eğitim literatürü 

Basıncın reaksiyon sırası üzerindeki etkisi. Kimyasal reaksiyon hızı üzerinde madde konsantrasyonlarının etkisi

Basınç, gazların konsantrasyonlarını doğrudan belirlediğinden, gazları içeren reaksiyonların hızını güçlü bir şekilde etkiler.

Mendeleev-Clapeyron denkleminde:

yeniden planlamak V sağ tarafa ve RT- sola ve bunu dikkate alın n/V = c:

Bir gazın basıncı ve molar konsantrasyonu doğru orantılıdır. Bu nedenle, kütle hareketi yasasında konsantrasyon yerine p/RT'yi kullanabiliriz.

Basıncın kimyasal reaksiyon hızına etkisi

zincirleme reaksiyonlar mekanizmalarına, aynı türden (bir zincir) ardışık olarak tekrarlanan bir dizi temel eylem dahil eder.

Tepkiyi düşünün:

Tüm zincir reaksiyonlarında ortak olan aşağıdaki adımlardan oluşur:

1) başlatma veya zincirin kökeni

Bir klor molekülünün atomlara (radikaller) ayrışması, UV ışıması veya ısıtma sırasında meydana gelir. Başlatma aşamasının özü, aktif, reaktif parçacıkların oluşumudur.

2) Zincir geliştirme

Cl + H2 = HCl + H

H + Cl2 = HCl + Cl

Her temel zincir geliştirme eyleminin bir sonucu olarak, yeni bir klor radikali oluşur ve bu aşama, reaktifler tamamen tükenene kadar teorik olarak tekrar tekrar tekrarlanır.

  • 3) rekombinasyon veya açık devre
  • 2Cl = Cl2
  • 2H = H2

H + Cl = HCl

Yakındaki radikaller, kararlı bir parçacık (molekül) oluşturarak yeniden birleşebilir. "Üçüncü parçacığa" aşırı enerji verirler - örneğin, bir kabın duvarları veya safsızlık molekülleri.

Söz konusu zincirleme reaksiyon, dalsız, çünkü zincir geliştirmenin temel eyleminde radikallerin sayısı artmaz. Hidrojen ve oksijen arasındaki zincirleme reaksiyon, dallanmış, Çünkü temel zincir geliştirme eylemindeki radikallerin sayısı artar:

H + O2 = OH + O

O + H2 = OH + H

OH + H2 = H2O + H

Birçok yanma reaksiyonu dallanmış zincir reaksiyonlarıdır. Serbest radikallerin sayısında kontrolsüz bir artış (hem zincir dallanmasının bir sonucu olarak hem de çok hızlı başlatma durumunda dallanmamış reaksiyonlar için), reaksiyonun güçlü bir şekilde hızlanmasına ve patlamaya neden olabilir. Basınç ne kadar büyükse, radikallerin konsantrasyonu o kadar yüksek ve bir patlama olasılığı o kadar yüksek görünüyor. Ancak aslında, hidrojenin oksijenle reaksiyonu için, yalnızca belirli basınç alanlarında bir patlama mümkündür: 1 ila 100 mm Hg. ve 1000 mm Hg'nin üzerinde. Bu, reaksiyonun mekanizmasından kaynaklanmaktadır. Düşük basınçta, oluşan radikallerin çoğu kabın duvarlarında yeniden birleşir ve reaksiyon yavaş ilerler. 1 mm Hg'ye kadar basınç artışı ile. radikaller nadiren duvarlara ulaşır, çünkü moleküllerle reaksiyona girme olasılığı daha yüksektir. Bu reaksiyonlarda radikaller çoğalır ve bir patlama meydana gelir. Ancak, 100 mm Hg'nin üzerindeki basınçlarda. maddelerin konsantrasyonları o kadar artar ki, radikallerin rekombinasyonu üçlü çarpışmaların (örneğin bir su molekülü ile) sonucu olarak başlar ve reaksiyon bir patlama olmadan (sabit akış) sakince ilerler. 1000 mmHg'nin üzerinde konsantrasyonlar çok yükselir ve üçlü çarpışmalar bile radikallerin çoğalmasını önlemeye yetmez.

Uranyum-235 fisyonunun dallı zincir reaksiyonunu bilirsiniz, her temel eylemde 1 nötron yakalanır (bir radikal rolü oynar) ve 3'e kadar nötron yayılır. Koşullara bağlı olarak (örneğin, nötron soğurucularının konsantrasyonuna), bunun için sabit bir akış veya patlama da mümkündür. Bu, kimyasal ve nükleer süreçlerin kinetiği arasındaki korelasyonun başka bir örneğidir.

Hayatta, farklı kimyasal reaksiyonlarla karşı karşıyayız. Bazıları, demirin paslanması gibi birkaç yıl devam edebilir. Şekerin alkole fermantasyonu gibi diğerleri birkaç hafta sürer. Sobadaki yakacak odun birkaç saat içinde yanar ve motordaki benzin bir saniyede yanar.

Ekipman maliyetlerini azaltmak için kimyasal tesisler reaksiyon hızını arttırır. Ve gıda bozulması, metal korozyonu gibi bazı süreçlerin yavaşlatılması gerekiyor.

Bir kimyasal reaksiyonun hızı olarak ifade edilebilir birim zaman başına madde miktarındaki (n, modulo) değişiklik (t) - fizikte hareketli bir cismin hızını birim zaman başına koordinatlardaki bir değişiklik olarak karşılaştırın: υ = Δx/Δt . Hızın, reaksiyonun gerçekleştiği kabın hacmine bağlı olmaması için, ifadeyi reaksiyona giren maddelerin hacmine (v) böleriz, yani, elde ederiz. birim hacim başına birim zamanda bir maddenin miktarındaki değişiklik veya Birim zamanda maddelerden birinin konsantrasyonundaki değişiklik:


n 2 - n 1
υ = –––––––––– = ––––––––– = Δс/Δt (1)
(t 2 − t 1) v Δt v

nerede c = n / v - madde konsantrasyonu,

Δ ("delta" olarak telaffuz edilir), büyüklükteki bir değişiklik için genel olarak kabul edilen tanımdır.

Maddelerin denklemde farklı katsayıları varsa, her birinin bu formülle hesaplanan reaksiyon hızı farklı olacaktır. Örneğin, 2 mol kükürt dioksit 1 litrede 10 saniyede 1 mol oksijen ile tamamen reaksiyona girer:

2SO 2 + O 2 \u003d 2SO 3

Oksijen hızı şöyle olacaktır: υ \u003d 1: (10 1) \u003d 0.1 mol / l s

Ekşi gaz hızı: υ \u003d 2: (10 1) \u003d 0,2 mol / l s- Sınavda bunun ezberlenip konuşulmasına gerek yoktur, bu soru ortaya çıkarsa kafanız karışmaması için örnek verilmiştir.

Heterojen reaksiyonların oranı (katıları içeren) genellikle temas eden yüzeylerin birim alanı başına ifade edilir:


Δn
υ = –––––– (2)
ΔtS

Reaktanlar farklı fazlarda olduğunda reaksiyonlar heterojen olarak adlandırılır:

  • bir katı ile başka bir katı, sıvı veya gaz,
  • iki karışmaz sıvı
  • gaz sıvı.

Aynı fazdaki maddeler arasında homojen reaksiyonlar meydana gelir:

  • iyi karışabilen sıvılar arasında,
  • gazlar,
  • çözeltilerdeki maddeler.

Kimyasal reaksiyonların hızını etkileyen koşullar

1) Reaksiyon hızı şunlara bağlıdır: reaktanların doğası. Basitçe söylemek gerekirse, farklı maddeler farklı oranlarda reaksiyona girer. Örneğin çinko, hidroklorik asitle şiddetli bir şekilde reaksiyona girerken, demir oldukça yavaş reaksiyona girer.

2) Reaksiyon hızı ne kadar büyükse, o kadar yüksek konsantrasyon maddeler. Çok seyreltik bir asitle çinkonun reaksiyona girmesi önemli ölçüde daha uzun sürer.

3) Reaksiyon hızı, artan artışla önemli ölçüde artar. sıcaklık. Örneğin, yakıtı yakmak için ateşe vermek, yani sıcaklığı arttırmak gerekir. Birçok reaksiyon için, sıcaklıktaki 10°C'lik bir artışa, oranda 2-4 oranında bir artış eşlik eder.

4) Hız heterojen tepkiler arttıkça artar reaktanların yüzeyleri. Bunun için katılar genellikle ezilir. Örneğin demir ve kükürt tozlarının ısıtıldığında reaksiyona girebilmesi için demirin küçük talaş formunda olması gerekir.

Lütfen unutmayın bu durum formül (1) ima edilir! Formül (2), birim alan başına hızı ifade eder, bu nedenle alana bağlı olamaz.

5) Reaksiyon hızı, katalizörlerin veya inhibitörlerin varlığına bağlıdır.

katalizörler Kimyasal reaksiyonları hızlandıran ancak kendileri tüketilmeyen maddeler. Bir örnek, bir katalizör - manganez (IV) oksit ilavesiyle hidrojen peroksitin hızlı ayrışmasıdır:

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

Manganez (IV) oksit altta kalır ve yeniden kullanılabilir.

inhibitörleri- reaksiyonu yavaşlatan maddeler. Örneğin, boruların ve pillerin ömrünü uzatmak için su ısıtma sistemine korozyon önleyiciler eklenir. Otomobillerde, fren hidroliğine korozyon önleyiciler eklenir.

Birkaç örnek daha.

Konsantrasyonun kimyasal reaksiyon hızı üzerindeki etkisi

Reaksiyon hızının reaktanların konsantrasyonuna bağımlılığı şu şekilde formüle edilir: kitle eylemi yasası: “ Sabit bir sıcaklıkta, bir kimyasal reaksiyonun hızı, tepkenlerin stokiyometrik katsayılarına eşit güçlerdeki konsantrasyonlarının çarpımı ile doğru orantılıdır.

Örneğin: mA + nB → pAB reaksiyonu için

kitle eylemi yasasının matematiksel ifadesi:

u = k [A] m ∙ [B] n (Öte yandan - kinetik reaksiyon denklemi),

burada [A] ve [B], A ve B reaktanlarının konsantrasyonlarıdır; m ve n stokiyometrik katsayılardır; k oran sabiti olarak adlandırılan orantı faktörüdür.

Hız sabitinin fiziksel anlamı, 1.0 mol/l'ye ([A]=[B] = 1 mol/l) eşit reaktan konsantrasyonlarında, kimyasal reaksiyon hızının hız sabitine (u=k) eşit olmasıdır. ). Hız sabiti yalnızca reaktanların doğasına ve sıcaklığa bağlıdır, ancak maddelerin konsantrasyonuna bağlı değildir.

Homojen ve heterojen sistemler için kütle hareketi yasasının matematiksel kaydında bazı farklılıklar vardır. Heterojen reaksiyonlar için kinetik denklem, yalnızca sistemde çözelti veya gaz fazında bulunan maddelerin konsantrasyonlarını içerir. Reaksiyon sırasında yüzeyde katı halde bulunan maddelerin konsantrasyonu sabit kalır, bu nedenle değeri reaksiyon hız sabitinde dikkate alınır.

Örneğin: homojen bir reaksiyon için 2H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2H 2 O (g)

yasanın ifadesi: υ = k ∙ 2 ∙ ;

heterojen bir reaksiyon için C (tv) + O2 (g) \u003d CO2 (g)

kanunun ifadesi υ = k eff ∙ ,

burada: k eff, k ∙ [С tv ]'ye eşit etkin oran sabitidir

Bir görev

Başlangıç ​​maddelerinin konsantrasyonu iki katına çıktığında 2H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2H 2 O (g) reaksiyon hızı nasıl değişecek?

Çözüm

Reaksiyon hızının konsantrasyona bağımlılığı (kinetik denklem) yazılır: υ = k ∙ 2 ∙

Başlangıç ​​maddelerinin konsantrasyonları iki katına çıkarsa, kinetik denklem şu şekildedir: υ " = k ∙ 2 ∙ , o zaman υ"  / υ = 8 - bu reaksiyonun hızı 8 kat artmıştır.

Reaksiyon hızının basınca bağımlılığı, madde konsantrasyonları yerine reaksiyona giren gazların kısmi basınçlarının kullanıldığı kütle hareketi yasasına benzer bir ifadeyle tanımlanır.

Örneğin: 2H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2H 2 O (g) reaksiyonu için, reaksiyon hızının basınca bağımlılığı yazılacaktır: υ \u003d k ∙ Р H 2 2 ∙ Р O 2

Bir görev

Sistemdeki toplam basınç CH 4 (g) + 2O 2 (g) \u003d CO 2 (g) + 2H 2 O (g), sistemdeki toplam basınç 5 azalırsa reaksiyon hızı nasıl değişir? zamanlar?



Çözüm

Reaksiyon hızının basınca bağımlılığı şöyle yazılacaktır:

υ \u003d k ∙ P CH 4 ∙ P 2 O 2. Sistemdeki toplam basınçta bir azalma ile, her bir gazın kısmi basıncı azalır, yani. /125 - reaksiyon hızı 125 kat azalır

Hız kimyasal reaksiyonlar- bu, birim hacimde veya birim yüzeyde birim zaman başına reaksiyon ürünlerinin oluşumuna yol açan temel kimyasal dönüşüm eylemlerinin sayısıdır.

Temel eylemlerin sayısı sayılamadığından, oran, birim zaman başına reaktanların veya reaksiyon ürünlerinin konsantrasyonlarındaki değişiklik belirlenerek ölçülür:

,

Herhangi bir reaksiyonda reaktifler tüketilir, yavaşlar. Bkz. Şekil 3.9.1.

Pirinç. 3.9.1. Zaman içinde reaksiyon hızındaki değişim.
V, reaksiyon hızıdır, C, A, B'nin konsantrasyonudur.

Bu nedenle, sadece hız hakkında konuşabiliriz. şu an zaman. Hız, reaktanların konsantrasyonuna bağlıdır.

Başka neye bağlı? Reaktanların doğasından, sıcaklık, heterojen reaksiyonlar için reaktiflerin öğütülme derecesi (yüzey alanı), katalizör ve kap şekli vb.

V'nin konsantrasyona bağımlılığını ele alalım. A+ B+ 2D= F+ L reaksiyonumuz olduğunu varsayalım. Hızın reaktiflerin konsantrasyonuna bağımlılığını bulmak gerekir v= f(CA , C B , C D) = ?

Hızı herhangi bir konsantrasyonda ölçelim ve ardından C A'yı ikiye katlayıp hızı tekrar ölçelim. Bırakın ikiye katlasın. Bu, v'nin CA ile birinci güce orantılı olduğu anlamına gelir. C B'yi ikiye katlayalım. Bunun hızı etkilemediğini varsayalım - çok gerçek bir durum. NO2, nitrik asit elde etmek için suda çözülürse, reaksiyon hızının su miktarına bağlı olmayacağı açıktır. Bu durumda v'nin C B'ye sıfır dereceye kadar bağlı olduğunu söyleyebiliriz. Şimdi hızın С D 2 olarak С D'ye bağlı olduğunu bulalım. Daha sonra genel reaksiyon hızı denklemi v= kC A C B 0 C D 2 olarak yazılacaktır.

Bu ifadeye reaksiyonun kinetik denklemi denir; k, reaksiyon hızı sabitidir (birliğe eşit reaktif konsantrasyonlarındaki hıza sayısal olarak eşittir). Kinetik denklemdeki konsantrasyonlardaki üsler, belirli bir madde için reaksiyon mertebeleri olarak adlandırılır ve bunların toplamı genel reaksiyon mertebesidir.

Reaksiyon sıraları, stokiyometrik katsayılarla değil, deneysel olarak belirlenir. Sıranın stokiyometrik katsayıların toplamı ile çakıştığı çok az reaksiyon vardır.

N 2 O 5 \u003d 2NO 2 + 1 / 2O 2 v \u003d kC (N 2 O 5) p-1 sırası

(H 2)+(J 2)=2(HJ) v=kC(H 2)C(J 2) sıra 2

ancak (H 2) + (Br 2) \u003d 2 (HBr) v \u003d kC (H 2) C (Br 2) 1/2

(Cl 2) + 2(NO) \u003d 2(NOCl) v \u003d kC (Cl 2) C (NO) 2 p-3 sırası.

Başka bir deyişle, sıralama kesirli olabilir. Neden, aşağıda ele alacağız.

Tepkiler genellikle aşamalar halinde ilerler, çünkü aynı anda bir çarpışmayı hayal etmek imkansızdır. Büyük bir sayı moleküller.

Diyelim ki bir tepki

iki aşamada gider

A+ B= AB ve AB+ B= C+ D,

o zaman, ilk reaksiyon yavaş ve ikincisi hızlı ise, hız ilk aşama tarafından belirlenir (geçene kadar ikincisi gidemez), yani. AB parçacıklarının birikmesi. Sonra v=kC A C B .

Reaksiyon hızı en yavaş adımla belirlenir. Dolayısıyla reaksiyon sırası ve stokiyometrik katsayılar arasındaki farklar. Örneğin, hidrojen peroksitin ayrışma reaksiyonu

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

birinci dereceden bir reaksiyondur, çünkü ilk aşama H 2 O 2 = H 2 O + O ile sınırlıdır ve ikinci aşama O + O = O 2 çok hızlı ilerler.

Belki de en yavaşı birinci değil, ikinci veya başka bir aşamadır ve sonra bazen ara maddelerin konsantrasyonlarını ilk maddelerin konsantrasyonları cinsinden ifade eden kesirli bir düzen elde ederiz.

Sıcaklık arttıkça parçacıkların hareket hızı ve dolayısıyla çarpışmalarının sıklığı artar. Bu nedenle, reaksiyon hızı sıcaklıkla artar. Van't Hoff tarafından elde edilen ampirik bir düzenlilik vardır, sıcaklıkta yaklaşık 10'luk bir artışla hız 2-4 kat artar.

Reaksiyonlar aşamalar halinde ilerler. Amonyak oluşumu reaksiyonunda N 2 + 3H 2 \u003d 2NH 3 4 molekülünün ve hatta istenen çeşitliliğin aynı anda uzayda bir noktada çarpışması olası değildir.

Temel bir kimyasal dönüşüm eylemine katılan parçacıkların sayısına denir. molekülerlik reaksiyonlar.

Reaksiyonlar mono-, bi- ve trimoleküler olabilir.

monomoleküler- ayrışma reaksiyonları ve molekül içi yeniden düzenlemeler.

bimoleküler- 2NO 2 \u003d N 2 O 4

trimoleküler(nadir) - 2NO + O 2 \u003d 2NO 2.

Bu örneklerde, düzen ve molekülerlik aynıdır, ancak çoğu zaman farklıdırlar.

Bir kimyasal sürecin kendiliğinden meydana gelme olasılığı için iki kriter vardır - sistemin belirli bir sırasını yansıtan entalpi DH'deki değişiklik ve parçacıkların rastgele düzenlenmesine karşı zıt eğilimi yansıtan entropi DS'deki değişiklik. DS=0 ise, o zaman itici güç süreç, sistemin minimum iç enerjiye arzusu olacaktır, yani süreç kriteri entalpide bir azalmadır (DH<0).

DH=0 ise, DS>0 sürecinin kendiliğinden akış kriteri.

Entalpi ve entropi faktörlerinin değerleri sürecin gidişatını nasıl etkiler?

1) egzotermik reaksiyon, DH<0.

a) DS>0, o zaman herhangi bir T DG için sıfırdan küçük olacaktır ve süreç her zaman ve sonuna kadar devam eder.

b) DS<0, в этом случае все будет зависеть от соотношения абсолютных значений энтальпийного и энтропийного фактора,

Genel Müdür<0 - реакция идет

DG>0 - reaksiyon yok

Entropide bir azalmanın eşlik ettiği ekzotermik reaksiyonlar, düşük sıcaklıklarda meydana gelir, T'deki bir artış, ters reaksiyona katkıda bulunur (Le Chatelier ilkesi).

2) endotermik reaksiyon, DN>0.

a) DS>0, reaksiyon ancak |TDS|>|DH|, ardından DG ise mümkündür.<0, т.е при высоких температурах, если же

b) DS<0, то DG>0 herhangi bir sıcaklıkta ve işlem kendiliğinden ilerleyemez.

Örnek - glikoz oksidasyonunun CO2 ve H2O'ya reaksiyonu

6(O 2) ®6(CO 2) + 6H 2 O DH = - 2810 kJ

Bu durumda, entropi açıkça artar. Sonuç olarak, tersine süreç prensipte kendiliğinden ilerleyemez. Akışı için dışarıdan enerji gerektirir (fotosentez).

Unutulmamalıdır ki, sürecin ilerleme olasılığı sorununda, termodinamik kriter nihai gerçektir. DG>0 ise, hiçbir katalizör işlemi gerçekleştirmeye yardımcı olmaz. DG'de<0 процесс может быть заморожен.

  • Doğal ve teknolojik peyzajların jeokimyası
    • DİDAKTİK PLAN
    • EDEBİYAT
    • Su kirliliği değerlendirmesi
    • Biyokimyasal ve kimyasal oksijen ihtiyacı
    • BOİ ve KOİ'nin analitik tayini
    • sudaki inorganik maddeler. Kar erimesi ve buz kontrolü için kullanılan gübre ve tuzlardan gelen iyonlar. asit emisyonları. Ağır metallerin iyonları. Hidrosferdeki temel kimyasal reaksiyonlar
    • Su arıtma yöntemleri: fiziksel, kimyasal ve biyolojik. Temel ilkeler ve donanım tasarımı. İçme suyunun arıtılması: su arıtma süreçleri ve bunların altında yatan kimyasal reaksiyonlar. Su standartları
    • Toprak kirliliği. Asit Kirliliğinin Kimyasal Sonuçları
    • Metallerin vahşi yaşamdaki rolü
    • Metal iyonlarının gerekliliği ve toksisitesi
    • Ekosistemlerdeki metal ihtiyacı ve toksisitesi arasındaki ilişki
    • Atmosferde, hidrosferde ve litosferde potansiyel olarak tehlikeli metal izleri
    • Potansiyel olarak tehlikeli metallerin eser miktarda küresel nakliyesi
    • Mikro elementler. Vücuttaki metallerin alımı ve emilimi
    • Metal toksisitesinin moleküler temeli. Toksisite dereceleri
    • Toksisiteyi Etkileyen Çevresel Faktörler
    • Organizmaların metallere toleransı. Metal iyonlarının kanserojenliği. Metallerin vücuda maruz kalma yolları
    • Doğal sularda ağır metal iyonları. Sucul ekosistemlerde metallerin varlık biçimleri, toksisitenin forma bağımlılığı. İkincil su toksisitesi
    • atmosferin yapısı
    • Sıcaklık, basınç ve diğer parametrelerin yükseklik dağılımı
    • Atmosferde karakteristik katmanların oluşum nedenleri (barometrik formül, konveksiyon, kozmik radyasyon). Bir kişi için katmanların anlamı
    • iyonosfer
    • Kimyasal bileşimde irtifa değişikliği (barometrik formülle tutarsızlık)
    • Atmosferin bir sistem olarak ele alınması (açık, kapalı, izole). Termodinamik yaklaşım (N2O). fırtınalar
    • kinetik yaklaşım
    • Atmosfer ve troposferdeki temel kimyasal reaksiyonlar
    • Kimyasal kinetik unsurları (reaksiyon sırası, molekülerlik, hızın basınca bağımlılığı)
    • Ozon tabakası
    • Halojenlerin, freonların vb. yıkıcı etkisi.
    • Atmosferik emisyonların karakteristik kimyasal bileşimi
    • Kirliliğin kimyasal dönüşümleri
    • Atmosferin kendi kendini temizleme olasılığı
    • Biyosferin sınırları, canlı maddenin bileşimi ve kütlesi
    • Canlı maddenin Clarke ve jeokimyasal fonksiyonları, jeolojik bir faktör olarak biyojeokimyasal süreçler
    • Organik madde, sentez ve ayrışma süreçleri
    • Ototrofik ve heterotrofik organizmalar
    • Sülfat indirgemesi ve metan oluşumu
    • Yaşam yaşı ve fotosentez yaşı

Kimyasal dönüşümlerin mekanizmaları ve hızları kimyasal kinetik ile incelenir. Kimyasal işlemler zaman içinde farklı oranlarda ilerler. Bazıları hızla, neredeyse anında gerçekleşirken, diğerlerinin gerçekleşmesi çok uzun zaman alır.

Temas halinde

hız reaksiyonu- birim hacim başına reaktiflerin tüketilme hızı (konsantrasyonları azalır) veya reaksiyon ürünlerinin oluşma hızı.

Bir kimyasal reaksiyonun hızını etkileyebilecek faktörler

Aşağıdaki faktörler bir kimyasal etkileşimin ne kadar hızlı gerçekleştiğini etkileyebilir:

  • maddelerin konsantrasyonu;
  • reaktiflerin doğası;
  • sıcaklık;
  • bir katalizörün varlığı;
  • basınç (gaz halindeki bir ortamdaki reaksiyonlar için).

Böylece, kimyasal bir sürecin seyri için belirli koşulları değiştirerek, sürecin ne kadar hızlı ilerleyeceğini etkilemek mümkündür.

Kimyasal etkileşim sürecinde, reaksiyona giren maddelerin parçacıkları birbirleriyle çarpışır. Bu tür çakışmaların sayısı, reaksiyona giren karışımın hacmindeki madde parçacıklarının sayısı ile orantılıdır ve dolayısıyla reaktiflerin molar konsantrasyonları ile orantılıdır.

Hareket eden kütleler yasası reaksiyon hızının reaksiyona giren maddelerin molar konsantrasyonlarına bağımlılığını açıklar.

Temel bir reaksiyon için (A + B → ...), bu yasa aşağıdaki formülle ifade edilir:

υ \u003d k ∙С A ∙С B,

burada k hız sabitidir; C A ve C B, A ve B reaktanlarının molar konsantrasyonlarıdır.

Reaksiyona giren maddelerden biri katı haldeyse, etkileşim arayüzde meydana gelir ve bu nedenle katı maddenin konsantrasyonu, hareket eden kütlelerin kinetik yasasının denklemine dahil edilmez. Hız sabitinin fiziksel anlamını anlamak için C, A ve C B'yi 1'e eşit almak gerekir. O zaman hız sabitinin, birliğe eşit reaktif konsantrasyonlarında reaksiyon hızına eşit olduğu anlaşılır.

Reaktiflerin doğası

Etkileşim sürecinde reaksiyona giren maddelerin kimyasal bağları yok edildiğinden ve reaksiyon ürünlerinin yeni bağları oluştuğundan, bileşiklerin reaksiyonuna katılan bağların doğası ve reaksiyona giren maddelerin moleküllerinin yapısı bir rol oynayacaktır. önemli rol.

Reaktiflerin temas ettiği yüzey alanı

Katı reaktiflerin yüzey temas alanı gibi bir özellik, bazen oldukça önemli ölçüde reaksiyonun seyrini etkiler. Bir katıyı öğütmek, reaktiflerin temas yüzey alanını artırmanıza ve dolayısıyla süreci hızlandırmanıza olanak tanır. Çözünen maddelerin temas alanı, maddenin çözünmesiyle kolayca artar.

reaksiyon sıcaklığı

Sıcaklık arttıkça, çarpışan parçacıkların enerjisi artacaktır, sıcaklıktaki bir artışla kimyasal sürecin kendisinin hızlanacağı açıktır. Sıcaklıktaki bir artışın maddelerin etkileşim sürecini nasıl etkilediğine dair açık bir örnek, tabloda verilen veriler olarak kabul edilebilir.

Tablo 1. Sıcaklık değişiminin su oluşum hızı üzerindeki etkisi (О 2 +2Н 2 →2Н 2 О)

Sıcaklığın maddelerin etkileşim oranını nasıl etkileyebileceğinin nicel bir açıklaması için van't Hoff kuralı kullanılır. Van't Hoff'un kuralı, sıcaklık 10 derece arttığında 2-4 kat hızlanma olmasıdır.

Van't Hoff kuralını açıklayan matematiksel formül aşağıdaki gibidir:

Burada γ, kimyasal reaksiyon hızının sıcaklık katsayısıdır (γ = 2−4).

Ancak Arrhenius denklemi, hız sabitinin sıcaklığa bağımlılığını çok daha doğru bir şekilde tanımlar:

R'nin evrensel gaz sabiti olduğu yerde, A reaksiyon tipine göre belirlenen bir faktördür, E, A aktivasyon enerjisidir.

Aktivasyon enerjisi, bir kimyasal dönüşümün gerçekleşmesi için bir molekülün kazanması gereken enerjidir. Yani, bağları yeniden dağıtmak için reaksiyon hacminde çarpışan moleküller tarafından aşılması gereken bir tür enerji bariyeridir.

Aktivasyon enerjisi dış etkenlere değil, maddenin doğasına bağlıdır. Aktivasyon enerjisinin 40 - 50 kJ/mol'e kadar olan değeri, maddelerin birbirleriyle oldukça aktif bir şekilde reaksiyona girmesini sağlar. Aktivasyon enerjisi 120 kJ/mol'ü aşarsa, o zaman maddeler (normal sıcaklıklarda) çok yavaş reaksiyona girer. Sıcaklıktaki bir değişiklik, aktif moleküllerin, yani aktivasyon enerjisinden daha büyük bir enerjiye ulaşan ve dolayısıyla kimyasal dönüşüm yapabilen moleküllerin sayısında bir değişikliğe yol açar.

Katalizör eylemi

Katalizör, bir süreci hızlandırabilen ancak ürünlerinin bir parçası olmayan bir maddedir. Kataliz (kimyasal dönüşümün seyrinin hızlanması) · homojen, · heterojen olarak ikiye ayrılır. Reaktanlar ve katalizör aynı kümelenme durumundaysa, katalize homojen, farklı durumlardaysa heterojen denir. Katalizörlerin etki mekanizmaları çeşitlidir ve oldukça karmaşıktır. Ek olarak, katalizörlerin, eylem seçiciliği ile karakterize edildiğine dikkat edilmelidir. Yani, bir reaksiyonu hızlandıran aynı katalizör, diğerinin hızını hiçbir şekilde değiştiremez.

Baskı yapmak

Dönüşüme gaz halindeki maddeler katılıyorsa, işlemin hızı sistemdeki basınçtaki bir değişiklikten etkilenecektir. . Bu olur çünkü gaz halindeki reaktanlar için, basınçtaki bir değişiklik, konsantrasyonda bir değişikliğe yol açar.

Kimyasal reaksiyon hızının deneysel olarak belirlenmesi

Birim zamanda reaksiyona giren maddelerin veya ürünlerin konsantrasyonunun nasıl değiştiğine dair veriler elde edilerek kimyasal dönüşümün hızını deneysel olarak belirlemek mümkündür. Bu tür verileri elde etme yöntemleri aşağıdakilere ayrılmıştır:

  • kimyasal,
  • fiziksel ve kimyasal.

Kimyasal yöntemler oldukça basit, uygun maliyetli ve doğrudur. Onların yardımı ile hız, bir maddenin veya ürünlerin konsantrasyonunun veya miktarının doğrudan ölçülmesiyle belirlenir. Yavaş bir reaksiyon durumunda, reaktifin nasıl tüketildiğini izlemek için numuneler alınır. Bundan sonra numunedeki reaktifin içeriği belirlenir. Düzenli aralıklarla numune alarak, etkileşim sırasında bir maddenin miktarındaki değişim hakkında veri elde etmek mümkündür. En sık kullanılan analiz türleri titrimetri ve gravimetridir.

Reaksiyon hızlı bir şekilde devam ederse, numune almak için durdurulması gerekir. Bu soğutma ile yapılabilir. katalizörün aniden çıkarılması, reaktiflerden birini seyreltmek veya reaktif olmayan bir duruma aktarmak da mümkündür.

Modern deneysel kinetikte fizikokimyasal analiz yöntemleri, kimyasal olanlardan daha sık kullanılır. Onların yardımıyla, madde konsantrasyonlarındaki değişimi gerçek zamanlı olarak gözlemleyebilirsiniz. Reaksiyonu durdurmaya ve numune almaya gerek yoktur.

Fiziko-kimyasal yöntemler, sistemdeki belirli bir bileşiğin nicel içeriğine bağlı olan ve zamanla değişen fiziksel bir özelliğin ölçülmesine dayanır. Örneğin, reaksiyona gazlar dahilse, basınç böyle bir özellik olabilir. Maddelerin elektriksel iletkenliği, kırılma indisi ve absorpsiyon spektrumları da ölçülür.