلتحسين كفاءة 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.

قانون العمل الجماهيري في شكل رياضييصف مباشرة الاعتماد النسبيبين 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. يستخدم لوقود الديزل نظام خاصالحقن ، والذي بسببه ، عندما يتلامس مع الهواء ، يزداد معدل عملية احتراق خليط من الهيدروكربونات بشكل كبير.

تدفئة

يتم تفسير اعتماد معدل التفاعل الكيميائي على درجة الحرارة من خلال النظرية الحركية الجزيئية. يسمح لك بحساب عدد التصادمات بين جزيئات الكواشف في ظل ظروف معينة. مسلحين بمثل هذه المعلومات ، إذن الظروف الطبيعيةيجب أن تكون جميع العمليات لحظية.

ولكن إذا أخذنا في الاعتبار مثال محدداعتماد معدل التفاعل على درجة الحرارة ، اتضح أنه من أجل التفاعل ، من الضروري أولاً كسر الروابط الكيميائية بين الذرات من أجل 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.

في قيمة عاليةطاقة التنشيط ، سيؤدي عدد قليل فقط من التصادمات بين الجسيمات إلى تنفيذ التفاعل. مع متوسط ​​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 ، وغالبًا ما تسبب 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 ، وترافق 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.

استنتاج

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 العوامل التي تؤثر على معدل التفاعل معنى خاصلديه تغير في درجة الحرارة ، تركيز النسبة المئويةالمواد المتفاعلة ، مساحة سطح التلامس ، وجود محفز (مثبط) ، بالإضافة إلى طبيعة المكونات المتفاعلة.

معدل التفاعلات الكيميائية ، اعتمادها على عوامل مختلفة

تفاعلات كيميائية متجانسة وغير متجانسة

التفاعلات الكيميائية تحدث مع سرعات مختلفة: بسرعة منخفضة - أثناء تكوين الهوابط والصواعد ، بسرعة متوسطة - عند طهي الطعام ، على الفور - أثناء الانفجار. ردود الفعل سريعة جدا محاليل مائية، على الفور تقريبا. نقوم على الفور بخلط محاليل كلوريد الباريوم وكبريتات الصوديوم - كبريتات الباريوم في شكل راسب. يحترق الكبريت بسرعة ، ولكن ليس على الفور ، ويذوب المغنيسيوم فيه حامض الهيدروكلوريك، يزيل الإيثيلين لون ماء البروم. يتشكل الصدأ ببطء على الأجسام الحديدية ، ويتكون البلاك على منتجات النحاس والبرونز ، وتتلف أوراق الشجر ببطء ، وتتلف الأسنان.

يعد توقع معدل التفاعل الكيميائي ، وكذلك توضيح اعتماده على ظروف العملية ، مهمة حركية الكيميائية- علوم قوانين التدفق تفاعلات كيميائيةفي الوقت المناسب.

إذا حدثت تفاعلات كيميائية في وسط متجانس ، على سبيل المثال ، في محلول أو في طور غاز ، فإن تفاعل المواد المتفاعلة يحدث في الحجم بأكمله. ردود الفعل هذه ، كما تعلم ، تسمى متجانس.

يُعرّف معدل التفاعل المتجانس ($ v_ (homog.) $) على أنه التغيير في كمية المادة لكل وحدة زمنية لكل وحدة حجم:

$ υ_ (homog.) = (n) / (t V) ، $

حيث $ ∆n $ هو التغير في عدد مولات مادة واحدة (غالبًا المادة الأولية ، ولكن يمكن أيضًا أن تكون ناتج التفاعل) ؛ $ ∆t $ - الفاصل الزمني (فترات ، دقيقة) ؛ $ V $ هو حجم الغاز أو المحلول (لتر).

منذ نسبة المادة إلى الحجم التركيز الموليثم $ C $

$ (n) / (V) = ∆C. $

في هذا الطريق، معدل التفاعل المتجانسيُعرَّف بأنه التغيير في تركيز إحدى المواد لكل وحدة زمنية:

$ υ_ (homog.) = (C) / (∆t) [(مول) / (لتر ث)] $

إذا لم يتغير حجم النظام. إذا حدث تفاعل بين مواد مختلفة حالات التجميع(على سبيل المثال ، بين مادة صلبة وغاز أو سائل) ، أو بين المواد غير القادرة على تكوين وسط متجانس (على سبيل المثال ، بين السوائل غير القابلة للامتزاج) ، ثم يمر فقط على سطح تلامس المواد. تسمى ردود الفعل هذه غير متجانسة.

معدل التفاعل غير المتجانسيتم تعريفه على أنه التغيير في مقدار المادة لكل وحدة زمنية لكل وحدة سطح:

$ υ_ (homog.) = (C) / (∆t S) [(مول) / (ج م ^ 2)] $

حيث $ S $ هي مساحة سطح التلامس بين المواد ($ m ^ 2، cm ^ 2 $).

إذا تم قياس تركيز المادة الأولية بشكل تجريبي في نقاط زمنية مختلفة لأي تفاعل مستمر ، فيمكن عندئذٍ عرض تغيرها بيانياً باستخدام المنحنى الحركي لهذا الكاشف.

معدل التفاعل ليس كذلك قيمة ثابتة. أشرنا فقط إلى معدل متوسط ​​معين لتفاعل معين في فترة زمنية معينة.

تخيل أننا نحدد معدل التفاعل

$ H_2 + Cl_2 → 2HCl $

أ) بتغيير تركيز $ _2 $ ؛

ب) بتغيير تركيز $ HCl $.

هل سنحصل على نفس القيم؟ بعد كل شيء ، من $ 1 $ mol $ H_2 $ 2 $ mol $ HCl $ تتشكل ، لذا فإن السرعة في حالة b) ستكون ضعف ذلك. لذلك ، تعتمد قيمة معدل التفاعل أيضًا على المادة التي يتم تحديدها من خلالها.

يتم تحديد التغير في كمية المادة التي يتم من خلالها تحديد معدل التفاعل عامل خارجيلاحظها الباحث. في الواقع ، يتم تنفيذ جميع العمليات على المستوى الجزئي. من الواضح ، لكي تتفاعل بعض الجسيمات ، يجب أن تصطدم أولاً ، وتصطدم بشكل فعال: لا تتناثر مثل الكرات في جوانب مختلفة، ولكن بهذه الطريقة يتم تدمير الروابط القديمة أو إضعافها في الجسيمات ويمكن أن تتشكل روابط جديدة ، ولهذا يجب أن تمتلك الجسيمات طاقة كافية.

تُظهر البيانات المحسوبة أنه ، على سبيل المثال ، في الغازات ، تصادمات الجزيئات عند الضغط الجوييتم حسابها بالمليارات لكل 1 دولار أمريكي ثانية ، أي يجب أن تكون جميع ردود الفعل لحظية. لكنها ليست كذلك. اتضح أن جزءًا صغيرًا جدًا من الجزيئات لديه الطاقة اللازمة لإنتاج تصادم فعال.

يُطلق على الحد الأدنى من الطاقة الزائدة التي يجب أن يمتلكها الجسيم (أو زوج من الجسيمات) من أجل حدوث تصادم فعال طاقة التفعيل$ E_a $.

وبالتالي ، يوجد حاجز طاقة على طريق دخول جميع الجسيمات في التفاعل ، مساويًا لطاقة التنشيط $ E_a $. عندما تكون صغيرة ، هناك العديد من الجسيمات التي يمكنها التغلب عليها ، ويكون معدل التفاعل مرتفعًا. خلاف ذلك ، فإن الدفع مطلوب. عندما تحضر مباراة لإضاءة مصباح روح ، فأنت تقوم بنقل الطاقة الإضافية $ E_a $ اللازمة لتصادم جزيئات الكحول بشكل فعال مع جزيئات الأكسجين (للتغلب على الحاجز).

في الختام ، نستنتج أن العديد من ردود الفعل المحتملة لا تحدث عمليًا ، لأن طاقة تنشيط عالية.

هذا له أهمية كبيرة في حياتنا. تخيل ما سيحدث إذا استمرت جميع التفاعلات المسموح بها في الديناميكا الحرارية دون أي حاجز للطاقة (طاقة التنشيط). يتفاعل الأكسجين الموجود في الهواء مع أي شيء يمكن أن يحترق أو يتأكسد ببساطة. سيعاني الجميع المواد العضوية، سوف يتحولون إلى ثاني أكسيد الكربون$ CO_2 $ والمياه $ H_2O $.

معدل التفاعل الكيميائي يعتمد على العديد من العوامل. العوامل الرئيسية هي: طبيعة وتركيز المواد المتفاعلة ، والضغط (في التفاعلات التي تنطوي على غازات) ، ودرجة الحرارة ، وعمل المحفزات وسطح المواد المتفاعلة في حالة تفاعلات غير متجانسة. ضع في اعتبارك تأثير كل من هذه العوامل على معدل التفاعل الكيميائي.

درجة حرارة

أنت تعلم أنه عندما ترتفع درجة الحرارة ، يزداد معدل التفاعل الكيميائي بشكل كبير في معظم الحالات. في القرن 19 صاغ الكيميائي الهولندي ج.ه.فانت هوف القاعدة:

تؤدي الزيادة في درجة الحرارة لكل $ 10 درجة مئوية إلى زيادة معدل التفاعل بمعامل 2-4 (تسمى هذه القيمة معامل درجة حرارة التفاعل).

عندما ترتفع درجة الحرارة متوسط ​​السرعةتزداد الجزيئات وطاقتها وعدد الاصطدامات بشكل ضئيل ، لكن جزء الجزيئات النشطة المشاركة في الاصطدامات الفعالة التي تتغلب على حاجز الطاقة للتفاعل يزداد بشكل حاد.

رياضيا ، يتم التعبير عن هذا الاعتماد من خلال العلاقة:

$ υ_ (t_2) = υ_ (t_1) γ ^ ((t_2-t_1) / (10)) ، دولار

حيث $ υ_ (t_1) $ و $ υ_ (t_2) $ هي معدلات التفاعل عند درجات الحرارة النهائية $ t_2 $ والأولى $ t_1 $ ، على التوالي ، و $ γ $ هي معامل درجة الحرارةمعدل التفاعل ، والذي يوضح عدد المرات التي يزداد فيها معدل التفاعل مع كل زيادة قدرها $ 10 درجة مئوية في درجة الحرارة.

ومع ذلك ، لزيادة معدل التفاعل ، لا يمكن دائمًا زيادة درجة الحرارة بسبب. قد تبدأ مواد البدء في التحلل ، وقد تتبخر المذيبات أو المواد نفسها.

تركيز المادة المتفاعلة

يؤدي تغيير الضغط بمشاركة المواد الغازية في التفاعل أيضًا إلى تغيير في تركيز هذه المواد.

لكي تتحقق تفاعل كيميائيبين الجسيمات ، يجب أن تتصادم بشكل فعال. كلما زاد تركيز المواد المتفاعلة ، زاد عدد الاصطدامات ، وبالتالي ارتفع معدل التفاعل. على سبيل المثال ، يحترق الأسيتيلين بسرعة كبيرة في الأكسجين النقي. هذا يطور درجة حرارة كافية لإذابة المعدن. على أساس كمية كبيرة من المواد التجريبية ، في عام 1867 قام كل من النرويجيين K.Guldenberg و P. Waage ، وبشكل مستقل عنهما في عام 1865 ، بوضع العالم الروسي N. معدل تركيز المواد المتفاعلة.

يتناسب معدل التفاعل الكيميائي مع ناتج تراكيز المواد المتفاعلة ، المأخوذة بقدرات مساوية لمعاملاتها في معادلة التفاعل.

يسمى هذا القانون أيضًا قانون العمل الجماهيري.

للتفاعل $ A + B = D $ يتم التعبير عن هذا القانون على النحو التالي:

$ υ_1 = k_1 C_A C_B $

للتفاعل $ 2A + B = D $ يتم التعبير عن هذا القانون على النحو التالي:

$ υ_2 = k_2 C_A ^ 2 C_B $

هنا $ C_A، C_B $ هي تركيزات المواد $ A $ و $ B $ (مول / لتر) ؛ $ k_1 $ و $ k_2 $ معاملا التناسب ، ويطلق عليهما ثوابت معدل التفاعل.

المعنى الماديليس من الصعب تحديد ثابت معدل التفاعل - فهو يساوي عدديًا معدل التفاعل الذي تكون فيه تركيزات المواد المتفاعلة تساوي 1 دولار أمريكي مول / لتر أو يكون ناتجها مساويًا للوحدة. في هذه الحالة ، من الواضح أن ثابت معدل التفاعل يعتمد فقط على درجة الحرارة ولا يعتمد على تركيز المواد.

لا يأخذ قانون العمل الجماعي في الاعتبار تركيز المواد المتفاعلة في الحالة الصلبة ، لأن تتفاعل على الأسطح وعادة ما تكون تركيزاتها ثابتة.

على سبيل المثال ، لتفاعل احتراق الفحم

يجب كتابة تعبير معدل التفاعل على النحو التالي:

$ υ = k · C_ (O_2) $ ،

أي أن معدل التفاعل يتناسب فقط مع تركيز الأكسجين.

إذا كانت معادلة التفاعل تصف فقط التفاعل الكيميائي الكلي ، والذي يحدث على عدة مراحل ، فيمكن عندئذٍ معدل مثل هذا التفاعل بطريقة معقدةتعتمد على تركيزات المواد الأولية. يتم تحديد هذا الاعتماد بشكل تجريبي أو نظري على أساس آلية التفاعل المقترحة.

عمل المحفزات

من الممكن زيادة معدل التفاعل باستخدام مواد خاصة تغير آلية التفاعل وتوجهها على طول مسار أكثر ملاءمة من الناحية النشطة مع طاقة تنشيط أقل. يطلق عليهم المحفزات(من اللات. الحفز- تدمير).

يعمل المحفز كدليل متمرس ، يرشد مجموعة من السياح ليس من خلال ممر مرتفع في الجبال (يتطلب التغلب عليه الكثير من الجهد والوقت وليس في متناول الجميع) ، ولكن على طول المسارات الالتفافية المعروفة له ، والتي على طولها يمكنك التغلب على الجبل بشكل أسهل وأسرع. صحيح ، عند الالتفاف ، لا يمكنك الوصول تمامًا إلى حيث يؤدي الممر الرئيسي. لكن في بعض الأحيان هذا هو بالضبط ما تحتاجه! هذه هي الطريقة التي تعمل بها المحفزات التي تسمى انتقائي. من الواضح أنه ليست هناك حاجة لحرق الأمونيا والنيتروجين ، ولكن أكسيد النيتريك (II) يستخدم في إنتاج حامض النيتريك.

المحفزات هي مواد تشارك في تفاعل كيميائي وتغير سرعته أو اتجاهه ، ولكن في نهاية التفاعل تظل دون تغيير كميًا ونوعيًا.

يسمى تغيير معدل التفاعل الكيميائي أو اتجاهه بمساعدة محفز الحفز. تستخدم المحفزات على نطاق واسع في مختلف الصناعات وفي النقل (المحولات الحفازة التي تحول أكاسيد النيتروجين في غازات عوادم السيارات إلى نيتروجين غير ضار).

هناك نوعان من الحفز.

الحفز المتجانس، حيث يكون كل من المحفز والمتفاعلات في نفس حالة التجميع (الطور).

تحفيز غير متجانسحيث يوجد المحفز والمتفاعلات مراحل مختلفة. على سبيل المثال ، تحلل بيروكسيد الهيدروجين في وجود محفز أكسيد المنغنيز الصلب (IV):

$ 2H_2O_2 (→) ↖ (MnO_2 (I)) 2H_2O _ ((l)) + O_2 (g) $

لا يتم استهلاك المحفز نفسه نتيجة التفاعل ، ولكن إذا تم امتصاص مواد أخرى على سطحه (يطلق عليهم السموم التحفيزية) ، ثم يصبح السطح غير صالح للعمل ، يلزم تجديد المحفز. لذلك ، قبل تنفيذ التفاعل التحفيزي ، يتم تنقية مواد البدء تمامًا.

على سبيل المثال ، في إنتاج حامض الكبريتيك عن طريق الاتصالاستخدام محفز صلب - أكسيد الفاناديوم (V) $ V_2O_5 $:

$ 2SO_2 + O_2⇄2SO_3 دولار

في إنتاج الميثانول ، يتم استخدام محفز صلب من الزنك والكروم ($ 8ZnO Cr_2O_3 × CrO_3 $):

$ ثاني أكسيد الكربون _ ((g)) + 2H_ (2 (g)) ⇄CH_3OH _ ((g)) $

المحفزات البيولوجية تعمل بشكل فعال للغاية - الانزيمات. بواسطة الطبيعة الكيميائيةانها السناجب. بفضلهم ، تستمر التفاعلات الكيميائية المعقدة بسرعة عالية في الكائنات الحية عند درجات حرارة منخفضة. الإنزيمات محددة للغاية ، كل منها يسرع رد فعلها فقط ، والذي يذهب إليه الوقت المناسبوفي المكان المناسب بعائد يقارب 100٪ دولار. صنع محفزات اصطناعية شبيهة بالإنزيمات هو حلم الكيميائيين!

بالطبع ، لقد سمعت عن مواد أخرى مثيرة للاهتمام - مثبطات(من اللات. inhibere- تأخير). تتفاعل مع الجسيمات النشطة بمعدل مرتفع لتكوين مركبات غير نشطة. نتيجة لذلك ، يتباطأ التفاعل بشكل حاد ثم يتوقف. غالبًا ما يتم إضافة المثبطات إلى مواد مختلفةلمنع العمليات غير المرغوب فيها.

على سبيل المثال ، بمساعدة المثبطات ، ومحاليل بيروكسيد الهيدروجين ، ومونومرات لمنع البلمرة المبكرة ، يتم تثبيت حمض الهيدروكلوريك بحيث يمكن نقله في حاويات فولاذية. توجد المثبطات أيضًا في الكائنات الحية ؛ فهي تثبط تفاعلات الأكسدة الضارة المختلفة في خلايا الأنسجة ، والتي يمكن أن تبدأ ، على سبيل المثال ، عن طريق الإشعاع المشع.

طبيعة المتفاعلات (تكوينها ، هيكلها)

قيمة طاقة التنشيط هي العامل الذي من خلاله يتأثر تأثير طبيعة المواد المتفاعلة على معدل التفاعل.

إذا كانت طاقة التنشيط صغيرة ($< 40$ кДж/моль), то это означает, что значительная часть столкновений между частицами реагирующих веществ приводит к их взаимодействию, и скорость такой реакции очень большая. Все реакции ионного обмена протекают практически мгновенно, ибо в этих реакциях участвуют разноименно заряженные ионы, и энергия активации в этих случаях ничтожно мала.

إذا كانت طاقة التنشيط عالية ($> 120 $ kJ / mol) ، فهذا يعني أن جزءًا ضئيلًا فقط من التصادمات بين الجسيمات المتفاعلة يؤدي إلى تفاعل. وبالتالي فإن معدل مثل هذا التفاعل بطيء للغاية. على سبيل المثال ، يكاد يكون من المستحيل ملاحظة تقدم تفاعل تخليق الأمونيا عند درجة الحرارة العادية.

إذا كان لطاقات التنشيط قيم وسيطة ($ 40-120 $ kJ / mol) ، فإن معدلات مثل هذه التفاعلات ستكون متوسطة. تتضمن هذه التفاعلات تفاعل الصوديوم مع الماء أو الكحول الإيثيلي، تلون ماء البرومالإيثيلين ، تفاعل الزنك مع حمض الهيدروكلوريك ، إلخ.

سطح التلامس للمواد المتفاعلة

معدل التفاعلات التي تحدث على سطح المواد ، أي غير متجانسة ، تعتمد على الآخر شروط متساويةعلى خصائص هذا السطح. من المعروف أن مسحوق الطباشير يذوب في حمض الهيدروكلوريك أسرع بكثير من كتلة الطباشير المتساوية.

يتم تفسير الزيادة في معدل التفاعل ، أولاً وقبل كل شيء ، من خلال زيادة سطح التلامس للمواد الأولية ، وكذلك من خلال عدد من الأسباب الأخرى ، على سبيل المثال ، تدمير هيكل المادة الصحيحة. شعرية الكريستال. وهذا يؤدي إلى حقيقة أن الجسيمات الموجودة على سطح البلورات الدقيقة تكون أكثر تفاعلًا من الجسيمات نفسها الموجودة على سطح أملس.

في الصناعة ، لإجراء تفاعلات غير متجانسة ، يتم استخدام طبقة مميعة لزيادة سطح التلامس للمواد المتفاعلة ، وإمداد مواد البدء ، وإزالة المنتجات. على سبيل المثال ، في إنتاج حامض الكبريتيك باستخدام طبقة مميعة ، يتم تحميص البيريت ؛ في الكيمياء العضويةباستخدام طبقة مميعة ، يتم تنفيذ التكسير التحفيزي للمنتجات البترولية وتجديد (استرداد) محفز فاشل (فحم الكوك).

7.1 تفاعلات متجانسة وغير متجانسة

يمكن أن تكون المواد الكيميائية في حالات مختلفة من التجميع ، في حين أن الخواص الكيميائيةفي دول مختلفةهي نفسها ، لكن النشاط مختلف (والذي تم عرضه في المحاضرة الأخيرة باستخدام المثال التأثير الحراريتفاعل كيميائي).

ضع في اعتبارك مجموعات مختلفة من الحالات التجميعية التي يمكن أن تكون فيها المادتان A و B.

أ (ز) ، ب (ز)

أ (تلفزيون) ، ب (تلفزيون)

أ (أنثى) ، ب (تلفزيون)

مختلط

أ (تلفزيون) ، ب (ز)

أ (أنثى) ، ب (ت)

مختلط

(المحلول)

غير متجانسة

غير متجانسة

غير متجانسة

متجانس

غير متجانسة

غير متجانسة

متجانس

زئبق (لتر) + HNO3

H2O + D2O

Fe + O2

H2 S + H2 SO4

ثاني أكسيد الكربون + O2

المرحلة هي المنطقة نظام كيميائي، حيث تكون جميع خصائص النظام ثابتة (هي نفسها) أو تتغير باستمرار من نقطة إلى أخرى. المراحل المنفصلة هي كل من المواد الصلبة ، بالإضافة إلى مراحل الحل والغاز.

متجانس يسمى نظام كيميائي، حيث تكون جميع المواد في نفس المرحلة (في محلول أو في غاز). إذا كانت هناك عدة مراحل ، فسيتم استدعاء النظام

غير متجانسة.

على التوالى تفاعل كيميائيتسمى متجانسة إذا كانت المتفاعلات في نفس المرحلة. إذا كانت المواد المتفاعلة في مراحل مختلفة ، إذن تفاعل كيميائييسمى غير متجانسة.

من السهل أن نفهم أنه نظرًا لأن التفاعل الكيميائي يتطلب ملامسة الكواشف ، يحدث تفاعل متجانس في نفس الوقت في الحجم الكامل للمحلول أو وعاء التفاعل ، بينما يحدث التفاعل غير المتجانس عند حدود ضيقة بين المراحل - عند الواجهة. وبالتالي ، من الناحية النظرية البحتة ، يحدث تفاعل متجانس أسرع من تفاعل غير متجانس.

وهكذا ، ننتقل إلى المفهوم معدل التفاعل الكيميائي.

معدل التفاعل الكيميائي. قانون الجماهير النشطة. التوازن الكيميائي.

7.2 معدل التفاعل الكيميائي

فرع الكيمياء الذي يدرس معدلات وآليات التفاعلات الكيميائية هو الفرع الكيمياء الفيزيائيةودعا حركية الكيميائية.

معدل التفاعل الكيميائيهو التغير في كمية المادة لكل وحدة زمنية لكل وحدة حجم للنظام المتفاعل (لتفاعل متجانس) أو لكل وحدة مساحة سطحية (لتفاعل غير متجانس).

وهكذا ، إذا كان الحجم							أو المنطقة			واجهات
لا تتغير ، فإن التعبيرات الخاصة بمعدلات التفاعلات الكيميائية يكون لها الشكل:
هوم س

يمكن تفسير نسبة التغيير في كمية المادة إلى حجم النظام على أنه تغيير في تركيز مادة معينة.

لاحظ أنه بالنسبة للكواشف في التعبير عن معدل التفاعل الكيميائي ، يتم وضع علامة الطرح ، حيث ينخفض ​​تركيز الكواشف ، ويكون معدل التفاعل الكيميائي في الواقع قيمة موجبة.

تستند الاستنتاجات الإضافية إلى اعتبارات فيزيائية بسيطة ، والتي تعتبر تفاعلًا كيميائيًا نتيجة تفاعل العديد من الجسيمات.

الابتدائي (أو البسيط) هو تفاعل كيميائي يحدث في مرحلة واحدة. إذا كانت هناك عدة مراحل ، فإن هذه التفاعلات تسمى التفاعلات المعقدة أو المركبة أو الإجمالية.

في عام 1867 ، تم اقتراح وصف معدل التفاعل الكيميائي قانون العمل الجماهيري: معدل تفاعل كيميائي أولي يتناسب مع تركيزات المواد المتفاعلة في قوى المعاملات المتكافئة n A + m B P ،

A ، B - الكواشف ، P - المنتجات ، n ، m - المعاملات.

W = ك ن م

يُطلق على المعامل k ثابت معدل التفاعل الكيميائي ،

يميز طبيعة الجسيمات المتفاعلة ولا يعتمد على تركيز الجسيمات.

معدل التفاعل الكيميائي. قانون الجماهير النشطة. التوازن الكيميائي. تسمى الكميات n و m ترتيب التفاعل حسب المادة A و B على التوالي و

مجموعهم (ن + م) - ترتيب رد الفعل.

بالنسبة للتفاعلات الأولية ، يمكن أن يكون ترتيب التفاعل 1 و 2 و 3.

التفاعلات الأولية بالترتيب 1 تسمى أحادية الجزيء ، بالترتيب 2 - ثنائي الجزيء ، بالترتيب 3 - ثلاثي الجزيئات وفقًا لعدد الجزيئات المعنية. التفاعلات الأولية الأعلى من الترتيب الثالث غير معروفة - تظهر الحسابات أن التقاء أربعة جزيئات في وقت واحد عند نقطة واحدة هو حدث مذهل للغاية.

نظرًا لأن التفاعل المعقد يتكون من تسلسل معين من التفاعلات الأولية ، يمكن التعبير عن معدله من حيث معدلات المراحل الفردية للتفاعل. لذلك ، من أجل ردود فعل معقدةيمكن أن يكون الطلب أيًا ، بما في ذلك الكسور أو الصفر ( طلب صفررد الفعل يشير إلى أن التفاعل يحدث مع سرعة ثابتةولا تعتمد على تركيز الجسيمات المتفاعلة W = k).

عادةً ما يُطلق على أبطأ مراحل العملية المعقدة مرحلة التحديد (مرحلة تحديد المعدل).

تخيل ذلك عدد كبير منذهبت الجزيئات إلى السينما المجانية ، ولكن يوجد عند المدخل مفتش يتحقق من عمر كل جزيء. لذلك ، يدخل تيار من المادة إلى باب السينما ، وتدخل الجزيئات إلى السينما واحدة تلو الأخرى ، أي. بطيء جدا.

أمثلة على التفاعلات الأولية من الدرجة الأولى هي العمليات الحرارية أو الاضمحلال الإشعاعيعلى التوالي ، فإن معدل ثابت k يميز إما احتمال التمزق رابطة كيميائية، أو احتمال الاضمحلال لكل وحدة زمنية.

هناك الكثير من الأمثلة على التفاعلات الأولية من الدرجة الثانية - هذه هي الطريقة الأكثر شيوعًا بالنسبة لنا لمتابعة التفاعلات - طار الجسيم أ إلى الجسيم ب ، وحدث نوع من التحول وحدث شيء هناك (لاحظ أن المنتجات من الناحية النظرية تفعل ذلك لا تؤثر على أي شيء - كل الاهتمام يعطى فقط لتفاعل الجسيمات).

على العكس من ذلك ، هناك عدد غير قليل من التفاعلات الأولية من الدرجة الثالثة ، لأنه من النادر جدًا أن تلتقي ثلاث جسيمات في نفس الوقت.

كتوضيح ، ضع في اعتبارك القوة التنبؤية للحركية الكيميائية.

معدل التفاعل الكيميائي. قانون الجماهير النشطة. التوازن الكيميائي.

معادلة حركية من الدرجة الأولى

(مادة إضافية توضيحية)

دعونا نفكر في تفاعل متجانس من الدرجة الأولى ، ثابت معدله يساوي k ، والتركيز الأولي للمادة A يساوي [A] 0.

بحكم التعريف ، فإن معدل التفاعل الكيميائي المتجانس هو

ك [أ]

تغيير في التركيز لكل وحدة زمنية. بمجرد المادة أ -

كاشف ، ضع علامة ناقص.

تسمى هذه المعادلة بالمعادلة التفاضلية

المشتق)

[أ]

لحلها ، ننقل الكميات إلى الجانب الأيسر

التركيزات وفي الوقت المناسب.

إذا كانت مشتقات وظيفتين متساويتين ، فإن الدوال نفسها

يجب أن تختلف بما لا يزيد عن ثابت.

عن الحلول معادلة معينةخذ تكامل الجانب الأيسر (بواسطة

التركيز) والجانب الأيمن (في الوقت المناسب). حتى لا تخيف

سجل [A] = −kt + C

المستمعين ، سنقتصر على الإجابة.

رمز ln - اللوغاريتم الطبيعي، بمعنى آخر. رقم ب ، من هذا القبيل

\ u003d [A] ، البريد \ u003d 2.71828 ...

ln [A] - ln0 = - كيلوطن

تم العثور على الثابت C من الشروط الأولية:

عند t = 0 ، يكون التركيز الأولي [A] 0

[أ]

مرة واحدة اللوغاريتم

هي قوة رقم ، استخدم خصائص القوى

[أ] 0

ه أ − ب =

الآن دعونا نتخلص من اللوغاريتم المعاكس (انظر التعريف

اللوغاريتم 6-7 أسطر أعلى) ،

لماذا نرفع الرقم

أس من الجانب الأيسر من المعادلة والجانب الأيمن من المعادلة.

[أ]

ه - kt

اضرب ب [A] 0

[أ] 0

المعادلة الحركية من الدرجة الأولى.

[A] = 0 × e - kt

قائم على

الواردة المعادلة الحركيةأول

يمكن النظام

محسوب

تركيز المادة

في أي وقت من الأوقات

لأغراض الدورة التدريبية الخاصة بنا ، هذا الإخراج هو للأغراض الإعلامية فقط ، من أجل توضيح التطبيق لك جهاز رياضيلحساب مسار تفاعل كيميائي. لذلك ، لا يمكن أن يفشل الكيميائي المختص في معرفة الرياضيات. تعلم الرياضيات!

معدل التفاعل الكيميائي. قانون الجماهير النشطة. التوازن الكيميائي. يمكن وصف الرسم البياني لاعتماد تركيز المواد المتفاعلة والمنتجات في الوقت المناسب نوعياً على النحو التالي (باستخدام المثال رد فعل لا رجوع فيهالطلب الأول)

العوامل التي تؤثر على معدل التفاعل

1. طبيعة المتفاعلات

على سبيل المثال ، معدل تفاعل المواد التالية: H2 SO4 ، CH3 COOH ، H2 S ، CH3 OH - مع أيون الهيدروكسيد سوف يختلف اعتمادًا على القوة روابط H-O. لتقييم قوة هذا الاتصال ، يمكنك استخدام قيمة القريب شحنة موجبةعلى ذرة الهيدروجين: كلما زادت الشحنة ، كان التفاعل أسهل.

2. درجة الحرارة

تخبرنا تجربة الحياة أن معدل التفاعل يعتمد على درجة الحرارة ويزيد مع زيادة درجة الحرارة. على سبيل المثال ، تحدث عملية تحمض اللبن بشكل أسرع في درجة حرارة الغرفة ، وليس في الثلاجة.

دعونا ننتقل إلى التعبير الرياضي لقانون الفعل الجماهيري.

W = ك ن م

نظرًا لأن الجانب الأيسر من هذا التعبير (معدل التفاعل) يعتمد على درجة الحرارة ، الجزء الصحيحيعتمد التعبير أيضًا على درجة الحرارة. في الوقت نفسه ، لا يعتمد التركيز بالطبع على درجة الحرارة: على سبيل المثال ، يحتفظ الحليب بمحتواه من الدهون بنسبة 2.5 ٪ في الثلاجة وفي درجة حرارة الغرفة. ثم ، كما اعتاد شيرلوك هولمز أن يقول ، الحل المتبقي هو الحل الصحيح ، بغض النظر عن مدى غرابة ذلك: يعتمد معدل ثابت على درجة الحرارة!

معدل التفاعل الكيميائي. قانون الجماهير النشطة. التوازن الكيميائي. يتم التعبير عن اعتماد ثابت معدل التفاعل على درجة الحرارة باستخدام معادلة أرهينيوس:

- إي

ك = k0 eRT ،

حيث

R = 8.314 J mol-1 K-1 - ثابت غاز عالمي ،

E a هي طاقة التنشيط للتفاعل (انظر أدناه) ، وتعتبر بشكل مشروط مستقلة عن درجة الحرارة ؛

k 0 هو عامل ما قبل الأسي (أي العامل الذي يقف قبل الأس e) ، وقيمته أيضًا مستقلة تقريبًا عن درجة الحرارة ويتم تحديدها ، أولاً وقبل كل شيء ، بترتيب التفاعل.

وبالتالي ، فإن قيمة k0 هي تقريبًا 1013 ثانية -1 لتفاعل من الدرجة الأولى ، و 10-10 لتر مول -1 ث -1 لتفاعل من الدرجة الثانية ،

للتفاعل من الدرجة الثالثة - 10-33 لتر 2 مول -2 ثانية -1. هذه القيم لا يجب حفظها.

يتم تحديد القيم الدقيقة لـ k0 لكل تفاعل بشكل تجريبي.

يتضح مفهوم طاقة التنشيط من الشكل التالي. في الواقع ، طاقة التنشيط هي الطاقة التي يجب أن يمتلكها الجسيم المتفاعل حتى يحدث التفاعل.

علاوة على ذلك ، إذا قمنا بتسخين النظام ، فإن طاقة الجسيمات تزداد (الرسم البياني المنقط) ، بينما تظل حالة الانتقال (≠) على نفس المستوى. يتم تقليل الفرق في الطاقة بين الحالة الانتقالية والمتفاعلات (طاقة التنشيط) ، ويزداد معدل التفاعل وفقًا لمعادلة أرهينيوس.

معدل التفاعل الكيميائي. قانون الجماهير النشطة. التوازن الكيميائي. بالإضافة إلى معادلة أرهينيوس ، هناك معادلة فانت هوف ، والتي

يميز اعتماد معدل التفاعل على درجة الحرارة عن طريق معامل درجة الحرارة γ:

يُظهر معامل درجة الحرارة γ عدد المرات التي يزداد فيها معدل التفاعل الكيميائي عندما تتغير درجة الحرارة بمقدار 10 درجات.

معادلة فانت هوف:

تي 2 - تي 1

W (T 2) = W (T 1) × γ10

عادةً ما يكون المعامل في النطاق من 2 إلى 4. ولهذا السبب ، غالبًا ما يستخدم الكيميائيون التقريب بأن زيادة درجة الحرارة بمقدار 20 درجة تؤدي إلى زيادة معدل التفاعل بترتيب من حيث الحجم (أي 10 مرات).

معدل التفاعل الكيميائي

معدل التفاعل الكيميائي- تغيير في كمية إحدى المواد المتفاعلة لكل وحدة زمنية في وحدة مساحة التفاعل. هو المفهوم الرئيسيحركية الكيميائية. يكون معدل التفاعل الكيميائي موجبًا دائمًا ، لذلك إذا تم تحديده من خلال المادة الأولية (التي ينخفض ​​تركيزها أثناء التفاعل) ، عندئذٍ تُضرب القيمة الناتجة في -1.

على سبيل المثال لرد الفعل:

سيبدو التعبير عن السرعة كما يلي:

. معدل التفاعل الكيميائي في كل نقطة زمنية يتناسب مع تركيزات المواد المتفاعلة ، مرفوعة إلى قوى مساوية لمعاملاتها المتكافئة.

بالنسبة للتفاعلات الأولية ، غالبًا ما يكون الأس عند قيمة تركيز كل مادة مساويًا لمعاملها المتكافئ ؛ بالنسبة للتفاعلات المعقدة ، لا يتم ملاحظة هذه القاعدة. بالإضافة إلى التركيز ، تؤثر العوامل التالية على معدل التفاعل الكيميائي:

• طبيعة المتفاعلات ،
• وجود محفز
• درجة الحرارة (قاعدة فان هوف) ،
• الضغط،
• مساحة سطح المواد المتفاعلة.

إذا اعتبرنا أبسط تفاعل كيميائي A + B → C ، فإننا نلاحظ ذلك فوريمعدل التفاعل الكيميائي ليس ثابتًا.

المؤلفات

• Kubasov A. A. الحركية الكيميائية والحفز.
• Prigogine I. ، Defay R. الديناميكا الحرارية الكيميائية. نوفوسيبيرسك: Nauka ، 1966. 510 ص.
• Yablonsky G. S. ، Bykov V. I. ، Gorban A. N. ، النماذج الحركية للتفاعلات الحفازة ، نوفوسيبيرسك: Nauka (فرع سيبيريا) ، 1983. - 255 ص.

مؤسسة ويكيميديا. 2010.

• اللهجات الويلزية للغة الإنجليزية
• المنشار (سلسلة أفلام)

شاهد ما هو "معدل التفاعل الكيميائي" في القواميس الأخرى:

معدل التفاعل الكيميائي- المفهوم الأساسي للخواص الحركية الكيميائية. بالنسبة للتفاعلات المتجانسة البسيطة ، يُقاس معدل التفاعل الكيميائي بالتغير في عدد مولات المادة المتفاعلة (بحجم ثابت للنظام) أو بالتغير في تركيز أي من المواد الأولية ... كبير قاموس موسوعي

معدل التفاعل الكيميائي- المفهوم الأساسي للكيمياء. الخواص الحركية ، التي تعبر عن نسبة كمية المادة المتفاعلة (بالمولات) إلى طول الفترة الزمنية التي حدث خلالها التفاعل. نظرًا لتغير تركيزات المواد المتفاعلة أثناء التفاعل ، يكون المعدل عادةً ... موسوعة البوليتكنيك الكبرى

معدل التفاعل الكيميائي- القيمة التي تميز شدة تفاعل كيميائي. معدل تكوين منتج التفاعل هو كمية هذا المنتج نتيجة تفاعل لكل وحدة زمنية لكل وحدة حجم (إذا كان التفاعل متجانسًا) أو لكل ... ...

معدل التفاعل الكيميائي- المفهوم الأساسي للخواص الحركية الكيميائية. بالنسبة للتفاعلات المتجانسة البسيطة ، يتم قياس معدل التفاعل الكيميائي عن طريق تغيير عدد مولات المادة المتفاعلة (بحجم ثابت للنظام) أو عن طريق تغيير تركيز أي من المواد الأولية ... قاموس موسوعي

معدل التفاعل الكيميائي- قيمة تميز شدة تفاعل كيميائي (انظر التفاعلات الكيميائية). معدل تكوين منتج التفاعل هو كمية هذا المنتج الناتجة عن التفاعل لكل وحدة زمنية في وحدة الحجم (إذا ...

معدل التفاعل الكيميائي- الأساسية مفهوم الكيمياء. حركية. للتفاعلات المتجانسة البسيطة S. x. تم العثور على R. يقاس بالتغير في عدد مولات المتفاعلة في va (بحجم ثابت للنظام) أو عن طريق تغيير في تركيز أي من المنتجات الأولية في أو التفاعل (إذا كان حجم النظام ...

آلية التفاعل الكيميائي- للتفاعلات المعقدة المكونة من عدة. المراحل (تفاعلات بسيطة أو أولية) ، الآلية عبارة عن مجموعة من المراحل ، ونتيجة لذلك يتم تحويل المراحل الأولية في va إلى منتجات. وسيط فيك في هذه التفاعلات يمكن أن يكون بمثابة جزيئات ، ... ... علم الطبيعة. قاموس موسوعي

تفاعلات الاستبدال النووي- تفاعلات الاستبدال (تفاعل الاستبدال الإنجليزي) التي يتم فيها تنفيذ الهجوم بواسطة كاشف نيوكليوفيل يحمل وحيدًا زوج الإلكترون. تسمى المجموعة الخارجة في تفاعلات الاستبدال النووي المحبة للنواة nucleofug. الكل ... ويكيبيديا

تفاعلات كيميائية- تحول مادة إلى أخرى تختلف عن الأصل التركيب الكيميائيأو بناء. الرقم الإجماليذرات كل عنصر معين ، وكذلك ذراتها العناصر الكيميائية، المواد المكونة ، تظل في R. x. دون تغيير؛ هذا R. x ... الموسوعة السوفيتية العظمى

سرعة الرسم - سرعة الخطحركة المعدن عند الخروج من القالب ، م / ث. في آلات الرسم الحديثة ، تصل سرعة السحب إلى 50-80 م / ث. ومع ذلك ، حتى أثناء سحب الأسلاك ، لا تتجاوز السرعة ، كقاعدة عامة ، 30-40 م / ث. في… … القاموس الموسوعي لعلم المعادن

مثل أي عملية ، تحدث التفاعلات الكيميائية في الوقت المناسب ، وبالتالي تتميز بسرعة أو بأخرى.

فرع الكيمياء الذي يدرس معدل التفاعلات الكيميائية وآلية حدوثها ،مسمي حركية الكيميائية. حركية الكيميائيةتعمل بمفاهيم "المرحلة" ، "النظام". مرحلة – إنه جزء من النظام مفصول عن أجزائه الأخرى بواسطة الواجهة.

الأنظمة إما متجانسة أو غير متجانسة. أنظمة متجانسةيتألف من على مرحلة واحدة. على سبيل المثال ، الهواء أو أي خليط من الغازات ، محلول الملح. أنظمة غير متجانسةيتألف من مرحلتين أو أكثر. على سبيل المثال ، ماء سائل - جليد - بخار ، محلول ملح + راسب.

ردود الفعل التي تحدث في نظام متجانس، وتسمى متجانس. على سبيل المثال ، N 2 (g) + 3H 2 (g) \ u003d 2NH 3 (g). يركضون طوال الوقت. ردود الفعل التي تحدث في نظام غير متجانس, مسمي غير متجانسة. على سبيل المثال ، C (c) + O 2 (g) \ u003d CO 2 (g). تتدفق في الواجهة.

معدل التفاعل الكيميائيتحدد كمية المادة التي تدخل في التفاعل أو تتشكل أثناء التفاعل لكل وحدة زمنية لكل وحدة حجم(للتفاعل المتجانس) أو لكل واجهة وحدة(لنظام غير متجانس).

يعتمد معدل التفاعل على طبيعة المواد المتفاعلة وتركيزها ودرجة حرارتها ووجود المحفزات.

1. طبيعة المتفاعلات.

تستمر التفاعلات في اتجاه تدمير الروابط الأقل قوة وتكوين مواد ذات روابط أقوى. وبالتالي ، فإن الطاقات العالية مطلوبة لكسر الروابط في جزيئات H 2 و N 2 ؛ هذه الجزيئات تفاعلية قليلاً. لكسر الروابط في الجزيئات عالية القطبية (حمض الهيدروكلوريك ، H 2 O) ، مطلوب طاقة أقل ، ومعدل التفاعل أعلى من ذلك بكثير. تستمر التفاعلات بين الأيونات في محاليل الإلكتروليت على الفور تقريبًا.

2. التركيز.

مع زيادة التركيز ، تحدث تصادمات جزيئات المواد المتفاعلة في كثير من الأحيان - يزداد معدل التفاعل.

يتم التعبير عن اعتماد معدل التفاعل الكيميائي على تركيز المواد المتفاعلة قانون العمل الجماعي (LMA): عند درجة حرارة ثابتة ، يتناسب معدل التفاعل الكيميائي طرديًا مع ناتج تركيزات المواد المتفاعلة.

في الحالة العامةل متجانستفاعلات

nA (g) + mB (g) = pAB (g)

يتم التعبير عن اعتماد معدل التفاعل بالمعادلة:

حيث C A و C B هي تركيزات المواد المتفاعلة ، مول / لتر ؛ ك هو ثابت معدل التفاعل. لتفاعل محدد 2NO (g) + O 2 (g) \ u003d 2NO 2 (g) ، يكون للتعبير الرياضي لـ ZDM الشكل:

υ = ك ∙∙

يعتمد ثابت معدل التفاعل k على طبيعة المواد المتفاعلة ودرجة الحرارة والمحفز ، ولكنه لا يعتمد على تركيزات المواد المتفاعلة. المعنى المادي لثابت المعدل هو أنه يساوي معدل التفاعل بتركيزات وحدة المواد المتفاعلة.

ل غير متجانسةالتفاعلات (عندما تكون المواد في حالات تجميع مختلفة) ، يعتمد معدل التفاعل فقط على تركيز الغازات أو المواد المذابة ، ولا يتم تضمين تركيز المرحلة الصلبة في التعبير الرياضي لـ EDM:

nA (c) + mB (g) = pAB (g)

على سبيل المثال ، معدل تفاعل احتراق الكربون في الأكسجين يتناسب فقط مع تركيز الأكسجين:

C (c) + O 2 (g) \ u003d CO 2 (c)

3. درجة الحرارة.

مع ارتفاع درجة الحرارة ، تزداد سرعة حركة الجزيئات ، مما يؤدي بدوره إلى زيادة عدد الاصطدامات بينها. من أجل حدوث تفاعل ، يجب أن تحتوي الجزيئات المتصادمة على فائض معين من الطاقة. الطاقة الزائدة التي يجب أن تمتلكها الجزيئات حتى يؤدي تصادمها إلى تكوين مادة جديدة، يسمى طاقة التفعيل. طاقة التنشيط ( هـ أ) في kJ / mol. تعتمد قيمتها على طبيعة المواد المتفاعلة ، أي كل تفاعل له طاقة التنشيط الخاصة به. الجزيئات ذات طاقة التنشيط، مسمي نشيط. تؤدي زيادة درجة الحرارة إلى زيادة عدد الجزيئات النشطة ، وبالتالي زيادة معدل التفاعل الكيميائي.

يتم التعبير عن اعتماد معدل التفاعل الكيميائي على درجة الحرارة حكم فانت هوف: لكل زيادة في درجة الحرارة بمقدار 10 درجات مئوية ، يزداد معدل التفاعل بمقدار 2-4 مرات.

حيث υ 2 و 1 هي معدلات التفاعل عند درجات الحرارة t 2 و t 1 ،

γ هو معامل درجة الحرارة لمعدل التفاعل ، ويوضح عدد مرات زيادة معدل التفاعل مع زيادة درجة الحرارة بمقدار 10 درجة مئوية.

4. سطح التلامس للمواد المتفاعلة.

بالنسبة للأنظمة غير المتجانسة ، كلما زاد حجم سطح التلامس ، زادت سرعة التفاعل. يمكن زيادة سطح المواد الصلبة عن طريق طحنها والمواد القابلة للذوبان - عن طريق إذابتها.

5. المحفزات.

المواد التي تشارك في التفاعلات وتزيد من معدلها ، وتبقى دون تغيير بنهاية التفاعل، وتسمى المحفزات. يسمى التغيير في معدل التفاعل تحت تأثير عامل حفاز الحفز. تميز الحفز متجانسو غير متجانسة.

ل متجانستشمل العمليات التي يكون فيها المحفز في نفس حالة التجميع مثل المواد المتفاعلة.

2SO 2 (ز) + O 2 (ز) 2SO 3 (ز)

يتكون عمل المحفز المتجانس من تكوين مركبات نشطة وسيطة أكثر أو أقل ثباتًا ، والتي يتم بعد ذلك تجديدها بالكامل.

ل غير متجانسةيشمل التحفيز مثل هذه العمليات التي يكون فيها المحفز والمتفاعلات في حالات مختلفة من التجميع ، ويستمر التفاعل على سطح المحفز.

N 2 (ز) + 3H 2 (ز) 2NH 3 (ز)

تعتبر آلية عمل المحفزات غير المتجانسة أكثر تعقيدًا من المحفزات المتجانسة. يلعب امتصاص الغازي و مواد سائلةعلى السطح صلب- ظاهرة الامتزاز. نتيجة الامتزاز ، يزداد تركيز المواد المتفاعلة ويزداد نشاطها الكيميائي ، مما يؤدي إلى زيادة معدل التفاعل.