اعتماد معدل التفاعل الكيميائي. معدل التفاعلات الكيميائية

الأنظمة. ولكن قيمة معينةلا يعكس فرصة حقيقية تقدم رد الفعل، لها 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 وجهة نظر حركية الكيميائيةيمكن تصنيف ردود الفعل 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 ، وأربعة 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 الكيميائيمعبرًا 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 للتفاعل

إحدى الصيغ قانون جماهير التمثيل يبدو 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- هذا هو 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 من خلال إحدى أبطأ المراحل ، والتي تسمى يحد.

كل رد فعل له خاصته ترتيب. تحديد 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

إلى عن على عمليات بسيطةيشير ترتيب التفاعل إلى عدد الجسيمات المتفاعلة (يتطابق مع معاملات القياس المتكافئ) ويأخذ قيمًا صحيحة. إلى عن على عمليات معقدةلا يتطابق ترتيب التفاعل مع المعاملات المتكافئة ويمكن أن يكون أيًا منهما.

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 طرديا 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.

معدل التفاعل الكيميائي

ربما يكون موضوع "معدل التفاعل الكيميائي" هو الأكثر تعقيدًا وإثارة للجدل في المناهج الدراسية. هذا يرجع إلى تعقيد الحركية الكيميائية نفسها ، أحد فروع الكيمياء الفيزيائية. تعريف مفهوم "معدل التفاعل الكيميائي" غامض بالفعل (انظر ، على سبيل المثال ، مقال L.S. Guzey في جريدة "الكيمياء" ، 2001 ، العدد 28 ،
مع. 12). أكثر المزيد من المشاكلينشأ عند محاولة تطبيق قانون العمل الجماعي لمعدل التفاعل على أي أنظمة كيميائية، لأن نطاق الكائنات التي من الممكن أن يكون الوصف الكمي للعمليات الحركية ممكنًا داخل المناهج الدراسيةضيقة جدا. أود أن أشدد على خطأ استخدام قانون التأثير الجماعي لمعدل التفاعل الكيميائي عند التوازن الكيميائي.
في الوقت نفسه ، سيكون من الخطأ رفض النظر في هذا الموضوع في المدرسة على الإطلاق. تعتبر الأفكار حول معدل التفاعل الكيميائي مهمة جدًا في دراسة العديد من العمليات الطبيعية والتكنولوجية ؛ فبدونها يستحيل التحدث عن الحوافز والمحفزات ، بما في ذلك الإنزيمات. على الرغم من أنه عند مناقشة تحولات المواد ، يتم استخدام الأفكار النوعية بشكل أساسي حول معدل التفاعل الكيميائي ، إلا أن إدخال أبسط النسب الكمية لا يزال مرغوبًا فيه ، خاصة للتفاعلات الأولية.
في المقالة المنشورة ، يتم النظر في قضايا الخواص الحركية الكيميائية بتفاصيل كافية ، والتي يمكن مناقشتها في دروس مدرسيةكيمياء. الاستبعاد من الدورة كيمياء المدرسةالنقاط المثيرة للجدل والمثيرة للجدل في هذا الموضوع مهمة بشكل خاص لأولئك الطلاب الذين سيواصلون دراستهم التعليم الكيميائيفي الجامعة. بعد كل شيء ، غالبًا ما تتعارض المعرفة المكتسبة في المدرسة مع الواقع العلمي.

يمكن أن تختلف التفاعلات الكيميائية بشكل كبير بمرور الوقت. يمكن أن يظل مزيج الهيدروجين والأكسجين في درجة حرارة الغرفة دون تغيير فعليًا لفترة طويلة ، ولكن عند الاصطدام أو الاشتعال ، سيحدث انفجار. تصدأ الصفيحة الحديدية ببطء ، وتشتعل قطعة من الفوسفور الأبيض تلقائيًا في الهواء. من المهم معرفة مدى سرعة تقدم رد فعل معين من أجل التمكن من التحكم في تقدمه.

مفاهيم أساسية

كمي سمة من سماتمدى سرعة تقدم تفاعل معين هو معدل التفاعل الكيميائي ، أي معدل استهلاك الكواشف أو معدل ظهور المنتجات. في هذه الحالة ، لا يهم أي من المواد المتضمنة في التفاعل قيد البحث ، حيث إنها كلها مترابطة من خلال معادلة التفاعل. من خلال تغيير كمية إحدى المواد ، يمكن للمرء أن يحكم على التغييرات المقابلة في كميات جميع المواد الأخرى.

معدل التفاعل الكيميائي () يسمى التغيير في كمية مادة المادة المتفاعلة أو المنتج () لكل وحدة زمنية () لكل وحدة حجم (الخامس):

= /(الخامس ).

معدل التفاعل في هذه القضيةيعبر عنه عادة بالمول / (لتر).

يشير التعبير أعلاه إلى التفاعلات الكيميائية المتجانسة التي تحدث في وسط متجانس ، على سبيل المثال بين الغازات أو في المحلول:

2SO 2 + O 2 \ u003d 2SO 3 ،

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

تحدث تفاعلات كيميائية غير متجانسة على أسطح التلامس صلبوالغاز ، والصلب والسائل ، إلخ. تشمل التفاعلات غير المتجانسة ، على سبيل المثال ، تفاعلات المعادن مع الأحماض:

Fe + 2HCl \ u003d FeCl 2 + H 2.

في البريد هذه الحالة معدل التفاعل هو التغير في كمية المادة المتفاعلة أو المنتج () لكل وحدة زمنية() لكل وحدة مساحة (S):

= /(س ).

يتم التعبير عن معدل التفاعل غير المتجانس بالمول / (م 2 ث).

للتحكم في التفاعلات الكيميائية ، من المهم ليس فقط أن تكون قادرًا على تحديد سرعتها ، ولكن أيضًا لمعرفة الظروف التي تؤثر عليها. فرع الكيمياء الذي يدرس معدل التفاعلات الكيميائية وتأثيرها عليها عوامل مختلفة، يسمى حركية الكيميائية.

تردد تصادم الجسيمات المتفاعلة

العامل الأكثر أهميةالتي تحدد معدل التفاعل الكيميائي ، - تركيز.

مع زيادة تركيز المواد المتفاعلة ، يزداد معدل التفاعل عادةً. للدخول في تفاعل ، يجب أن يقترب جسيمان كيميائيان من بعضهما البعض ، وبالتالي فإن معدل التفاعل يعتمد على عدد الاصطدامات بينهما. زيادة عدد الجسيمات في حجم معينيؤدي إلى المزيد من الاصطدامات المتكررة وزيادة معدل التفاعل.

بالنسبة للتفاعلات المتجانسة ، فإن زيادة تركيز واحد أو أكثر من المواد المتفاعلة سيزيد من معدل التفاعل. مع انخفاض التركيز ، لوحظ التأثير المعاكس. يمكن تغيير تركيز المواد في محلول عن طريق إضافة أو إزالة المواد المتفاعلة أو المذيب من مجال التفاعل. في الغازات ، يمكن زيادة تركيز إحدى المواد عن طريق إدخال كمية إضافية من هذه المادة في خليط التفاعل. تركيزات الكل المواد الغازيةيمكن زيادتها في وقت واحد عن طريق تقليل الحجم الذي يشغله الخليط. في هذه الحالة ، سيزداد معدل التفاعل. زيادة الحجم لها تأثير معاكس.

معدل التفاعلات غير المتجانسة يعتمد على مساحة سطح ملامسة المواد، بمعنى آخر. على درجة طحن المواد ، واكتمال خلط الكواشف ، وكذلك على حالة الهياكل البلورية المواد الصلبة. أي اضطراب في التركيب البلوري يسبب زيادة التفاعليةالمواد الصلبة ، لأن لتدمير قوي هيكل بلوريمطلوب طاقة إضافية.

ضع في اعتبارك احتراق الخشب. سجل كامل يحترق ببطء نسبيًا في الهواء. إذا قمت بزيادة سطح ملامسة الخشب للهواء ، وتقسيم السجل إلى شرائح ، سيزداد معدل الاحتراق. في الوقت نفسه ، يحترق الخشب في الأكسجين النقي بشكل أسرع بكثير منه في الهواء ، الذي يحتوي على حوالي 20٪ أكسجين فقط.

لكي يحدث تفاعل كيميائي ، يجب أن تتصادم الجسيمات - الذرات أو الجزيئات أو الأيونات. نتيجة الاصطدامات ، يتم إعادة ترتيب الذرات وتنشأ روابط كيميائية جديدة ، مما يؤدي إلى تكوين مواد جديدة. إن احتمال تصادم جسيمين مرتفع للغاية ، واحتمال حدوث تصادم متزامن لثلاثة جسيمات أقل بكثير. من المستبعد للغاية حدوث تصادم متزامن لأربعة جسيمات. لذلك ، تستمر معظم التفاعلات على عدة مراحل ، لا يتفاعل في كل منها أكثر من ثلاثة جسيمات.

يحدث تفاعل أكسدة بروميد الهيدروجين بمعدل ملحوظ عند 400-600 درجة مئوية:

4HBr + O 2 \ u003d 2H 2 O + 2Br 2.

وفقًا لمعادلة التفاعل ، يجب أن تصطدم خمسة جزيئات في نفس الوقت. ومع ذلك ، فإن احتمال حدوث مثل هذا الحدث هو عمليا صفر. علاوة على ذلك ، أظهرت الدراسات التجريبية أن زيادة التركيز - سواء أكان الأكسجين أو بروميد الهيدروجين - يزيد من معدل التفاعل بنفس عدد المرات. وهذا على الرغم من حقيقة أنه يتم استهلاك أربعة جزيئات من بروميد الهيدروجين لكل جزيء من الأكسجين.

يظهر الفحص التفصيلي لهذه العملية أنها تتم على عدة مراحل:

1) HBr + O 2 = HOOVr (رد فعل بطيء) ؛

2) HOOVr + HBr = 2NOVr (رد فعل سريع) ؛

3) NOVr + HBr = H 2 O + Br 2 (تفاعل سريع).

ردود الفعل هذه ، ما يسمى ب ردود الفعل الأولية، يعكس آلية التفاعلأكسدة بروميد الهيدروجين بالأكسجين. من المهم ملاحظة أن جزيئين فقط متورطان في كل تفاعل من التفاعلات الوسيطة. بجمع المعادلتين الأوليين ومرتين المعادلة الثالثة معادلة موجزةتفاعلات. يتم تحديد معدل التفاعل الكلي من خلال أبطأ تفاعل وسيط ، حيث يتفاعل جزيء واحد من بروميد الهيدروجين وجزيء واحد من الأكسجين.

معدل التفاعلات الأولية يتناسب طرديا مع ناتج التركيزات المولية مع (معهي كمية المادة لكل وحدة حجم ، مع = /الخامس) الكواشف المأخوذة بقدرات مساوية لمعاملاتها المتكافئة ( قانون العمل الجماهيريلمعدل التفاعل الكيميائي). هذا صحيح فقط بالنسبة لمعادلات التفاعل التي تعكس آليات حقيقية العمليات الكيميائيةعندما تتوافق معاملات القياس المتكافئ أمام صيغ الكواشف مع عدد الجسيمات المتفاعلة.

وفقًا لعدد الجزيئات التي تتفاعل في التفاعل ، تتميز التفاعلات بأنها أحادية الجزيء وثنائية الجزيء وثلاثي الجزيئية. على سبيل المثال ، تفكك اليود الجزيئي إلى ذرات: أنا 2 \ u003d 2I - تفاعل أحادي الجزيء.

تفاعل اليود مع الهيدروجين: I 2 + H 2 \ u003d 2HI - تفاعل ثنائي الجزيء. تمت كتابة قانون العمل الجماعي للتفاعلات الكيميائية ذات الجزيئات المختلفة بطرق مختلفة.

التفاعلات الجزيئية:

أ = ب + ج ،

= كيه سيأ ،

أين كهو ثابت معدل التفاعل.

التفاعلات ثنائية الجزيئات:

= كيه سيأ جفي.

تفاعلات جزيئية:

= كيه سي 2 أ جفي.

طاقة التفعيل

اشتباك الجسيمات الكيميائيةيؤدي إلى تفاعل كيميائي فقط إذا كانت للجسيمات المتصادمة طاقة تتجاوز قيمة معينة معينة. ضع في اعتبارك تفاعل المواد الغازية المكونة من الجزيئات A 2 و B 2:

أ 2 + ب 2 \ u003d 2AB.

في سياق التفاعل الكيميائي ، يحدث إعادة ترتيب الذرات ، مصحوبًا بالكسر روابط كيميائيةفي مواد البدء وتشكيل الروابط في نواتج التفاعل. عندما تتفاعل جزيئات تتصادم ، ما يسمى ب المنشط المركب، حيث يتم إعادة توزيع كثافة الإلكترون ، وعندها فقط يتم الحصول على ناتج التفاعل النهائي:

تسمى الطاقة اللازمة لانتقال المواد إلى حالة المركب المنشط طاقة التفعيل.

نشاط مواد كيميائيةيتجلى في طاقة التنشيط المنخفضة للتفاعلات بمشاركتها. كلما انخفضت طاقة التنشيط ، زاد معدل التفاعل. على سبيل المثال ، في التفاعلات بين الكاتيونات والأنيونات ، تكون طاقة التنشيط منخفضة جدًا ، لذلك تستمر هذه التفاعلات على الفور تقريبًا. إذا كانت طاقة التنشيط عالية ، فإن جزءًا صغيرًا جدًا من الاصطدامات يؤدي إلى تكوين مواد جديدة. وبالتالي ، فإن معدل التفاعل بين الهيدروجين والأكسجين عند درجة حرارة الغرفة يساوي صفرًا تقريبًا.

لذلك ، يتأثر معدل التفاعل بـ طبيعة المتفاعلات. تأمل ، على سبيل المثال ، تفاعلات المعادن مع الأحماض. إذا وضعنا قطعًا متطابقة من النحاس والزنك والمغنيسيوم والحديد في أنابيب اختبار مع حمض الكبريتيك المخفف ، يمكننا أن نرى أن شدة إطلاق فقاعات غاز الهيدروجين ، التي تميز معدل التفاعل ، تختلف اختلافًا كبيرًا بالنسبة لهذه المعادن. في أنبوب اختبار يحتوي على المغنيسيوم ، لوحظ تطور سريع للهيدروجين ، وفي أنبوب اختبار يحتوي على الزنك ، يتم إطلاق فقاعات غاز أكثر هدوءًا إلى حد ما. يستمر التفاعل بشكل أبطأ في أنبوب اختبار بالحديد (الشكل). لا يتفاعل النحاس على الإطلاق مع حمض الكبريتيك المخفف. وبالتالي ، فإن معدل التفاعل يعتمد على نشاط المعدن.

عند استبدال حامض الكبريتيك (حمض قوي) بالأسيتيك ( حمض ضعيف) يتباطأ معدل التفاعل بشكل ملحوظ في جميع الحالات. يمكن أن نستنتج أن طبيعة كل من المتفاعلات ، المعدن والحمض ، تؤثر على معدل تفاعل المعدن مع الحمض.

رفع درجة الحرارةيؤدي إلى زيادة الطاقة الحركية للجسيمات الكيميائية ، أي يزيد من عدد الجسيمات التي تحتوي على طاقة أعلى من طاقة التنشيط. مع ارتفاع درجة الحرارة ، يزداد أيضًا عدد تصادمات الجسيمات ، مما يزيد من معدل التفاعل إلى حد ما. ومع ذلك ، فإن زيادة كفاءة الاصطدامات عن طريق زيادة الطاقة الحركية لها تأثير أكبر على معدل التفاعل من زيادة عدد الاصطدامات.

عندما ترتفع درجة الحرارة بمقدار عشر درجات ، تزداد السرعة بعامل يساوي معامل درجة الحرارة للسرعة:

= تي+10 /تي .

عندما ترتفع درجة الحرارة من تيقبل تي"
نسبة معدل التفاعل تي" و تييساوي
معامل درجة الحرارة للسرعة في الطاقة ( تي" – تي)/10:

تي" /تي = (تي"–تي)/10.

بالنسبة للعديد من التفاعلات المتجانسة ، يكون معامل درجة الحرارة للمعدل 24 (قاعدة فان هوف). يمكن تتبع اعتماد معدل التفاعل على درجة الحرارة من خلال مثال تفاعل أكسيد النحاس (II) مع حمض الكبريتيك المخفف. في درجة حرارة الغرفة ، يستمر التفاعل ببطء شديد. عند تسخينه ، يتحول خليط التفاعل سريعًا إلى اللون الأزرق بسبب تكوين كبريتات النحاس (II):

CuO + H 2 SO 4 \ u003d CuSO 4 + H 2 O.

المحفزات والمثبطات

يمكن تسريع العديد من التفاعلات أو إبطائها عن طريق إدخال مواد معينة. لا تشارك المواد المضافة في التفاعل ولا يتم استهلاكها أثناء مسارها ، ولكن لها تأثير كبير على معدل التفاعل. تعمل هذه المواد على تغيير آلية التفاعل (بما في ذلك تكوين المركب النشط) وتقليل طاقة التنشيط ، مما يضمن تسريع التفاعلات الكيميائية. المواد التي تسرع ردود الفعل تسمى المحفزات، وظاهرة مثل هذا التسارع في رد الفعل - الحفز.

العديد من ردود الفعل تسير ببطء شديد أو لا تسير على الإطلاق في غياب المحفزات. أحد هذه التفاعلات هو تحلل بيروكسيد الهيدروجين:

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

إذا كان مغمورًا في إناء به محلول مائيبيروكسيد الهيدروجين قطعة من ثاني أكسيد المنغنيز الصلب ، ثم يبدأ إطلاق سريع للأكسجين. بعد إزالة ثاني أكسيد المنغنيز ، يتوقف التفاعل عمليا. من خلال الوزن ، من السهل التحقق من عدم استهلاك ثاني أكسيد المنجنيز في هذه العملية - فهو يحفز التفاعل فقط.

اعتمادا على ما إذا كان هو نفسه أو مختلف حالات التجميعيوجد محفز ومتفاعلات ، يميز بين الحفز المتجانس وغير المتجانس.

في الحفز المتجانس ، يمكن للمحفز تسريع التفاعل عن طريق تكوين مواد وسيطة من خلال التفاعل مع أحد المواد المتفاعلة البادئة. فمثلا:

في التحفيز غير المتجانس ، يحدث التفاعل الكيميائي عادةً على سطح المحفز:

المحفزات موزعة على نطاق واسع في الطبيعة. تتم تقريبًا جميع تحولات المواد في الكائنات الحية بمشاركة المحفزات العضوية - الإنزيمات.

تستخدم المحفزات في الإنتاج الكيميائي لتسريع عمليات معينة. بالإضافة إلى ذلك ، يتم أيضًا استخدام المواد التي تبطئ التفاعلات الكيميائية ، - مثبطات. بمساعدة المثبطات ، على وجه الخصوص ، فهي تحمي المعادن من التآكل.

العوامل المؤثرة في معدل التفاعل الكيميائي

زيادة السرعة	خفف السرعة
وجود الكواشف النشطة كيميائيا	وجود الكواشف غير النشطة كيميائيا
زيادة تركيز الكواشف	تقليل تركيز الكواشف
زيادة سطح الكواشف الصلبة والسائلة	تقليل سطح الكواشف الصلبة والسائلة
ارتفاع درجة الحرارة	انخفاض درجة الحرارة
وجود محفز	وجود مثبط

مهام

1. حدد معدل التفاعل الكيميائي. اكتب تعبيرا القانون الحركيالجماهير المؤثرة للتفاعلات التالية:

أ) 2C (تلفزيون) + O 2 (g.) \ u003d 2CO (g.) ؛

ب) 2НI (g.) \ u003d H 2 (g.) + I 2 (g.).

2. ما الذي يحدد معدل التفاعل الكيميائي؟ أعط تعبيرًا رياضيًا لاعتماد معدل التفاعل الكيميائي على درجة الحرارة.

3. وضح كيف يؤثر على معدل التفاعل (بالحجم الثابت):

أ) زيادة تركيز الكواشف ؛

ب) طحن كاشف صلب ؛
ج) خفض درجة الحرارة.
د) إدخال عامل حفاز.
ه) انخفاض في تركيز الكواشف.
هـ) زيادة درجة الحرارة.
ز) إدخال مثبط ؛
ح) انخفاض في تركيز المنتجات.

4. احسب معدل التفاعل الكيميائي

أول أكسيد الكربون (ز) + H 2 O (g) \ u003d CO 2 (g) + H 2 (g)

في وعاء بسعة 1 لتر ، إذا كانت كمية مادة الهيدروجين 0.32 مول بعد دقيقة واحدة و 30 ثانية بعد أن بدأت ، وبعد دقيقتين و 10 ثوانٍ أصبحت 0.44 مول. كيف ستؤثر زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون على معدل التفاعل؟

5. نتيجة لتفاعل واحد ، تم تكوين 6.4 جم من يوديد الهيدروجين خلال فترة زمنية معينة ، وفي تفاعل آخر تحت نفس الظروف ، تم تكوين 6.4 جم من ثاني أكسيد الكبريت. قارن معدلات هذه التفاعلات. كيف ستتغير معدلات هذه التفاعلات مع زيادة درجة الحرارة؟

6. حدد معدل التفاعل

CO (g) + Cl 2 (g.) \ u003d COCl 2 (g.) ،

إذا كان بعد 20 ثانية من بدء التفاعل ، تنخفض الكمية الأولية لمادة أول أكسيد الكربون (II) من 6 مول بمقدار 3 مرات (حجم المفاعل 100 لتر). كيف سيتغير معدل التفاعل إذا تم استخدام البروم الأقل نشاطًا بدلاً من الكلور؟ كيف سيتغير معدل التفاعل مع المقدمة
أ) محفز ب) مثبط؟

7. في هذه الحالة هو رد الفعل

CaO (تلفزيون) + CO 2 (g.) \ u003d CaCO 3 (تلفزيون)

يعمل بشكل أسرع: عند استخدام قطع كبيرة أو مسحوق أكسيد الكالسيوم؟ احسب:
أ) كمية المادة ؛ ب) كتلة كربونات الكالسيوم المتكونة في 10 ثوانٍ ، إذا كان معدل التفاعل 0.1 مول / (لتر) ، فإن حجم المفاعل هو 1 لتر.

8. يتيح لك تفاعل عينة من المغنيسيوم مع حمض الهيدروكلوريك حمض الهيدروكلوريك الحصول على 0.02 مول من كلوريد المغنيسيوم بعد 30 ثانية من بدء التفاعل. حدد المدة التي تستغرقها للحصول على 0.06 مول من كلوريد المغنيسيوم.

هـ) من 70 إلى 40 درجة مئوية ، انخفض معدل التفاعل بمقدار 8 مرات ؛
ز) من 60 إلى 40 درجة مئوية ، انخفض معدل التفاعل بمقدار 6.25 مرة ؛
ح) من 40 إلى 10 درجة مئوية ، انخفض معدل التفاعل بمقدار 27 مرة.

11. رسمها صاحب السيارة طلاء جديد، ثم وجد أنه وفقًا للتعليمات يجب أن يجف لمدة 3 ساعات عند 105 درجة مئوية. إلى متى يجف الطلاء عند 25 درجة مئوية إذا معامل درجة الحرارةتفاعل البلمرة الكامن وراء هذه العملية هو: أ) 2 ؛ ب) 3 ؛ في 4؟

الإجابات على المهام

1. أ) = كيه سي(س 2) ؛ ب) = كيه سي(مرحبا) 2.

2. تي+10 = تي .

3. يزداد معدل التفاعل في الحالات أ ، ب ، د ، و ؛ النقصان - ج ، هـ ، ز ؛ لم يتغير -

4. 0.003 مول / (لتر). مع زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون ، يزداد معدل التفاعل.

5. معدل التفاعل الأول أقل مرتين.

6. 0.002 مول / (لتر).

7. أ) 1 مول ؛ ب) 100 جم.

9. معدلات التفاعلات e، g، h ستزداد بمقدار ضعفين؛ 4 مرات - أ ، ب ، هـ ؛ 8 مرات في المدينة.

10. معامل درجة الحرارة:

2 للتفاعلات ب ، و ؛ = 2.5 - ج ، ز ؛ = 3 - هـ ، ح ؛ = 3.5 - أ ، د.

أ) 768 ساعة (32 يومًا ، أي أكثر من شهر واحد) ؛
ب) 683 19 ساعة (820 يومًا ، أي أكثر من سنتين) ؛
ج) 196608 ساعة (8192 يوم ، أي 22 سنة).

الكيمياء الفيزيائية: ملاحظات المحاضرة Berezovchuk A V

2. العوامل المؤثرة في معدل التفاعل الكيميائي

للتفاعلات المتجانسة وغير المتجانسة:

1) تركيز المواد المتفاعلة ؛

2) درجة الحرارة.

3) محفز.

4) مثبط.

فقط لغير المتجانسين:

1) معدل توريد المواد المتفاعلة للواجهة ؛

2) مساحة السطح.

العامل الرئيسي - طبيعة المواد المتفاعلة - طبيعة الرابطة بين الذرات في جزيئات الكواشف.

NO 2 - أكسيد النيتريك (IV) - ذيل الثعلب ، CO - أول أكسيد الكربون ، أول أكسيد الكربون.

في حالة تأكسدها بالأكسجين ، في الحالة الأولى سيبدأ التفاعل على الفور ، يجدر فتح سدادة الوعاء ، وفي الحالة الثانية يتم تمديد التفاعل في الوقت المناسب.

سيتم مناقشة تركيز المواد المتفاعلة أدناه.

يشير البريق الأزرق إلى لحظة هطول الكبريت ، فكلما زاد التركيز ، زاد المعدل.

أرز. عشرة

كلما زاد تركيز Na 2 S 2 O 3 ، قل الوقت الذي يستغرقه التفاعل. يظهر الرسم البياني (الشكل 10) مباشرة الاعتماد النسبي. يتم التعبير عن الاعتماد الكمي لمعدل التفاعل على تركيز المواد المتفاعلة بواسطة MMA (قانون التأثير الجماعي) ، والذي ينص على أن: معدل التفاعل الكيميائي يتناسب طرديًا مع ناتج تركيزات المواد المتفاعلة.

لذا، القانون الأساسي للخواص الحركيةهو قانون تم إنشاؤه تجريبيًا: معدل التفاعل يتناسب مع تركيز المواد المتفاعلة ، مثال: (أي للتفاعل)

بالنسبة لهذا التفاعل H 2 + J 2 = 2HJ - يمكن التعبير عن المعدل من حيث التغير في تركيز أي من المواد. إذا استمر التفاعل من اليسار إلى اليمين ، فإن تركيز H 2 و J 2 سينخفض ، سيزداد تركيز HJ في سياق التفاعل. إلى عن على سرعة لحظيةيمكن كتابة ردود الفعل على النحو التالي:

الأقواس المربعة تشير إلى التركيز.

المعنى المادي ك-الجزيئات في حركة مستمرة ، تصطدم ، مبعثرة ، تضرب جدران الوعاء. من أجل حدوث تفاعل كيميائي لتكوين HJ ، يجب أن تتصادم جزيئات H 2 و J 2. سيكون عدد مثل هذه التصادمات أكبر ، وكلما زاد عدد جزيئات H 2 و J 2 في الحجم ، أي كلما زادت قيم [2] و. لكن الجزيئات تتحرك بسرعات مختلفة ، والإجمالي الطاقة الحركيةسيكون جزيئين متصادمين مختلفين. إذا تصادمت أسرع جزيئات H 2 و J 2 ، فقد تكون طاقتها عالية جدًا بحيث تتفكك الجزيئات إلى ذرات اليود والهيدروجين ، والتي تتباعد ثم تتفاعل مع جزيئات H 2 + J 2 الأخرى ? 2H + 2J ، ثم H + J 2 ? HJ + J. إذا كانت طاقة الجزيئات المتصادمة أقل ، لكنها عالية بما يكفي لإضعاف روابط H - H و J - J ، فسيحدث تفاعل تكوين اليود الهيدروجين:

بالنسبة لغالبية الجزيئات المتصادمة ، تكون الطاقة أقل من اللازم لإضعاف الروابط في H 2 و J 2. تتصادم هذه الجزيئات "بهدوء" وتتشتت أيضًا "بهدوء" ، وتبقى كما كانت ، H 2 و J 2. وبالتالي ، ليس كل الاصطدامات ، بل جزء منها فقط ، يؤدي إلى تفاعل كيميائي. يُظهر معامل التناسب (ك) عدد الاصطدامات الفعالة التي تؤدي إلى التفاعل عند التركيزات [H 2] = 1 مول. قيمة ك-سرعة ثابتة. كيف يمكن أن تكون السرعة ثابتة؟ نعم ، زي السرعة الحركة المستقيمةتسمى كمية متجه ثابتة تساوي نسبة إزاحة الجسم لأي فترة زمنية إلى قيمة هذه الفترة. لكن الجزيئات تتحرك بشكل عشوائي ، فكيف يمكن ثبات السرعة؟ ولكن سرعة ثابتةيمكن أن يكون فقط في درجة حرارة ثابتة. مع ارتفاع درجة الحرارة ، تزداد نسبة الجزيئات السريعة التي تؤدي تصادماتها إلى تفاعل ، أي يزداد معدل ثابت. لكن الزيادة في ثابت المعدل ليست غير محدودة. عند درجة حرارة معينة ، ستصبح طاقة الجزيئات كبيرة جدًا بحيث تكون جميع تصادمات المواد المتفاعلة فعالة. عندما يصطدم جزيئان سريعان ، سيحدث رد فعل عكسي.

ستأتي لحظة عندما تكون معدلات تكوين 2HJ من H 2 و J 2 والتحلل متساوية ، لكن هذا بالفعل التوازن الكيميائي. يمكن تتبع اعتماد معدل التفاعل على تركيز المواد المتفاعلة باستخدام التفاعل التقليدي لتفاعل محلول ثيوسلفات الصوديوم مع محلول حمض الكبريتيك.

Na 2 S 2 O 3 + H 2 SO 4 \ u003d Na 2 SO 4 + H 2 S 2 O 3، (1)

H 2 S 2 O 3 \ u003d S؟ + H 2 O + SO 2 ؟. (2)

التفاعل (1) يستمر على الفور تقريبًا. معدل التفاعل (2) يعتمد عند درجة حرارة ثابتة على تركيز المادة المتفاعلة H 2 S 2 O 3. هذا هو رد الفعل الذي لاحظناه - في هذه الحالة ، يتم قياس المعدل بالوقت من بداية صب المحاليل إلى ظهور البريق. في المقالة لام كوزنتسوفا يوصف تفاعل تفاعل ثيوسلفات الصوديوم مع حمض الهيدروكلوريك. تكتب أنه عندما يتم تجفيف المحاليل ، يحدث البريق (التعكر). لكن هذه العبارة من L.M Kuznetsova خاطئة ، لأن البريق والتعتيم أمران مختلفان. بريق (من العقيق واللاتينية اسنتيا- لاحقة تعني عمل ضعيف) - تشتت الضوء بوسائط عكرة بسبب عدم تجانسها البصري. تشتت الضوء- انحراف أشعة الضوء المنتشرة في الوسط في جميع الاتجاهات عن الاتجاه الأصلي. الجسيمات الغروانيةقادرون على تشتيت الضوء (تأثير تيندال فاراداي) - وهذا ما يفسر البريق ، والتعكر الطفيف للمحلول الغرواني. عند إجراء هذه التجربة ، من الضروري مراعاة البريق الأزرق ، ثم تخثر التعليق الغرواني للكبريت. يتم ملاحظة نفس كثافة التعليق من خلال الاختفاء الواضح لأي نمط (على سبيل المثال ، شبكة في أسفل الكوب) ، يتم ملاحظتها من الأعلى من خلال طبقة المحلول. يتم احتساب الوقت بساعة توقيت من لحظة الاستنزاف.

المحاليل Na 2 S 2 O 3 x 5H 2 O و H 2 SO 4.

يتم تحضير الأول عن طريق إذابة 7.5 جم من الملح في 100 مل من H 2 O ، والذي يتوافق مع تركيز 0.3 M. لتحضير محلول من H 2 SO 4 من نفس التركيز ، من الضروري قياس 1.8 مل من H 2 SO 4 (k) ، ? = = 1.84 جم / سم 3 وحلها في 120 مل من H 2 O. صب المحلول المحضر من Na 2 S 2 O 3 في ثلاثة أكواب: في الأول - 60 مل ، في الثانية - 30 مل ، في الثالثة - 10 مل. أضف 30 مل من H 2 O المقطر إلى الزجاج الثاني ، و 50 مل إلى الزجاج الثالث. وهكذا ، في جميع الأكواب الثلاثة سيكون هناك 60 مل من السائل ، ولكن في الأول يكون تركيز الملح مشروطًا = 1 ، في الثانية - ½ ، وفي الثالث - 1/6. بعد تحضير المحاليل ، صب 60 مل من محلول H 2 SO 4 في الزجاج الأول بمحلول ملح وقم بتشغيل ساعة الإيقاف ، وما إلى ذلك. مع الأخذ في الاعتبار أن معدل التفاعل ينخفض مع تخفيف محلول Na 2 S 2 O 3 ، فإنه يمكن تحديدها كقيمة تتناسب عكسيا مع الوقت ت =واحد/؟ وبناء رسم بياني عن طريق رسم التركيز على الإحداثي ومعدل التفاعل على الإحداثي. من هذا الاستنتاج - معدل التفاعل يعتمد على تركيز المواد. يتم سرد البيانات التي تم الحصول عليها في الجدول 3. يمكن إجراء هذه التجربة باستخدام السحابات ، ولكن هذا يتطلب المؤدي ممارسة رائعةلأن الجدول الزمني خاطئ.

الجدول 3

السرعة ووقت رد الفعل

تم تأكيد قانون Guldberg-Waage - أستاذ الكيمياء Gulderg والعالم الشاب Waage).

انصح العامل التالي- درجة الحرارة.

مع زيادة درجة الحرارة ، يزداد معدل معظم التفاعلات الكيميائية. يتم وصف هذا الاعتماد من خلال قاعدة فانت هوف: "عندما ترتفع درجة الحرارة لكل 10 درجات مئوية ، يزداد معدل التفاعلات الكيميائية بمقدار 2-4 مرات."

أين ? – معامل درجة الحرارة ، يوضح عدد مرات زيادة معدل التفاعل مع زيادة درجة الحرارة بمقدار 10 درجة مئوية ؛

الخامس 1- معدل التفاعل عند درجة الحرارة ر 1 ؛

الخامس 2 -معدل التفاعل عند درجة الحرارة T2.

على سبيل المثال ، التفاعل عند 50 درجة مئوية يستمر في دقيقتين ، وكم من الوقت ستنتهي العملية عند 70 درجة مئوية إذا كان معامل درجة الحرارة ? = 2?

ر 1 = 120 ثانية = 2 دقيقة ؛ ر 1 = 50 درجة مئوية ؛ ر 2 = 70 درجة مئوية.

حتى الزيادة الطفيفة في درجة الحرارة تؤدي إلى زيادة حادة في معدل تفاعل التصادمات الجزيئية النشطة. وفقًا لنظرية التنشيط ، فإن هذه الجزيئات فقط هي التي تشارك في العملية ، والتي تكون طاقتها أكبر من متوسط طاقة الجزيئات بمقدار معين. هذه الطاقة الزائدة هي طاقة التنشيط. معناها المادي هو الطاقة اللازمة للتصادم النشط للجزيئات (إعادة ترتيب المدارات). يزداد عدد الجسيمات النشطة ، وبالتالي معدل التفاعل ، مع زيادة درجة الحرارة وفقًا لقانون أسي ، وفقًا لمعادلة أرهينيوس ، والتي تعكس اعتماد معدل ثابت على درجة الحرارة

أين لكن -عامل تناسب أرينيوس ؛

ك-ثابت بولتزمان

هـ أ -طاقة التفعيل؛

ص-ثابت الغاز؛

T-درجة الحرارة.

المحفز هو مادة تزيد من سرعة التفاعل ولكنها لا تُستهلك في حد ذاتها.

الحفز- ظاهرة التغير في معدل التفاعل في وجود محفز. يميز بين الحفز المتجانس وغير المتجانس. متجانس- إذا كانت المواد المتفاعلة والمحفز في نفس حالة التجميع. غير متجانسة- إذا كانت المواد المتفاعلة والمحفز في حالات تجميع مختلفة. حول الحفز انظر بشكل منفصل (مزيد).

المانعمادة تعمل على إبطاء معدل التفاعل.

العامل التالي هو مساحة السطح. كلما زاد حجم سطح المادة المتفاعلة ، زادت السرعة. ضع في اعتبارك ، على سبيل المثال ، تأثير درجة التشتت على معدل التفاعل.

كربونات الكالسيوم 3 - الرخام. نقوم بخفض الرخام المبلط إلى حامض الهيدروكلوريك HCl ، انتظر خمس دقائق ، وسوف يذوب تمامًا.

مسحوق الرخام - سنفعل نفس الإجراء به ، يذوب في ثلاثين ثانية.

المعادلة لكلتا العمليتين هي نفسها.

CaCO 3 (tv) + HCl (g) \ u003d CaCl 2 (tv) + H 2 O (l) + CO 2 (g)؟.

لذلك ، عند إضافة مسحوق الرخام ، يكون الوقت أقل من إضافة رخام البلاط ، بنفس الكتلة.

مع زيادة الواجهة بين المراحل ، يزداد معدل التفاعلات غير المتجانسة.

من كتاب الكيمياء الفيزيائية: ملاحظات المحاضرة المؤلف Berezovchuk A V

2. معادلة متساوية الحرارة للتفاعل الكيميائي إذا استمر التفاعل بشكل عكسي ، إذن؟ G = 0. 0 ويمكنك حساب التغيير؟ أين؟ - تشغيل التفاعل - قيمة توضح عدد الشامات التي تغيرت أثناء التفاعل. سي إن - يميز

من الكتاب أحدث كتابحقائق. المجلد 3 [الفيزياء والكيمياء والتكنولوجيا. التاريخ وعلم الآثار. متفرقات] مؤلف كوندراشوف أناتولي بافلوفيتش

3. معادلات isochore ، isobar من تفاعل كيميائي اعتماد K على درجة الحرارة معادلة isobar: معادلة isochore: فهي تحدد اتجاه التدفق

من كتاب نيوترينو - الجسيم الشبحي للذرة المؤلف اسيموف اسحق

1. مفهوم الخواص الحركية الكيميائية هو علم معدلات التفاعلات الكيميائية. معدل التفاعل الكيميائي هو عدد الأفعال الأولية للتفاعل الكيميائي الذي يحدث لكل وحدة زمنية لكل وحدة حجم (متجانسة) أو لكل وحدة سطح

من الكتاب الطاقه الذريهلأغراض عسكرية مؤلف سميث هنري ديولف

8. العوامل المؤثرة على الجهد الزائد للهيدروجين. عوامل الجهد الزائد للأكسجين التي تؤثر على H2: 1) التيار (الكثافة الحالية). يتم وصف الاعتماد على كثافة التيار بواسطة معادلة تافل ؛ 2) طبيعة مادة الكاثود هي سلسلة بترتيب تصاعدي؟ ،؟ - الجهد الزائد. في معادلة تافل

من كتاب تاريخ الفيزياء بالطبع مؤلف ستيبانوفيتش كودريافتسيف بافل

من كتاب ما هي نظرية النسبية مؤلف لانداو ليف دافيدوفيتش

التفاعلات النوويةو الشحنة الكهربائيةعندما بدأ الفيزيائيون في فهم بنية الذرة بشكل أكثر وضوحًا في التسعينيات ، اكتشفوا أن بعض أجزائها على الأقل تحمل شحنة كهربائية. على سبيل المثال ، الإلكترونات تملأ المناطق الخارجيةذرة،

من كتاب الفيزياء في كل خطوة مؤلف بيرلمان ياكوف إيزيدوروفيتش

التفاعلات النووية طرق التفجير النووي 1.40. أنتج كل من Cockcroft و Walton بروتونات ذات طاقة عالية بما فيه الكفاية عن طريق تأين غاز الهيدروجين ثم تسريع الأيونات بمحطة جهد عالي مع محول ومقوم. طريقة مماثلة يمكن

من كتاب 50 عاما من الفيزياء السوفيتية مؤلف ليشكوفتسيف فلاديمير الكسيفيتش

مشكلة التفاعل المتسلسل 2.3. مبدأ التشغيل قنابل ذريةأو محطة توليد الكهرباءاستخدام انشطار اليورانيوم بسيط للغاية. إذا تسبب نيوترون واحد في انشطار ، مما أدى إلى إطلاق عدة نيوترونات جديدة ، فإن عدد الانشطار يمكن أن يكون سريعًا للغاية

من كتاب العقل الجديد للملك [حول الكمبيوتر والتفكير وقوانين الفيزياء] المؤلف بنروز روجر

منتجات التفاعل ومشكلة الفصل 8.16. في مصنع هانفورد ، تنقسم عملية إنتاج البلوتونيوم إلى قسمين رئيسيين: الإنتاج الفعلي له في المرجل وفصله عن كتل اليورانيوم التي يتكون فيها. دعنا ننتقل إلى الجزء الثاني من العملية.

من الكتاب الذي سقطت عليه التفاحة مؤلف كيسلمان فلاديمير صامويلوفيتش

العوامل التي تؤثر على فصل النظائر 9.2. بحكم التعريف ، تختلف نظائر عنصر ما في كتلتها ، ولكن ليس كذلك الخواص الكيميائية. بتعبير أدق ، على الرغم من اختلاف كتل نوى النظائر وهيكلها ، فإن شحنات النوى هي نفسها ، وبالتالي الخارجية قذائف الإلكترون

من كتاب المؤلف

تطبيق تفاعل تسلسليالانشطار النووي نشأت الآن مسألة التفاعل المتسلسل للانشطار وإمكانية الحصول على الطاقة المتفجرة المدمرة للانشطار بكل قوتها. كان هذا السؤال متشابكًا بشكل قاتل مع اندلاع الحرب العالمية ألمانيا النازية 1 سبتمبر

من كتاب المؤلف

والسرعة نسبي! من مبدأ النسبية للحركة يتبع ما نتحدث عنه مستقيمة و حركة موحدةلجسم بسرعة معينة ، دون تحديد أي من المعامل في حالة السكون التي يتم قياس السرعة ، لا معنى للقول

من كتاب المؤلف

سرعة الصوت هل سبق لك أن شاهدت حطابًا يقطع شجرة من مسافة بعيدة؟ أو ربما شاهدت نجارًا يعمل عن بعد ، يطرق في الأظافر؟ ربما لاحظت جدا شيء غريب: لا تعطى الضربة عندما يضرب الفأس شجرة أو

من كتاب المؤلف

التفاعلات الحرارية التي يتم التحكم فيها تحدث تفاعلات نووية حرارية غير منضبطة أثناء الانفجارات قنابل هيدروجينية. إنها تؤدي إلى إطلاق كمية هائلة من الطاقة النووية ، مصحوبة بانفجار شديد التدمير. الآن مهمة العلماء هي إيجاد طرق

من كتاب المؤلف

في متاهات الانشطار عام 1938 ، قام العالمان الألمان أوتو هان وفريتز ستراسمان (1902-1980) باكتشاف مذهل. ووجدوا أن قصف اليورانيوم بالنيوترونات ينتج أحيانًا نوى تبلغ ضعف نواة اليورانيوم الأصلية. إضافي

الطرق الكيميائية

الطرق الفيزيائية

طرق قياس معدل التفاعل

في المثال أعلاه ، تم قياس معدل التفاعل بين كربونات الكالسيوم والحمض من خلال دراسة حجم الغاز المتطور كدالة للوقت. يمكن الحصول على البيانات التجريبية حول معدلات التفاعل عن طريق قياس الكميات الأخرى.

إذا تغير رد الفعل المجموعالمواد الغازية ، ثم يمكن ملاحظة تدفقها عن طريق قياس ضغط الغاز عند حجم ثابت. في الحالات التي تكون فيها إحدى مواد البداية أو إحدى نواتج التفاعل ملونة ، يمكن مراقبة تقدم التفاعل من خلال ملاحظة التغير في لون المحلول. آخر طريقة بصريةهو قياس دوران مستوى استقطاب الضوء (إذا كانت المواد الأولية ومنتجات التفاعل لها قدرات دوران مختلفة).

بعض ردود الفعل مصحوبة بتغيير في عدد الأيونات في المحلول. في مثل هذه الحالات ، يمكن دراسة معدل التفاعل عن طريق القياس التوصيل الكهربائيالمحلول. في الفصل التاليبعض الآخر الطرق الكهروكيميائية، والتي يمكن استخدامها لقياس معدلات التفاعل.

يمكن مراقبة تقدم التفاعل عن طريق قياس تركيز أحد المشاركين في التفاعل بمرور الوقت باستخدام مجموعة متنوعة من الطرق. تحليل كيميائي. يتم إجراء التفاعل في وعاء منظم للحرارة. في فترات زمنية معينة ، يتم أخذ عينة من المحلول (أو الغاز) من الوعاء ويتم تحديد تركيز أحد المكونات. للحصول على نتائج موثوقة ، من المهم عدم حدوث أي تفاعل في العينة المأخوذة للتحليل. يتم تحقيق ذلك عن طريق الارتباط الكيميائي لأحد الكواشف أو التبريد السريع أو التخفيف من المحلول.

دراسات تجريبيةتبين أن معدل التفاعل يعتمد على عدة عوامل. دعونا أولاً ننظر في تأثير هذه العوامل على المستوى النوعي.

1.طبيعة المتفاعلات.من الممارسة المعملية ، نعلم أن معادلة الحمض بواسطة قاعدة

H + + OH - ® H 2 O

تفاعل الأملاح مع تكوين مركب قليل الذوبان

Ag + + Cl - ® AgCl

والتفاعلات الأخرى في المحاليل المنحل بالكهرباء تحدث بسرعة كبيرة. يتم قياس الوقت اللازم لإكمال مثل هذه التفاعلات بالميلي ثانية وحتى بالميكرو ثانية. هذا أمر مفهوم تمامًا ، لأن جوهر هذه التفاعلات هو النهج والجمع بين الجسيمات المشحونة مع شحنات العلامة المعاكسة.

في المقابل التفاعلات الأيونيةالتفاعل بين التساهم جزيئات مرتبطةعادة ما تتم بشكل أبطأ بكثير. في الواقع ، أثناء التفاعل بين هذه الجسيمات ، يجب أن تنكسر الروابط الموجودة في جزيئات المواد الأولية. للقيام بذلك ، يجب أن تحتوي الجزيئات المتصادمة على قدر معين من الطاقة. بالإضافة إلى ذلك ، إذا كانت الجزيئات معقدة بدرجة كافية ، من أجل حدوث تفاعل بينها ، يجب أن تكون موجهة في الفضاء بطريقة معينة.

2. تركيز المادة المتفاعلة. معدل التفاعل الكيميائي مع الآخرين شروط متساوية، يعتمد على عدد تصادمات الجسيمات المتفاعلة لكل وحدة زمنية. يعتمد احتمال الاصطدامات على عدد الجسيمات لكل وحدة حجم ، أي من التركيز. لذلك ، يزداد معدل التفاعل مع زيادة التركيز.

3. الحالة الفيزيائيةمواد. في الأنظمة المتجانسة ، يعتمد معدل التفاعل على عدد تصادمات الجسيمات حجم الحل(أو الغاز). في الأنظمة غير المتجانسة تفاعل كيميائييحدث في الواجهة. تسهل زيادة مساحة سطح مادة صلبة أثناء طحنها وصول الجسيمات المتفاعلة إلى جزيئات المادة الصلبة ، مما يؤدي إلى تسارع كبير في التفاعل.

4. درجة الحرارةله تأثير كبير على معدل المواد الكيميائية المختلفة و العمليات البيولوجية. مع زيادة درجة الحرارة ، تزداد الطاقة الحركية للجسيمات ، وبالتالي تزداد نسبة الجسيمات التي تكفي طاقتها للتفاعل الكيميائي.

5. العامل المجسميميز الحاجة إلى التوجه المتبادل للجسيمات المتفاعلة. كلما زادت تعقيد الجزيئات ، قل احتمال اتجاهها الصحيح ، وانخفضت كفاءة الاصطدامات.

6. توافر المحفزات.المحفزات هي مواد تغير معدل التفاعل الكيميائي.يتم إدخالها في نظام التفاعل بكميات صغيرة وتبقى دون تغيير بعد التفاعل ، فهي قادرة على تغيير معدل العملية بشكل كبير.

ستتم مناقشة العوامل الرئيسية التي يعتمد عليها معدل التفاعل بمزيد من التفصيل أدناه.

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.

سرعة متجانسة و ردود فعل غير متجانسةيتم تعريفها بشكل مختلف.

يمكن كتابة تعريف مقياس معدل التفاعل الكيميائي كـ 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 الموليالمواد n B / V = c B ، حيث dn B / V = 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): معدل التفاعل الكيميائي يتناسب طرديًا مع ناتج تراكيز المواد المتفاعلة المرفوعة 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 ثابت معدل تفاعل 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 بحوالي 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 والتفاعل

يتم تحديد جزيئية التفاعل من خلال الحد الأدنى لعدد الجزيئات التي تتفاعل في وقت واحد (المشاركة في الفعل الأولي). يميز:

- التفاعلات أحادية الجزيء (يمكن أن تكون تفاعلات التحلل مثالاً)

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 حسب النموذج المعادلة الحركيةتفاعلات. هو يساوي المجموعمؤشرات درجات التركيز في هذه المعادلة. فمثلا:

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

ممارسه الرياضه

يستمر التفاعل وفقًا للمعادلة 2 أ + ب = 4 ج. التركيز الأولي للمادة أ هو 0.15 مول / لتر ، وبعد 20 ثانية يكون 0.12 مول / لتر. احسب متوسط معدل التفاعل.

المحلول

لنكتب صيغة للحساب متوسط السرعةتفاعل كيميائي: