Pagrindin?s studijuotos s?vokos:

Chemini? reakcij? greitis

Molin? koncentracija

Kinetika

Homogenin?s ir nevienalyt?s reakcijos

Veiksniai, turintys ?takos chemini? reakcij? grei?iui

katalizatorius, inhibitorius

Kataliz?

Gr??tamos ir negr??tamos reakcijos

Chemin? pusiausvyra

Chemin?s reakcijos – tai reakcijos, kuri? metu i? vienos med?iagos gaunamos kitos med?iagos (i? pirmini? med?iag? susidaro naujos med?iagos). Kai kurios chemin?s reakcijos vyksta per sekund?s dalis (sprogimas), o kitos trunka minutes, dienas, metus, de?imtme?ius ir kt.

Pvz.: parako degimo reakcija ?vyksta akimirksniu u?sidegus ir sprogus, o sidabro tams?jimo ar gele?ies r?dijimo reakcija (korozija) vyksta taip l?tai, kad jos rezultat? galima sekti tik po ilgo laiko.

Chemin?s reakcijos grei?iui apib?dinti naudojama chemin?s reakcijos grei?io s?voka - y.

Chemin?s reakcijos greitis yra vienos i? reakcijos reagent? koncentracijos pokytis per laiko vienet?.

Chemin?s reakcijos grei?io apskai?iavimo formul? yra tokia:

c 1 - molin? med?iagos koncentracija pradiniu momentu t 1

c 2 - molin? med?iagos koncentracija pradiniu momentu t 2

kadangi chemin?s reakcijos greitis apib?dinamas reaguojan?i? med?iag? (pradini? med?iag?) molin?s koncentracijos poky?iu, tai t 2> t 1 ir c 2> c 1 (reakcijai vykstant pradini? med?iag? koncentracija ma??ja ).

Molin? koncentracija (s) yra med?iagos kiekis t?rio vienete. Molin?s koncentracijos matavimo vienetas yra [mol/l].

Chemijos ?aka, tirianti chemini? reakcij? greit?, vadinama chemin? kinetika. ?inodamas jos d?snius, ?mogus gali valdyti cheminius procesus, nustatyti jiems tam tikr? greit?.

Skai?iuojant chemin?s reakcijos greit? reikia atsiminti, kad reakcijos skirstomos ? vienar??es ir nevienalytes.

Homogenin?s reakcijos- reakcijos, vykstan?ios toje pa?ioje aplinkoje (t. y. reagentai yra toje pa?ioje agregacijos b?senoje); pavyzd?iui: dujos + dujos, skystis + skystis).

nevienalyt?s reakcijos- tai reakcijos, vykstan?ios tarp med?iag? nehomogenin?je terp?je (yra fazi? s?saja, t.y. reaguojan?ios med?iagos yra skirtingos agregacijos b?senos); pavyzd?iui: dujos + skystis, skystis + kieta med?iaga).

Auk??iau pateikta chemin?s reakcijos grei?io skai?iavimo formul? galioja tik homogenin?ms reakcijoms. Jei reakcija yra nevienalyt?, ji gali vykti tik tarp reaguojan?i? med?iag? s?sajoje.

Esant nevienalytei reakcijai, greitis apskai?iuojamas pagal formul?:

?n – med?iagos kiekio pokytis

S yra s?sajos sritis

? t – laiko intervalas, per kur? ?vyko reakcija

Chemini? reakcij? greitis priklauso nuo ?vairi? veiksni?: reagent? pob?d?io, med?iag? koncentracijos, temperat?ros, katalizatori? ar inhibitori?.

Reakcijos grei?io priklausomyb? nuo reaguojan?i? med?iag? pob?d?io.

I?analizuokime ?i? reakcijos grei?io priklausomyb? pavyzd?iui: ? du m?gintuv?lius, kuriuose yra vienodas druskos r?g?ties tirpalo (HCl) kiekis, ?d?kime to paties ploto metalo granules: pirmame m?gintuv?lyje gele?ies (Fe) granul?, o antrajame - magnio. (Mg) granul?s. Steb?jim? rezultatas, atsi?velgiant ? vandenilio i?siskyrimo greit? (H 2), matyti, kad magnis su druskos r?g?timi reaguoja grei?iau nei gele?is.. Tam tikros chemin?s reakcijos greit? ?takoja metalo prigimtis (t. y. magnis yra reaktyvesnis metalas nei gele?is, tod?l intensyviau reaguoja su r?g?timi).

Chemini? reakcij? grei?io priklausomyb? nuo reagent? koncentracijos.

Kuo didesn? reaguojan?ios (pradin?s) med?iagos koncentracija, tuo grei?iau vyksta reakcija. Ir atvirk??iai, kuo ma?esn? reagento koncentracija, tuo reakcija vyksta l??iau.

Pvz.: ? vien? m?gintuv?l? pilsime koncentruot? druskos r?g?ties (HCl) tirpal?, ? kit? – praskiest? druskos r?g?ties tirpal?. ? abu m?gintuv?lius dedame cinko (Zn) granul?. Pagal vandenilio i?siskyrimo greit? pastebime, kad reakcija vyks grei?iau pirmajame m?gintuv?lyje, nes druskos r?g?ties koncentracija jame didesn? nei antrajame m?gintuv?lyje.

Nor?dami nustatyti priklausomyb? nuo chemin?s reakcijos grei?io, (veikian?i?) masi? veikimo d?snis : chemin?s reakcijos greitis yra tiesiogiai proporcingas reaguojan?i? med?iag? koncentracij? sandaugai, paimtai galiomis, lygiomis j? koeficientams.

Pavyzd?iui, reakcijai, vykstan?iai pagal schem?: nA + mB -> D , Chemin?s reakcijos greitis nustatomas pagal formul?:

y ch.r. = k C (A) n C (B) m , kur

y x.r - chemin?s reakcijos greitis

C(A)- BET

C (V) – molin? med?iagos koncentracija AT

n ir m - j? koeficientai

k- chemin?s reakcijos grei?io konstanta (atskaitin? vert?).

Masinio veikimo d?snis netaikomas med?iagoms, kurios yra kietos b?senos, nes j? koncentracija pastovi (d?l to, kad reaguoja tik pavir?iuje, kuris lieka nepakit?s).

Pavyzd?iui: u? reakcij? 2 Cu + O 2 \u003d 2 CuO reakcijos greitis nustatomas pagal formul?:

y ch.r. \u003d k C (O 2)

PROBLEMA: reakcijos 2A + B = D grei?io konstanta lygi 0,005. apskai?iuokite reakcijos greit?, kai med?iagos A molin? koncentracija \u003d 0,6 mol / l, med?iaga B \u003d 0,8 mol / l.

Chemin?s reakcijos grei?io priklausomyb? nuo temperat?ros.

?i priklausomyb? nustatoma van't Hoffo taisykl? (1884): did?jant temperat?rai kas 10 ° C, chemin?s reakcijos greitis padid?ja vidutini?kai 2–4 kartus.

Taigi, vandenilio (H 2) ir deguonies (O 2) s?veika kambario temperat?roje beveik nevyksta, tod?l ?ios chemin?s reakcijos greitis yra toks ma?as. Ta?iau 500 C temperat?roje ?i reakcija vyksta ma?daug per 50 minu?i?, o 700 C temperat?roje - beveik akimirksniu.

Chemin?s reakcijos grei?io apskai?iavimo pagal van't Hoff taisykl? formul?:

?ia: y t 1 ir y t 2 yra chemini? reakcij? grei?iai esant t 2 ir t 1

g yra temperat?ros koeficientas, rodantis, kiek kart? reakcijos greitis padid?ja, temperat?rai pakilus 10 ° C.

Reakcijos grei?io pokytis:

2. Pakeiskite duomenis i? problemos teiginio ? formul?:

Reakcijos grei?io priklausomyb? nuo speciali? med?iag? – katalizatori? ir inhibitori?.

Katalizatorius Med?iaga, kuri padidina chemin?s reakcijos greit?, bet pati joje nedalyvauja.

Inhibitorius Med?iaga, kuri l?tina chemin? reakcij?, bet joje nedalyvauja.

Pavyzdys: ? m?gintuv?l? su 3% vandenilio peroksido (H 2 O 2) tirpalu, kuris ?ildomas, ?pilkime r?kstan?ios skeveldros - ji neu?sidega, nes vandenilio peroksido skilimo ? vanden? (H 2 O) ir deguonies (O 2) reakcijos greitis yra labai ma?as, o gauto deguonies neu?tenka kokybi?kai reakcijai ? deguon? atlikti (degimo palaikymui). Dabar ? m?gintuv?l? ?berkime ?iek tiek juod? mangano (IV) oksido (MnO 2) milteli? ir pamatysime, kad prasid?jo greitas duj? (deguonies) burbuliuk? i?siskyrimas, o ? m?gintuv?l? ?vestas r?kstantis deglas ry?kiai u?sidega. MnO 2 yra ?ios reakcijos katalizatorius, jis pagreitino reakcijos greit?, bet pats joje nedalyvavo (tai galima ?rodyti pasv?rus katalizatori? prie? ir po reakcijos – jo mas? nepasikeis).

Sistemos. Bet ?i reik?m? neatspindi realios reakcijos galimyb?s, jos greitis ir mechanizmas.

Norint visapusi?kai pavaizduoti chemin? reakcij?, reikia ?inoti, kokie laiko modeliai egzistuoja jos ?gyvendinimo metu, t.y. chemin?s reakcijos greitis ir jo detalus mechanizmas. Reakcijos grei?io ir mechanizmo tyrimai chemin? kinetika mokslas apie cheminius procesus.

Pagal chemin? kinetik? reakcijos gali b?ti klasifikuojamos ? paprast? ir sud?ting?.

paprastos reakcijos- procesai, vykstantys nesusidarant tarpiniams junginiams. Pagal jame dalyvaujan?i? daleli? skai?i? jos skirstomos ? monomolekulin?, bimolekulin?, trimamolekulin?. Daugiau nei 3 daleli? susid?rimas ma?ai tik?tinas, tod?l trimolekulin?s reakcijos yra gana retos, o keturmolekulin?s – ne?inomos. Sud?tingos reakcijos- procesai, susidedantys i? keli? elementari? reakcij?.

Bet koks procesas vyksta jam b?dingu grei?iu, kur? gali lemti poky?iai, ?vyk? per tam tikr? laikotarp?. vidurio chemin?s reakcijos greitis i?reik?tas kaip med?iagos kiekio pokytis n suvartotos arba gautos med?iagos t?rio vienetui V per laiko vienet? t.

y = ± dn/ dt· V

Jei med?iaga suvartojama, dedame ?enkl? "-", jei kaupiasi - "+"

Esant pastoviam garsui:

y = ± DC/ dt,

Reakcijos grei?io vienetas mol/l s

Apskritai y yra pastovi reik?m? ir nepriklauso nuo to, kokia med?iaga mes vadovaujam?s reakcijoje.

Reagento ar produkto koncentracijos priklausomyb? nuo reakcijos laiko pateikiama kaip kinetin? kreiv?, kuris atrodo taip:

Patogiau apskai?iuoti y i? eksperimentini? duomen?, jei auk??iau pateiktos i?rai?kos konvertuojamos ? toki? i?rai?k?:

Aktyvi? masi? d?snis. Reakcijos tvarka ir grei?io konstanta

Viena i? formuluo?i? masinio veikimo d?snis skamba taip: Elementarios homogenin?s chemin?s reakcijos greitis yra tiesiogiai proporcingas reaguojan?i? med?iag? koncentracij? sandaugai.

Jei tiriamas procesas vaizduojamas taip:

a A + b B = produktai

tada galima i?reik?ti chemin?s reakcijos greit? kinetin? lygtis:

y = k [A] a [B] b arba

y = k C a A C b B

?ia [ A] ir [B] (C A irC B) - reagent? koncentracija,

a irb yra paprastos reakcijos stechiometriniai koeficientai,

k yra reakcijos grei?io konstanta.

Chemin? kiekio reik?m? k- tai yra greita reakcija esant vienai koncentracijai. Tai yra, jei med?iag? A ir B koncentracijos yra lygios 1, tada y = k.

Reik?t? atsi?velgti ? tai, kad sud?tinguose cheminiuose procesuose koeficientai a irb nesutampa su stechiometriniais.

Masinio veiksmo d?snis ?vykdomas esant kelioms s?lygoms:

• Reakcija suaktyvinama termi?kai, t.y. ?iluminio jud?jimo energija.
• Reagent? koncentracija pasiskirsto tolygiai.
• Aplinkos savyb?s ir s?lygos proceso metu nekinta.
• Aplinkos savyb?s netur?t? tur?ti ?takos k.

Sud?tingiems procesams masinio veikimo d?snis negali b?ti taikomas. Tai galima paai?kinti tuo, kad sud?tingas procesas susideda i? keli? elementari? etap?, o jo greit? lems ne suminis vis? etap? greitis, o vienas l??iausi? etap?, kuris vadinamas ribojantis.

Kiekviena reakcija turi savo ?sakymas. Nustatyti privatus (dalinis) u?sakymas reagentu ir bendroji (visa) tvarka. Pavyzd?iui, proceso chemin?s reakcijos grei?io i?rai?koje

a A + b B = produktai

y = k·[ A] a·[ B] b

a– tvarka pagal reagent? BET

b — tvarka pagal reagent? AT

Bendra tvarka a + b = n

D?l paprasti procesai reakcijos tvarka nurodo reaguojan?i? daleli? skai?i? (sutampa su stechiometriniais koeficientais) ir ?gauna sveik?sias reik?mes. D?l sud?tingus procesus reakcijos tvarka nesutampa su stechiometriniais koeficientais ir gali b?ti bet kokia.

Nustatykime veiksnius, ?takojan?ius chemin?s reakcijos greit? y.

1. Reakcijos grei?io priklausomyb? nuo reagent? koncentracijos

   nustatoma pagal masinio veiksmo d?sn?: y = k[ A] a·[ B] b

Akivaizdu, kad did?jant reagent? koncentracijai, y did?ja, nes did?ja susid?rim? tarp cheminiame procese dalyvaujan?i? med?iag? skai?ius. Be to, svarbu atsi?velgti ? reakcijos tvark?: jei ji n=1 kai kuri? reagent?, tada jo greitis yra tiesiogiai proporcingas ?ios med?iagos koncentracijai. Jei d?l koki? nors reagent? n=2, tada padvigubinus jo koncentracij? reakcijos greitis padid?s 2 2 \u003d 4 kartus, o padidinus koncentracij? 3 kartus, reakcija paspart?s 3 2 \u003d 9 kartus.

Mes nuolat susiduriame su ?vairiomis chemin?mis s?veikomis. Gamtini? duj? degimas, gele?ies r?dijimas, pieno r?gimas – toli gra?u ne visi procesai, kurie detaliai nagrin?jami mokykliniame chemijos kurse.

Kai kurios reakcijos u?trunka sekund?i? dalis, o kai kurios s?veikos trunka kelias dienas ar savaites.

Pabandykime nustatyti reakcijos grei?io priklausomyb? nuo temperat?ros, koncentracijos ir kit? veiksni?. Naujajame i?silavinimo standarte ?iam klausimui skiriamas minimalus studij? laikas. Vieningo valstybinio egzamino testuose pateikiamos reakcijos grei?io priklausomyb?s nuo temperat?ros, koncentracijos u?duotys, si?lomos net skai?iavimo u?duotys. Daugelis auk?t?j? mokykl? student? patiria tam tikr? sunkum? ie?kodami atsakym? ? ?iuos klausimus, tod?l ?i? tem? panagrin?sime i?samiai.

Nagrin?jamo klausimo aktualumas

Informacija apie reakcijos greit? turi didel? praktin? ir mokslin? reik?m?. Pavyzd?iui, konkre?ioje med?iag? ir produkt? gamyboje nuo ?ios vert?s tiesiogiai priklauso ?rangos na?umas ir preki? savikaina.

Vykstan?i? reakcij? klasifikacija

Yra tiesioginis ry?ys tarp pradini? komponent? ir produkt?, susidaran?i? heterogenin?s s?veikos metu, agregacijos b?senos.

Chemijoje sistema paprastai suprantama kaip med?iaga arba j? derinys.

Homogeni?ka yra tokia sistema, kuri susideda i? vienos faz?s (tos pa?ios agregacijos b?senos). Kaip pavyzd? galime pamin?ti duj? mi?in?, kelis skirtingus skys?ius.

Heterogenin? sistema yra sistema, kurioje reagentai yra duj? ir skys?i?, kiet?j? med?iag? ir duj? pavidalo.

Yra ne tik reakcijos grei?io priklausomyb? nuo temperat?ros, bet ir nuo faz?s, kurioje naudojami analizuojamoje s?veikoje dalyvaujantys komponentai.

Vienaly?iai kompozicijai procesas b?dingas visam t?riui, o tai ?ymiai pagerina jo kokyb?.

Jei pradin?s med?iagos yra skirtingos faz?s b?senos, did?iausia s?veika stebima s?sajoje. Pavyzd?iui, aktyv? metal? i?tirpinus r?g?tyje, produkto (druskos) susidarymas stebimas tik j? s?ly?io pavir?iuje.

Matematinis ry?ys tarp proceso grei?io ir ?vairi? veiksni?

Kokia yra chemin?s reakcijos grei?io, kaip temperat?ros funkcijos, lygtis? Vienaly?iam procesui greitis nustatomas pagal s?veikaujan?ios arba reakcijos metu susidaran?ios med?iagos kiek? sistemos t?ryje per laiko vienet?.

Nevienodo proceso atveju greitis nustatomas pagal med?iagos, kuri reaguoja arba gaunama procese, kiek? ploto vienete minimal? laikotarp?.

Veiksniai, turintys ?takos chemin?s reakcijos grei?iui

Reagent? prigimtis yra viena i? skirting? proces? grei?io prie?as?i?. Pavyzd?iui, ?arminiai metalai su vandeniu kambario temperat?roje sudaro ?armus, o proces? lydi intensyvi dujinio vandenilio i?siskyrimas. Taurieji metalai (auksas, platina, sidabras) n?ra paj?g?s tokiems procesams nei kambario temperat?roje, nei kaitinant.

Reagent? pob?dis yra veiksnys, ? kur? atsi?velgiama chemijos pramon?je, siekiant padidinti gamybos pelningum?.

Atskleid?iamas ry?ys tarp reagent? koncentracijos ir chemin?s reakcijos grei?io. Kuo jis didesnis, tuo daugiau daleli? susidurs, tod?l procesas vyks grei?iau.

Mas?s veikimo d?snis matematine forma apib?dina tiesiogiai proporcing? pradini? med?iag? koncentracijos ir proceso grei?io ry??.

Devynioliktojo am?iaus viduryje j? suformulavo rus? chemikas N. N. Beketovas. Kiekvienam procesui nustatoma reakcijos konstanta, nesusijusi su temperat?ra, koncentracija ar reagent? pob?d?iu.

Norint paspartinti reakcij?, kurioje dalyvauja kieta med?iaga, j? reikia sumalti iki milteli? pavidalo.

Tokiu atveju padid?ja pavir?iaus plotas, o tai teigiamai veikia proceso greit?. Dyzeliniam kurui naudojama speciali ?pur?kimo sistema, d?l kurios, kai jis lie?iasi su oru, angliavandenili? mi?inio degimo proceso greitis ?ymiai padid?ja.

?ildymas

Chemin?s reakcijos grei?io priklausomyb? nuo temperat?ros paai?kina molekulin? kinetin? teorija. Tai leid?ia apskai?iuoti susid?rim? tarp reagent? molekuli? skai?i? tam tikromis s?lygomis. Turint toki? informacij?, normaliomis s?lygomis visi procesai tur?t? vykti akimirksniu.

Bet jei panagrin?sime konkret? reakcijos grei?io priklausomyb?s nuo temperat?ros pavyzd?, paai?k?ja, kad norint s?veikauti, pirmiausia reikia nutraukti cheminius ry?ius tarp atom?, kad i? j? susidaryt? naujos med?iagos. Tam reikia daug energijos. Kokia reakcijos grei?io priklausomyb? nuo temperat?ros? Aktyvacijos energija lemia molekuli? ply?imo galimyb?, apib?dina proces? realum?. Jo matavimo vienetai yra kJ/mol.

Esant nepakankamam energijos indeksui, susid?rimas bus neefektyvus, tod?l jo nelydi naujos molekul?s susidarymas.

Grafinis vaizdavimas

Chemin?s reakcijos grei?io priklausomyb? nuo temperat?ros galima pavaizduoti grafi?kai. Kaitinant, padid?ja daleli? susid?rim? skai?ius, o tai prisideda prie s?veikos pagreit?jimo.

Kas yra reakcijos grei?io ir temperat?ros grafikas? Molekuli? energija br??iama horizontaliai, o daleli?, turin?i? didel? energijos rezerv?, skai?ius nurodomas vertikaliai. Grafikas yra kreiv?, pagal kuri? galima spr?sti apie tam tikros s?veikos greit?.

Kuo didesnis energijos skirtumas nuo vidurkio, tuo kreiv?s ta?kas yra toliau nuo maksimumo, o tok? energijos rezerv? turi ma?esnis procentas molekuli?.

Svarb?s aspektai

Ar galima para?yti reakcijos grei?io konstantos priklausomyb?s nuo temperat?ros lygt?? Jo padid?jim? atspindi proceso grei?io padid?jimas. Tokiai priklausomybei b?dinga tam tikra reik?m?, vadinama proceso grei?io temperat?ros koeficientu.

Bet kokiai s?veikai buvo atskleista reakcijos grei?io konstantos priklausomyb? nuo temperat?ros. Padid?jus 10 laipsni?, proceso greitis padid?ja 2-4 kartus.

Vienaly?i? reakcij? grei?io priklausomyb? nuo temperat?ros galima pavaizduoti matemati?kai.

Daugumos s?veik? kambario temperat?roje koeficientas svyruoja nuo 2 iki 4. Pavyzd?iui, esant 2,9 temperat?ros koeficientui, temperat?ros padid?jimas 100 laipsni? pagreitina proces? beveik 50 000 kart?.

Reakcijos grei?io priklausomyb? nuo temperat?ros galima nesunkiai paai?kinti skirtingomis aktyvinimo energijos vert?mis. Ji turi minimali? vert? jonini? proces? metu, kuriuos lemia tik katijon? ir anijon? s?veika. Daugyb? eksperiment? liudija, kad tokios reakcijos atsiranda akimirksniu.

Esant didelei aktyvacijos energijos vertei, s?veik? ?gyvendins tik nedidelis daleli? susid?rim? skai?ius. Esant vidutinei aktyvavimo energijai, reagentai s?veikaus vidutiniu grei?iu.

U?duotys, susijusios su reakcijos grei?io priklausomybe nuo koncentracijos ir temperat?ros, svarstomos tik vyresniame i?silavinimo lygyje ir da?nai sukelia rimt? sunkum? vaikams.

Proceso grei?io matavimas

Tie procesai, kuriems reikalinga didel? aktyvinimo energija, apima pradin? pradini? med?iag? atom? ry?i? nutraukim? arba susilpn?jim?. Tokiu atveju jie pereina ? tam tikr? tarpin? b?sen?, vadinam? aktyvuotu kompleksu. Tai nestabili b?sena, gana greitai suyra ? reakcijos produktus, proces? lydi papildomos energijos i?siskyrimas.

Papras?iausia forma aktyvuotas kompleksas yra atom? su susilpn?jusiomis senomis jungtimis konfig?racija.

Inhibitoriai ir katalizatoriai

I?analizuokime fermentin?s reakcijos grei?io priklausomyb? nuo terp?s temperat?ros. Tokios med?iagos veikia kaip proceso greitintojai.

Jie patys n?ra s?veikos dalyviai, j? skai?ius pasibaigus procesui i?lieka nepakit?s. Jei katalizatoriai padidina reakcijos greit?, inhibitoriai, prie?ingai, sul?tina ?? proces?.

To esm? yra tarpini? jungini? susidarymas, d?l kurio stebimas proceso grei?io pokytis.

I?vada

Kiekvien? minut? pasaulyje vyksta ?vairios chemin?s s?veikos. Kaip nustatyti reakcijos grei?io priklausomyb? nuo temperat?ros? Arrhenius lygtis yra matematinis grei?io konstantos ir temperat?ros ry?io paai?kinimas. Tai suteikia id?j? apie tas aktyvavimo energijas, kurioms esant galimas ry?i? tarp atom? sunaikinimas arba susilpn?jimas molekul?se, daleli? pasiskirstymas ? naujas chemines med?iagas.

Molekulin?s kinetin?s teorijos d?ka galima numatyti pradini? komponent? s?veikos tikimyb?, apskai?iuoti proceso greit?. Tarp t? veiksni?, kurie turi ?takos reakcijos grei?iui, ypa? svarb?s temperat?ros indekso pokytis, s?veikaujan?i? med?iag? procentin? koncentracija, kontaktinio pavir?iaus plotas, katalizatoriaus (inhibitoriaus) buvimas ir s?veikaujan?i? komponent? pob?dis.

Chemin?s reakcijos greitis- vienos i? reaguojan?i? med?iag? kiekio pasikeitimas per laiko vienet? reakcijos erdv?s vienete.

Chemin?s reakcijos grei?iui ?takos turi ?ie veiksniai:

• reagent? pob?dis;
• reagent? koncentracija;
• reagent? kontaktinis pavir?ius (vienalyp?se reakcijose);
• temperat?ra;
• katalizatori? veikimas.

Aktyvi? susid?rim? teorija leid?ia paai?kinti kai kuri? veiksni? ?tak? chemin?s reakcijos grei?iui. Pagrindin?s ?ios teorijos nuostatos:

• Reakcijos ?vyksta, kai susiduria tam tikr? energij? turin?i? reagent? dalel?s.
• Kuo daugiau reagento daleli?, kuo ar?iau viena kitos, tuo didesn? tikimyb?, kad jos susidurs ir sureaguos.
• Tik efektyv?s susid?rimai sukelia reakcij?, t.y. tie, kuriuose „senieji ry?iai“ suardomi arba susilpn?ja ir tod?l gali susiformuoti „nauji“. Nor?dami tai padaryti, dalel?s turi tur?ti pakankamai energijos.
• Vadinamas minimalus energijos perteklius, reikalingas efektyviam reaguojan?i? daleli? susid?rimui aktyvacijos energija Ea.
• Chemini? med?iag? aktyvumas pasirei?kia ma?a su jais susijusi? reakcij? aktyvavimo energija. Kuo ma?esn? aktyvinimo energija, tuo didesnis reakcijos greitis. Pavyzd?iui, vykstant reakcijoms tarp katijon? ir anijon?, aktyvacijos energija yra labai ma?a, tod?l tokios reakcijos vyksta beveik akimirksniu.

Reagent? koncentracijos ?taka reakcijos grei?iui

Did?jant reagent? koncentracijai, did?ja reakcijos greitis. Kad ?vykt? reakcija, dvi chemin?s dalel?s turi priart?ti viena prie kitos, tod?l reakcijos greitis priklauso nuo susid?rim? tarp j? skai?iaus. Padid?j?s daleli? skai?ius tam tikrame t?ryje sukelia da?nesnius susid?rimus ir padidina reakcijos greit?.

Padid?jus sl?giui arba suma??jus mi?inio u?imamam t?riui, padid?s reakcijos, vykstan?ios duj? faz?je, greitis.

Remdamiesi eksperimentiniais duomenimis 1867 m., Norvegijos mokslininkai K. Guldbergas ir P Vaage, o nepriklausomai nuo j? 1865 m., Rusijos mokslininkas N. I. Beketovas suformulavo pagrindin? chemin?s kinetikos d?sn?, kuris nustato reakcijos grei?io priklausomyb? nuo reaguojan?i? med?iag? koncentracij? -

Masinio veiksmo d?snis (LMA):

Chemin?s reakcijos greitis yra proporcingas reaguojan?i? med?iag? koncentracij? sandaugai, paimtai galiomis, lygiomis j? koeficientams reakcijos lygtyje. („veikianti mas?“ yra ?iuolaikin?s „koncentracijos“ s?vokos sinonimas)

aA +bB =cC +dd, kur k yra reakcijos grei?io konstanta

ZDM atliekamas tik elementarioms chemin?ms reakcijoms, vykstan?ioms viename etape. Jei reakcija vyksta nuosekliai per kelis etapus, tada bendr? viso proceso greit? lemia l??iausia jo dalis.

?vairi? tip? reakcij? grei?io i?rai?kos

ZDM rei?kia homogenines reakcijas. Jei reakcija yra nevienalyt? (reagentai yra skirtingos agregacijos b?senos), tada ? MDM lygt? patenka tik skysti arba tik dujiniai reagentai, o kietieji ne?traukiami, turintys ?takos tik grei?io konstantai k.

Reakcijos molekuli?kumas yra minimalus elementariame cheminiame procese dalyvaujan?i? molekuli? skai?ius. Pagal molekuli?kum? elementarios chemin?s reakcijos skirstomos ? molekulines (A ->) ir bimolekulines (A + B ->); Trimolekulin?s reakcijos yra labai retos.

Heterogenini? reakcij? greitis

• Priklauso nuo med?iag? s?ly?io pavir?iaus plotas, t.y. apie med?iag? malimo laipsn?, reagent? mai?ymo i?samum?.
• Pavyzdys yra medienos deginimas. Visas r?stas ore dega palyginti l?tai. Jei padidinsite medienos s?ly?io su oru pavir?i?, suskaidydami r?st? ? skiedras, padid?s degimo greitis.
• Piroforin? gele?is pilama ant filtravimo popieriaus lak?to. Ruden? gele?ies dalel?s ?kaista ir u?sidega popieri?.

Temperat?ros ?taka reakcijos grei?iui

XIX am?iuje oland? mokslininkas Van't Hoffas eksperimenti?kai atrado, kad temperat?rai pakilus 10 °C, daugelio reakcij? greitis padid?ja 2–4 kartus.

Van't Hoffo taisykl?

Kiekvienam 10 o C temperat?ros padid?jimui reakcijos greitis padid?ja 2–4 kartus.

?ia g (graiki?ka raid? "gama") - vadinamasis temperat?ros koeficientas arba van't Hoff koeficientas, turi reik?mes nuo 2 iki 4.

Kiekvienai konkre?iai reakcijai temperat?ros koeficientas nustatomas empiri?kai. Tai tiksliai parodo, kiek kart? tam tikros chemin?s reakcijos greitis (ir jos grei?io konstanta) padid?ja kas 10 laipsni? kylant temperat?rai.

Van't Hoff taisykl? naudojama apytiksliai apskai?iuoti reakcijos grei?io konstantos pokyt? did?jant arba ma??jant temperat?rai. Tikslesn? grei?io konstantos ir temperat?ros ry?? nustat? ?ved? chemikas Svante Arrhenius:

Kaip daugiau E specifin? reakcija, ma?iau(tam tikroje temperat?roje) bus ?ios reakcijos grei?io konstanta k (ir greitis). Padid?jus T, did?ja grei?io konstanta; tai paai?kinama tuo, kad pakilus temperat?rai spar?iai did?ja „energetini?“ molekuli?, galin?i? ?veikti aktyvacijos barjer? E a, skai?ius.

Katalizatoriaus ?taka reakcijos grei?iui

Reakcijos greit? galima keisti naudojant specialias med?iagas, kurios kei?ia reakcijos mechanizm? ir nukreipia j? energeti?kai palankesniu keliu su ma?esne aktyvavimo energija.

Katalizatoriai– Tai med?iagos, kurios dalyvauja chemin?je reakcijoje ir padidina jos greit?, ta?iau reakcijai pasibaigus kokybi?kai ir kiekybi?kai i?lieka nepakitusios.

Inhibitoriai- Med?iagos, l?tinan?ios chemines reakcijas.

Chemin?s reakcijos grei?io ar jos krypties keitimas katalizatoriaus pagalba vadinamas kataliz? .

USE kodifikatoriaus temos:Greitoji reakcija. Jo priklausomyb? nuo ?vairi? veiksni?.

Chemin?s reakcijos greitis rodo, kaip greitai vyksta reakcija. S?veika vyksta dalel?ms susid?rus erdv?je. Tokiu atveju reakcija vyksta ne kiekvieno susid?rimo metu, o tik tada, kai dalel?s turi atitinkam? energij?.

Greitoji reakcija yra elementari? s?veikaujan?i? daleli? susid?rim?, pasibaigian?i? chemine transformacija, skai?ius per laiko vienet?.

Chemin?s reakcijos grei?io nustatymas yra susij?s su jos ?gyvendinimo s?lygomis. Jei reakcija vienalytis- t.y. produktai ir reagentai yra toje pa?ioje faz?je – tada chemin?s reakcijos greitis apibr??iamas kaip med?iagos pokytis per laiko vienet?:

y = ?C / ?t.

Jei reagentai ar produktai yra skirtingose faz?se, o daleli? susid?rimas ?vyksta tik s?sajoje, tada reakcija vadinama nevienalytis, o jo greitis nustatomas pagal med?iagos kiekio pasikeitim? per laiko vienet? reakcijos pavir?iaus vienetui:

y = Dn / (S Dt).

Kaip priversti daleles da?niau susidurti, t.y. kaip padidinti chemin?s reakcijos greit??

1. Lengviausias b?das yra padidinti temperat?ros . Kaip tur?jote ?inoti i? savo fizikos kurso, temperat?ra yra med?iagos daleli? jud?jimo vidutin?s kinetin?s energijos matas. Jei pakeliame temperat?r?, tai bet kurios med?iagos dalel?s pradeda jud?ti grei?iau, tod?l da?niau susiduria.

Ta?iau did?jant temperat?rai, chemini? reakcij? greitis did?ja daugiausia d?l to, kad did?ja efektyvi? susid?rim? skai?ius. Kylant temperat?rai, stipriai did?ja aktyvi? daleli?, galin?i? ?veikti reakcijos energetin? barjer?, skai?ius. Jei temperat?r? suma?iname, dalel?s pradeda jud?ti l??iau, ma??ja aktyvi? daleli?, o efektyvi? susid?rim? per sekund? skai?ius. ?iuo b?du, Kai temperat?ra pakyla, chemin?s reakcijos greitis did?ja, o temperat?rai nukritus – ma??ja..

Pastaba! ?i taisykl? vienoda visoms chemin?ms reakcijoms (?skaitant egzotermines ir endotermines). Reakcijos greitis nepriklauso nuo ?iluminio efekto. Egzotermini? reakcij? greitis did?ja kylant temperat?rai ir ma??ja, kai temperat?ra ma??ja. Endotermini? reakcij? greitis taip pat did?ja kylant temperat?rai ir ma??ja, kai temperat?ra ma??ja.

Be to, dar XIX am?iuje oland? fizikas van't Hoffas eksperimenti?kai nustat?, kad dauguma reakcij? padid?ja ma?daug tokiu pat grei?iu (ma?daug 2–4 kartus), temperat?rai pakilus 10 °C. Skamba Van't Hoffo taisykl?. taip: temperat?rai padid?jus 10 ° C, chemin?s reakcijos greitis padid?ja 2–4 kartus (?i vert? vadinama chemin?s reakcijos grei?io temperat?ros koeficientu g). Kiekvienai reakcijai nustatoma tiksli temperat?ros koeficiento reik?m?.

?ia v 2 - reakcijos greitis esant temperat?rai T 2, v 1 - reakcijos greitis esant temperat?rai T 1, g yra reakcijos grei?io temperat?ros koeficientas, van't Hoff koeficientas.

Kai kuriose situacijose ne visada ?manoma padidinti reakcijos greit? temperat?ros pagalba, nes. kai kurios med?iagos suyra kylant temperat?rai, kai kurios med?iagos ar tirpikliai i?garuoja auk?tesn?je temperat?roje ir pan., t.y. pa?eid?iamos proceso s?lygos.

2. Koncentracija. Taip pat galite padidinti efektyvi? susid?rim? skai?i? pakeisdami koncentracija reagentai . paprastai naudojamas dujoms ir skys?iams, kaip Dujose ir skys?iuose dalel?s greitai juda ir aktyviai mai?osi. Kuo didesn? reaguojan?i? med?iag? (skys?i?, duj?) koncentracija, tuo didesnis efektyvi? susid?rim? skai?ius, tuo didesnis chemin?s reakcijos greitis.

Remdamasis daugybe eksperiment? 1867 metais Norvegijos mokslinink? P. Guldenbergo ir P. Waage darbuose ir, nepriklausomai nuo j?, rus? mokslininko N. I. 1865 m. Beketovas i?ved? pagrindin? chemin?s kinetikos d?sn?, kuris nustato chemin?s reakcijos grei?io priklausomyb? nuo reagent? koncentracijos:

Chemin?s reakcijos greitis yra tiesiogiai proporcingas reaguojan?i? med?iag? koncentracij? sandaugai, lygioms j? koeficientams chemin?s reakcijos lygtyje.

Chemin?s reakcijos formos: aA + bB = cC + dD mas?s veikimo d?snis ra?omas taip:

?ia v yra chemin?s reakcijos greitis,

C A ir C B — atitinkamai A ir B med?iag? koncentracijos, mol/l

k yra proporcingumo koeficientas, reakcijos grei?io konstanta.

Pavyzd?iui, amoniako susidarymo reakcijai:

N 2 + 3H 2 <-> 2NH 3

Masini? veiksm? d?snis atrodo taip:

Reakcijos grei?io konstanta parodo, kaip greitai reaguos med?iagos, jei j? koncentracija yra 1 mol / l, arba j? produktas yra 1. Chemin?s reakcijos grei?io konstanta priklauso nuo temperat?ros ir nepriklauso nuo reaguojan?i? med?iag? koncentracijos.

Mas?s veikimo d?snis neatsi?velgia ? kiet?j? med?iag? koncentracij?, nes jie paprastai reaguoja pavir?iuje, o reaguojan?i? daleli? skai?ius pavir?iaus vienete nesikei?ia.

Daugeliu atvej? chemin? reakcija susideda i? keli? paprast? ?ingsni?, tokiu atveju chemin?s reakcijos lygtis parodo tik vis? arba galutin? vykstan?i? proces? lygt?. Tuo pa?iu metu chemin?s reakcijos greitis kompleksi?kai priklauso (arba nepriklauso) nuo reagent?, tarpini? produkt? ar katalizatoriaus koncentracijos, tod?l tiksli kinetin?s lygties forma nustatoma eksperimenti?kai arba remiantis analize. si?lomas reakcijos mechanizmas. Paprastai sud?tingos chemin?s reakcijos greit? lemia jos l??iausios pakopos greitis ( ribojimo stadija).

3. Sl?gis. Duj? koncentracija tiesiogiai priklauso nuo spaudimas. Did?jant sl?giui, did?ja duj? koncentracija. ?ios priklausomyb?s matematin? i?rai?ka (idealioms dujoms) yra Mendelejevo-Klapeirono lygtis:

pV=nRT

Taigi, jei tarp reagent? yra dujin? med?iaga, tada Did?jant sl?giui, chemin?s reakcijos greitis did?ja, o suma?inus sl?g? – ma??ja. .

Pavyzd?iui. Kaip pasikeis kalki? susiliejimo su silicio oksidu reakcijos greitis:

CaCO 3 + SiO 2 <-> CaSiO 3 + CO 2

did?jant sl?giui?

Teisingas atsakymas b?t? – jokiu b?du, nes. tarp reagent? n?ra duj?, o kalcio karbonatas yra kieta druska, netirpi vandenyje, silicio oksidas yra kieta med?iaga. Dujos bus produktas – anglies dioksidas. Bet produktai neturi ?takos tiesiogin?s reakcijos grei?iui.

Kitas b?das padidinti chemin?s reakcijos greit? yra nukreipti j? kitu keliu, tiesiogin?, pavyzd?iui, A ir B med?iag? s?veik? pakei?iant nuosekliomis reakcijomis tre?i?ja med?iaga K, kurioms reikia daug ma?iau energijos ( turi ma?esn? aktyvacijos energijos barjer?) ir tam tikromis s?lygomis vyksta grei?iau nei tiesiogin? reakcija. ?i tre?ioji med?iaga vadinama katalizatorius .

– Tai chemin?s med?iagos, dalyvaujan?ios chemin?je reakcijoje, kei?ian?ios jos greit? ir krypt?, bet nei?naudotini vykstant reakcijai (reakcijai pasibaigus, jos nesikei?ia nei kiekiu, nei sud?timi). Apytikslis A + B tipo reakcijos katalizatoriaus veikimo mechanizmas gali b?ti pavaizduotas taip:

A+K=AK

AK + B = AB + K

Reakcijos grei?io keitimo procesas s?veikaujant su katalizatoriumi vadinamas kataliz?. Katalizatoriai pla?iai naudojami pramon?je, kai reikia padidinti reakcijos greit? arba nukreipti j? tam tikru keliu.

Pagal katalizatoriaus fazin? b?sen? i?skiriama homogenin? ir nevienalyt? kataliz?.

homogenin? kataliz? - tai yra tada, kai reagentai ir katalizatorius yra toje pa?ioje faz?je (dujos, tirpalas). Tipi?ki homogeniniai katalizatoriai yra r?g?tys ir baz?s. organiniai aminai ir kt.

heterogenin? kataliz? - tai yra tada, kai reagentai ir katalizatorius yra skirtingose faz?se. Paprastai heterogeniniai katalizatoriai yra kietos med?iagos. Nes s?veika tokiuose katalizatoriuose vyksta tik med?iagos pavir?iuje, svarbus reikalavimas katalizatoriams – didelis pavir?iaus plotas. Heterogeniniai katalizatoriai pasi?ymi dideliu poringumu, d?l kurio padid?ja katalizatoriaus pavir?iaus plotas. Taigi bendras kai kuri? katalizatori? pavir?iaus plotas kartais siekia 500 kvadratini? metr? 1 g katalizatoriaus. Didelis plotas ir poringumas u?tikrina efektyvi? s?veik? su reagentais. Heterogeniniams katalizatoriams priskiriami metalai, ceolitai – aliuminio silikat? grup?s kristaliniai mineralai (silicio ir aliuminio junginiai) ir kt.

Pavyzdys heterogenin? kataliz? - amoniako sintez?:

N 2 + 3H 2 <-> 2NH 3

Akyta gele?is su Al 2 O 3 ir K 2 O priemai?omis naudojama kaip katalizatorius.

Pats katalizatorius chemin?s reakcijos metu nesunaudojamas, ta?iau katalizatoriaus pavir?iuje kaupiasi kitos med?iagos, kurios suri?a aktyvius katalizatoriaus centrus ir blokuoja jo veikim? ( kataliziniai nuodai). Jie turi b?ti reguliariai ?alinami regeneruojant katalizatori?.

Katalizatoriai yra labai veiksmingi biochemin?se reakcijose. fermentai. Fermentiniai katalizatoriai veikia labai efektyviai ir selektyviai, j? selektyvumas yra 100%. Deja, fermentai yra labai jautr?s temperat?ros padid?jimui, vidutiniam r?g?tingumui ir kitiems veiksniams, tod?l pramoninio masto proces? su fermentine kataliz? ?gyvendinimui yra daug apribojim?.

Katalizatoriai netur?t? b?ti painiojami su iniciatoriai procesas ir inhibitoriai. Pavyzd?iui, norint inicijuoti radikali? metano chlorinimo reakcij?, b?tinas ultravioletinis ?vitinimas. Tai ne katalizatorius. Kai kurias radikalines reakcijas inicijuoja peroksido radikalai. Jie taip pat n?ra katalizatoriai.

Inhibitoriai yra med?iagos, l?tinan?ios chemin? reakcij?. Inhibitorius galima vartoti ir dalyvauti chemin?je reakcijoje. ?iuo atveju inhibitoriai n?ra katalizatoriai, atvirk??iai. Atvirk?tin? kataliz? i? principo ne?manoma – reakcija bet kokiu atveju bandys eiti grei?iausiu keliu.

5. Reagent? s?ly?io sritis. Heterogenini? reakcij? atveju vienas i? b?d? padidinti efektyvi? susid?rim? skai?i? yra padidinti reakcijos pavir?iaus plotas . Kuo didesnis reaguojan?i? fazi? kontaktinio pavir?iaus plotas, tuo didesnis nevienalyt?s chemin?s reakcijos greitis. Cinko milteliai r?g?tyje tirpsta daug grei?iau nei tos pa?ios mas?s granuliuotas cinkas.

Pramon?je, nor?dami padidinti reagent? kontaktinio pavir?iaus plot?, jie naudoja verdan?iojo sluoksnio metodas. Pavyzd?iui, gaminant sieros r?g?t? verdan?io sluoksnio metodu, piritas skrudinamas.

6. Reagent? prigimtis . Chemini? reakcij? grei?iui, kitiems dalykams esant vienodai, ?takos turi ir chemin?s savyb?s, t.y. reagent? prigimtis. Ma?iau aktyvi? med?iag? tur?s didesn? aktyvacijos barjer? ir reaguos l??iau nei aktyvesn?s med?iagos. Aktyvesn?s med?iagos turi ma?esn? aktyvinimo energij?, jos daug lengviau ir labiau linkusios ? chemines reakcijas.

Esant ?emai aktyvinimo energijai (ma?iau nei 40 kJ/mol), reakcija vyksta labai greitai ir lengvai. Didel? daleli? susid?rim? dalis baigiasi chemine transformacija. Pavyzd?iui, jon? main? reakcijos normaliomis s?lygomis vyksta labai greitai.

Esant didelei aktyvacijos energijai (daugiau nei 120 kJ/mol), tik nedidelis susid?rim? skai?ius baigiasi chemine transformacija. Toki? reakcij? greitis yra nereik?mingas. Pavyzd?iui, azotas normaliomis s?lygomis prakti?kai nes?veikauja su deguonimi.

Esant vidutinei aktyvacijos energijai (nuo 40 iki 120 kJ/mol), reakcijos greitis bus vidutinis. Tokios reakcijos taip pat vyksta ?prastomis s?lygomis, bet ne labai greitai, kad jas b?t? galima steb?ti plika akimi. ?ios reakcijos apima natrio s?veik? su vandeniu, gele?ies s?veik? su druskos r?g?timi ir kt.

Med?iagos, kurios normaliomis s?lygomis yra stabilios, paprastai turi didel? aktyvinimo energij?.