Kiwango cha mmenyuko wa kemikali katika gesi. Athari ya shinikizo kwenye kiwango cha mmenyuko wa kemikali

Athari ya mkusanyiko kwenye kiwango cha mmenyuko wa kemikali

Utegemezi wa kasi ya mmenyuko kwenye mkusanyiko wa viitikio umeundwa ndani sheria ya hatua ya wingi: “ Katika halijoto isiyobadilika, kiwango cha mmenyuko wa kemikali hulingana moja kwa moja na bidhaa ya viwango vya dutu inayoitikia kwa nguvu sawa na mgawo wao wa stoichiometric.

Kwa mfano: kwa majibu mA + nB → pAB

usemi wa hisabati wa sheria ya hatua ya wingi:

υ = k [A] m ∙ [B] n ( vinginevyo - equation ya kinetic ya majibu),

ambapo [A] na [B] ni viwango vya viitikio A na B; m na n ni coefficients stoichiometric; k ni mgawo wa uwiano unaoitwa kiwango kisichobadilika.

Maana ya kimwili ya kiwango kisichobadilika ni kwamba katika viwango vya viitikio sawa na 1.0 mol/l ([A]=[B] = 1mol/l), kiwango cha mmenyuko wa kemikali ni sawa na kiwango kisichobadilika (υ=k) . Kiwango cha mara kwa mara kinategemea tu asili ya vitu vinavyofanya na juu ya joto, lakini haitegemei mkusanyiko wa vitu.

Uwakilishi wa hisabati wa sheria ya hatua ya wingi kwa mifumo ya homogeneous na heterogeneous ina tofauti fulani. Kwa athari tofauti, equation ya kinetic inajumuisha viwango vya vitu tu ambavyo viko kwenye mfumo katika suluhisho au katika awamu ya gesi. Mkusanyiko wa vitu katika hali imara juu ya uso unabaki mara kwa mara wakati wa majibu, hivyo thamani yake inazingatiwa katika kiwango cha majibu mara kwa mara.

Kwa mfano: kwa majibu ya homogeneous 2H 2 (g) + O 2 (g) = 2H 2 O (g)

usemi wa sheria: υ = k ∙ 2 ∙;

kwa majibu tofauti C (tv) + O 2 (g) = CO 2 (g)

usemi wa sheria υ = k eff ∙,

ambapo: k eff – kiwango kinachofaa mara kwa mara sawa na k ∙ [C TV ]

Kazi

Je, kiwango cha majibu 2H 2 (g) + O 2 (g) = 2H 2 O (g) kitabadilikaje wakati mkusanyiko wa vitu vya kuanzia umeongezeka mara mbili?

Suluhisho

Utegemezi wa kiwango cha majibu kwenye mkusanyiko (kinetic equation) itaandikwa: υ = k ∙ 2 ∙

Ikiwa viwango vya vitu vya kuanzia vinaongezeka kwa mara 2, basi equation ya kinetic ina fomu: υ" = k ∙ 2 ∙, basi υ"/υ = 8 - kiwango cha mmenyuko huu kimeongezeka mara 8.

Utegemezi wa kiwango cha mmenyuko kwenye shinikizo huelezewa na usemi unaofanana na sheria ya hatua ya wingi, ambapo badala ya mkusanyiko wa vitu, shinikizo la sehemu ya gesi inayofanya hutumiwa.

Kwa mfano: kwa majibu 2H 2 (g) + O 2 (g) = 2H 2 O (g), utegemezi wa kiwango cha majibu kwenye shinikizo utaandikwa: υ = k ∙ P H 2 2 ∙ P O 2

Kazi

Kiwango cha majibu kitabadilikaje ikiwa shinikizo la jumla katika mfumo CH 4 (g) + 2O 2 (g) = CO 2 (g) + 2H 2 O (g), ikiwa shinikizo la jumla katika mfumo limepunguzwa kwa mara 5 ?

Suluhisho

Utegemezi wa kiwango cha majibu kwenye shinikizo utaandikwa:

υ = k ∙ P CH 4 ∙ P 2 O 2 . Shinikizo la jumla katika mfumo linapungua, shinikizo la sehemu ya kila gesi litapungua, yaani, υ" = k ∙ P CH 4 /5 ∙ (P O 2 /5) 2. Kisha υ"/υ = 1/ 5∙5 2 =1 /125 - kasi ya majibu ilipungua kwa mara 125

Ili dutu kuguswa, molekuli zao lazima zigongane. Uwezekano wa watu wawili kugongana kwenye barabara yenye shughuli nyingi ni mkubwa zaidi kuliko kwenye barabara isiyo na watu. Sawa na molekuli. Kwa wazi, uwezekano wa molekuli kugongana kwenye takwimu upande wa kushoto ni kubwa zaidi kuliko kulia. Ni sawa na idadi ya molekuli za reagent kwa kiasi cha kitengo, i.e. viwango vya molar ya reagents. Hii inaweza kuonyeshwa kwa kutumia mfano.

Katikati ya karne ya 19. (1865 - N.N. Beketov, 1867 - K. Guldberg, P. Waage) postulate ya msingi ya kinetics ya kemikali, pia inaitwa sheria ya hatua ya wingi :

Nambari n, m katika usemi wa sheria ya hatua ya wingi huitwa maagizo ya majibu kwa vitu vinavyohusika. Hizi ni idadi iliyoamuliwa kwa majaribio. Jumla ya vielelezo n, m kuitwa utaratibu wa majibu ya jumla .

Tafadhali kumbuka kuwa digrii katika viwango A na B kwa ujumla si sawa na mgawo wa stoichiometric kwa majibu! Wanakuwa sawa kiidadi ikiwa tu majibu yanaendelea kama ilivyoandikwa (majibu kama hayo huitwa rahisi au msingi na nadra sana). Katika hali nyingi, equation ya majibu huonyesha tu matokeo ya jumla ya mchakato wa kemikali, na sio utaratibu wake.

Sababu ya uwiano k inaitwa kiwango cha majibu mara kwa mara . Thamani ya kiwango cha majibu mara kwa mara ni ya mara kwa mara kwa majibu fulani kwa joto fulani.

*Sheria ya hatua kwa wingi haijumuishi viwango vya yabisi, kwa sababu majibu na mango hufanyika juu ya uso wao, ambapo "mkusanyiko" wa dutu ni mara kwa mara.

C TV +O 2 =CO 2 , v=k[C] m n =k" n ; k"=k[C] m

Ushawishi wa shinikizo kwenye kiwango cha mmenyuko wa kemikali.

Shinikizo huathiri sana kasi ya athari zinazohusisha gesi kwa sababu huamua moja kwa moja viwango vyake.

Katika equation ya Mendeleev-Clapeyron:

pV =nRT

tutaihamisha V kwa upande wa kulia, na RT- kushoto na kuzingatia hilo n/V = c:

p/RT = c

Shinikizo na mkusanyiko wa molar ya gesi ni sawia moja kwa moja. Kwa hivyo, tunaweza kubadilisha p/RT katika sheria ya kitendo cha wingi badala ya umakini.

Ushawishi wa shinikizo kwenye kiwango cha mmenyuko wa kemikali. (Nyenzo za ziada).

Athari za mnyororo inajumuisha katika utaratibu wao vitendo vingi vya kurudia mfululizo vya aina moja (mnyororo).

Fikiria mwitikio:

H 2 + Cl 2 = 2HCl

Inajumuisha hatua zifuatazo, za kawaida kwa athari zote za mnyororo:

1) Kuanzishwa , au uanzishaji wa mnyororo

Cl 2 = 2Cl

Mtengano wa molekuli ya klorini ndani ya atomi (radicals) hutokea wakati wa mionzi ya UV au inapokanzwa. Kiini cha hatua ya kufundwa ni uundaji wa chembe hai, tendaji.

2) Maendeleo ya Mnyororo

Cl+H 2 = HCL + HH+Cl 2 = HCl + Cl

Kama matokeo ya kila tendo la msingi la ukuzaji wa mnyororo, radical mpya ya klorini huundwa, na hatua hii inarudiwa tena na tena, kinadharia, hadi vitendanishi vimetumiwa kabisa.

3) Recombination , au mzunguko wazi

2Cl = Cl 2 2H = H 2 H + Cl = HCl

Radicals zinazotokea karibu zinaweza kuungana tena, na kutengeneza chembe thabiti (molekuli). Wanatoa nishati kupita kiasi kwa "chembe ya tatu" - kwa mfano, kuta za chombo au molekuli za uchafu.

Imezingatiwa mmenyuko wa mnyororo ni isiyo na matawi , kwa kuwa katika tendo la msingi la maendeleo ya mnyororo idadi ya radicals haiongezeki . Mwitikio wa mnyororo wa hidrojeni na oksijeni ni yenye matawi , kwa sababu idadi ya radicals katika tendo la msingi la maendeleo ya mnyororo huongezeka :

H + O 2 = OH + OO + H 2 = OH + HOH+H 2 = H 2 O+H

Mitindo ya mnyororo wa matawi ni pamoja na athari nyingi za mwako Ongezeko lisilodhibitiwa la idadi ya itikadi kali za bure (zote kama matokeo ya matawi ya mnyororo na kwa athari zisizo na matawi katika kesi ya uanzishaji wa haraka sana) inaweza kusababisha kuongeza kasi ya athari na mlipuko.

Inaweza kuonekana kuwa kadiri shinikizo linavyoongezeka, ndivyo mkusanyiko wa radicals unavyoongezeka na uwezekano mkubwa wa mlipuko. Lakini kwa kweli, kwa mmenyuko wa hidrojeni na oksijeni, mlipuko unawezekana tu katika mikoa fulani ya shinikizo: kutoka 1 hadi 100 mm Hg. na zaidi ya 1000 mm Hg. Hii inafuatia kutoka kwa utaratibu wa majibu. Kwa shinikizo la chini, radicals nyingi zinazosababishwa huunganishwa kwenye kuta za chombo, na majibu huendelea polepole. Wakati shinikizo linaongezeka hadi 1 mm Hg. radicals hufikia kuta mara chache, kwa sababu kuguswa mara nyingi zaidi na molekuli. Katika athari hizi, radicals huzidisha na mlipuko hutokea. Hata hivyo, kwa shinikizo la juu ya 100 mm Hg. mkusanyiko wa vitu huongezeka sana hivi kwamba ujumuishaji wa radicals huanza kama matokeo ya migongano mara tatu (kwa mfano, na molekuli ya maji), na majibu huendelea kwa utulivu, bila mlipuko (mtiririko wa tuli). Juu ya 1000 mm Hg. viwango huwa juu sana, na hata migongano mara tatu haitoshi kuzuia kuenea kwa radicals.

Unajua mmenyuko wa mnyororo wenye matawi wa mpasuko wa uranium-235, katika kila kitendo cha msingi ambacho nyutroni 1 inachukuliwa (ikicheza jukumu la radical) na hadi neutroni 3 hutolewa. Kulingana na hali (kwa mfano, juu ya mkusanyiko wa vifyonza vya neutroni), inawezekana pia kuwa na mtiririko wa kutosha au mlipuko. Huu ni mfano mwingine wa uhusiano kati ya kinetics ya michakato ya kemikali na nyuklia.

Athari za kemikali hutokea kwa kasi tofauti: kwa kasi ya chini wakati wa kuundwa kwa stalactites na stalagmites, kwa kasi ya wastani wakati wa kupikia chakula, mara moja wakati wa mlipuko. Majibu hutokea haraka sana katika ufumbuzi wa maji.

Kuamua kiwango cha mmenyuko wa kemikali, pamoja na kufafanua utegemezi wake juu ya hali ya mchakato, ni kazi ya kinetics ya kemikali - sayansi ya mifumo ya athari za kemikali kwa muda.

Ikiwa athari za kemikali hutokea kwa njia ya homogeneous, kwa mfano katika suluhisho au katika awamu ya gesi, basi mwingiliano wa vitu vinavyoathiri hutokea kwa kiasi kizima. Majibu kama hayo huitwa zenye homogeneous.

(v homog) hufafanuliwa kama badiliko la kiasi cha dutu kwa wakati wa kitengo kwa ujazo wa kitengo:

ambapo Δn ni mabadiliko katika idadi ya moles ya dutu moja (mara nyingi ya asili, lakini pia inaweza kuwa bidhaa ya majibu); Δt - muda wa muda (s, min); V ni kiasi cha gesi au suluhisho (l).

Kwa kuwa uwiano wa kiasi cha dutu kwa kiasi huwakilisha mkusanyiko wa molar C, basi

Kwa hivyo, kiwango cha mmenyuko wa homogeneous hufafanuliwa kama mabadiliko katika mkusanyiko wa moja ya vitu kwa wakati wa kitengo:

ikiwa kiasi cha mfumo haibadilika.

Ikiwa mmenyuko hutokea kati ya vitu katika hali tofauti za mkusanyiko (kwa mfano, kati ya imara na gesi au kioevu), au kati ya vitu ambavyo haviwezi kuunda kati ya homogeneous (kwa mfano, kati ya vinywaji visivyoweza kuunganishwa), basi hufanyika tu. juu ya uso wa kuwasiliana wa dutu. Majibu kama hayo huitwa tofauti.

Inafafanuliwa kama mabadiliko ya kiasi cha dutu kwa wakati wa kitengo kwenye uso wa kitengo.

ambapo S ni eneo la uso wa mgusano wa dutu (m 2, cm 2).

Mabadiliko ya kiasi cha dutu ambayo kiwango cha mmenyuko huamua ni sababu ya nje inayozingatiwa na mtafiti. Kwa kweli, taratibu zote zinafanywa katika ngazi ndogo. Kwa wazi, ili baadhi ya chembe kuguswa, lazima kwanza zigongane, na kugongana kwa ufanisi: si kutawanyika kama mipira katika mwelekeo tofauti, lakini kwa njia ambayo "vifungo vya zamani" vinaharibiwa au kudhoofishwa katika chembe na "vipya" vinaweza. fomu. ", na kwa hili chembe lazima ziwe na nishati ya kutosha.

Data iliyohesabiwa inaonyesha kwamba, kwa mfano, katika gesi, migongano ya molekuli kwenye shinikizo la angahewa ni mabilioni kwa sekunde, yaani, athari zote zinapaswa kutokea mara moja. Lakini hiyo si kweli. Inabadilika kuwa sehemu ndogo sana ya molekuli ina nishati muhimu ili kusababisha migongano yenye ufanisi.

Kiwango cha chini cha nishati ya ziada ambayo chembe (au jozi ya chembe) lazima iwe nayo ili mgongano ufanyike inaitwa. nishati ya uanzishaji Ea.

Kwa hivyo, kwenye njia ya chembe zote zinazoingia kwenye mmenyuko kuna kizuizi cha nishati sawa na nishati ya uanzishaji E a. Wakati ni ndogo, kuna chembe nyingi ambazo zinaweza kushinda, na kiwango cha majibu ni cha juu. Vinginevyo, "kusukuma" inahitajika. Unapoleta mechi ili kuwasha taa ya pombe, unatoa nishati ya ziada E muhimu kwa mgongano mzuri wa molekuli za pombe na molekuli za oksijeni (kushinda kizuizi).

Kasi ya mmenyuko wa kemikali inategemea mambo mengi. Ya kuu ni: asili na mkusanyiko wa viitikio, shinikizo (katika athari zinazohusisha gesi), joto, hatua ya vichocheo na uso wa viitikio katika kesi ya athari tofauti.

Halijoto

Kadiri hali ya joto inavyoongezeka, katika hali nyingi kiwango cha mmenyuko wa kemikali huongezeka sana. Katika karne ya 19 Mwanakemia Mholanzi J. X. van't Hoff alitunga sheria:

Kila ongezeko la joto la 10 ° C husababisha kuongezeka kwa jotokasi ya majibu mara 2-4(thamani hii inaitwa mgawo wa joto wa majibu).

Joto linapoongezeka, kasi ya wastani ya molekuli, nishati yao, na idadi ya migongano huongezeka kidogo, lakini sehemu ya molekuli "kazi" zinazoshiriki katika migongano yenye ufanisi ambayo inashinda kizuizi cha nishati ya majibu huongezeka kwa kasi. Kihisabati, utegemezi huu unaonyeshwa na uhusiano:

ambapo v t 1 na v t 2 ni viwango vya mmenyuko, mtawalia, katika viwango vya mwisho vya t 2 na joto la awali t 1, na γ ni mgawo wa joto wa kasi ya majibu, ambayo inaonyesha ni mara ngapi kasi ya majibu huongezeka kwa kila ongezeko la 10 ° C. katika halijoto.

Hata hivyo, ili kuongeza kiwango cha mmenyuko, kuongeza joto haitumiki kila wakati, kwani vitu vya kuanzia vinaweza kuanza kuoza, vimumunyisho au vitu vyenyewe vinaweza kuyeyuka, nk.

Athari za endothermic na exothermic

Mmenyuko wa methane na oksijeni ya anga inajulikana kuwa unaambatana na kutolewa kwa kiasi kikubwa cha joto. Kwa hiyo, hutumiwa katika maisha ya kila siku kwa kupikia, kupokanzwa maji na joto. Gesi asilia inayotolewa kwa nyumba kupitia mabomba ina asilimia 98 ya methane. Mmenyuko wa oksidi ya kalsiamu (CaO) na maji pia hufuatana na kutolewa kwa kiasi kikubwa cha joto.

Mambo haya ya hakika yanaweza kuonyesha nini? Wakati vifungo vipya vya kemikali vinaundwa katika bidhaa za mmenyuko, zaidi nishati kuliko inavyotakiwa kuvunja vifungo vya kemikali katika vitendanishi. Nishati ya ziada hutolewa kama joto na wakati mwingine mwanga.

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O + Q (nishati (mwanga, joto));

CaO + H 2 O = Ca (OH) 2 + Q (nishati (joto)).

Miitikio kama hiyo inapaswa kutokea kwa urahisi (kama jiwe linazunguka kwa urahisi kuteremka).

Majibu ambayo nishati hutolewa huitwa EXOTHERMAL(kutoka kwa Kilatini "exo" - nje).

Kwa mfano, athari nyingi za redox ni za kushangaza. Mojawapo ya athari hizi nzuri ni upunguzaji wa oksidi ndani ya molekuli kutokea ndani ya chumvi sawa - ammonium dichromate (NH 4) 2 Cr 2 O 7:

(NH 4) 2 Cr 2 O 7 = N 2 + Cr 2 O 3 + 4 H 2 O + Q (nishati).

Jambo lingine ni kurudi nyuma. Wanafanana na kuviringisha jiwe juu ya kilima. Bado haijawezekana kupata methane kutoka kwa CO 2 na maji, na joto kali linahitajika ili kupata chokaa cha haraka cha CaO kutoka kwa hidroksidi ya kalsiamu Ca(OH) 2. Mwitikio huu hutokea tu na mtiririko wa mara kwa mara wa nishati kutoka nje:

Ca(OH) 2 = CaO + H 2 O - Q (nishati (joto))

Hii inaonyesha kwamba kuvunja vifungo vya kemikali katika Ca(OH) 2 kunahitaji nishati zaidi kuliko inaweza kutolewa wakati wa kuunda vifungo vipya vya kemikali katika CaO na H 2 O molekuli.

Maitikio ambayo nishati huingizwa huitwa ENDOTHERMIC(kutoka "endo" - ndani).

Mkusanyiko wa viitikio

Mabadiliko ya shinikizo wakati vitu vya gesi vinashiriki katika mmenyuko pia husababisha mabadiliko katika mkusanyiko wa vitu hivi.

Ili mwingiliano wa kemikali kati ya chembe kutokea, lazima zigongane kwa ufanisi. Kadiri mkusanyiko wa viitikio unavyoongezeka, ndivyo migongano inavyoongezeka na, ipasavyo, ndivyo kasi ya mwitikio inavyoongezeka.

Kwa mfano, asetilini huwaka haraka sana katika oksijeni safi. Katika kesi hiyo, joto la kutosha kuyeyuka chuma huendelea. Kulingana na kiasi kikubwa cha nyenzo za majaribio, mwaka wa 1867 Norwegians K. Guldenberg na P. Waage na kwa kujitegemea mwaka wa 1865, mwanasayansi wa Kirusi N.I Beketov aliunda sheria ya msingi ya kinetics ya kemikali, kuanzisha utegemezi wa kiwango cha majibu kwenye mkusanyiko ya dutu inayojibu.

Kasi ya mmenyuko wa kemikali ni sawia na bidhaa ya viwango vya dutu inayoitikia, ikichukuliwa kwa nguvu sawa na coefficients zao katika mlingano wa mmenyuko. Sheria hii pia inaitwa

sheria ya hatua ya wingi.

Kwa majibu A + B = D, sheria hii itaonyeshwa kama ifuatavyo:

Kwa majibu 2A + B = D, sheria hii itaonyeshwa kama ifuatavyo:

Hapa C A, C B ni viwango vya vitu A na B (mol/l); k 1 na k 2 ni coefficients ya uwiano, inayoitwa viwango vya kasi ya majibu.

Maana ya kimwili ya kiwango cha majibu mara kwa mara si vigumu kuanzisha - ni nambari sawa na kasi ya majibu ambayo viwango vya reactants ni 1 mol / l au bidhaa zao ni sawa na umoja. Katika kesi hiyo, ni wazi kwamba kiwango cha mmenyuko mara kwa mara inategemea tu joto na haitegemei mkusanyiko wa vitu. Sheria ya hatua ya wingi haizingatii mkusanyiko wa viitikio katika hali imara

, kwa sababu huguswa kwenye nyuso na viwango vyao kawaida huwa sawa.

Kwa mfano, kwa mmenyuko wa mwako wa makaa ya mawe, usemi wa kiwango cha majibu unapaswa kuandikwa kama ifuatavyo:

yaani, kiwango cha majibu ni sawia tu na mkusanyiko wa oksijeni.

Ikiwa equation ya mmenyuko inaelezea tu mmenyuko wa jumla wa kemikali unaofanyika katika hatua kadhaa, basi kiwango cha mmenyuko huo kinaweza kutegemea kwa njia ngumu juu ya viwango vya vitu vya kuanzia. Utegemezi huu huamuliwa kwa majaribio au kinadharia kulingana na utaratibu wa majibu uliopendekezwa.

Inawezekana kuongeza kiwango cha mmenyuko kwa kutumia vitu maalum vinavyobadilisha utaratibu wa athari na kuielekeza kwenye njia inayofaa zaidi na nishati ya chini ya uanzishaji. Wanaitwa vichocheo (kutoka Kilatini katalysis - uharibifu).

Kichocheo hufanya kama mwongozo mwenye uzoefu, akiongoza kikundi cha watalii sio kupitia njia ya juu kwenye milima (kuishinda kunahitaji juhudi nyingi na wakati na haipatikani kwa kila mtu), lakini kwa njia za njia zinazojulikana kwake, ambayo inaweza kushinda mlima kwa urahisi na haraka.

Kweli, kwa kutumia njia ya kuzunguka huwezi kufika mahali ambapo pasi kuu inaongoza. Lakini wakati mwingine hii ndiyo hasa inahitajika! Hivi ndivyo hasa vichocheo vinavyoitwa kitendo cha kuchagua. Ni wazi kwamba hakuna haja ya kuchoma amonia na nitrojeni, lakini oksidi ya nitrojeni (II) hutumiwa katika uzalishaji wa asidi ya nitriki.

Vichocheo- hizi ni vitu vinavyoshiriki katika mmenyuko wa kemikali na kubadilisha kasi au mwelekeo wake, lakini mwisho wa majibu hubakia bila kubadilika kwa kiasi na ubora.

Kubadilisha kiwango cha mmenyuko wa kemikali au mwelekeo wake kwa kutumia kichocheo huitwa catalysis. Vichocheo hutumiwa sana katika tasnia na usafirishaji mbalimbali (viongofu vya kichocheo vinavyobadilisha oksidi za nitrojeni kutoka kwa gesi za kutolea nje za gari hadi nitrojeni isiyo na madhara).

Kuna aina mbili za catalysis.

Kichocheo cha homogeneous, ambapo kichocheo na viitikio viko katika hali sawa ya kujumlisha (awamu).

Kichocheo tofauti, ambapo kichocheo na viitikio viko katika awamu tofauti. Kwa mfano, mtengano wa peroksidi ya hidrojeni mbele ya kichocheo kigumu cha oksidi ya manganese (IV):

Kichocheo yenyewe haitumiwi kama matokeo ya mmenyuko, lakini ikiwa vitu vingine vinatangazwa juu ya uso wake (vinaitwa sumu ya kichocheo), basi uso huwa hauwezi kufanya kazi na kuzaliwa upya kwa kichocheo kunahitajika. Kwa hiyo, kabla ya kutekeleza majibu ya kichocheo, vifaa vya kuanzia vinatakaswa kabisa.

Kwa mfano, katika utengenezaji wa asidi ya sulfuri kwa njia ya mawasiliano, kichocheo thabiti hutumiwa - vanadium (V) oksidi V 2 O 5:

Katika utengenezaji wa methanoli, kichocheo kigumu cha "zinki-chrome" (8ZnO Cr 2 O 3 x CrO 3) hutumiwa:

Vichocheo vya kibiolojia - enzymes - hufanya kazi kwa ufanisi sana. Kwa asili ya kemikali ni protini. Shukrani kwao, athari za kemikali ngumu hutokea kwa kasi ya juu katika viumbe hai kwa joto la chini.

Dutu nyingine za kuvutia zinajulikana - inhibitors (kutoka kwa Kilatini inhibere - kuchelewesha). Huguswa na chembe amilifu kwa kasi ya juu kuunda misombo ya chini amilifu. Matokeo yake, mmenyuko hupungua kwa kasi na kisha huacha. Inhibitors mara nyingi huongezwa kwa vitu mbalimbali ili kuzuia michakato isiyohitajika.

Kwa mfano, ufumbuzi wa peroxide ya hidrojeni huimarishwa kwa kutumia inhibitors.

Asili ya dutu inayohusika (muundo wao, muundo)

Maana nguvu za uanzishaji ni sababu ambayo ushawishi wa asili ya vitu vinavyoathiri juu ya kiwango cha mmenyuko huathiriwa.

Ikiwa nishati ya uanzishaji ni ndogo (< 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 данных случаях ничтожно мала.

Ikiwa nishati ya uanzishaji ni ya juu(> 120 kJ/mol), hii ina maana kwamba ni sehemu ndogo tu ya migongano kati ya chembe zinazoingiliana husababisha athari. Kwa hivyo, kiwango cha athari kama hiyo ni cha chini sana. Kwa mfano, maendeleo ya mmenyuko wa awali ya amonia katika joto la kawaida ni vigumu kutambua.

Ikiwa nguvu za uanzishaji za athari za kemikali zina maadili ya kati (40120 kJ/mol), basi viwango vya athari kama hizo vitakuwa wastani. Athari kama hizo ni pamoja na mwingiliano wa sodiamu na maji au pombe ya ethyl, decolorization ya maji ya bromini na ethylene, mwingiliano wa zinki na asidi hidrokloric, nk.

Mgusano wa uso wa dutu inayojibu

Kiwango cha athari zinazotokea kwenye uso wa vitu, i.e. zile tofauti, inategemea, vitu vingine kuwa sawa, juu ya mali ya uso huu. Inajulikana kuwa chaki ya unga hupasuka kwa kasi zaidi katika asidi hidrokloriki kuliko kipande cha chaki ya uzito sawa.

Kuongezeka kwa kiwango cha mmenyuko kimsingi kunatokana na kuongeza uso wa mawasiliano wa vitu vya kuanzia, pamoja na sababu nyingine kadhaa, kwa mfano, ukiukwaji wa muundo wa latiti ya kioo "sahihi". Hii inaongoza kwa ukweli kwamba chembe juu ya uso wa microcrystals kusababisha ni tendaji zaidi kuliko chembe sawa juu ya uso "laini".

Katika tasnia, ili kutekeleza athari tofauti, "kitanda chenye maji" hutumiwa kuongeza uso wa mawasiliano wa dutu inayohusika, usambazaji wa vitu vya kuanzia na uondoaji wa bidhaa. Kwa mfano, katika uzalishaji wa asidi ya sulfuriki, pyrite inafukuzwa kwa kutumia "kitanda cha maji".

Nyenzo za marejeleo za kufanya mtihani:

Jedwali la mara kwa mara

Jedwali la umumunyifu

Athari ya shinikizo kwenye kiwango cha mmenyuko inategemea agizo majibu. Ikiwa hali ya joto inabakia bila kubadilika na muundo wa mchanganyiko wa gesi ya awali hutolewa, basi kwa kutumia equation ya hali kwa kila mkusanyiko tunaweza kuandika: p a=aR m T, uk b=bR m T. Hapa A, b,…, ni viwango vya molar, na p a, uk b, ..., ni shinikizo la sehemu ya gesi zinazofanana. Ikiwa jumla ya idadi ya moles kwa kila kitengo ni z, basi kwa njia sawa kabisa tunaweza kuandika uk=zR m T, Wapi r- shinikizo la jumla. Kwa hivyo , ... nk. Kiasi...n.k. kuna ukolezi wa ujazo wa jamaa. Kuwaashiria kwa A, KATIKA... nk, tunapata: p a=Ap,

Wapi; p b =Bp, . Hebu tuzingatie monomolekuli mchakato ulioelezewa na equation:

katika hali hii, kasi ya mageuzi ya dutu hii ni sawia moja kwa moja na shinikizo: ~ uk.

Kwa bimolecular majibu:

yaani ~ uk 2. Ipasavyo kwa trimolecular majibu tunayopata:

Wapi k- kiwango cha majibu mara kwa mara.

2.2. Nishati ya uanzishaji. Sheria ya Arrhenius

Idadi ya migongano ya kuheshimiana ya molekuli zinazoitikia huongezeka ~, ambayo huchangia kuongezeka kwa kasi ya majibu. Kwa mfano, kwa athari nyingi, ongezeko la joto la 10 ° C tu husababisha ongezeko la kiwango cha mara kwa mara kwa sababu ya 2-4.

Mfano. Nusu ya maisha ya iodidi hidrojeni kulingana na mlinganyo 2HJ→H 2 +J 2. Saa T = 373K nusu ya maisha ni miaka 314,000, na T=666K inapungua hadi saa 1.3, na saa T=973K t 1/2 = Sekunde 0.12.

Arrhenius: kwa mmenyuko wa kemikali kutokea, kudhoofisha au kuvunja kwa vifungo vya ndani vya molekuli thabiti ni muhimu, ambayo kiasi fulani cha nishati kinapaswa kutumika. E . Kadiri nishati ya joto ya molekuli zinazogongana inavyoongezeka, kuna uwezekano mkubwa wa kupanga upya vifungo vya ndani na kuunda molekuli mpya. Saa E= const frequency ya migongano inayoishia kwenye mmenyuko itaongezeka kwa kasi zaidi kuliko .

Nishati inayohitajika kushinda kizuizi cha nishati ambayo inazuia njia ya kujibu molekuli na uundaji wa bidhaa za mmenyuko inaitwa. kuwezesha nishati E a. Kwa hivyo, kitendo cha msingi cha mmenyuko wa kemikali hutokea tu wakati wa mgongano wa molekuli ambazo nishati ya kinetic ni kubwa zaidi. E a.

Nishati ya uanzishaji E a kawaida juu kuliko wastani wa nishati ya mwendo wa joto wa molekuli. Kiwango cha chini cha nishati ya uanzishaji, mara nyingi zaidi migongano ya molekuli itatokea, na kusababisha uundaji wa bidhaa za majibu, na kiwango cha juu cha mmenyuko wa kemikali kitakuwa. Ongeza T husababisha kuongezeka kwa idadi ya molekuli na nishati ya ziada inayozidi E a. Hii inaelezea ongezeko la kiwango cha mmenyuko wa kemikali na joto la kuongezeka (Mchoro 2.1).

Mchele. 2.1. Joto la mwako Q na nishati ya uanzishaji E=u max - u 1

Katika hali rahisi zaidi, viwango vya viwango vya athari za kemikali vinaweza kuamua kwa msingi wa uhusiano wa jumla wa nadharia ya kinetic ya Masi (tazama, kwa mfano,).

Wacha tuonyeshe kwa p A Na p katika idadi ya molekuli A na B katika 1 cm 3 . Kasi ya majibu itakuwa sawa na nambari Z migongano kama hiyo ya molekuli A na B kwa wakati wa kitengo, nishati ambayo ni kubwa kuliko nishati ya kuwezesha E . Kwa gesi bora Z imedhamiriwa kwa kuzingatia sheria ya usambazaji wa nishati ya Maxwell–Boltzmann:

Hapa kuna kipenyo cha wastani cha molekuli zinazogongana, ni uzani uliopunguzwa wa Masi, R m = 8.315∙10 7 erg/deg - gesi isiyobadilika, m A, m B - uzito wa Masi.

Katika hali nyingi, maadili ya majaribio ni chini sana kuliko yale ya kinadharia. Kwa hiyo, kinachojulikana uwezekano au mgawo wa steric huletwa katika formula ya hesabu R. Matokeo yake, formula ya kuhesabu kiwango cha mmenyuko wa bimolecular, inayoitwa Arrhenius formula, inachukua fomu ifuatayo:

Tukilinganisha fomula inayotokana na mlingano (2.8) kwa athari za mpangilio wa pili, tunaweza kupata usemi wa ukadiriaji wa mara kwa mara wa majibu haya:

Athari kubwa ya joto kwenye viwango vya mmenyuko inahusishwa hasa na sababu ya Arrhenius. Kwa hivyo, katika hesabu za takriban, sababu ya kielelezo mara nyingi huchukuliwa kuwa huru na T.

Uchambuzi wa fomula (2.12) unaonyesha kuwa T inapoongezeka, kiwango cha ukuaji cha W huongezeka kwanza, hufikia thamani fulani ya juu, na kisha hupungua kwa maneno mengine, W dhidi ya T ina hatua ya inflection. Kusawazisha derivative ya pili ya W kwa heshima na T hadi sifuri, tunapata halijoto inayolingana na sehemu ya inflection:

Ni rahisi kuona kwamba halijoto hii ni ya juu kabisa. Kwa mfano, kwa E = 20000 cal/(g-mol) T p = 5000 K. Wakati wa kutumia formula (2.12) kwa mahesabu ya nambari, vipimo vya kiasi vilivyojumuishwa ndani yake vinapaswa kuzingatiwa.

Fomula (2.12) inaweza kuandikwa kama ifuatavyo:

ni wapi sababu ya awali ya kielelezo, i.e. jumla ya idadi ya migongano katika n A =n B = molekuli 1/cm 3. Wakati mwingine R pia imejumuishwa katika kipengele cha kabla ya kielelezo.

Kwa makadirio ya mahesabu ya mpangilio wa kasi ya majibu, thamani k 0 inaweza kuchukuliwa kwa joto T=300K sawa na 10 -10 cm 3 /(molecule∙sec) (kwa d wastani "4∙10 -8 na m A =m B "30).

Kasi ya mmenyuko wa kemikali katika halijoto fulani ni sawia na bidhaa ya viwango vya dutu inayoitikia kwa kiwango sawa na mgawo wa stoichiometriki unaoonekana kabla ya fomula ya dutu iliyotolewa katika mlingano wa majibu.

Sheria ya hatua ya wingi ni halali tu kwa athari rahisi za mwingiliano katika utaratibu wao, zinazotokea katika gesi au katika suluhisho la dilute. .

1. aA(W) + bB (W) ↔ cC (W) + dD (W) ; (T=const)

2. 3H 2(G) + N 2(G) ↔ 2NH 3(G) ;

Kwa athari tofauti:

1. aA (t) + bB (G) = cC (G) + dD (G); 2. C (t) + O 2 (G) = CO 2 (G);

Sheria ya hatua ya wingi haizingatii viwango vya vitu katika awamu imara. Kadiri eneo la uso wa awamu dhabiti lilivyo, ndivyo kiwango cha juu cha mmenyuko wa kemikali.

k - kiwango cha mmenyuko wa kemikali mara kwa mara imedhamiriwa na asili ya vitu vinavyoathiri na inategemea joto, juu ya uwepo wa kichocheo katika mfumo, lakini haitegemei mkusanyiko wa vitu vinavyoathiri. Kiwango kisichobadilika kinawakilisha kasi ya mmenyuko wa kemikali (), ikiwa viwango vya viitikio ni .

3. Utegemezi wa kiwango cha mmenyuko wa kemikali kwenye shinikizo. Kwa mifumo ya gesi, ongezeko la shinikizo au kupungua kwa kiasi ni sawa na ongezeko la mkusanyiko na kinyume chake.

Kazi: Je, kasi ya mmenyuko wa kemikali 2SO 2 (g) + O 2 (g) 2SO 3 (g) itabadilikaje ikiwa shinikizo katika mfumo linaongezeka kwa mara 4?

Kwa mujibu wa sheria ya hatua ya wingi kwa majibu ya moja kwa moja, tunaandika usemi:

Hebu = mol / l, = b mol / l, basi kulingana na sheria ya hatua ya wingi

Kupungua kwa kiasi kwa mara 4 inalingana na ongezeko la mkusanyiko katika mfumo kwa mara 4, basi:

Athari ya joto juu ya kiwango cha mmenyuko wa kemikali ni takriban kuamua utawala wa van't Hoff. Wakati joto linapoongezeka kwa 10 0 C, kiwango cha mmenyuko wa kemikali huongezeka mara 2-4.

Nukuu ya hisabati ya kanuni ya Van't Hoff: γ ni mgawo wa halijoto wa kasi ya majibu au mgawo wa Van't Hoff kwa maitikio mengi iko katika safu ya 2-4.

Kazi. Ni mara ngapi kasi ya mmenyuko wa kemikali inayotokea katika awamu ya gesi itabadilika ikiwa hali ya joto itabadilika kutoka 80 0 C hadi 120 0 C ( γ = 3)?

Kwa mujibu wa sheria ya Van't Hoff, tunaandika:

Kuongezeka kwa kiwango cha mmenyuko wa kemikali na joto la kuongezeka huelezewa sio tu na ongezeko la nishati ya kinetic ya molekuli zinazoingiliana. Kwa mfano, idadi ya migongano ya molekuli huongezeka kwa uwiano wa mizizi ya mraba ya joto kamili. Wakati vitu vinapokanzwa kutoka sifuri hadi digrii mia moja Celsius, kasi ya harakati ya molekuli huongezeka kwa mara 1.2, na kasi ya mmenyuko wa kemikali huongezeka kwa takriban mara 59 elfu. Ongezeko kubwa kama hilo la kiwango cha mmenyuko na joto linaloongezeka linaelezewa na idadi ya molekuli hai ambazo migongano yao husababisha mwingiliano wa kemikali. Kulingana na nadharia ya migongano hai, tu molekuli hai, ambao nishati huzidi nishati ya wastani ya molekuli ya dutu fulani, i.e. molekuli zilizo na nishati ya uanzishaji.

Nishati ya uanzishaji (E A)- hii ni nishati ya ziada ikilinganishwa na hifadhi ya wastani ambayo molekuli lazima ziwe nazo kutekeleza mmenyuko wa kemikali. Ikiwa E A< 40 кДж/моль - реакции протекают быстро, если Е А >120 kJ / mol - athari haifanyiki, ikiwa E A = 40-120 kJ / mol - majibu yanaendelea chini ya hali ya kawaida. Kuongezeka kwa joto hupunguza nishati ya uanzishaji, hufanya vitu tendaji zaidi, na kiwango cha mwingiliano huongezeka.

Imeanzisha utegemezi sahihi zaidi wa kasi ya mmenyuko wa kemikali kwenye halijoto C. Arrhenius: kasi ya majibu ya mara kwa mara inalingana na msingi wa logariti asili iliyoinuliwa hadi nguvu (-EA /RT). ,

A - sababu ya awali ya kielelezo, huamua idadi ya migongano ya kazi;

e - kielelezo (msingi wa logarithm ya asili).

Kuchukua logarithm ya usemi, tunapata equation:

. Mlinganyo wa Arrhenius unaonyesha kuwa kadiri nishati ya kuwezesha inavyopungua ndivyo kasi ya majibu inavyoongezeka. Vichocheo hutumiwa kupunguza nishati ya uanzishaji.