Birinchi tartibli reaksiya [k] =.

Ikkinchi tartibli reaksiya [k] = [l/mol∙t]

n-tartibdagi reaksiya [k] = [mol 1- n ∙ l n -1 ∙ t - t]

III. Harorat. Haroratning oshishi bilan kinetik energiya molekulalar va, demak, ularning harakat tezligi. Tezlikning oshishi molekulalarning to'qnashuvi sonining ko'payishiga va natijada reaktsiya tezligi. Har 10 0 ga harorat ortishi bilan tezlik oshgani eksperimental ravishda aniqlandi kimyoviy reaksiya 2-4 barobar ortadi:

V 2 \u003d V 1 ∙g (T 2 - T 1) / 10 yoki V 2 / V 1 \u003d g (T 2 - T 1) / 10

Bu erda V 1 - T 1 haroratdagi reaktsiya tezligi, V 2 - T 2 haroratdagi reaktsiya tezligi,

g - reaksiya tezligining harorat koeffitsienti, ko'pgina noorganik reaktsiyalar uchun uning qiymati ikkidan to'rtgacha o'zgaradi. Ushbu naqsh qoida deb ataladi Van't Xoff.

Haroratning oshishi bilan reaksiya tezligi oshadi, lekin reaktivlarning konsentratsiyasi o'zgarmaydi. Shuning uchun u o'zgaradi, harorat oshishi bilan tezlik konstantasini oshiradi. Kimyoviy reaksiya tezligi konstantasining haroratga bog‘liqligi Arrenius tenglamasi bilan tavsiflanadi:

k \u003d k o ∙e -Ea / RT

Bu erda k o - faol to'qnashuvlar sonini hisobga olgan koeffitsient, R - universal gaz doimiysi, T - harorat, E a - faollashtirish energiyasi.

Faollashtirish energiyasi har bir to'qnashuv kimyoviy reaktsiyaga olib keladigan molekulalarning energiyasidir.

jismoniy ma'no faollashtirish energiyalarini rasmdan tushunish oson.

prod.r-tion

Ordinata boshlang'ich moddalar va reaksiya mahsulotlarining entalpiyalari yig'indisini, abscissa esa reaksiya yo'nalishini ko'rsatadi. Bunday holda, boshlang'ich moddalarning energiyalari yig'indisi bilan egri chiziqning maksimal qiymati o'rtasidagi farq to'g'ridan-to'g'ri reaktsiyaning faollashuv energiyasini (E a) va reaktsiya mahsulotlarining energiyalari yig'indisi bilan farqini beradi. bir xil maksimal teskari reaktsiyaning faollashuv energiyasini beradi (E "a).

IV. Katalizator. Katalizatorlar kimyoviy reaksiya tezligini o'zgartiradigan, ammo stexiometrik reaksiya tenglamasining bir qismi bo'lmagan moddalardir. Katalizatorlar kimyoviy reaksiya tezligini oshirishi yoki kamaytirishi mumkin. Reaksiya tezligini sekinlashtiruvchi moddalar deyiladi ingibitorlar. Katalizatorlar kimyoviy reaksiyada bevosita ishtirok etadilar, lekin reaksiya oxirida ularni reaksiya aralashmasidan dastlabki miqdorda ajratib olish mumkin. Katalizatorlar selektivlik bilan tavsiflanadi, ya'ni. reaktsiyaning ma'lum bir yo'nalishda o'tishiga ta'sir qilish qobiliyati:

4 NH 3 + 3 O 2 \u003d 6 H 2 O +2 N 2 (katalizatorsiz)

4 NH 3 + 5 O 2 = 4 NO + 6 H 2 O (Pt katalizator)

Co, Rh → CH 3 CH 2 CH 2 OH + CH 3 CH OH CH 3

Biokatalizatorlar alohida o'rin tutadi - fermentlar, oqsillardir. Ular qat'iy belgilangan reaktsiyalar tezligiga ta'sir qiladi, ya'ni. yuqori selektivlikka ega. Ular xona haroratida reaktsiyalarni milliardlab trillionlab marta tezlashtirishga qodir. Harorat ko'tarilganda, ular faolligini yo'qotadilar, chunki. oqsillar denatüratsiyalanadi.

Kimyoviy o'zgarishlarning mexanizmlari va ularning tezligi kimyoviy kinetika bilan o'rganiladi. Kimyoviy jarayonlar vaqt o'tishi bilan har xil tezlikda boradi. Ba'zilar tezda, deyarli bir zumda sodir bo'ladi, boshqalari esa juda uzoq vaqtni oladi.

Bilan aloqada

Tezlik reaktsiyasi- reagentlar iste'mol qilish tezligi (ularning konsentratsiyasi pasayadi) yoki reaktsiya mahsulotlarining birlik hajmida hosil bo'lishi.

Kimyoviy reaksiya tezligiga ta'sir etuvchi omillar

Quyidagi omillar kimyoviy o'zaro ta'sirning qanchalik tez sodir bo'lishiga ta'sir qilishi mumkin:

• moddalarning konsentratsiyasi;
• reagentlarning tabiati;
• harorat;
• katalizator mavjudligi;
• bosim (gazsimon muhitdagi reaktsiyalar uchun).

Shunday qilib, kimyoviy jarayonning borishi uchun ma'lum shartlarni o'zgartirish orqali jarayonning qanchalik tez davom etishiga ta'sir qilish mumkin.

Kimyoviy o'zaro ta'sir jarayonida reaksiyaga kirishuvchi moddalarning zarralari bir-biri bilan to'qnashadi. Bunday tasodiflar soni reaksiyaga kirishuvchi aralashmaning hajmidagi moddalar zarrachalari soniga proportsional va shuning uchun reagentlarning molyar konsentrasiyalariga proportsionaldir.

Harakat qiluvchi massalar qonuni reaksiya tezligining reaksiyaga kirishuvchi moddalarning molyar konsentrasiyalariga bog‘liqligini tavsiflaydi.

Elementar reaksiya uchun (A + B → ...) bu qonun quyidagi formula bilan ifodalanadi:

y \u003d k ∙S A ∙S B,

bu yerda k - tezlik konstantasi; C A va C B - molyar kontsentratsiyalar reaktivlar A va B.

Agar reaksiyaga kirishuvchi moddalardan biri qattiq holatda bo'lsa, u holda o'zaro ta'sir interfeysda sodir bo'ladi, shuning uchun qattiq moddaning konsentratsiyasi tenglamaga kiritilmaydi. kinetik qonun harakatlanuvchi omma. Tezlik konstantasining fizik ma'nosini tushunish uchun C, A va C B ni 1 ga teng qabul qilish kerak. Keyin ma'lum bo'ladiki, tezlik konstantasi reagent konsentratsiyasi birlikka teng bo'lgan reaksiya tezligiga teng.

Reaktivlarning tabiati

Chunki o'zaro ta'sir jarayonida ular yo'q qilinadi kimyoviy bog'lanishlar reaktivlar va reaksiya mahsulotlarining yangi bog'lari hosil bo'ladi, keyin birikmalarning reaktsiyasida ishtirok etuvchi bog'larning tabiati va reaksiyaga kirishuvchi moddalar molekulalarining tuzilishi katta rol o'ynaydi.

Reagentlar bilan aloqa qilishning sirt maydoni

Qattiq reagentlar bilan aloqa qilishning sirt maydoni kabi xarakteristikalar, ba'zan juda sezilarli darajada, reaktsiyaning borishiga ta'sir qiladi. Qattiq jismni maydalash reagentlarning aloqa yuzasini ko'paytirishga imkon beradi va shuning uchun jarayonni tezlashtiradi. Erigan moddalarning aloqa qilish maydoni moddaning erishi bilan osonlik bilan ortadi.

Reaktsiya harorati

Haroratning oshishi bilan to'qnashuvchi zarrachalarning energiyasi ortadi, harorat oshishi bilan kimyoviy jarayonning o'zi tezlashishi aniq. Haroratning oshishi moddalarning o'zaro ta'sir qilish jarayoniga qanday ta'sir qilishiga aniq misol sifatida jadvalda keltirilgan ma'lumotlar ko'rib chiqilishi mumkin.

1-jadval. Suv hosil bo'lish tezligiga harorat o'zgarishining ta'siri (O 2 +2N 2 →2N 2 O)

Haroratning moddalarning o'zaro ta'sir qilish tezligiga qanday ta'sir qilishini miqdoriy tavsiflash uchun Van't-Xoff qoidasi qo'llaniladi. Vant Xoff qoidasi shundaki, harorat 10 gradusga ko'tarilganda 2-4 marta tezlanish bo'ladi.

Vant-Xoff qoidasini tavsiflovchi matematik formula quyidagicha:

Bu yerda g kimyoviy reaksiya tezligining harorat koeffitsienti (g = 2−4).

Ammo Arrhenius tenglamasi tezlik konstantasining haroratga bog'liqligini ancha aniqroq tavsiflaydi:

Bu erda R universal gaz konstantasi, A - reaksiya turi bilan belgilanadigan omil, E, A - aktivlanish energiyasi.

Faollashuv energiyasi - bu kimyoviy o'zgarishlar sodir bo'lishi uchun molekula olishi kerak bo'lgan energiya. Ya'ni, bu energiya to'sig'ining bir turi bo'lib, aloqalarni qayta taqsimlash uchun reaktsiya hajmida to'qnashadigan molekulalar tomonidan engib o'tish kerak bo'ladi.

Faollanish energiyasi tashqi omillarga bog'liq emas, balki moddaning tabiatiga bog'liq. 40-50 kJ / mol gacha bo'lgan faollashtirish energiyasining qiymati moddalarning bir-biri bilan faol reaksiyaga kirishishiga imkon beradi. Faollashtirish energiyasi 120 kJ/mol dan oshsa, keyin moddalar (oddiy haroratda) juda sekin reaksiyaga kirishadi. Haroratning o'zgarishi faol molekulalar sonining o'zgarishiga olib keladi, ya'ni aktivlanish energiyasidan kattaroq energiyaga erishgan va shuning uchun kimyoviy o'zgarishlarga qodir bo'lgan molekulalar.

Katalizator harakati

Katalizator - bu jarayonni tezlashtiradigan, lekin uning mahsulotlari tarkibiga kirmaydigan modda. Kataliz (kimyoviy o'zgarish jarayonining tezlashishi) · bir jinsli, · geterogenga bo'linadi. Agar reaksiyaga kirishuvchi moddalar va katalizator bir xil agregatsiya holatida bo'lsa, kataliz bir jinsli, agar turli holatda bo'lsa, geterogen deyiladi. Katalizatorlarning ta'sir qilish mexanizmlari xilma-xil va ancha murakkab. Bundan tashqari, katalizatorlar ta'sirning selektivligi bilan ajralib turishini ta'kidlash kerak. Ya'ni, bir reaksiyani tezlashtiradigan bir xil katalizator boshqasining tezligini hech qanday tarzda o'zgartira olmaydi.

Bosim

Agar transformatsiyada gazsimon moddalar ishtirok etsa, u holda jarayon tezligi tizimdagi bosimning o'zgarishiga ta'sir qiladi. . Bu sodir bo'ladi, chunki gazsimon reaktivlar uchun bosimning o'zgarishi konsentratsiyaning o'zgarishiga olib keladi.

Kimyoviy reaksiya tezligini eksperimental aniqlash

Reaksiyaga kirishuvchi moddalar yoki mahsulotlar konsentratsiyasi vaqt birligida qanday o‘zgarishi haqidagi ma’lumotlarni olish orqali kimyoviy o‘zgarish tezligini tajriba yo‘li bilan aniqlash mumkin. Bunday ma'lumotlarni olish usullari quyidagilarga bo'linadi

• kimyoviy,
• fizik va kimyoviy.

Kimyoviy usullar juda oddiy, tushunarli va aniq. Ularning yordami bilan tezlik reaktivlar yoki mahsulotlarning kontsentratsiyasini yoki miqdorini to'g'ridan-to'g'ri o'lchash orqali aniqlanadi. Sekin reaktsiya bo'lsa, reagent qanday iste'mol qilinishini kuzatish uchun namunalar olinadi. Shundan so'ng, namunadagi reaktivning tarkibi aniqlanadi. Muntazam vaqt oralig'ida namuna olish orqali o'zaro ta'sir paytida moddaning miqdori o'zgarishi haqida ma'lumot olish mumkin. Analizning eng ko'p qo'llaniladigan turlari titrimetriya va gravimetriyadir.

Agar reaktsiya tez davom etsa, namuna olish uchun uni to'xtatish kerak. Buni sovutish orqali amalga oshirish mumkin katalizatorni keskin olib tashlash, reaktivlardan birini suyultirish yoki reaktiv bo'lmagan holatga o'tkazish ham mumkin.

Usullari fizik va kimyoviy tahlil zamonaviy eksperimental kinetikada kimyoviylarga qaraganda ko'proq qo'llaniladi. Ularning yordami bilan siz real vaqtda moddalar kontsentratsiyasining o'zgarishini kuzatishingiz mumkin. Reaksiyani to'xtatish va namunalar olishning hojati yo'q.

Fizik-kimyoviy usullar o'lchashga asoslangan jismoniy mulk, tizimdagi ma'lum bir birikmaning miqdoriy tarkibiga qarab va vaqt o'tishi bilan o'zgaradi. Misol uchun, agar reaksiyada gazlar ishtirok etsa, unda bosim shunday xususiyat bo'lishi mumkin. Shuningdek, moddalarning elektr o'tkazuvchanligi, sindirish ko'rsatkichi va yutilish spektrlari o'lchanadi.

1. Kimyoviy kinetikaning asosiy tushunchalari va postulatlari

Kimyoviy kinetika - bo'lim fizik kimyo Kimyoviy reaksiyalar tezligini o'rganuvchi. Kimyoviy kinetikaning asosiy vazifalari: 1) reaksiya tezligini hisoblash va kinetik egri chiziqlarni aniqlash, ya'ni. reaktivlar kontsentratsiyasining vaqtga bog'liqligi ( bevosita vazifa); 2) kinetik egri chiziqlardan reaksiya mexanizmlarini aniqlash ( teskari muammo).

Kimyoviy reaksiya tezligi reaktivlar kontsentratsiyasining vaqt birligidagi o'zgarishini tavsiflaydi. Reaktsiya uchun

a A+ b B+... d D+ e E+...

reaksiya tezligi quyidagicha aniqlanadi:

Bu erda kvadrat qavslar moddaning kontsentratsiyasini bildiradi (odatda mol/l da o'lchanadi), t- vaqt; a, b, d, e- reaksiya tenglamasida stexiometrik koeffitsientlar.

Reaksiya tezligi reaktivlarning tabiatiga, ularning konsentratsiyasiga, haroratiga va katalizator mavjudligiga bog'liq. Reaktsiya tezligining kontsentratsiyaga bog'liqligi kimyoviy kinetikaning asosiy postulati bilan tavsiflanadi - harakatlanuvchi massalar qonuni:

Vaqtning har bir nuqtasida kimyoviy reaktsiya tezligi reaktivlarning hozirgi kontsentratsiyasiga mutanosibdir:

,

qayerda k- tezlik konstantasi (kontsentratsiyadan mustaqil); x, y- chaqirilgan ba'zi raqamlar moddalar bo'yicha reaktsiyalar tartibi A va B. Bu raqamlar odatda koeffitsientlar bilan hech qanday aloqasi yo'q a va b reaksiya tenglamasida. Ko'rsatkichlar yig'indisi x+ y chaqirdi umumiy reaktsiya tartibi. Reaksiyaning tartibi musbat yoki manfiy, butun yoki kasrli bo‘lishi mumkin.

Ko'pgina kimyoviy reaktsiyalar deb ataladigan bir necha bosqichlardan iborat elementar reaktsiyalar. Elementar reaktsiya deganda, odatda, o'tish kompleksini shakllantirish orqali davom etadigan kimyoviy bog'lanishning yagona shakllanishi yoki parchalanishi tushuniladi. Elementar reaksiyada qatnashadigan zarrachalar soni deyiladi molekulyarlik reaktsiyalar. Elementar reaksiyalarning faqat uchta turi mavjud: monomolekulyar (A B + ...), bimolekulyar (A + B D + ...) va trimolekulyar (2A + B D + ...). Elementar reaksiyalar uchun umumiy tartib molekulyarlikka, moddalar bo‘yicha tartiblar esa reaksiya tenglamasidagi koeffitsientlarga teng bo‘ladi.

MISOLLAR

1-1-misol. 2NOBr (g) 2NO (g) + Br 2(g) reaksiyasida NO hosil boʻlish tezligi 1,6 ga teng. 10 -4 mol/(l.s). Reaksiya tezligi va NOBr iste'mol darajasi qanday?

Yechim. Ta'rifga ko'ra, reaktsiya tezligi:

Mole / (l. s).

Xuddi shu ta'rifdan kelib chiqadiki, NOBr iste'mol darajasi qarama-qarshi belgi bilan NO hosil bo'lish tezligiga teng:

mol / (l. s).

1-2-misol. 2-tartibli A + B D reaksiyasida A va B moddalarning dastlabki konsentratsiyasi mos ravishda 2,0 mol/l va 3,0 mol/l ni tashkil qiladi. Reaktsiya tezligi 1,2 ni tashkil qiladi. [A] = 1,5 mol/l da 10 -3 mol/(l.s). Tezlik konstantasini va reaksiya tezligini [B] = 1,5 mol/L da hisoblang.

Yechim. Massa ta'siri qonuniga ko'ra, har qanday vaqtda reaktsiya tezligi:

.

[A] = 1,5 mol/l, 0,5 mol/l A va B moddalar reaksiyaga kirishgan paytga kelib, [B] = 3 – 0,5 = 2,5 mol/l. Tezlik konstantasi:

L/(mol. s).

[B] = 1,5 mol/l, 1,5 mol/l A va B moddalar reaksiyaga kirishgan vaqtga kelib, [A] = 2 – 1,5 = 0,5 mol/l. Reaktsiya tezligi:

Mole / (l. s).

VAZIFALAR

1-1. Ammiak sintezining reaksiya tezligi 1/2 N 2 + 3/2 H 2 \u003d NH 3 azot va vodorod konsentratsiyasi orqali qanday ifodalanadi? (javob)

1-2. Agar reaksiya tenglamasi N 2 + 3H 2 \u003d 2NH 3 shaklida yozilsa, ammiak sintezi reaktsiyasining tezligi 1/2 N 2 + 3/2 H 2 \u003d NH 3 qanday o'zgaradi? (javob)

1-3. Elementar reaksiyalar qanday tartiblangan: a) Cl + H 2 = HCl + H; b) 2NO + Cl 2 = 2NOCl? (javob)

1-4. Quyidagi qiymatlardan qaysi biri qabul qilishi mumkin a) salbiy; b) kasr qiymatlari: reaksiya tezligi, reaksiya tartibi, reaksiya molekulyarligi, tezlik konstantasi, stexiometrik koeffitsient? (javob)

1-5. Reaksiya tezligi reaksiya mahsulotlarining kontsentratsiyasiga bog'liqmi? (javob)

1-6. Gaz fazali elementar reaksiya tezligi A = 2D bosimning 3 barobar ortishi bilan necha marta ortadi? (Javob)

1-7. Tezlik konstantasi l 2 / (mol 2. s) o'lchamga ega bo'lsa, reaksiya tartibini aniqlang. (javob)

1-8. 25 ° C da 2-tartibli gazsimon reaktsiyaning tezlik konstantasi 10 3 l / (mol. s). Agar kinetik tenglama atmosferadagi bosim bilan ifodalansa, bu konstanta nimaga teng? (Javob)

1-9. Gaz fazasi reaktsiyasi uchun n-nA B tartibli B ning hosil bo’lish tezligini umumiy bosim bo’yicha ifodalaydi.(Javob)

1-10. To'g'ridan-to'g'ri va teskari reaktsiyalarning tezlik konstantalari 2,2 va 3,8 L / (mol s). Bu reaksiyalar quyidagi mexanizmlardan qaysi biri bilan borishi mumkin: a) A + B = D; b) A + B = 2D; c) A = B + D; d) 2A = B. (javob)

1-11. 2HI H 2 + I 2 parchalanish reaksiyasi tezlik konstantasi bilan 2-tartibga ega k= 5.95. 10 -6 l/(mol. s). 1 atm bosim va 600 K haroratda reaksiya tezligini hisoblang (javob)

1-12. A + B D 2-tartibli reaksiya tezligi 2,7 ga teng. 10 -7 mol/(l. s) A va B moddalar konsentrasiyalarida mos ravishda 3,0. 10 -3 mol/l va 2,0 mol/l. Tezlik konstantasini hisoblang.(Javob)

1-13. 2-tartibli A + B 2D reaksiyasida A va B moddalarining dastlabki konsentratsiyasi har biri 1,5 mol/l ni tashkil qiladi. Reaktsiya tezligi 2,0 ni tashkil qiladi. 10 -4 mol/(l.s) da [A] = 1,0 mol/l. [B] = 0,2 mol/l da tezlik konstantasi va reaksiya tezligini hisoblang. (javob)

1-14. 2-tartibli A + B 2D reaksiyasida A va B moddalarning dastlabki konsentratsiyasi mos ravishda 0,5 va 2,5 mol/l ni tashkil qiladi. [A] = 0,1 mol/l da reaksiya tezligi dastlabki tezlikdan necha marta kam? (javob)

1-15. Gaz fazali reaksiya tezligi tenglama bilan tavsiflanadi w = k. [A] 2. [B]. Ruxsat etilgan umumiy bosimda A va B kontsentratsiyalar orasidagi qanday nisbatda dastlabki reaksiya tezligi maksimal bo'ladi? (javob)

2. Oddiy reaksiyalar kinetikasi

Ushbu bo'limda massalar ta'siri qonuniga asoslanib, biz butun tartibli qaytarilmas reaktsiyalar uchun kinetik tenglamalarni tuzamiz va yechamiz.

0-tartibdagi reaksiyalar. Ushbu reaktsiyalarning tezligi konsentratsiyaga bog'liq emas:

,

Bu erda [A] - boshlang'ich moddaning konsentratsiyasi. Nol tartibi geterogen va fotokimyoviy reaksiyalarda uchraydi.

1-tartibdagi reaksiyalar. A B tipidagi reaktsiyalarda tezlik kontsentratsiyaga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir:

.

Kinetik tenglamalarni yechishda ko'pincha quyidagi belgi qo'llaniladi: boshlang'ich konsentratsiya [A] 0 = a, joriy konsentratsiya [A] = a - x(t), qayerda x(t) reaksiyaga kirishayotgan A moddaning konsentratsiyasi. Bu yozuvlarda 1-tartibli reaksiya va uning yechimi uchun kinetik tenglama quyidagi ko‘rinishga ega:

Kinetik tenglamaning yechimi reaksiya tartibini tahlil qilish uchun qulay bo'lgan boshqa shaklda ham yoziladi:

.

A moddaning yarmi yemirilishi uchun ketadigan vaqt yarim yemirilish davri t 1/2 deb ataladi. Bu tenglama bilan aniqlanadi x(t 1/2) = a/2 va teng

2-tartibdagi reaksiyalar. A + B D + ... tipidagi reaktsiyalarda tezlik konsentratsiyalar mahsulotiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir:

.

Moddalarning dastlabki konsentrasiyalari: [A] 0 = a, [B] 0 = b; joriy konsentratsiyalar: [A] = a- x(t), [B] = b - x(t).

Ushbu tenglamani yechishda ikkita holat ajratiladi.

1) A va B moddalarining bir xil dastlabki konsentratsiyasi: a = b. Kinetik tenglama quyidagi ko'rinishga ega:

.

Bu tenglamaning yechimi turli shakllarda yoziladi:

A va B moddalarining yarim yemirilish davri bir xil va teng:

2) A va B moddalarning dastlabki kontsentratsiyasi har xil: a b. Kinetik tenglama quyidagi ko'rinishga ega:
.

Bu tenglamaning yechimini quyidagicha yozish mumkin:

A va B moddalarining yarimparchalanish davri har xil: .

n-tartibli reaksiyalar n A D + ... Kinetik tenglama quyidagi ko'rinishga ega:

.

Kinetik tenglamaning yechimi:

. (2.1)

A moddaning yarim yemirilish davri () ga teskari proportsionaldir. n-1)-boshlang'ich kontsentratsiya darajasi:

. (2.2)

2-1-misol. 14 C radioaktiv izotopining yarim yemirilish davri 5730 yil. Arxeologik qazishmalar paytida daraxt topildi, uning tarkibidagi harorat 14 ° C bo'lib, uning miqdori normaning 72% ni tashkil qiladi. Daraxt necha yoshda?
Yechim. Radioaktiv parchalanish 1-tartibli reaksiya. Tezlik konstantasi:

Daraxtning umrini kinetik tenglama yechimidan [A] = 0,72 ekanligini hisobga olgan holda topish mumkin. [A]0:

2-2-misol. Aniqlanishicha, 2-tartibli reaksiya (bir reagent) 0,24 M reaktivning dastlabki konsentratsiyasida 92 daqiqada 75% bajariladi. Xuddi shu sharoitda reaktiv konsentratsiyasi 0,16 M ga yetguncha qancha vaqt ketadi?
Yechim. Bitta reagent bilan 2-tartibli reaksiya uchun kinetik tenglamaning yechimini ikki marta yozamiz:

,

qaerda, konventsiyaga ko'ra, a= 0,24M, t 1 = 92 min, x 1 = 0,75. 0,24=0,18M, x 2 = 0,24 - 0,16 = 0,08 M. Bir tenglamani boshqa tenglamaga ajratamiz:

2-3-misol. Elementar reaktsiya uchun n A B A ning yarim yemirilish davrini t 1/2 gacha, A ning yemirilish vaqtini 75% - t 3/4 gacha bildiradi. t 3/4 / t 1/2 nisbati boshlang'ich konsentratsiyaga bog'liq emasligini, faqat reaktsiya tartibi bilan aniqlanishini isbotlang. n.Yechim. Reaksiya uchun kinetik tenglamaning yechimini ikki marta yozamiz n- bitta reagent bilan tartib:

va bir ifodani boshqasiga ajrating. Konstantalar k va a ikkala ifodadan ham bekor qilinadi va biz quyidagilarni olamiz:

.

Ushbu natijani konversiya darajasi a va b bo'lgan vaqtlar nisbati faqat reaksiya tartibiga bog'liqligini isbotlash orqali umumlashtirilishi mumkin:

.

VAZIFALAR

2-1. Kinetik tenglama yechimidan foydalanib, 1-tartibdagi reaksiyalar uchun t vaqt ekanligini isbotlang. x, buning uchun boshlang'ich moddaning konversiya darajasiga etadi x, dastlabki konsentratsiyaga bog'liq emas. (javob)

2-2. Birinchi tartibli reaksiya 7 daqiqada 30% ga boradi. Reaksiya 99% yakunlanishi uchun qancha vaqt kerak bo'ladi? (javob)

2-3. natijasida atmosferaga kirgan radioaktiv izotopning yarimparchalanish davri 137 Cs. Chernobil avariyasi, - 29,7 yil. Qaysi vaqtdan keyin bu izotopning miqdori asl nusxaning 1% dan kam bo'ladi? (javob)

2-4. Yadroviy sinovlar paytida atmosferaga kiradigan radioaktiv izotop 90 Sr ning yarim yemirilish davri 28,1 yil. Faraz qilaylik, yangi tug'ilgan chaqaloqning tanasi ushbu izotopdan 1,00 mg ni o'zlashtirgan. a) 18 yildan keyin, b) 70 yildan keyin organizmda qancha stronsiy qoladi, agar u organizmdan chiqarilmaydi deb hisoblasak? (Javob)

2-5. Birinchi tartibli reaksiya SO 2 Cl 2 = SO 2 + Cl 2 uchun tezlik konstantasi 2,2 ga teng. 320 o S da 10 -5 s -1. Bu haroratda 2 soat ushlab turilganda SO 2 Cl 2 ning necha foizi parchalanadi? (Javob)

2-6. 1-tartibli reaksiya tezligi konstantasi

2N 2 O 5 (g) 4NO 2 (g) + O 2 (g)

25 ° C da u 3,38 ni tashkil qiladi. 10 -5 s -1. N 2 O 5 ning yarim yemirilish davri qanday? Agar dastlabki bosim 500 mm Hg bo'lsa, a) 10 s, b) 10 minutdan keyin tizimdagi bosim qanday bo'ladi. Art. (javob)

2-7. Birinchi tartibli reaksiya har xil miqdordagi boshlang'ich material bilan amalga oshiriladi. Kinetik egri chiziqlarning boshlang'ich qismlariga teglar x o'qining bir nuqtasida kesishadimi? Javobni tushuntiring.(Javob)

2-8. Birinchi tartibli reaksiya A 2B gaz fazasida davom etadi. Dastlabki bosim p 0 (B yo'q). Umumiy bosimning vaqtga bog'liqligini toping. Qaysi vaqtdan keyin bosim dastlabki bilan solishtirganda 1,5 martaga oshadi? Bu vaqtga qadar reaktsiyaning darajasi qanday? (javob)

2-9. Ikkinchi tartibli reaksiya 2A B gaz fazasida davom etadi. Dastlabki bosim p 0 (B yo'q). Umumiy bosimning vaqtga bog'liqligini toping. Qaysi vaqtdan keyin bosim dastlabki bilan solishtirganda 1,5 marta kamayadi? Bu vaqtga qadar reaktsiyaning darajasi qanday? (javob)

2-10. A moddasi B va C moddalari bilan teng konsentratsiyada 1 mol/l aralashtirildi. 1000 s dan keyin A moddaning 50% qoladi.Agar reaksiya: a) nol, b) birinchi, c) ikkinchi, c) uchinchi umumiy tartib bo’lsa, 2000 s dan keyin qancha A modda qoladi?(javob)

2-11. Agar moddalarning boshlang'ich konsentratsiyasi 1 mol/l bo'lsa va mol/l va s bilan ifodalangan barcha tezlik konstantalari 1 ga teng bo'lsa, qaysi reaksiyalar - birinchi, ikkinchi yoki uchinchi tartib - tezroq tugaydi? (javob)

2-12. Reaktsiya

CH 3 CH 2 NO 2 + OH - H 2 O + CH 3 CHNO 2 -

ikkinchi tartib va ​​tezlik konstantasiga ega k= 39,1 l/(mol. min) 0 ga yaqin C. 0,004 M nitroetan va 0,005 M NaOH o'z ichiga olgan eritma tayyorlandi. 90% nitroetan qancha vaqt reaksiyaga kirishadi?

2-13. 298 K da H+ va FG - (fenilglioksinat) ionlarining UFH molekulasiga rekombinatsiyasi tezligi konstantasi. k= 10 11,59 l/(mol.s). Ikkala ionning dastlabki konsentratsiyasi 0,001 mol/L ga teng bo‘lsa, reaksiya 99,999% ga o‘tgan vaqtni hisoblang. (javob)

2-14. Butanol-1 ning gipoxlorik kislota bilan oksidlanish tezligi spirtning konsentratsiyasiga bog'liq emas va 2 ga proportsionaldir. Agar dastlabki eritmada 0,1 mol/l HClO va 1 mol/l spirt bo‘lsa, 298 K da oksidlanish reaksiyasi qancha vaqt ichida 90% ga yetadi? Reaksiya tezligi konstantasi k= 24 l/(mol. min). (javob)

2-15. Muayyan haroratda etil asetatning 0,01 M eritmasi 0,002 M NaOH eritmasi bilan 23 daqiqada 10% ga sovunlanadi. 0,005 M KOH eritmasi bilan necha daqiqadan keyin bir xil darajada sovunlanadi? E'tibor bering, bu reaksiya ikkinchi tartibli bo'lib, ishqorlar butunlay dissotsiatsiyalanadi.(Javob)

2-16. Ikkinchi tartibli reaksiya A + B P boshlang'ich konsentratsiyalari [A] 0 = 0,050 mol/l va [B] 0 = 0,080 mol/l bo'lgan eritmada amalga oshiriladi. 1 soatdan keyin A moddasining konsentratsiyasi 0,020 mol/L ga kamaydi. Har ikkala moddaning tezlik konstantasini va yarim yemirilish davrlarini hisoblang.

Kimyoviy kinetika fanining predmeti.

Termodinamika faqat tizimning dastlabki va yakuniy holatini hisobga oladi, jarayonning fundamental imkoniyatini katta aniqlik bilan bashorat qilishga imkon beradi, lekin u jarayonning mexanizmi, uning vaqt o'tishi bilan o'zgarishi haqida hech qanday ma'lumot bermaydi.

Fizik kimyoning barcha bu savollari kimyoviy kinetika bo'limida ko'rib chiqiladi.

Fizik kimyoning oqim qonunlariga bag'ishlangan bo'limi kimyoviy jarayonlar vaqt ichida deyiladi kimyoviy kinetika.

Kimyoviy kinetika muammolari:

1. reaksiya tezligini va ularning oqim sharoitiga bog'liqligini eksperimental o'rganish (reaksiyaga kirishuvchi moddalarning konsentratsiyasi, harorat, boshqa moddalar mavjudligi va boshqalar);

2. Reaksiya mexanizmini o'rnatish, ya'ni elementar bosqichlar soni va hosil bo'lgan oraliq mahsulotlarning tarkibi.

Reaktsiya tezligining reaktivlar kontsentratsiyasiga bog'liqligini miqdoriy tavsifi kimyoviy kinetikaning asosiy postulatiga asoslanadi va mavzu bo'ladi. rasmiy kinetika.

DA umumiy ko'rinish Kimyoviy reaksiyani quyidagicha yozish mumkin:

n 1 A 1 + n 2 A 2 +…+ n i A i n 1 ´A 1 ´ + n 2 ´A 2 ´ +…+ n n ´A n ´,

bu yerda n i va n n ´ mos ravishda dastlabki moddalar va reaksiya mahsulotlarining stexiometrik koeffitsientlari; A i va A n ´ boshlang'ich moddalar va reaksiya mahsulotlaridir.

Kimyoviy reaksiya tezligi y - birlik hajmdagi reaksiyaga kirishuvchi moddalar miqdorining vaqt birligidagi o'zgarishi (mol / (l∙s) bilan o'lchanadi).

Reaktivlar miqdori vaqtga qarab o'zgarganligi sababli, reaktsiya tezligi vaqtning funktsiyasidir. Kontseptsiyani kiritish mumkin o'rtacha tezlik reaktsiyalar, ma'lum vaqt oralig'ida ko'rib chiqiladi:

qayerda n 1 va n 2- boshlang'ich moddalardan birining dastlabki tarkibidagi konsentratsiyasi t1 va yakuniy t2 vaqt momenti.

Reaksiya tezligi reaksiyaga kirishuvchi moddalardan birining miqdorini kamayishi ("-" belgisi bilan) yoki hosil bo'lgan moddalardan birining miqdorini ("+" belgisi bilan) vaqt birligida ko'payishi bilan aniqlanadi. birlik hajmi.

Soatlik intervalning kamayishi bilan, qachon, uchun ifodani olamiz haqiqiy tezlik bu vaqtda:

Agar tizimning hajmi doimiy bo'lsa ( V=const), unda biz konsentratsiya tushunchasidan foydalanishimiz mumkin:

Bu tenglama eritmalardagi reaktsiyalar uchun ko'rib chiqiladi, bunda hajm o'zgarishiga e'tibor bermaslik mumkin.

Kimyoviy reaktsiyalar, qoida tariqasida, bir necha bosqichlardan o'tadi. Umumiy reaktsiya tezligi eng sekin qadam tezligi bilan belgilanadi, deyiladi cheklovchi.

Reaktsiya tezligi ko'pgina omillarga bog'liq: reaktivlarning tabiati va konsentratsiyasi, harorat, boshqa moddalar (katalizatorlar, inhibitorlar) mavjudligi.

Umuman olganda, ko'ra ommaviy harakatlar qonuni, yozish mumkin kimyoviy reaksiya tezligi reaksiyaga kirishuvchi moddalar kontsentratsiyasining mahsulotiga to'g'ridan-to'g'ri proportsional bo'lib, ma'lum bir modda uchun reaktsiya tartibiga teng:

,

(1)

kimyoviy reaksiya tezligi qayerda;

k- kimyoviy reaksiya tezligi konstantasi;

- reaksiyaga kirishuvchi moddalarning konsentratsiyasi;

n i- ma'lum bir modda uchun reaktsiyaning tartibi.

(1) ifoda deyiladi kimyoviy kinetikaning asosiy postulati. Qayerda v i = n i reaksiya bir bosqichda kechadigan hollarda, shuningdek, muvozanat sharoitida kechadigan barcha reaksiyalar uchun (muvozanatdan uzoq sharoitlarda ular bir qancha oraliq bosqichlardan o'tishi mumkinligidan qat'i nazar). Aksariyat hollarda reaksiya tartibi stoxiometrik koeffitsientga teng emas (ko‘p bosqichli reaksiyalar uchun) va tajriba yo‘li bilan aniqlanadi.

Kimyoviy kinetikaning asosiy postulatidagi mutanosiblik koeffitsienti deyiladi reaksiya tezligi konstantasi k . Koeffitsientning fizik ma'nosi k aniqlash mumkin, agar reaksiyaga kirishuvchi moddalarning konsentratsiyasini 1 ga teng olsak, kimyoviy reaksiyaning tezlik konstantasi reaksiya tezligi qiymatiga teng bo'ladi. Tezlik doimiysi k reaksiyaga kirishuvchi moddalarning tabiatiga, haroratga bog'liq, lekin boshlang'ich moddalarning konsentratsiyasiga bog'liq emas.

U qanday omillarga bog’liq?Reaksiya tezligi konstantasi (maxsus reaksiya tezligi) kinetik tenglamada proporsionallik omili hisoblanadi.Reaksiya tezligi konstantasi k ning fizik ma’nosi massalar ta’siri qonuni tenglamasidan kelib chiqadi: k son jihatdan tengdir. reaksiyaga kirishuvchi moddalarning har birining konsentratsiyasida reaksiya tezligi 1 mol/l ga teng .Reaksiya tezligi konstantasi haroratga, reaksiyaga kirishuvchi moddalarning tabiatiga, katalizatorga bog'liq, lekin ularning konsentratsiyasiga bog'liq emas. 2A+2B->3C+D ko‘rinishdagi reaksiya uchun reaksiya mahsulotlarining hosil bo‘lish tezligi va reagentlarning sarflanish tezligi quyidagicha ifodalanishi mumkin: d[A]/(2*dt)=d[B]/ (2*dt)=d[C] /(3*dt)=d[D]/dt Shunday qilib, bir xil reaksiya tezligini qayd etishning bir necha shakllaridan foydalanmaslik uchun, darajani aniqlaydigan kimyoviy o‘zgaruvchidan foydalaniladi. reaksiyaning va stexiometrik koeffitsientlarga bog'liq emas: p=(Dn) /n bu erda n - stexiometrik koeffitsient. Keyin reaksiya tezligi: v=(1/V)*dl/dt bu yerda V sistemaning hajmi.

57. Kimyoviy reaksiya tezligi haroratga qanday bog liq?Van't-Xoff qoidasi, Arrenius tenglamasi.
Reaksiya tezligining haroratga bog'liqligi taxminan Vant-Xoff qoidasi bilan aniqlanadi: haroratning har 10 daraja o'zgarishi uchun ko'pchilik reaktsiyalarning tezligi 2-4 marta o'zgaradi.

Matematik jihatdan Vant-Xoff qoidasi quyidagicha ifodalanadi:

bu yerda v(T2) va v(T1) mos ravishda T2 va T1 (T2> T1) haroratlarda reaksiya tezligi;

γ - harorat koeffitsienti reaktsiya tezligi.

Endotermik reaksiya uchun g ning qiymati ekzotermik reaktsiyaga qaraganda yuqori. Ko'pgina reaksiyalar uchun g 2-4 oralig'ida bo'ladi.

g qiymatining jismoniy ma'nosi shundaki, u har 10 daraja harorat o'zgarishi bilan reaksiya tezligi necha marta o'zgarishini ko'rsatadi.

Kimyoviy reaksiyaning reaksiya tezligi va tezlik konstantasi to‘g‘ridan-to‘g‘ri proportsional bo‘lgani uchun (3.6) ifoda ko‘pincha quyidagi ko‘rinishda yoziladi:

bu yerda k(T2), k(T1) mos ravishda reaksiya tezligi konstantalari

T2 va T1 haroratlarda;

g - reaksiya tezligining harorat koeffitsienti.

Arrenius tenglamasi. 1889 yilda shved olimi S.Arreyus tajribalar asosida uning nomi bilan atalgan tenglamani chiqardi.

bu yerda k - reaksiya tezligi konstantasi;

k0 - eksponentdan oldingi omil;

e - natural logarifmning asosi;

Ea - faollashuv energiyasi deb ataladigan doimiy qiymat, reaktivlarning tabiati bilan belgilanadi:

R universal gaz konstantasi, 8,314 J/mol×K ga teng.

Kimyoviy reaktsiyalar uchun Ea qiymatlari 4 - 400 kJ / mol oralig'ida.

Ko'pgina reaktsiyalar ma'lum bir energiya to'sig'i bilan tavsiflanadi. Uni engish uchun faollashuv energiyasi kerak - bir oz ortiqcha energiya (ma'lum bir haroratda molekulalarning zararli energiyasiga nisbatan), molekulalarning to'qnashuvi samarali bo'lishi uchun bo'lishi kerak, ya'ni yangi moddaning paydo bo'lishiga olib keladi. . Haroratning ko'tarilishi bilan faol molekulalar soni tez o'sib boradi, bu esa reaktsiya tezligining keskin oshishiga olib keladi.

Umuman olganda, agar reaksiya harorati T1 dan T2 ga o'zgarsa, logarifm olingandan keyin (3.9) tenglama quyidagi shaklni oladi:

.

Bu tenglama harorat T1 dan T2 gacha o'zgarganda reaksiyaning faollanish energiyasini hisoblash imkonini beradi.

Kimyoviy reaksiyalar tezligi katalizator ishtirokida ortadi. Katalizatorning ta'siri shundaki, u reaktivlar bilan beqaror oraliq birikmalar hosil qiladi ( faollashtirilgan komplekslar), uning parchalanishi reaktsiya mahsulotlari hosil bo'lishiga olib keladi. Shu bilan birga, faollashuv energiyasi kamayadi va molekulalar faollashadi, ularning energiyasi katalizator bo'lmaganda reaktsiyani amalga oshirish uchun etarli emas edi. Natijada oshadi umumiy soni faol £ molekulalar va reaksiya tezligi ortadi.