สารที่เพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีและปัจจัยที่ขึ้นอยู่กับ: ธรรมชาติของสารตั้งต้น, ความเข้มข้น, อุณหภูมิของปฏิกิริยาเคมี, พื้นผิวสัมผัสของสารตั้งต้น, แมว

เรากำลังเผชิญกับปฏิสัมพันธ์ทางเคมีต่างๆ การเผาไหม้ ก๊าซธรรมชาติ, สนิมเหล็ก, นมเปรี้ยว - ห่างไกลจากกระบวนการทั้งหมดที่ศึกษาโดยละเอียดใน หลักสูตรของโรงเรียนเคมี.

บางปฏิกิริยาใช้เวลาเพียงเสี้ยววินาที ในขณะที่บางปฏิกิริยาใช้เวลาเป็นวันหรือเป็นสัปดาห์

มาลองระบุการพึ่งพาอาศัยกันของอัตราการเกิดปฏิกิริยากับอุณหภูมิ ความเข้มข้น และปัจจัยอื่นๆ ในใหม่ มาตรฐานการศึกษาบน คำถามนี้ที่ได้รับมอบหมาย จำนวนขั้นต่ำเวลาเรียน. ในการทดสอบเดี่ยว การสอบของรัฐมีงานที่ต้องพึ่งพาอัตราการเกิดปฏิกิริยากับอุณหภูมิ ความเข้มข้น และแม้กระทั่ง งานคำนวณ. นักเรียนมัธยมหลายคนประสบปัญหาบางอย่างในการหาคำตอบสำหรับคำถามเหล่านี้ ดังนั้นเราจะวิเคราะห์หัวข้อนี้โดยละเอียด

ความเกี่ยวข้องของประเด็นที่กำลังพิจารณา

ข้อมูลเกี่ยวกับอัตราการเกิดปฏิกิริยามีความสำคัญในทางปฏิบัติและ ความสำคัญทางวิทยาศาสตร์. ตัวอย่างเช่น ในการผลิตสารและผลิตภัณฑ์เฉพาะ ผลผลิตของอุปกรณ์และต้นทุนของสินค้าขึ้นอยู่กับค่านี้โดยตรง

การจำแนกประเภทของปฏิกิริยาต่อเนื่อง

มีความสัมพันธ์โดยตรงระหว่างสถานะของการรวมตัวของส่วนประกอบเริ่มต้นและผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นระหว่างการโต้ตอบที่ต่างกัน

ในวิชาเคมี ระบบมักจะถูกเข้าใจว่าเป็นสารหรือการรวมกันของพวกมัน

เป็นเนื้อเดียวกันเป็นระบบที่ประกอบด้วยเฟสเดียว (สถานะการรวมเดียวกัน) ตัวอย่างเช่น เราสามารถพูดถึงส่วนผสมของก๊าซและของเหลวหลายชนิด

ระบบที่แตกต่างกันเป็นระบบที่สารตั้งต้นอยู่ในรูปของก๊าซและของเหลว ของแข็งและก๊าซ

ไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับอัตราการเกิดปฏิกิริยากับอุณหภูมิเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับเฟสที่ใช้ส่วนประกอบที่เกี่ยวข้องกับปฏิสัมพันธ์ที่วิเคราะห์ด้วย

สำหรับองค์ประกอบที่เป็นเนื้อเดียวกัน กระบวนการมีลักษณะเฉพาะตลอดทั้งเล่ม ซึ่งช่วยปรับปรุงคุณภาพอย่างมีนัยสำคัญ

หากวัสดุเริ่มต้นแตกต่างกัน สถานะเฟสในกรณีนี้ การโต้ตอบสูงสุดจะถูกสังเกตที่ขอบเขตเฟส ตัวอย่างเช่นเมื่อละลาย โลหะที่ใช้งานอยู่ในกรด การก่อตัวของผลิตภัณฑ์ (เกลือ) จะสังเกตได้เฉพาะบนพื้นผิวที่สัมผัสเท่านั้น

ความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ระหว่างความเร็วของกระบวนการกับปัจจัยต่างๆ

สมการสำหรับอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีเป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิคืออะไร? สำหรับกระบวนการที่เป็นเนื้อเดียวกัน อัตราจะถูกกำหนดโดยปริมาณของสารที่ทำปฏิกิริยาหรือเกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาในปริมาตรของระบบต่อหน่วยเวลา

สำหรับกระบวนการที่ต่างกัน อัตราจะถูกกำหนดโดยปริมาณของสารที่ทำปฏิกิริยาหรือได้รับในกระบวนการต่อหน่วยพื้นที่สำหรับระยะเวลาขั้นต่ำ

ปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี

ธรรมชาติของสารตั้งต้นเป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้กระบวนการมีอัตราต่างกัน ตัวอย่างเช่น, โลหะอัลคาไลที่อุณหภูมิห้อง พวกมันก่อตัวเป็นด่างกับน้ำ และกระบวนการนี้จะมาพร้อมกับการวิวัฒนาการอย่างเข้มข้นของก๊าซไฮโดรเจน โลหะมีตระกูล (ทอง แพลทินัม เงิน) ไม่สามารถผ่านกระบวนการดังกล่าวได้ไม่ว่าจะที่อุณหภูมิห้องหรือเมื่อถูกความร้อน

ธรรมชาติของสารตั้งต้นเป็นปัจจัยที่นำมาพิจารณา อุตสาหกรรมเคมีเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิต

มีการเปิดเผยความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้นของรีเอเจนต์และความเร็วของปฏิกิริยาเคมี ยิ่งสูงเท่าไร อนุภาคก็จะชนกันมากขึ้น ดังนั้น กระบวนการจะดำเนินเร็วขึ้น

กฎของการกระทำโดยรวมใน แบบฟอร์มทางคณิตศาสตร์อธิบายโดยตรง การพึ่งพาอาศัยกันตามสัดส่วนระหว่างความเข้มข้นของสารตั้งต้นกับความเร็วของกระบวนการ

มันถูกคิดค้นขึ้นในช่วงกลางศตวรรษที่สิบเก้าโดยนักเคมีชาวรัสเซีย N. N. Beketov สำหรับแต่ละกระบวนการ จะมีการกำหนดค่าคงที่ของปฏิกิริยา ซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับอุณหภูมิ ความเข้มข้น หรือธรรมชาติของสารตั้งต้น

เพื่อเร่งปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับของแข็งจำเป็นต้องบดให้เป็นผง

ในกรณีนี้พื้นที่ผิวจะเพิ่มขึ้นซึ่งส่งผลในเชิงบวกต่อความเร็วของกระบวนการ ใช้สำหรับน้ำมันดีเซล ระบบพิเศษการฉีดเนื่องจากเมื่อสัมผัสกับอากาศอัตราการเผาไหม้ของส่วนผสมของไฮโดรคาร์บอนจะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ

เครื่องทำความร้อน

การพึ่งพาอาศัยกันของอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีต่ออุณหภูมิอธิบายได้ด้วยทฤษฎีจลนพลศาสตร์ของโมเลกุล ช่วยให้คุณสามารถคำนวณจำนวนการชนกันระหว่างโมเลกุลของรีเอเจนต์ภายใต้เงื่อนไขบางประการ ด้วยข้อมูลดังกล่าวแล้ว สภาวะปกติกระบวนการทั้งหมดจะต้องเกิดขึ้นทันที

แต่ถ้าเราพิจารณา ตัวอย่างเฉพาะขึ้นอยู่กับอัตราการเกิดปฏิกิริยากับอุณหภูมิ ปรากฎว่าสำหรับการโต้ตอบนั้นจำเป็นต้องทำลายพันธะเคมีระหว่างอะตอมก่อนเพื่อสร้างสารใหม่จากพวกมัน สิ่งนี้ต้องการพลังงานจำนวนมาก อัตราการเกิดปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเป็นเท่าใด พลังงานกระตุ้นเป็นตัวกำหนดความเป็นไปได้ของการแตกของโมเลกุล ซึ่งเป็นลักษณะความเป็นจริงของกระบวนการ หน่วยวัดของมันคือ kJ/mol

ด้วยดัชนีพลังงานที่ไม่เพียงพอ การชนจะไม่ได้ผล ดังนั้นจึงไม่เกิดโมเลกุลใหม่ตามมา

การแสดงกราฟิก

การพึ่งพาอาศัยกันของอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีต่ออุณหภูมิสามารถแสดงเป็นกราฟิกได้ เมื่อได้รับความร้อน จำนวนการชนกันระหว่างอนุภาคจะเพิ่มขึ้น ซึ่งก่อให้เกิดการเร่งปฏิกิริยา

กราฟของอัตราการเกิดปฏิกิริยาเทียบกับอุณหภูมิคืออะไร? พลังงานของโมเลกุลจะแสดงในแนวนอน และจำนวนของอนุภาคที่มีพลังงานสำรองสูงจะแสดงในแนวตั้ง กราฟเป็นเส้นโค้งที่สามารถตัดสินความเร็วของการโต้ตอบหนึ่งๆ

ยิ่งความแตกต่างของพลังงานจากค่าเฉลี่ยมากเท่าใด จุดโค้งจะอยู่ห่างจากค่าสูงสุดมากเท่านั้น และโมเลกุลที่มีเปอร์เซ็นต์น้อยจะมีพลังงานสำรองดังกล่าว

ลักษณะสำคัญ

เป็นไปได้ไหมที่จะเขียนสมการสำหรับการพึ่งพาค่าคงที่อัตราการเกิดปฏิกิริยากับอุณหภูมิ? การเพิ่มขึ้นของมันสะท้อนให้เห็นในการเพิ่มขึ้นของความเร็วของกระบวนการ การพึ่งพาดังกล่าวมีลักษณะเฉพาะด้วยค่าหนึ่งซึ่งเรียกว่าค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของอัตรากระบวนการ

สำหรับการโต้ตอบใดๆ จะมีการเปิดเผยการพึ่งพาของค่าคงที่อัตราการเกิดปฏิกิริยาต่ออุณหภูมิ ในกรณีที่เพิ่มขึ้น 10 องศา ความเร็วของกระบวนการจะเพิ่มขึ้น 2-4 เท่า

การพึ่งพาอาศัยกันของอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันกับอุณหภูมิสามารถแสดงได้ทางคณิตศาสตร์

สำหรับปฏิกิริยาส่วนใหญ่ที่อุณหภูมิห้อง ค่าสัมประสิทธิ์จะอยู่ในช่วงตั้งแต่ 2 ถึง 4 ตัวอย่างเช่น ด้วยค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิที่ 2.9 อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น 100 องศาจะเร่งกระบวนการให้เร็วขึ้นเกือบ 50,000 เท่า

การพึ่งพาอาศัยกันของอัตราการเกิดปฏิกิริยากับอุณหภูมิสามารถอธิบายได้ง่ายด้วยค่าต่างๆ ของพลังงานกระตุ้น มีค่าต่ำสุดในระหว่างกระบวนการไอออนิก ซึ่งถูกกำหนดโดยปฏิสัมพันธ์ของไอออนบวกและประจุลบเท่านั้น การทดลองจำนวนมากเป็นพยานถึงการเกิดปฏิกิริยาดังกล่าวในทันที

ที่ มูลค่าสูงพลังงานกระตุ้น การชนกันเพียงเล็กน้อยระหว่างอนุภาคจะนำไปสู่การดำเนินการโต้ตอบ ด้วยพลังงานกระตุ้นเฉลี่ย สารตั้งต้นจะทำปฏิกิริยากันในอัตราเฉลี่ย

งานเกี่ยวกับการพึ่งพาอัตราการเกิดปฏิกิริยากับความเข้มข้นและอุณหภูมิจะพิจารณาในระดับการศึกษาระดับสูงเท่านั้น และมักทำให้เกิดปัญหาร้ายแรงสำหรับเด็ก

การวัดความเร็วของกระบวนการ

กระบวนการเหล่านั้นที่ต้องใช้พลังงานก่อกัมมันต์จำนวนมากเกี่ยวข้องกับการแตกหักครั้งแรกหรือการอ่อนแรงของพันธะระหว่างอะตอมในสารตั้งต้น ในกรณีนี้พวกมันจะเข้าสู่สถานะระดับกลางที่เรียกว่าคอมเพล็กซ์ที่เปิดใช้งาน เป็นสถานะที่ไม่เสถียร ค่อนข้างจะสลายตัวเป็นผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาอย่างรวดเร็ว กระบวนการนี้จะมาพร้อมกับการปล่อยพลังงานเพิ่มเติม

ในรูปแบบที่ง่ายที่สุด คอมเพล็กซ์ที่เปิดใช้งานคือการกำหนดค่าของอะตอมที่มีพันธะเก่าที่อ่อนแอลง

สารยับยั้งและตัวเร่งปฏิกิริยา

ให้เราวิเคราะห์การพึ่งพาของอัตราการเกิดปฏิกิริยาของเอนไซม์กับอุณหภูมิของตัวกลาง สารดังกล่าวทำหน้าที่เป็นตัวเร่งกระบวนการ

พวกเขาไม่ได้มีส่วนร่วมในการโต้ตอบ จำนวนของพวกเขาหลังจากเสร็จสิ้นกระบวนการยังคงไม่เปลี่ยนแปลง หากตัวเร่งปฏิกิริยาเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยา สารยับยั้งจะทำให้กระบวนการนี้ช้าลง

สาระสำคัญของสิ่งนี้อยู่ในการก่อตัวของสารประกอบระดับกลางซึ่งเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงความเร็วของกระบวนการ

บทสรุป

ปฏิสัมพันธ์ทางเคมีต่างๆ เกิดขึ้นทุกนาทีในโลก จะสร้างการพึ่งพาอัตราการเกิดปฏิกิริยากับอุณหภูมิได้อย่างไร? สมการ Arrhenius เป็นคำอธิบายทางคณิตศาสตร์ของความสัมพันธ์ระหว่างค่าคงที่อัตราและอุณหภูมิ มันให้แนวคิดเกี่ยวกับพลังงานกระตุ้นที่ทำลายหรือทำให้พันธะระหว่างอะตอมในโมเลกุลอ่อนลง การกระจายตัวของอนุภาคในสารเคมีใหม่เป็นไปได้

ต้องขอบคุณทฤษฎีจลนพลศาสตร์ของโมเลกุล ทำให้สามารถทำนายความน่าจะเป็นของปฏิสัมพันธ์ระหว่างส่วนประกอบเริ่มต้น เพื่อคำนวณอัตราของกระบวนการ ปัจจัยที่ส่งผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา ได้แก่ ความหมายพิเศษมีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ เปอร์เซ็นต์ความเข้มข้นสารที่ทำปฏิกิริยา, พื้นที่ผิวสัมผัส, การปรากฏตัวของตัวเร่งปฏิกิริยา (ตัวยับยั้ง) รวมถึงลักษณะของส่วนประกอบที่มีปฏิสัมพันธ์

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ

ปฏิกิริยาเคมีที่เป็นเนื้อเดียวกันและต่างกัน

ปฏิกิริยาเคมีจะเกิดขึ้นกับ ความเร็วต่างๆ: ที่ความเร็วต่ำ - ระหว่างการก่อตัวของหินงอกหินย้อย ที่ความเร็วเฉลี่ย - ขณะทำอาหาร ทันที - ระหว่างการระเบิด ปฏิกิริยาตอบสนองเร็วมาก สารละลายที่เป็นน้ำเกือบจะทันที ผสมสารละลายของแบเรียมคลอไรด์และโซเดียมซัลเฟต - แบเรียมซัลเฟตในรูปแบบของการตกตะกอนทันที กำมะถันเผาไหม้อย่างรวดเร็ว แต่ไม่ทันไร แมกนีเซียมก็ละลายเข้าไป กรดไฮโดรคลอริกเอทิลีนทำให้น้ำโบรมีนเปลี่ยนสี สนิมจะค่อยๆ ก่อตัวขึ้นบนวัตถุที่เป็นเหล็ก แผ่นโลหะบนผลิตภัณฑ์ทองแดงและทองสัมฤทธิ์ ใบไม้จะค่อยๆ เน่า และฟันจะถูกทำลาย

การคาดการณ์อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี ตลอดจนการอธิบายการพึ่งพาเงื่อนไขของกระบวนการ เป็นงาน จลนพลศาสตร์เคมี— วิทยาศาสตร์เกี่ยวกับกฎของการไหล ปฏิกริยาเคมีภายในเวลาที่กำหนด.

ถ้าปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นในตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกัน เช่น ในสารละลายหรือในเฟสของก๊าซ ปฏิกิริยาระหว่างกันของสารตั้งต้นจะเกิดขึ้นในปริมาตรทั้งหมด อย่างที่คุณทราบปฏิกิริยาดังกล่าวเรียกว่า เป็นเนื้อเดียวกัน.

อัตราของปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกัน ($v_(homog.)$) ถูกกำหนดเป็นการเปลี่ยนแปลงในปริมาณของสารต่อหน่วยเวลาต่อหน่วยปริมาตร:

$υ_(homog.)=(∆n)/(∆t V),$

โดยที่ $∆n$ คือการเปลี่ยนแปลงจำนวนโมลของสารหนึ่งชนิด (โดยมากมักจะเป็นจำนวนเริ่มต้น แต่ก็สามารถเป็นผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาได้เช่นกัน) $∆t$ — ช่วงเวลา (s, min.); $V$ คือปริมาตรของก๊าซหรือสารละลาย (l)

เนื่องจากอัตราส่วนของสารต่อปริมาตรคือ ความเข้มข้นของกราม$C$ แล้ว

$(∆n)/(V)=∆C.$

ดังนั้น, อัตราการเกิดปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันหมายถึงการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารอย่างใดอย่างหนึ่งต่อหน่วยเวลา:

$υ_(homog.)=(∆C)/(∆t)[(mol)/(l s)]$

หากปริมาณของระบบไม่เปลี่ยนแปลง หากเกิดปฏิกิริยาระหว่างสารต่างๆ สถานะของการรวมตัว(ตัวอย่างเช่น ระหว่างของแข็งกับก๊าซหรือของเหลว) หรือระหว่างสารที่ไม่สามารถสร้างตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกันได้ (เช่น ระหว่างของเหลวที่ผสมกันไม่ได้) จากนั้นจะผ่านบนพื้นผิวสัมผัสของสารเท่านั้น ปฏิกิริยาดังกล่าวเรียกว่า ต่างกัน.

อัตราการเกิดปฏิกิริยาต่างกันถูกกำหนดให้เป็นการเปลี่ยนแปลงในปริมาณของสสารต่อหน่วยเวลาต่อหน่วยพื้นผิว:

$υ_(homog.)=(∆C)/(∆t S)[(โมล)/(c m^2)]$

โดยที่ $S$ คือพื้นที่ผิวสัมผัสระหว่างสาร ($m^2, cm^2$)

หากสำหรับปฏิกิริยาที่กำลังดำเนินอยู่ ความเข้มข้นของสารตั้งต้นถูกวัดจากการทดลอง ณ เวลาต่างๆ กัน การเปลี่ยนแปลงนั้นสามารถแสดงเป็นกราฟิกได้โดยใช้เส้นโค้งจลนพลศาสตร์สำหรับสารทำปฏิกิริยานี้

อัตราการเกิดปฏิกิริยาไม่ได้ ค่าคงที่. เราระบุเพียงอัตราเฉลี่ยที่แน่นอนของปฏิกิริยาที่กำหนดในช่วงเวลาหนึ่งๆ

ลองนึกภาพว่าเรากำหนดอัตราการเกิดปฏิกิริยา

$H_2+Cl_2→2HCl$

ก) โดยการเปลี่ยนความเข้มข้นของ $Н_2$;

b) โดยการเปลี่ยนความเข้มข้นของ $HCl$

เราจะได้ค่าเท่ากันไหม? ท้ายที่สุด จาก $1$ mol $H_2$ $2$ mol $HCl$ ถูกสร้างขึ้น ดังนั้นความเร็วในกรณี b) จะสูงเป็นสองเท่า ดังนั้นค่าของอัตราการเกิดปฏิกิริยาจึงขึ้นอยู่กับสารที่กำหนดด้วย

การเปลี่ยนแปลงปริมาณของสารที่กำหนดอัตราการเกิดปฏิกิริยาคือ ปัจจัยภายนอกสังเกตโดยผู้วิจัย ในความเป็นจริง กระบวนการทั้งหมดดำเนินการในระดับจุลภาค เห็นได้ชัดว่าเพื่อให้อนุภาคบางตัวทำปฏิกิริยาได้ ก่อนอื่นต้องชนกันและชนกันอย่างมีประสิทธิภาพ: อย่ากระจายเหมือนลูกบอลเข้าไป ด้านที่แตกต่างกันแต่ในลักษณะที่พันธะเก่าถูกทำลายหรือทำให้อ่อนลงในอนุภาค และพันธะใหม่สามารถก่อตัวขึ้นได้ และด้วยเหตุนี้ อนุภาคต้องมีพลังงานเพียงพอ

ข้อมูลที่คำนวณได้แสดงให้เห็นว่า ตัวอย่างเช่น ในก๊าซ การชนกันของโมเลกุลที่ ความกดอากาศคำนวณเป็นพันล้านต่อ $1$ วินาที นั่นคือ ปฏิกิริยาทั้งหมดควรเกิดขึ้นทันที แต่มันไม่ใช่ ปรากฎว่ามีเพียงส่วนน้อยของโมเลกุลเท่านั้นที่มีพลังงานที่จำเป็นในการสร้างการชนที่มีประสิทธิภาพ

พลังงานส่วนเกินขั้นต่ำที่อนุภาค (หรือคู่ของอนุภาค) ต้องมีเพื่อให้เกิดการชนอย่างมีประสิทธิภาพเรียกว่า พลังงานกระตุ้น$E_a$.

ดังนั้นจึงมีอุปสรรคด้านพลังงานระหว่างทางของอนุภาคทั้งหมดที่เข้าสู่ปฏิกิริยา เท่ากับพลังงานกระตุ้น $E_a$ เมื่อมีขนาดเล็ก มีอนุภาคจำนวนมากที่สามารถเอาชนะได้ และอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะสูง มิฉะนั้น จะต้องมีการกด เมื่อคุณนำไม้ขีดมาจุดตะเกียงวิญญาณ คุณกำลังให้พลังงานเพิ่มเติม $E_a$ ที่จำเป็นในการชนโมเลกุลของแอลกอฮอล์กับโมเลกุลของออกซิเจนอย่างมีประสิทธิภาพ (การเอาชนะสิ่งกีดขวาง)

โดยสรุปเราสรุปได้ว่าปฏิกิริยาที่เป็นไปได้หลายอย่างไม่เกิดขึ้นจริงเพราะ พลังงานกระตุ้นสูง

สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อชีวิตของเรา ลองนึกภาพว่าจะเกิดอะไรขึ้นหากปฏิกิริยาที่ยอมให้ทางอุณหพลศาสตร์สามารถดำเนินต่อไปได้โดยไม่มีสิ่งกีดขวางพลังงาน (พลังงานกระตุ้น) ออกซิเจนในอากาศจะทำปฏิกิริยากับสิ่งที่สามารถเผาไหม้หรือออกซิไดซ์ได้ ทุกคนย่อมประสบ อินทรียฺวัตถุพวกเขาจะกลายเป็น คาร์บอนไดออกไซด์$CO_2$ และน้ำ $H_2O$

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย สาระสำคัญคือ: ธรรมชาติและความเข้มข้นของสารตั้งต้น ความดัน (ในปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับก๊าซ) อุณหภูมิ การกระทำของตัวเร่งปฏิกิริยา และพื้นผิวของสารตั้งต้นในกรณีของ ปฏิกิริยาต่างกัน. พิจารณาอิทธิพลของแต่ละปัจจัยที่มีต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี

อุณหภูมิ

คุณทราบดีว่าเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ในกรณีส่วนใหญ่ อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ในศตวรรษที่ 19 นักเคมีชาวดัตช์ J. H. Van't Hoff กำหนดกฎ:

อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นทุกๆ $10°C$ ทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น 2-4 เท่า (ค่านี้เรียกว่าค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของปฏิกิริยา)

เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ความเร็วเฉลี่ยโมเลกุล พลังงาน จำนวนการชนกันเพิ่มขึ้นเล็กน้อย แต่เศษส่วนของโมเลกุลที่แอคทีฟที่เข้าร่วมในการชนอย่างมีประสิทธิภาพที่เอาชนะสิ่งกีดขวางพลังงานของปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว

ในทางคณิตศาสตร์ การพึ่งพาอาศัยกันนี้แสดงโดยความสัมพันธ์:

$υ_(t_2)=υ_(t_1)γ^((t_2-t_1)/(10)),$

โดยที่ $υ_(t_1)$ และ $υ_(t_2)$ คืออัตราการเกิดปฏิกิริยาที่อุณหภูมิ $t_2$ สุดท้ายและ $t_1$ เริ่มต้น ตามลำดับ และ $γ$ คือ ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิอัตราการเกิดปฏิกิริยา ซึ่งแสดงจำนวนครั้งที่อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นทุกๆ $10°C$ ในอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น

อย่างไรก็ตาม ในการเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยา การเพิ่มอุณหภูมิอาจใช้ไม่ได้เสมอไป เพราะ สารตั้งต้นอาจเริ่มสลายตัว ตัวทำละลายหรือตัวสารเองอาจระเหยกลายเป็นไอ

ความเข้มข้นของสารตั้งต้น

การเปลี่ยนแปลงของความดันโดยการมีส่วนร่วมของสารที่เป็นก๊าซในปฏิกิริยายังทำให้ความเข้มข้นของสารเหล่านี้เปลี่ยนไปด้วย

ที่จะเกิดขึ้นจริง ปฏิสัมพันธ์ทางเคมีระหว่างอนุภาค พวกมันจะต้องชนกันอย่างมีประสิทธิภาพ ยิ่งความเข้มข้นของสารตั้งต้นมากเท่าไร การชนกันก็จะมากขึ้นเท่านั้น และดังนั้น อัตราการเกิดปฏิกิริยาก็จะยิ่งสูงขึ้นตามไปด้วย ตัวอย่างเช่น อะเซทิลีนจะเผาไหม้อย่างรวดเร็วในออกซิเจนบริสุทธิ์ สิ่งนี้พัฒนาอุณหภูมิที่เพียงพอในการหลอมโลหะ บนพื้นฐานของวัสดุการทดลองจำนวนมากในปี พ.ศ. 2410 ชาวนอร์เวย์ K. Guldenberg และ P. Waage และเป็นอิสระจากพวกเขาในปี พ.ศ. 2408 นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย N. I. Beketov ได้กำหนดกฎพื้นฐานของจลนพลศาสตร์เคมีซึ่งกำหนดการพึ่งพาอาศัยกันของปฏิกิริยา อัตราความเข้มข้นของสารที่ทำปฏิกิริยา

อัตราของปฏิกิริยาเคมีเป็นสัดส่วนกับผลคูณของความเข้มข้นของสารตั้งต้น ซึ่งได้รับกำลังเท่ากับค่าสัมประสิทธิ์ของสารตั้งต้นในสมการปฏิกิริยา

กฎนี้เรียกอีกอย่างว่ากฎของการกระทำโดยรวม

สำหรับปฏิกิริยา $A+B=D$ กฎนี้แสดงไว้ดังนี้:

$υ_1=k_1 C_A C_B$

สำหรับปฏิกิริยา $2A+B=D$ กฎนี้แสดงไว้ดังนี้:

$υ_2=k_2 C_A^2 C_B$

ในที่นี้ $C_A, C_B$ คือความเข้มข้นของสาร $A$ และ $B$ (โมล/ลิตร); $k_1$ และ $k_2$ เป็นค่าสัมประสิทธิ์ของสัดส่วนที่เรียกว่า ค่าคงที่อัตราการเกิดปฏิกิริยา

ความหมายทางกายภาพไม่ใช่เรื่องยากที่จะกำหนดค่าคงที่ของอัตราการเกิดปฏิกิริยา - มีค่าเท่ากับอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่ความเข้มข้นของสารตั้งต้นเท่ากับ $1$ โมล/ลิตร หรือผลิตภัณฑ์ของพวกมันมีค่าเท่ากับเอกภาพ ในกรณีนี้ เป็นที่ชัดเจนว่าอัตราคงที่ของปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเท่านั้นและไม่ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสาร

กฎของมวลสารไม่ได้คำนึงถึงความเข้มข้นของสารที่ทำปฏิกิริยาในสถานะของแข็งเพราะ พวกเขาทำปฏิกิริยากับพื้นผิวและความเข้มข้นมักจะคงที่

ตัวอย่างเช่นสำหรับปฏิกิริยาการเผาไหม้ของถ่านหิน

นิพจน์อัตราการเกิดปฏิกิริยาควรเขียนดังนี้:

$υ=k·C_(O_2)$,

นั่นคืออัตราการเกิดปฏิกิริยาเป็นสัดส่วนกับความเข้มข้นของออกซิเจนเท่านั้น

หากสมการปฏิกิริยาอธิบายเฉพาะปฏิกิริยาเคมีโดยรวมซึ่งเกิดขึ้นในหลายขั้นตอน อัตราของปฏิกิริยาดังกล่าวสามารถ วิธีที่ซับซ้อนขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารตั้งต้น การพึ่งพานี้ถูกกำหนดโดยการทดลองหรือทางทฤษฎีตามกลไกการเกิดปฏิกิริยาที่เสนอ

การกระทำของตัวเร่งปฏิกิริยา

เป็นไปได้ที่จะเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาโดยใช้สารพิเศษที่เปลี่ยนกลไกการเกิดปฏิกิริยาและนำมันไปตามเส้นทางที่ให้พลังงานมากกว่าด้วยพลังงานกระตุ้นที่ต่ำกว่า พวกเขาถูกเรียกว่า ตัวเร่งปฏิกิริยา(จากลาดพร้าว. การเร่งปฏิกิริยา- การทำลาย).

ตัวเร่งปฏิกิริยาทำหน้าที่เป็นมัคคุเทศก์ที่มีประสบการณ์นำทางกลุ่มนักท่องเที่ยวไม่ให้ผ่านภูเขาสูง (การเอาชนะมันต้องใช้ความพยายามและเวลามากและทุกคนไม่สามารถเข้าถึงได้) แต่ตามเส้นทางอ้อมที่เขารู้จักซึ่ง คุณสามารถเอาชนะภูเขาได้ง่ายและเร็วขึ้นมาก จริงอยู่ในทางอ้อมคุณไม่สามารถไปที่ทางผ่านหลักได้ แต่บางครั้งก็เป็นสิ่งที่คุณต้องการ! นี่คือวิธีการทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งเรียกว่า เลือก. เป็นที่ชัดเจนว่าไม่จำเป็นต้องเผาแอมโมเนียและไนโตรเจน แต่ใช้ไนตริกออกไซด์ (II) ในการผลิตกรดไนตริก

ตัวเร่งปฏิกิริยาคือสารที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเคมีและเปลี่ยนความเร็วหรือทิศทางของมัน แต่ในตอนท้ายของปฏิกิริยานั้นยังคงไม่เปลี่ยนแปลงทั้งในเชิงปริมาณและคุณภาพ

การเปลี่ยนแปลงอัตราของปฏิกิริยาเคมีหรือทิศทางของปฏิกิริยาด้วยความช่วยเหลือของตัวเร่งปฏิกิริยาเรียกว่า การเร่งปฏิกิริยา. ตัวเร่งปฏิกิริยาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ และในการขนส่ง (ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เปลี่ยนไนโตรเจนออกไซด์ในไอเสียรถยนต์ให้เป็นไนโตรเจนที่ไม่เป็นอันตราย)

การเร่งปฏิกิริยามีสองประเภท

ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันซึ่งทั้งตัวเร่งปฏิกิริยาและตัวตั้งต้นอยู่ในสถานะการรวมตัว (เฟส) เดียวกัน

ตัวเร่งปฏิกิริยาต่างกันที่ตัวเร่งปฏิกิริยาและสารตั้งต้นอยู่ ขั้นตอนต่างๆ. ตัวอย่างเช่น การสลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ต่อหน้าตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นของแข็งแมงกานีส (IV) ออกไซด์:

$2H_2O_2(→)↖(MnO_2(I))2H_2O_((l))+O_2(g)$

ตัวเร่งปฏิกิริยาจะไม่ถูกใช้ไปเนื่องจากปฏิกิริยา แต่ถ้าสารอื่นถูกดูดซับบนพื้นผิวของมัน (เรียกว่า พิษเร่งปฏิกิริยา) จากนั้นพื้นผิวจะใช้งานไม่ได้ จำเป็นต้องมีการสร้างตัวเร่งปฏิกิริยาขึ้นใหม่ ดังนั้นก่อนที่จะดำเนินการเร่งปฏิกิริยาวัสดุเริ่มต้นจะถูกทำให้บริสุทธิ์อย่างทั่วถึง

ตัวอย่างเช่น ในการผลิตกรดกำมะถัน โดยการติดต่อใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นของแข็ง - วาเนเดียม (V) ออกไซด์ $V_2O_5$:

$2SO_2+O_2⇄2SO_3$

ในการผลิตเมทานอล จะใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาสังกะสี-โครเมียมที่เป็นของแข็ง ($8ZnO Cr_2O_3×CrO_3$):

$CO_((ก))+2H_(2(ก))⇄CH_3OH_((ก))$

ตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ - เอนไซม์. โดย ลักษณะทางเคมีมันคือกระรอก ต้องขอบคุณพวกเขา ปฏิกิริยาเคมีที่ซับซ้อนดำเนินไปอย่างรวดเร็วในสิ่งมีชีวิตที่อุณหภูมิต่ำ เอนไซม์มีความเฉพาะเจาะจงมาก เอนไซม์แต่ละตัวจะเร่งปฏิกิริยาของตัวเองเท่านั้น ถูกเวลาและอยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสมโดยให้ผลตอบแทนใกล้เคียงกับ $100%$ การสร้างตัวเร่งปฏิกิริยาเทียมที่คล้ายกับเอนไซม์เป็นความฝันของนักเคมี!

แน่นอนคุณเคยได้ยินเกี่ยวกับสารที่น่าสนใจอื่น ๆ - สารยับยั้ง(จากลาดพร้าว. ยับยั้ง- ล่าช้า). พวกมันทำปฏิกิริยากับอนุภาคแอคทีฟในอัตราที่สูงเพื่อสร้างสารประกอบที่ไม่แอคทีฟ เป็นผลให้ปฏิกิริยาช้าลงอย่างรวดเร็วและหยุดลง สารยับยั้งมักถูกเพิ่มเข้าไปโดยเฉพาะ สารที่แตกต่างกันเพื่อป้องกันกระบวนการที่ไม่ต้องการ

ตัวอย่างเช่น ด้วยความช่วยเหลือของตัวยับยั้ง สารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ โมโนเมอร์เพื่อป้องกันการเกิดโพลิเมอไรเซชันก่อนเวลาอันควร กรดไฮโดรคลอริกจะเสถียรเพื่อให้สามารถขนส่งในภาชนะเหล็กได้ สารยับยั้งยังพบได้ในสิ่งมีชีวิตโดยจะยับยั้งปฏิกิริยาออกซิเดชันที่เป็นอันตรายต่างๆ ในเซลล์เนื้อเยื่อ ซึ่งสามารถเริ่มต้นได้ เช่น โดยรังสีกัมมันตภาพรังสี

ธรรมชาติของสารตั้งต้น (องค์ประกอบ โครงสร้าง)

ค่าของพลังงานกระตุ้นเป็นปัจจัยที่ส่งผลต่ออิทธิพลของธรรมชาติของสารที่ทำปฏิกิริยาต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา

ถ้าพลังงานกระตุ้นมีค่าน้อย ($< 40$ 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.

หากพลังงานก่อกัมมันต์สูง ($> 120$ กิโลจูล/โมล) แสดงว่ามีเพียงส่วนเล็กน้อยของการชนกันระหว่างอนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์เท่านั้นที่นำไปสู่ปฏิกิริยา อัตราของปฏิกิริยาดังกล่าวจึงช้ามาก ตัวอย่างเช่น ความคืบหน้าของปฏิกิริยาการสังเคราะห์แอมโมเนียที่อุณหภูมิปกติแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะสังเกตได้

หากพลังงานกระตุ้นมีค่าปานกลาง ($40-120$ กิโลจูล/โมล) อัตราของปฏิกิริยาดังกล่าวจะเป็นค่าเฉลี่ย ปฏิกิริยาเหล่านี้รวมถึงปฏิกิริยาของโซเดียมกับน้ำหรือ เอทิลแอลกอฮอล์, การเปลี่ยนสี น้ำโบรมีนเอทิลีน ปฏิสัมพันธ์ของสังกะสีกับกรดไฮโดรคลอริก ฯลฯ

ผิวสัมผัสของสารตั้งต้น

อัตราของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวของสาร เช่น ต่างกันขึ้นอยู่กับอื่น ๆ เงื่อนไขที่เท่าเทียมกันด้วยคุณสมบัติของพื้นผิวนี้ เป็นที่ทราบกันว่าชอล์คแบบผงจะละลายในกรดไฮโดรคลอริกได้เร็วกว่าชอล์คที่มีมวลเท่ากัน

การเพิ่มขึ้นของอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะอธิบายได้ประการแรกโดยการเพิ่มขึ้นของพื้นผิวสัมผัสของสารตั้งต้นรวมถึงสาเหตุอื่น ๆ เช่นการทำลายโครงสร้างของสารที่ถูกต้อง ตาข่ายคริสตัล. สิ่งนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าอนุภาคบนพื้นผิวของไมโครคริสตัลที่เกิดขึ้นนั้นมีปฏิกิริยามากกว่าอนุภาคเดียวกันบนพื้นผิวที่เรียบ

ในอุตสาหกรรม สำหรับการทำปฏิกิริยาต่างชนิดกัน ฟลูอิไดซ์เบดถูกนำมาใช้เพื่อเพิ่มพื้นผิวสัมผัสของสารตั้งต้น การจัดหาวัสดุตั้งต้น และการกำจัดผลิตภัณฑ์ ตัวอย่างเช่น ในการผลิตกรดซัลฟิวริกโดยใช้ฟลูอิไดซ์เบด ไพไรต์จะถูกคั่ว วี เคมีอินทรีย์การใช้ฟลูอิไดซ์เบด การแคร็กตัวเร่งปฏิกิริยาของผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมและการสร้าง (การกู้คืน) ของตัวเร่งปฏิกิริยาที่ล้มเหลว (โค้ก) จะดำเนินการ

7.1. ปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันและต่างกัน

สารเคมีสามารถอยู่ในสถานะการรวมตัวที่แตกต่างกันในขณะที่พวกเขา คุณสมบัติทางเคมีวี รัฐที่แตกต่างกันเหมือนกันแต่กิจกรรมต่างกัน (ซึ่งได้แสดงไว้ในการบรรยายครั้งที่แล้วโดยใช้ตัวอย่าง ผลความร้อนปฏิกิริยาเคมี).

พิจารณาการรวมกันของสถานะมวลรวมที่สาร A และ B สามารถเป็นได้

ก (ก.), ข (ก.)

A (ทีวี.), B (ทีวี.)

A (หญิง), B (ทีวี)

ผสมรวมกัน

ก(ทีวี), ข(ช)

A (หญิง), B (ง.)

ผสมรวมกัน

(สารละลาย)

ต่างกัน

ต่างกัน

ต่างกัน

เป็นเนื้อเดียวกัน

ต่างกัน

ต่างกัน

เป็นเนื้อเดียวกัน

Hg(l.) + HNO3

เอชทูโอ + ดีทูโอ

เฟ + O2

H2 S + H2 SO4

CO+O2

เฟสเป็นพื้นที่ ระบบเคมีซึ่งคุณสมบัติทั้งหมดของระบบจะคงที่ (เหมือนกัน) หรือเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องจากจุดหนึ่งไปอีกจุดหนึ่ง แต่ละเฟสของของแข็งแยกกัน นอกจากนี้ยังมีเฟสของสารละลายและแก๊ส

เรียกว่าเนื้อเดียวกัน ระบบเคมีซึ่งสารทั้งหมดอยู่ในสถานะเดียวกัน (ในสารละลายหรือในก๊าซ) หากมีหลายเฟสระบบจะถูกเรียก

ต่างกัน

ตามลำดับ ปฏิกิริยาเคมีเรียกว่าเอกพันธ์ (homogeneous) ถ้าสารตั้งต้นอยู่ในเฟสเดียวกัน ถ้าสารตั้งต้นอยู่ในเฟสต่างๆ กันแล้ว ปฏิกิริยาเคมีเรียกว่าต่างชนิดกัน

ง่ายต่อการทำความเข้าใจว่าเนื่องจากปฏิกิริยาเคมีต้องการการสัมผัสของรีเอเจนต์ ปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันจึงเกิดขึ้นพร้อมๆ กันในปริมาตรทั้งหมดของสารละลายหรือถังปฏิกิริยา ในขณะที่ปฏิกิริยาต่างกันเกิดขึ้นที่ขอบเขตแคบๆ ระหว่างเฟส - ที่ส่วนต่อประสาน ดังนั้น ตามทฤษฎีแล้ว ปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันจึงเกิดขึ้นเร็วกว่าปฏิกิริยาที่ต่างกัน

ดังนั้นเราจึงส่งผ่านไปยังแนวคิด อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี.

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี กฎของมวลที่ใช้งานอยู่ สมดุลเคมี.

7.2. อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี

สาขาเคมีที่ศึกษาเกี่ยวกับอัตราและกลไกการเกิดปฏิกิริยาเคมีคือสาขา เคมีกายภาพและโทร จลนพลศาสตร์เคมี.

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีคือการเปลี่ยนแปลงปริมาณของสารต่อหน่วยเวลาต่อหน่วยปริมาตรของระบบปฏิกิริยา (สำหรับปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกัน) หรือต่อหน่วยพื้นที่ผิว (สำหรับปฏิกิริยาที่ต่างกัน)

ดังนั้นหากปริมาณ							หรือพื้นที่			อินเทอร์เฟซ
ไม่เปลี่ยนแปลง นิพจน์สำหรับอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีจะมีรูปแบบดังนี้
หอมโอ

อัตราส่วนของการเปลี่ยนแปลงปริมาณของสารต่อปริมาตรของระบบสามารถตีความได้ว่าเป็นการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารที่กำหนด

โปรดทราบว่าสำหรับรีเอเจนต์ในนิพจน์สำหรับอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี จะมีการใส่เครื่องหมายลบ เนื่องจากความเข้มข้นของรีเอเจนต์ลดลง และอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีเป็นค่าบวก

ข้อสรุปเพิ่มเติมขึ้นอยู่กับการพิจารณาทางกายภาพอย่างง่าย ซึ่งพิจารณาปฏิกิริยาเคมีอันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคหลายตัว

Elementary (หรือเรียกง่ายๆ) คือปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในขั้นตอนเดียว หากมีหลายขั้นตอน ปฏิกิริยาดังกล่าวจะเรียกว่า ปฏิกิริยาเชิงซ้อน หรือ ปฏิกิริยาเชิงประกอบ หรือ ปฏิกิริยารวม

ในปี พ.ศ. 2410 มีการเสนอเพื่ออธิบายอัตราของปฏิกิริยาเคมี กฎของการกระทำโดยรวม: อัตราของปฏิกิริยาเคมีเบื้องต้นที่เป็นสัดส่วนกับความเข้มข้นของสารตั้งต้นในอำนาจของสัมประสิทธิ์ปริมาณสารสัมพันธ์ n A +m B P,

A, B - รีเอเจนต์, P - ผลิตภัณฑ์, n ,m - ค่าสัมประสิทธิ์

W = k n m

ค่าสัมประสิทธิ์ k เรียกว่าค่าคงที่อัตราของปฏิกิริยาเคมี

แสดงลักษณะของอนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์และไม่ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของอนุภาค

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี กฎของมวลที่ใช้งานอยู่ สมดุลทางเคมี ปริมาณ n และ m ถูกเรียก ลำดับปฏิกิริยาของสาร A และ B ตามลำดับ และ

ผลรวมของพวกเขา (n + m) - ลำดับปฏิกิริยา.

สำหรับปฏิกิริยาเบื้องต้น ลำดับปฏิกิริยาสามารถเป็น 1, 2 และ 3

ปฏิกิริยาเบื้องต้นที่มีคำสั่ง 1 เรียกว่า monomolecular โดยมีคำสั่ง 2 - bimolecular โดยมีคำสั่ง 3 - trimolecular ตามจำนวนโมเลกุลที่เกี่ยวข้อง ไม่ทราบปฏิกิริยาพื้นฐานที่สูงกว่าลำดับที่สาม - การคำนวณแสดงให้เห็นว่าการประชุมพร้อมกันของโมเลกุลสี่ตัว ณ จุดหนึ่งเป็นเหตุการณ์ที่เหลือเชื่อเกินไป

เนื่องจากปฏิกิริยาเชิงซ้อนประกอบด้วยลำดับของปฏิกิริยาพื้นฐานที่แน่นอน อัตราของมันจึงสามารถแสดงในรูปของอัตราของแต่ละขั้นตอนของปฏิกิริยา ดังนั้นสำหรับ ปฏิกิริยาที่ซับซ้อนคำสั่งสามารถเป็นอะไรก็ได้ รวมทั้งเศษส่วนหรือศูนย์ ( คำสั่งซื้อเป็นศูนย์ปฏิกิริยาแสดงว่าปฏิกิริยาเกิดขึ้นกับ ความเร็วคงที่และไม่ขึ้นกับความเข้มข้นของอนุภาคที่ทำปฏิกิริยา W =k ).

ขั้นตอนที่ช้าที่สุดของกระบวนการที่ซับซ้อนมักเรียกว่า ระยะจำกัด (ระยะจำกัดอัตรา)

ลองนึกภาพว่า จำนวนมากโมเลกุลไปที่โรงภาพยนตร์ฟรี แต่มีผู้ตรวจสอบที่ทางเข้าซึ่งตรวจสอบอายุของแต่ละโมเลกุล ดังนั้น กระแสของสสารจึงเข้าสู่ประตูโรงภาพยนตร์ และโมเลกุลจะเข้าสู่โรงภาพยนตร์ทีละตัว กล่าวคือ ช้ามาก.

ตัวอย่างของปฏิกิริยาเบื้องต้นของลำดับที่หนึ่ง ได้แก่ กระบวนการทางความร้อนหรือ การสลายตัวของสารกัมมันตรังสีตามลำดับ ค่าคงที่อัตรา k แสดงลักษณะความน่าจะเป็นของการแตก พันธะเคมีหรือความน่าจะเป็นของการสลายตัวต่อหน่วยเวลา

มีตัวอย่างมากมายของปฏิกิริยาเบื้องต้นของลำดับที่สอง - นี่เป็นวิธีที่คุ้นเคยที่สุดสำหรับเราในการดำเนินการปฏิกิริยา - อนุภาค A บินเข้าสู่อนุภาค B การเปลี่ยนแปลงบางอย่างเกิดขึ้นและมีบางอย่างเกิดขึ้นที่นั่น (โปรดทราบว่าผลิตภัณฑ์ในทางทฤษฎีทำ ไม่ส่งผลกระทบใดๆ - ให้ความสนใจกับอนุภาคที่ทำปฏิกิริยาเท่านั้น)

ในทางตรงกันข้าม มีปฏิกิริยาเบื้องต้นของลำดับที่สามค่อนข้างน้อย เนื่องจากค่อนข้างหายากที่อนุภาคทั้งสามจะมาพบกันในเวลาเดียวกัน

เพื่อเป็นตัวอย่าง ให้พิจารณาพลังทำนายของจลนพลศาสตร์เคมี

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี กฎของมวลที่ใช้งานอยู่ สมดุลทางเคมี

สมการจลน์อันดับหนึ่ง

(ภาพประกอบวัสดุเพิ่มเติม)

ให้เราพิจารณาปฏิกิริยาอันดับหนึ่งที่เป็นเนื้อเดียวกัน ค่าคงที่ของอัตราซึ่งเท่ากับ k ความเข้มข้นเริ่มต้นของสาร A เท่ากับ [A]0 .

ตามคำนิยาม อัตราของปฏิกิริยาเคมีที่เป็นเนื้อเดียวกันคือ

เค[เอ]

การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นต่อหน่วยเวลา เมื่อสาร A -

น้ำยา, ใส่เครื่องหมายลบ.

สมการดังกล่าวเรียกว่าสมการเชิงอนุพันธ์

อนุพันธ์)

[เอ]

เพื่อแก้ปัญหานี้ เราโอนปริมาณไปทางด้านซ้าย

เข้มข้นและถูกเวลา

ถ้าอนุพันธ์ของสองฟังก์ชันเท่ากัน แสดงว่าฟังก์ชันนั้นมีค่าเท่ากัน

จะต้องแตกต่างกันไม่เกินค่าคงที่

สำหรับแนวทางแก้ไข สมการที่กำหนดหาอินทิกรัลทางซ้ายมือ (by

ความเข้มข้น) และด้านขวา (ในเวลา). เพื่อไม่ให้ตกใจ

บันทึก[ A ] = −kt +C

ผู้ฟังเราจะจำกัดตัวเองในคำตอบ

ไอคอน ln - ลอการิทึมธรรมชาติ, เช่น. หมายเลข b เช่นนั้น

\u003d [ ก ], จ \u003d 2.71828 ...

ln[ A ]- ln0 = - kt

ค่าคงที่ C พบได้จากเงื่อนไขเริ่มต้น:

ที่ t = 0 ความเข้มข้นเริ่มต้นคือ [A]0

[เอ]

เมื่อลอการิทึม

เป็นเลขยกกำลัง ใช้คุณสมบัติของเลขยกกำลัง

[A]0

e a−b=

ทีนี้มากำจัดลอการิทึมตรงข้ามกัน (ดูคำจำกัดความ

ลอการิทึมสูง 6-7 บรรทัด)

ทำไมต้องเพิ่มจำนวน

ยกกำลังด้านซ้ายของสมการและด้านขวาของสมการ

[เอ]

E - kt

คูณด้วย [A]0

[A]0

สมการจลน์ของลำดับที่หนึ่ง

[ A ]= 0 × e - kt

ซึ่งเป็นรากฐาน

ได้รับ สมการจลนศาสตร์อันดับแรก

สั่งซื้อได้

คำนวณ

ความเข้มข้นของสาร

ณ จุดใดเวลาหนึ่ง

สำหรับวัตถุประสงค์ของหลักสูตรของเรา ผลลัพธ์นี้มีวัตถุประสงค์เพื่อให้ข้อมูลเท่านั้น เพื่อแสดงให้คุณเห็นถึงการสมัคร เครื่องมือทางคณิตศาสตร์เพื่อคำนวณปฏิกิริยาเคมี ดังนั้น นักเคมีที่มีความสามารถจึงไม่สามารถขาดความรู้ทางคณิตศาสตร์ได้ เรียนคณิต!

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี กฎของมวลที่ใช้งานอยู่ สมดุลทางเคมี กราฟของการพึ่งพาอาศัยกันของความเข้มข้นของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ตรงเวลาสามารถอธิบายในเชิงคุณภาพได้ดังต่อไปนี้ (โดยใช้ตัวอย่าง ปฏิกิริยากลับไม่ได้คำสั่งแรก)

ปัจจัยที่ส่งผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา

1. ธรรมชาติของสารตั้งต้น

ตัวอย่างเช่น อัตราการเกิดปฏิกิริยาของสารต่อไปนี้: H2 SO4 , CH3 COOH, H2 S, CH3 OH - ด้วยไฮดรอกไซด์ไอออนจะแตกต่างกันขึ้นอยู่กับความแรง พันธบัตร H-O. เพื่อประเมินความแข็งแกร่งของการเชื่อมต่อนี้ คุณสามารถใช้ค่าของความสัมพันธ์ ประจุบวกบนอะตอมของไฮโดรเจน: ยิ่งมีประจุมากเท่าไร ปฏิกิริยาก็จะยิ่งง่ายขึ้นเท่านั้น

2. อุณหภูมิ

ประสบการณ์ชีวิตบอกเราว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ตัวอย่างเช่น กระบวนการทำให้นมเปรี้ยวเกิดขึ้นเร็วขึ้นที่อุณหภูมิห้อง ไม่ใช่ในตู้เย็น

ให้เราหันไปที่นิพจน์ทางคณิตศาสตร์ของกฎของการกระทำโดยรวม

W = k n m

เนื่องจากด้านซ้ายของนิพจน์นี้ (อัตราการเกิดปฏิกิริยา) ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ดังนั้น ส่วนขวาการแสดงออกยังขึ้นอยู่กับอุณหภูมิด้วย ในขณะเดียวกันความเข้มข้นก็ไม่ขึ้นกับอุณหภูมิ ตัวอย่างเช่น นมจะคงปริมาณไขมันไว้ที่ 2.5% ทั้งในตู้เย็นและที่อุณหภูมิห้อง จากนั้น อย่างที่เชอร์ล็อค โฮล์มส์เคยพูดไว้ วิธีแก้ปัญหาที่เหลือคือทางออกที่ถูกต้อง ไม่ว่ามันจะดูแปลกแค่ไหนก็ตาม ค่าคงที่ของอัตราขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ!

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี กฎของมวลที่ใช้งานอยู่ สมดุลทางเคมี การพึ่งพาค่าคงที่อัตราการเกิดปฏิกิริยาต่ออุณหภูมิแสดงโดยใช้สมการ Arrhenius:

- อี

k = k0 eRT ,

ซึ่งใน

R = 8.314 J mol-1 K-1 - ค่าคงที่ของก๊าซสากล

E a คือพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยา (ดูด้านล่าง) ซึ่งถือว่าตามเงื่อนไขโดยไม่ขึ้นกับอุณหภูมิ

k 0 เป็นปัจจัยก่อนเลขชี้กำลัง (เช่น ปัจจัยที่อยู่หน้าเลขชี้กำลัง e ) ค่าของค่านั้นแทบไม่ขึ้นกับอุณหภูมิและถูกกำหนดโดยลำดับของปฏิกิริยาเป็นอย่างแรก

ดังนั้น ค่าของ k0 จึงมีค่าประมาณ 1,013 s-1 สำหรับปฏิกิริยาอันดับหนึ่ง และ 10 -10 l mol-1 s-1 สำหรับปฏิกิริยาอันดับสอง

สำหรับปฏิกิริยาลำดับที่สาม - 10 -33 l2 mol-2 s-1 ค่าเหล่านี้ไม่จำเป็นต้องจดจำ

ค่าที่แน่นอนของ k0 สำหรับแต่ละปฏิกิริยานั้นถูกกำหนดโดยการทดลอง

แนวคิดของพลังงานกระตุ้นชัดเจนจากรูปต่อไปนี้ ในความเป็นจริง พลังงานกระตุ้นเป็นพลังงานที่อนุภาคที่ทำปฏิกิริยาต้องมีเพื่อให้ปฏิกิริยาเกิดขึ้น

นอกจากนี้ หากเราให้ความร้อนแก่ระบบ พลังงานของอนุภาคจะเพิ่มขึ้น (กราฟจุด) ในขณะที่สถานะการเปลี่ยนผ่าน (≠) ยังคงอยู่ในระดับเดิม ความแตกต่างของพลังงานระหว่างสถานะเปลี่ยนผ่านและสารตั้งต้น (พลังงานกระตุ้น) จะลดลง และอัตราการเกิดปฏิกิริยาตามสมการ Arrhenius จะเพิ่มขึ้น

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี กฎของมวลที่ใช้งานอยู่ สมดุลทางเคมี นอกจากสมการ Arrhenius แล้ว ยังมีสมการ van't Hoff ซึ่ง

ลักษณะการพึ่งพาของอัตราการเกิดปฏิกิริยาต่ออุณหภูมิโดยใช้ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ γ:

ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ γ แสดงให้เห็นว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีจะเพิ่มขึ้นกี่เท่าเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง 10o

สมการ Van't Hoff:

ท 2 − ท 1

W (T 2 )= W (T 1 )× γ10

โดยปกติแล้ว ค่าสัมประสิทธิ์ γ จะอยู่ในช่วงตั้งแต่ 2 ถึง 4 ด้วยเหตุนี้ นักเคมีจึงมักจะใช้การประมาณว่า อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น 20o จะทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นตามลำดับความสำคัญ (เช่น 10 เท่า)

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี- การเปลี่ยนแปลงปริมาณของหนึ่งในสารที่ทำปฏิกิริยาต่อหน่วยเวลาในหน่วยพื้นที่ปฏิกิริยา เป็น แนวคิดหลักจลนพลศาสตร์เคมี อัตราของปฏิกิริยาเคมีเป็นบวกเสมอ ดังนั้นหากถูกกำหนดโดยสารตั้งต้น (ความเข้มข้นที่ลดลงระหว่างปฏิกิริยา) ค่าที่ได้จะถูกคูณด้วย −1

ตัวอย่างเช่นสำหรับปฏิกิริยา:

การแสดงออกของความเร็วจะมีลักษณะดังนี้:

. อัตราของปฏิกิริยาเคมีในแต่ละช่วงเวลาเป็นสัดส่วนกับความเข้มข้นของสารตั้งต้น ซึ่งยกกำลังเท่ากับค่าสัมประสิทธิ์ของสารสัมพันธ์

สำหรับปฏิกิริยาเบื้องต้น เลขชี้กำลังที่ค่าความเข้มข้นของสารแต่ละชนิดมักจะเท่ากับค่าสัมประสิทธิ์ของสารสัมพันธ์ ส่วนสำหรับปฏิกิริยาที่ซับซ้อน กฎนี้จะไม่ปฏิบัติตาม นอกจากความเข้มข้นแล้ว ปัจจัยต่อไปนี้มีอิทธิพลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี:

• ธรรมชาติของสารตั้งต้น
• การปรากฏตัวของตัวเร่งปฏิกิริยา
• อุณหภูมิ (กฎ van't Hoff)
• ความดัน,
• พื้นที่ผิวของสารตั้งต้น

หากเราพิจารณาปฏิกิริยาเคมีที่ง่ายที่สุด A + B → C เราจะสังเกตเห็นว่า ทันทีอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีไม่คงที่

วรรณกรรม

• Kubasov A. A. จลนศาสตร์เคมีและการเร่งปฏิกิริยา
• Prigogine I. , Defay R. อุณหพลศาสตร์เคมี. โนโวซีบีสค์: Nauka, 2509. 510 น.
• Yablonsky G. S. , Bykov V. I. , Gorban A. N. , แบบจำลองจลน์ของปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยา, Novosibirsk: Nauka (สาขาไซบีเรีย), 1983.- 255 p.

มูลนิธิวิกิมีเดีย 2553 .

• ภาษาเวลส์ของภาษาอังกฤษ
• เลื่อย (ภาพยนตร์ซีรีส์)

ดูว่า "อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี" คืออะไรในพจนานุกรมอื่นๆ:

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี- แนวคิดพื้นฐานของจลนพลศาสตร์เคมี สำหรับปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันอย่างง่าย อัตราของปฏิกิริยาเคมีจะวัดจากการเปลี่ยนแปลงจำนวนโมลของสารที่ทำปฏิกิริยา (ที่ปริมาตรคงที่ของระบบ) หรือโดยการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารตั้งต้นใดๆ ... ใหญ่ พจนานุกรมสารานุกรม

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี- แนวคิดพื้นฐานของเคมี จลนพลศาสตร์แสดงอัตราส่วนของปริมาณของสารที่ทำปฏิกิริยา (เป็นโมล) ต่อระยะเวลาที่เกิดอันตรกิริยา เนื่องจากความเข้มข้นของสารตั้งต้นเปลี่ยนแปลงระหว่างปฏิกิริยา อัตรามักจะ ... สารานุกรมมหาโปลีเทคนิค

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี- ค่าที่แสดงลักษณะความเข้มของปฏิกิริยาเคมี อัตราการก่อตัวของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาคือปริมาณของผลิตภัณฑ์นี้อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาต่อหน่วยเวลาต่อหน่วยปริมาตร (หากปฏิกิริยาเป็นเนื้อเดียวกัน) หรือต่อ ... ...

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี- แนวคิดพื้นฐานของจลนพลศาสตร์เคมี สำหรับปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันอย่างง่าย อัตราของปฏิกิริยาเคมีจะวัดจากการเปลี่ยนแปลงจำนวนโมลของสารที่ทำปฏิกิริยา (ที่ปริมาตรคงที่ของระบบ) หรือโดยการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารตั้งต้นใดๆ ... พจนานุกรมสารานุกรม

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี- ค่าที่แสดงลักษณะความเข้มของปฏิกิริยาเคมี (ดูปฏิกิริยาเคมี) อัตราการก่อตัวของผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาคือปริมาณของผลิตภัณฑ์นี้ที่เกิดจากปฏิกิริยาต่อหน่วยเวลาในหน่วยปริมาตร (ถ้า ... ...

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี- หลัก แนวคิดของเคมี จลนพลศาสตร์ สำหรับปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันอย่างง่าย S. x. ร. วัดจากการเปลี่ยนแปลงจำนวนโมลของปฏิกิริยาใน va (ที่ปริมาตรคงที่ของระบบ) หรือโดยการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารตั้งต้นในหรือผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยา (ถ้าปริมาตรของระบบ ...

กลไกการเกิดปฏิกิริยาเคมี- สำหรับปฏิกิริยาที่ซับซ้อนซึ่งประกอบด้วยหลายๆ ขั้นตอน (ปฏิกิริยาอย่างง่ายหรือเบื้องต้น) กลไกคือชุดของขั้นตอนอันเป็นผลมาจากการเริ่มต้นใน va จะถูกแปลงเป็นผลิตภัณฑ์ ตัวกลางในตัวคุณในปฏิกิริยาเหล่านี้สามารถทำหน้าที่เป็นโมเลกุล ... ... วิทยาศาสตร์ธรรมชาติ. พจนานุกรมสารานุกรม

ปฏิกิริยาการแทนที่ด้วยนิวคลีโอฟิลิก- (ปฏิกิริยาการทดแทนนิวคลีโอฟิลิกภาษาอังกฤษ) ปฏิกิริยาการแทนที่ซึ่งการโจมตีดำเนินการโดยรีเอเจนต์นิวคลีโอไทล์ที่มีตัวโลน คู่อิเล็กตรอน. กลุ่มที่ออกจากปฏิกิริยาการแทนที่ด้วยนิวคลีโอฟิลิกเรียกว่านิวคลีโอฟุก ทั้งหมด ... วิกิพีเดีย

ปฏิกริยาเคมี- การเปลี่ยนแปลงของสารหนึ่งไปเป็นอีกสารหนึ่งที่แตกต่างไปจากเดิม องค์ประกอบทางเคมีหรืออาคาร. จำนวนทั้งหมดอะตอมของธาตุแต่ละชนิด รวมทั้งตัวมันเองด้วย องค์ประกอบทางเคมี, สารที่เป็นส่วนประกอบยังคงอยู่ใน R. x ไม่เปลี่ยนแปลง; ร.x ... สารานุกรมแห่งสหภาพโซเวียตผู้ยิ่งใหญ่

ความเร็วในการวาด - ความเร็วของสายการเคลื่อนที่ของโลหะที่ทางออกจากแม่พิมพ์ m/s สำหรับเครื่องวาดสมัยใหม่ ความเร็วในการวาดสูงถึง 50-80 เมตร/วินาที อย่างไรก็ตามแม้ในระหว่างการวาดลวด ความเร็วตามกฎแล้วจะต้องไม่เกิน 30–40 ม./วินาที ที่… … พจนานุกรมสารานุกรมโลหะวิทยา

เช่นเดียวกับกระบวนการใด ๆ ปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นในเวลาดังนั้นจึงมีลักษณะเฉพาะด้วยความเร็วอย่างใดอย่างหนึ่ง

สาขาเคมีที่ศึกษาอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีและกลไกการเกิดปฏิกิริยาเคมีเรียกว่า จลนพลศาสตร์เคมี. จลนพลศาสตร์เคมีดำเนินการด้วยแนวคิดของ "ระยะ", "ระบบ" เฟส – เป็นส่วนหนึ่งของระบบที่แยกจากส่วนอื่น ๆ โดยส่วนต่อประสาน

ระบบเป็นเนื้อเดียวกันหรือต่างกัน ระบบที่เป็นเนื้อเดียวกันประกอบด้วย เฟสเดียว. ตัวอย่างเช่น อากาศหรือส่วนผสมของก๊าซ สารละลายเกลือ ระบบต่างกันประกอบด้วย สองเฟสขึ้นไป. ตัวอย่างเช่น น้ำที่เป็นของเหลว - น้ำแข็ง - ไอน้ำ สารละลายเกลือ + ตะกอน

ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในระบบที่เป็นเนื้อเดียวกันเรียกว่า เป็นเนื้อเดียวกัน. ตัวอย่างเช่น N 2 (g) + 3H 2 (g) \u003d 2NH 3 (g) พวกเขาวิ่งตลอด ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในระบบต่างกัน, เรียกว่า ต่างกัน. ตัวอย่างเช่น C (c) + O 2 (g) \u003d CO 2 (g) พวกเขาไหลที่อินเทอร์เฟซ

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีมุ่งมั่น ปริมาณของสารที่เข้าสู่ปฏิกิริยาหรือเกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาต่อหน่วยเวลาต่อหน่วยปริมาตร(สำหรับปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกัน) หรือต่อหน่วยอินเทอร์เฟซ(สำหรับระบบที่ต่างกัน)

อัตราการเกิดปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับลักษณะของสารตั้งต้น ความเข้มข้น อุณหภูมิ และการมีอยู่ของตัวเร่งปฏิกิริยา

1. ธรรมชาติของสารตั้งต้น

ปฏิกิริยาดำเนินไปในทิศทางของการทำลายพันธะที่แข็งแรงน้อยกว่าและการก่อตัวของสารที่มีพันธะที่แข็งแรงกว่า ดังนั้น พลังงานสูงจึงจำเป็นในการสลายพันธะในโมเลกุล H 2 และ N 2 โมเลกุลดังกล่าวมีปฏิกิริยาเล็กน้อย ในการทำลายพันธะในโมเลกุลที่มีขั้วสูง (HCl, H 2 O) จำเป็นต้องใช้พลังงานน้อยลง และอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะสูงขึ้นมาก ปฏิกิริยาระหว่างไอออนในสารละลายอิเล็กโทรไลต์จะเกิดขึ้นแทบจะในทันที

2. ความเข้มข้น

เมื่อความเข้มข้นเพิ่มขึ้น การชนกันของโมเลกุลของสารที่ทำปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นบ่อยขึ้น - อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้น

การพึ่งพาอาศัยกันของอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีต่อความเข้มข้นของสารตั้งต้นแสดงเป็น กฎของการกระทำโดยรวม (LMA): ที่อุณหภูมิคงที่ อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีจะแปรผันโดยตรงกับผลคูณของความเข้มข้นของสารตั้งต้น

ใน กรณีทั่วไปสำหรับ เป็นเนื้อเดียวกันปฏิกิริยา

nA (g) + mB (g) = pAB (ก)

การพึ่งพาอาศัยกันของอัตราการเกิดปฏิกิริยาแสดงโดยสมการ:

โดยที่ C A และ C B คือความเข้มข้นของสารตั้งต้น โมล/ลิตร k คือค่าคงที่อัตราการเกิดปฏิกิริยา สำหรับปฏิกิริยาเฉพาะ 2NO (g) + O 2 (g) \u003d 2NO 2 (g) นิพจน์ทางคณิตศาสตร์สำหรับ ZDM มีรูปแบบ:

υ = k∙∙

ค่าคงที่อัตราการเกิดปฏิกิริยา k ขึ้นอยู่กับธรรมชาติของสารตั้งต้น อุณหภูมิ และตัวเร่งปฏิกิริยา แต่ไม่ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารตั้งต้น ความหมายทางกายภาพของค่าคงที่อัตราคือเท่ากับอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่หน่วยความเข้มข้นของสารตั้งต้น

สำหรับ ต่างกันปฏิกิริยา (เมื่อสารอยู่ในสถานะการรวมตัวที่แตกต่างกัน) อัตราการเกิดปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของก๊าซหรือสารที่ละลายเท่านั้น และความเข้มข้นของเฟสของแข็งจะไม่รวมอยู่ในนิพจน์ทางคณิตศาสตร์ของ EDM:

nA (c) + mB (g) = pAB (ก)

ตัวอย่างเช่น อัตราของปฏิกิริยาการเผาไหม้ของคาร์บอนในออกซิเจนเป็นสัดส่วนกับความเข้มข้นของออกซิเจนเท่านั้น:

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

3. อุณหภูมิ

เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ความเร็วของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลจะเพิ่มขึ้น ซึ่งจะนำไปสู่การชนกันระหว่างพวกมันเพิ่มขึ้น เพื่อให้ปฏิกิริยาเกิดขึ้น โมเลกุลที่ชนกันต้องมีพลังงานส่วนเกินจำนวนหนึ่ง พลังงานส่วนเกินที่โมเลกุลต้องมีเพื่อให้การชนกันนำไปสู่การก่อตัวของสารใหม่, ถูกเรียก พลังงานกระตุ้น. พลังงานกระตุ้น ( อี) มีหน่วยเป็นกิโลจูล/โมล ค่าของมันขึ้นอยู่กับลักษณะของสารที่ทำปฏิกิริยาเช่น แต่ละปฏิกิริยามีพลังงานกระตุ้นของตัวเอง โมเลกุลที่มีพลังงานกระตุ้น, เรียกว่า คล่องแคล่ว. การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิจะเพิ่มจำนวนโมเลกุลที่ใช้งาน และทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีเพิ่มขึ้น

แสดงการพึ่งพาอาศัยกันของอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีต่ออุณหภูมิ ไม่ใช่กฎของฮอฟฟ์: สำหรับอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นทุกๆ 10 °C อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้น 2-4 เท่า.

โดยที่ υ 2 และ υ 1 คืออัตราการเกิดปฏิกิริยาที่อุณหภูมิ t 2 และ t 1

γ คือสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของอัตราการเกิดปฏิกิริยา แสดงจำนวนครั้งที่อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น 10 0 C

4. ผิวสัมผัสของสารตั้งต้น

สำหรับระบบต่างชนิดกัน ยิ่งพื้นผิวสัมผัสมีขนาดใหญ่เท่าใด ปฏิกิริยาก็จะดำเนินเร็วขึ้นเท่านั้น พื้นผิวของของแข็งสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการบดและสำหรับสารที่ละลายน้ำได้โดยการละลาย

5. ตัวเร่งปฏิกิริยา

สารที่เข้าร่วมในปฏิกิริยาและเพิ่มอัตรา โดยยังคงไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อสิ้นสุดปฏิกิริยาเรียกว่า ตัวเร่งปฏิกิริยา. การเปลี่ยนแปลงของอัตราการเกิดปฏิกิริยาภายใต้การกระทำของตัวเร่งปฏิกิริยาเรียกว่า การเร่งปฏิกิริยา. แยกแยะการเร่งปฏิกิริยา เป็นเนื้อเดียวกันและ ต่างกัน.

ถึง เป็นเนื้อเดียวกันรวมถึงกระบวนการที่ตัวเร่งปฏิกิริยาอยู่ในสถานะการรวมตัวเช่นเดียวกับสารตั้งต้น

2SO 2(ก) + O 2(ก) 2SO 3(ก)

การกระทำของตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันประกอบด้วยการก่อตัวของสารออกฤทธิ์ขั้นกลางที่มีความเสถียรมากหรือน้อย ซึ่งจากนั้นก็จะถูกสร้างใหม่อย่างสมบูรณ์

ถึง ต่างกันการเร่งปฏิกิริยารวมถึงกระบวนการดังกล่าวซึ่งตัวเร่งปฏิกิริยาและสารตั้งต้นอยู่ในสถานะการรวมตัวที่แตกต่างกัน และปฏิกิริยาเกิดขึ้นบนพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยา

N 2 (ก) + 3H 2 (ก) 2NH 3 (ก)

กลไกการออกฤทธิ์ของตัวเร่งปฏิกิริยาที่ต่างกันนั้นซับซ้อนกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกัน มีบทบาทสำคัญในกระบวนการเหล่านี้โดยการดูดซึมของก๊าซและ สารที่เป็นของเหลวบนพื้นผิว แข็ง- ปรากฏการณ์การดูดซับ อันเป็นผลมาจากการดูดซับ ความเข้มข้นของสารตั้งต้นเพิ่มขึ้น กิจกรรมทางเคมีของพวกมันเพิ่มขึ้น ซึ่งนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของอัตราการเกิดปฏิกิริยา