Mi a reakciósebesség-állandó értékétől függ. Reakciósebesség-állandó. A reakciós eljárás koncepciója a reagensen. A meglévő tömegek törvénye. Rendelés és reakciósebesség állandó

1. A kémiai kinetika alapfogalmai és posztulátumai

Kémiai kinetika - A fizikai kémia szakasza, a kémiai reakciók sebességének tanulmányozása. A kémiai kinetikának fő feladata: 1) A reakciósebességek kiszámítása és a kinetikus görbék meghatározása, azaz az időbeli reagáltatási anyagok koncentrációinak függései ( közvetlen feladat); 2) A kinetikus görbék reakciómechanizmusainak meghatározása ( inverz feladat).

Sebesség kémiai reakció Leírja az időegységenkénti reakciókoncentrációk koncentrációjának változását. Reakcióra

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

a reakciósebesség a következők:

ahol a négyzet alakú zárójelek az anyag koncentrációját jelölik (általában mol / l-ben mérve), t. - idő; a., b., d., e. - sztöchiometrikus együtthatók a reakcióegyenletben.

A reakciósebesség függ a reagens anyagok, a koncentráció, a hőmérséklet és a katalizátor jelenlététől. A reakciósebesség függését a koncentrációból a kémiai kinetika fő posztulátuma írja le - az aktív tömegek törvénye:

A kémiai reakció sebessége minden egyes pillanatban arányos a reakcióban lévő anyagok jelenlegi koncentrációival, bizonyos fokokon felépítve:

,

hol k. - sebességállandó (független a koncentrációtól); x., y. - Néhány szám hívott az anyagok szerinti reakció eljárás A és B. Ezek a számok általában nem kapcsolódnak az együtthatókhoz a. és b. A reakcióegyenletben. A fokozatok összege x.+ y.hívott Általános reakció általános rendje. A reakcióelegyel pozitív vagy negatív, egész szám vagy frakció lehet.

A legtöbb kémiai reakció több szakaszból áll elemi reakciók. Az elemi reakció alatt általában az átmeneti komplexum kialakulásával átfolyó képződést vagy kémiai szünetet általában értjük. Az elemi reakcióban részt vevő részecskék számát hívják molekulációreakciók. Az elemi reakciók csak három típus: monomolekuláris (A B + ...), bimolekuláris (A + B D + ...) és trimolekuláris (2A + B D + ...). Az elemi reakciók esetében a teljes sorrend megegyezik a molekulációval, és az anyagok rendje megegyezik a reakcióegyenlet együtthatókkal.

Példák

1. példa. A 2NOBR-reakcióban (g) 2NO (G) + BR 2 (G) 2NOBR reakcióban a képződés mértéke 1,6. 10-4 mol / (l. C). Mi a reakciósebesség és a NOBR sebessége?

Döntés. Definíció szerint a reakciósebesség:

Mol / (l. C).

Ugyanazon a definícióból következik, hogy az NOBR kiadási sebessége megegyezik a fordított jelzéssel rendelkező NO Formációs sebességgel:

mol / (l. c).

1. példa. A 2. sorrend a + B D reakciójában az A és B anyagok kezdeti koncentrációi egyenlőek, illetve 2,0 mol / l és 3,0 mol / l. A reakciósebesség 1,2. 10-3 mol / (l. C) az [a] \u003d 1,5 mol / l. Számítsa ki a sebességállást és a reakciósebességet a [b] \u003d 1,5 mol / l-nél.

Döntés. Az aktív tömegek törvénye szerint bármikor a reakciósebesség egyenlő:

.

Az [a] \u003d 1,5 mol / l idő szerint 0,5 mol / l anyaggal reagáltam az A és B anyaggal, ezért [b] \u003d 3 - 0,5 \u003d 2,5 mol / l. A sebesség állandó:

L / (moth. C).

Mire [B] \u003d 1,5 mol / l, 1,5 mol / l anyagot reagáltatott A és B anyagok, ezért [a] \u003d 2 - 1,5 \u003d 0,5 mol / l. A reakciósebesség:

Mol / (l. C).

Feladatok

1-1. Hogyan viszonyul az ammónia 1/2 N 2 + 3/2H2 \u003d NH3 szintézis reakciója a nitrogén és a hidrogén koncentrációján keresztül expresszálódik? (válasz)

1-2. Hogyan lesz az ammónium szintézis reakciósebessége 1/2 N2 + 3/2H2 \u003d NH3, ha a reakcióegyenlet N 2 + 3H 2 \u003d 2NH 3? (válasz)

1-3. Mi egyenlő az elemi reakciók sorrendjével: a) Cl + H 2 \u003d HCl + H; b) 2NO + CL 2 \u003d 2Nocl? (válasz)

1-4. A felsorolt \u200b\u200bértékek közül melyik negatív; b) frakcionálási értékek: Reakciósebesség, reakciós eljárás, reakciómolekuláció, sebesség állandó, sztöchiometrikus együttható? (válasz)

1-5. A reakciótermékek koncentrációjából származó reakciósebesség függ? (válasz)

1-6. Hányszor a gázfázisú elemi reakció sebessége A \u003d 2D növekszik a nyomás növekedésével 3-szor? (Válasz)

1-7. Határozza meg a reakcióelrendeletet, ha a sebességállomány mérete L 2 / (Moth 2 C). (válasz)

1-8. A második rendezési gáz-reakció sebessége 25 ° C-on 10 3 L / (MOL. C). Mi ez a konstans, ha a kinetikus egyenlet a légkörben lévő nyomáson keresztül fejeződik ki? (Válasz)

1-9. Gázfázis-reakció esetén n.-o rendelés NA B kifejezi a B képződési sebességet a teljes nyomáson keresztül. (Válasz)

1-10. A közvetlen és fordított reakció sebességállásai 2,2 és 3,8 l / (mol. C). A következő mechanizmusok közül ezek a reakciók fordulhatnak elő: a) A + B \u003d D; b) a + b \u003d 2d; c) A \u003d B + D; d) 2A \u003d B. (Válasz)

1-11. A 2HI H 2 + I 2 bomlási reakciónak 2. sorrendje van, sebességgel k. \u003d 5,95. 10 -6 l / (mol. C). Számítsa ki a reakciósebességet 1 atm nyomáson és 600 K hőmérsékleten. (Válasz)

1-12. A 2. sorrend A + B D reakciósebessége 2,7. 10-7 mol / l. C) Az A és B anyagok koncentrációiban 3.0. 10-3 mol / l és 2,0 mol / l. Számítsa ki a sebességet. (Válasz)

1-13. A 2. sorrend a + B 2d reakciójában az A és B anyagok kezdeti koncentrációi 1,5 mol / l. A reakciósebesség 2.0. 10-4 mol / (l. C) az [a] \u003d 1,0 mol / l-en. Számítsa ki a sebességét és a reakciósebességet a [b] \u003d 0,2 mol / l-nél. (válasz)

1-14. A 2. sorrend a + B 2d reakciójában az A és B anyagok kezdeti koncentrációi egyenlőek, 0,5 és 2,5 mol / l. Hányszor a reakciósebesség [a] \u003d 0,1 mol / l kisebb, mint a kezdeti sebesség? (válasz)

1-15. A gázfázis-reakció sebességét az egyenlet írja le w. = k. . [A] 2. [B]. A koncentrációk és a kezdeti reakciósebesség közötti arányban a rögzített Össznyomás? (válasz)

2. Az egyszerű reakciók kinetikája

Ebben a részben az aktív tömegek törvényén alapulunk, és megoldjuk a kinetikus egyenleteket az egész sorrend visszafordíthatatlan reakcióira.

0. Rendelési reakciók. Ezeknek a reakcióknak a sebessége nem függ a koncentrációtól:

,

ahol [a] a forrás anyag koncentrációja. A nulla megrendelés heterogén és fotokémiai reakciókban található.

1. Rendelési reakciók. Az A típusú B reakciókban a sebesség közvetlenül arányos a koncentrációval:

.

A kinetikus egyenletek megoldásakor gyakran használják a következő jelölést: a kezdeti koncentráció [a] 0 \u003d a., jelenlegi koncentráció [a] \u003d a. - x.(t.), hol x.(t.) - A reagált anyag koncentrációja A. Ezen jelölésben az 1. sorrend reakciójának kinetikus egyenlete és annak megoldása:

A kinetikus egyenlet oldatát egy másik formában rögzítjük, kényelmes a reakció sorrendjének elemzéséhez:

.

Az az idő, amelyre az anyag felét bomlik, a félélet T 1/2. Ezt az egyenlet határozza meg x.(T 1/2) \u003d a./ 2 és egyenlő

A 2. sorrend reakciói. Az A + B D + típusú reakciókban a sebesség közvetlenül arányos a koncentrációk termékével:

.

Az anyagok kezdeti koncentrációja: [a] 0 \u003d a., [B] 0 \u003d b.; Jelenlegi koncentrációk: [a] \u003d a.- x.(t.), [B] \u003d b. - x.(t.).

Az egyenlet megoldásakor két esetet különböztetünk meg.

1) Az A és B anyagok azonos kezdeti koncentrációja: a. = b.. A kinetikus egyenlet:

.

Az egyenletre adott megoldást különböző formákban rögzítjük:

Az A és B anyagok felezési ideje azonos és egyenlő:

2) Az A és B anyagok kezdeti koncentrációja eltérő: a. b.. A kinetikus egyenlet:
.

Az egyenlet megoldása a következőképpen írható:

A félárga anyagok időszakai A és B különbözőek: .

N-rendezési reakciók n.A D + ... A kinetikus egyenlet:

.

A kinetikus egyenlet megoldása:

. (2.1)

Az A anyag felezési ideje visszaadódik ( n.-1) A kezdeti koncentráció mértéke:

. (2.2)

2-1. Példa. A radioaktív izotóp felezési ideje 14 C - 5730 év. Régészeti ásatásokban egy fát találtak, a 14 ° C-os tartalom, amelyben a normál 72% -a. Mi a fa kora?
Döntés. Radioaktív bomlás - 1. Rendelési válasz. A sebesség állandó:

A fa élettartama megtalálható a kinetikus egyenlet oldatából, figyelembe véve azt a tényt, hogy [a] \u003d 0,72. [A] 0:

2. példa. Megállapítást nyert, hogy a reakció a 2. sorrendben (az egyik reagens) teljessé 75% 92 perc alatt, a kezdeti koncentráció a reagens 0,24 M. Mi időt vesz igénybe, hogy azonos körülmények között a koncentráció a reagens elérte 0,16 m?
Döntés. Kétszer írjuk le kétszer a kinetikus egyenlet megoldását a 2. sorrendreakciónál egy reagenssel:

,

ahol, feltétel szerint, a. \u003d 0,24 m, t. 1 \u003d 92 perc, x. 1 \u003d 0,75. 0,24 \u003d 0,18 m, x. 2 \u003d 0,24 - 0,16 \u003d 0,08 M. Osztunk egy egyenletet a másikra:

2-3. Példa. Az elemi reakcióhoz n.A B jelöli a felezési idő A Via T 1/2, és a bomlási idő 75% -os t 3/4. Bizonyítsuk be, hogy a t 3/4 / t 1/2 arány nem függ a kezdeti koncentrációtól, de csak a reakció sorrendje határozza meg n..Döntés. Kétszer írjuk le a reakció kinetikus egyenletének megoldását n.- egy reagenssel való megrendelés:

És ossza meg az egyik kifejezést a másiknak. Állandó értékek k.és a. Mindkét kifejezésen csökken, és kapunk:

.

Ezt az eredményt általánosítani lehet annak igazolásával, hogy az idők aránya, amelyeknél az átalakítás mértéke A és B lesz a reakció sorrendjétől:

.

Feladatok

2-1. A kinetikus egyenlet megoldása, bizonyítsa, hogy az 1. sorrend reakcióira x. amelyre a kiindulási anyag átalakulásának mértéke eléri x., nem függ a kezdeti koncentrációtól. (válasz)

2-2. Az első megrendelés válasza 7 perc alatt 30% -kal áramlik. Mennyi ideig tart a reakció 99% -kal? (válasz)

2-3. A 127 CS radioaktív izotópának felezési ideje, amely eredményeként jött a légkörbe Csernobili baleset, - 29,7 év. Miután az izotóp mennyisége kevesebb, mint a kezdeti 1% -a? (válasz)

2-4. A 90 SR radioaktív izotóp fele, amely a nukleáris tesztekkel járó légkörbe lép - 28,1 év. Tegyük fel, hogy az újszülött teste 1,00 mg izotópot felszívott. Hány strisszium marad a testben a) 18 éves, b) 70 év, ha feltételezzük, hogy ez nem ürül ki a testből? (Válasz)

2-5. Az első rendelési válasz SO 2CI 2 \u003d SO 2 + CL 2 értéke 2,2. 10 -5 C -1 320 ° C-on hány százaléka SO 2Ci 2 elbomlik, amikor ellenálljanak 2 órán át ezen a hőmérsékleten? (Válasz)

2-6. 1. Rendelési sebesség állandó

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

25 ° C-on 3,38. 10 -5 s -1. Mi az n 2 o 5 felezési ideje? Mi lesz a nyomás a rendszerben a) 10 S, B) 10 percen keresztül, ha a kezdeti nyomás 500 mm Rt. Művészet. (válasz)

2-7. Az első sorrend reakcióját a forrás különböző mennyiségével végzik. Az egyik pont metszi az abszcissa tengely érintőjét a kinetikus görbék kezdeti területeire? Válasz magyarázata. (Válasz)

2-8. Az első sorrend reakciója A 2b bevétel a gázfázisban. A kezdeti nyomás egyenlő p. 0 (b hiányzik). Keresse meg a teljes nyomás függését az időről. Miután a nyomás 1,5-szer nőtt az eredetihez képest? Mi a reakció mértéke ebben az időben? (válasz)

2-9. A második sorrendben 2A B reakciója a gázfázisban áramlik. A kezdeti nyomás egyenlő p. 0 (b hiányzik). Keresse meg a teljes nyomás függését az időről. Mennyi ideig csökken a nyomás 1,5-szer az eredetihez képest? Mi a reakció mértéke ebben az időben? (válasz)

2-10. Az A anyagot B és C anyagokkal keverjük, egyenlő koncentrációban 1 mol / l. Miután 1000 ° C, ott marad 50% Az anyag A. mennyi anyag maradványának 2000 után C, ha a reakció: A) nulla, b) az első, c) a második, c) a harmadik általános eljárás? (Válasz)

2-11. Mely a reakciók - az első, második vagy harmadik érdekében - akkor ér véget, gyorsabb, ha a kezdeti anyagkoncentráció 1 mol / l és az összes sebesség állandók keresztül kifejezett mol / l és C értéke 1? (válasz)

2-12. Reakció

CH3 CH 2O 2 + OH - H 2 O + CH 3 CHNO 2 -

van egy második sorrendje és sebességét k. \u003d 39,1 l / mol) 0 ° C-on 0,004 M nitroetánt és 0,005 M NaOH-t tartalmazó oldatot állítunk elő. Mennyi ideig reagál a nitroetán 90% -a?

2-13. Az Ions H + és FG - (fenilglioxinátum) rekombinációjának sebességét az NFG molekulában 298-ban egyenlővé teszi k. \u003d 10 11.59 L / (Moth. C). Számítsa ki azt az időt, amely alatt a reakció 99,999% -kal halad, ha az ionok kezdeti koncentrációi 0,001 mol / l-nél egyenlőek. (válasz)

2-14. A butanol-1-klorotinsav oxidációs sebessége nem függ az alkohol koncentrációjától, és arányos 2. Mivel az oxidációs reakció 298 K-nál 90%, ha a kezdeti oldat 0,1 mol / l HCLO-t és 1 mol / l alkoholt tartalmaz? A reakciósebesség-konstans egyenlő k. \u003d 24 l / (MOL. MOL). (válasz)

2-15. Egy bizonyos hőmérsékleten 0,01 m, az etil-acetátos oldatot 10% -kal 10% -kal mossuk 23 percenként. Hány percig mossuk ugyanolyan mértékben 0,005 m-re KOH-oldattal? Tekintsük, hogy ez a reakciónak van egy második sorrendje, és az alkalis teljesen disszociálódik. (Válasz)

2-16. A második sorrend reakcióját az A + B P-t az oldatban végezzük kezdeti koncentrációkkal [A] 0 \u003d 0,050 mol / l és [b] 0 \u003d 0,080 mol / l. 1 óra elteltével az A anyag koncentrációja 0,020 mol / l-re csökkent. Számítsa ki mindkét anyag sebességét és felezési idejét.

A kémiai reakció elemi cselekedete a reagáló részecskék ütközése időpontjában történik. A reagensek koncentrációjának növekedése megfelel az összegben lévő részecskék számának növekedésével, ami gyakoribb ütközéshez vezet, és következésképpen a reakciósebesség növekedéséhez vezet. A reakciósebesség kvantitatív függését a koncentrációból a kémiai kinetika fő posztulátuma fejezi ki a meglévő tömegek törvénye.

Az egyszerű homogén reakció sebessége állandó hőmérsékleten arányos a reagens anyagok koncentrációinak termékével, amelyet a sztöchiometriás együtthatókkal numerikusan megegyeznek.

hol deés b -sztöchiometrikus reagens együtthatók; C (a) és C (b) -moláris reagensek koncentrációja; k.- Reakciósebesség állandó.

Ez a kifejezés a reakciósebességhez egy egyszerű reakcióhoz szükséges kinetikus egyenlet.

A reakciósebesség-konstans egyéni válasz jellemző. A reakciósebesség-konstans értéke a reaktív anyagok természetétől, a rendszer hőmérsékletétől és a katalizátor jelenlététől függ. Érték k.ezen reakciókörülmények esetében nem függ a reagensek koncentrációjától, ezért a sebesség állandó marad a reakció során változatlan marad, és az alapvető kinetikai paraméter.

A reakciósebesség-konstans értéke numerikusan egyenlő a reakciósebességgel az 1 mol / l-es reagensek koncentrációiban.

Lehetőség van arra, hogy a reakciósebesség-állandó anyagot csak kísérletileg vizsgáljuk, és a reakció kinetikáját tanulmányozza, és kinetikus egyenletét képezi a kapott adatokhoz.

Az egyes reakciók kinetikus egyenletét kísérletileg határozzák meg, mivel nem lehet megjósolni a kémiai reakcióegyenlet típusával. Ezért, az első, állandó hőmérsékleten, a függőség a reakciósebesség a az egyes reagens koncentrációja végezzük külön-külön, a koncentrációkat minden más reagens állandónak kell maradnia, amelyet általában biztosítja a nagy feleslegben a reakcióközegben. A reagens reagens koncentrációjának meghatározásához módszereket alkalmaznak: titrálás (SECT 8.3.2), potenciometriás (Sect. 25,6), vezetőkometria (24.5. Az ezzel a módszerrel mért érték egyértelműen a reagens koncentrációjától függ. A kísérleti adatok szerint a vizsgálat alatt álló reakció kinetikus egyenlete:

hol n.és N. B.- a reagensek reakciójának eljárása a és a.

A reagens reakciójának eljárásamegegyezik azzal a jelzővel, amelyben a reagens koncentrációja komplex reakció kinetikus egyenletében megegyezik a vegyület reakció koncentrációjával, így az ezen egyenlet által kiszámított sebesség megegyezik a kísérletileg talált sebességgel.

Így a reagens reakciói eljárás egy kinetikai paraméter a reakcióhoz, valamint a sebesség állandóval.

A reagens reakciója nem függ a reakcióegyenlet sztöchiometrikus együtthatóitól, de mechanizmusa határozza meg. Ha az egyes reagensek reakcióértékei egybeesnek a kémiai reakcióegyenlet sztöchiometrikus együtthatókkal, ez általában azt jelenti, hogy a reakció egyszerű.

A reagens reakciósebességének és a reakcióegyenletben lévő sztöchiometriás koefficiens közötti eltérés a reakcióelem összetettségét és többrétegű ellenállását jelzi. Az ilyen reakció mechanizmusának ötlete akkor lehet összeállítani, ha feltételezzük, hogy a sebességet elsősorban a leglassabb, azaz a korlátozás, a színpadon határozza meg. Ebben az esetben a kísérleti adatok szerint kapott kinetikus egyenlet elsősorban a korlátozó szakasz áramlását tükrözi, és nem az egész folyamatat.

Tekintsük a nitrogén-oxid (V) termikus bomlása válaszát:

A kísérleti adatok azonban azt mutatják, hogy ennek a reakciónak a sebessége nem arányos a második, de az első fokú nitrogén-oxid (V) koncentrációja, és a valóságban kinetikus egyenlete van:

Ez azt sugallja, hogy a reakció következő mechanizmusa, köztük két szakasz, amely élesen különbözik az áramlási sebességben:

Csak akkor, ha az I. szakaszban a második szakasz kevesebb, mint a második, akkor teljes mértékben megegyezik a kapott kísérletileg kinetikus adatokkal a kinetikus egyenletben, ahol az N2O5 reakciós eljárás 1.

Ábra. 5.2. A reakció sorrendjének meghatározása n.a. komponens szerint.

A reakciósebesség-állandó értékek kísérleti meghatározásához (K)és a reakciós reakció sorrendje a (n a)meg kell vizsgálni a reakciós reagens mértékétől a reagens koncentrációjától azzal a feltétéve, hogy a reakcióelegyben lévő más reagensek koncentrációi olyan nagyok, hogy gyakorlatilag megváltoznak a kísérlet során. Ezután a vizsgált reakció kinetikus egyenlete megnézi:

A kifejezés logaritmációja után megkapjuk az egyenletet

amely a grafikus expresszióban van az egyenes vonal, amelynek tangentje az (a) lg tengelyhez az (a) lg-tengelyhez való érintője megegyezik a reakció sorrendjével p A. (5.2 ábra). Vágja le ezt az egyeneset az LG tengelyen, amikor az LG C (A) \u003d 0 LG értéket ad k.Következésképpen a kísérleti adatok ilyen feldolgozásával meghatározhatjuk a reakció reakciójának reakciójának legfontosabb kinetikai paramétereinek értékét és a reakció sebességét.

A kinetikus görbék a reagensek koncentrációjában változik két következetesen előforduló reakció esetén, amikor a reakciósebesség-állandók k1.és k2.nem különböznek egymástól kifinomult nézet (5.3. Ábra). Kinetikus görbe DEmegfelel a kiindulási anyag koncentrációjának monoton csökkenésének.

A köztes anyag koncentrációja maximálisan áthalad, mivel először felhalmozódik, majd eltűnik. A maximális CL magassága; c) és a teljesítményének időpontja (TL,) lehet a legkülönbözőbbek a konstans értékek arányától függően k1.és k 2.Ív D.jellemzi a D reakció termékének felhalmozódását.

Ábra. 5.3. Az A, B és D komponensek koncentrációjainak kinetikus görbéi a jelzett transzformációhoz

Az ilyen összetett reakciók kinetikájának pontos elemzése megköveteli a differenciálegyenletek rendszerének megoldását.

Rendszerek. De ez az érték nem tükrözi a reakció valódi lehetőségeit, annak sebesség és mechanizmus.

A kémiai reakció teljes bemutatásához tudnia kell, hogy milyen ideiglenes minták vannak a végrehajtásában, azaz kémiai reakciósebesség és részletes mechanizmusa. A sebesség- és reakció mechanizmus vizsgálata kémiai kinetika - Tudomány O. kémiai folyamat.

A kémiai kinetika szempontjából a reakció minősíthető egyszerű és összetett.

Egyszerű reakciók - a közbenső kapcsolatok kialakulása nélkül előforduló folyamatok. A részecskék számával, amelyek részt vesznek benne, azok fel vannak osztva monomolekuláris, bimolekuláris, trimolekuláris. Az ütközés nagyobb, mint 3 részecskék száma nem valószínű, ezért trimolekuláris reakciók igen ritkák, és a négy-molekuláris egy ismeretlen. Komplex reakciók - több elemi reakcióból álló folyamatok.

Bármely folyamat a benne rejlő sebességgel jár, amelyet bizonyos időn belül bekövetkező változások határozhat meg. Középső kémiai reakciósebességexpressz változás az anyag mennyiségében n. fogyasztott vagy kapott anyagot az időtartamú térfogat egység egységében t.

υ = ± dN./ dT.· V.

Ha az anyagot töltik, akkor tegye a jelet "-", ha felhalmozódott - "+"

Állandó térfogat:

υ = ± dc/ dT.,

Mérőegység MOL / L · C

Általánosságban elmondható, hogy az érték állandó, és nem függ attól, hogy mit jelent a reakcióban részt vevő anyag, követjük.

A reagens vagy a termék koncentrációjának függése a válaszidőre vonatkozik kinetikus görbeamely úgy néz ki:

A kísérleti adatok kiszámítása kényelmesebb, ha a fenti kifejezéseket a következő kifejezésre konvertálják:

A meglévő tömegek törvénye. Rendelés és reakciósebesség állandó

Az egyik megfogalmazás a cselekvési tömegek törvénye A következők szerint hangzik: Az elemi homogén kémiai reakció sebessége közvetlenül arányos a reagensek koncentrációjának termékével.

Ha a tanulmányozandó folyamat az űrlapon történik:

a + B B \u003d Termékek

ezután a kémiai reakció sebességét expresszálhatjuk kinetikus egyenlet:

υ \u003d k · [a] A · [b] b vagy

υ \u003d k · c a · c b b

Itt [ A.] és [B.] (C A. ésC.) - reagensek koncentrációja,

aib. - Egy egyszerű reakció sztöchiometrikus koefficiensei,

k. - Reakciósebesség állandó.

A nagyságrendkémiai jelentése k. - ez sebességreakció egyetlen koncentrációkkal. Vagyis ha az A és B anyagok koncentrációja 1-nél egyenlő υ = k..

Ezt szem előtt kell tartani, hogy komplex kémiai folyamatok együtthatók aib. Ne egybeesjen a sztöchiometrikusokkal.

A meglévő tömegek törvényét számos feltétel figyelembevételével végzik:

• A reakciót termikusan aktiváljuk, azaz A hőmozgás energiája.
• A reagensek koncentrációját egyenletesen osztják el.
• A folyamat során a tulajdonságok és a környezeti feltételek nem változnak.
• A környezeti tulajdonságok nem befolyásolhatják k..

Összetett folyamatokhoz a cselekvési tömegek törvénye nem lehet alkalmazni. Ezt azzal magyarázhatja, hogy a komplex folyamat több elemi szakaszból áll, és a sebességét nem az összes szakasz teljes sebességét, csak egy lassabb színpadot kell meghatározni határ.

Minden reakciónak sajátja van rendelés. Meghatároz privát (részleges) megrendelés I. reagenssel. Általános (teljes) megrendelés. Például a folyamat kémiai reakciójának sebességének expressziójában

a + B B \u003d Termékek

υ = k.·[ A.] A.·[ B.] B.

a. - Reagens rend DE

b. — reagens megrendelése. BAN BEN

Általános rend a. + b. = n.

-Ért egyszerű folyamatok A reakció eljárás számát jelzi reagáló részecskék (egybeesik sztöchiometrikus együtthatók), és fogadja egész értékek. -Ért komplex folyamatok A reakcióelegyülés nem egyezik meg a sztöchiometrikus együtthatókkal és lehet bármilyen lehet.

Meghatározzuk az υ kémiai reakció mértékét befolyásoló tényezőket.

1. A reakciósebesség függése a reagens anyagok koncentrációjára

   a meglévő tömegek törvénye szerint: υ = k.[ A.] A.·[ B.] B.

Nyilvánvaló, hogy a reagáló anyagok koncentrációi növekedésével növekszik, mert A kémiai folyamatban részt vevő anyagok közötti ütközések száma növekszik. Ráadásul fontos figyelembe venni a reakciói eljárást: ha ez n \u003d 1. Néhány reagens esetében a sebessége közvetlenül arányos az anyag koncentrációjával. Ha bármilyen reagensnél n \u003d 2., A megduplázódása a koncentrációját növekedéséhez vezet a reakció sebessége a 2 2 \u003d 4-szer, és a növekvő koncentráció felgyorsítja 3-szor, a reakciót 3 2 \u003d 9-szer.

3. kérdés.

Milyen tényezőktől függ a kémiai reakció sebességétől?

Reakciósebesség-állandó (specifikus reakciósebesség) - Az arányosság együtthatója a kinetikus egyenletben.

Fizikai jelentés reakciósebesség állandó k. A meglévő tömeg törvényének egyenletéből következik: k. Numerikusan egyenlő a reakciósebességgel, az egyes reaktánsok koncentrációjával 1 mol / l.

A reakciósebesség-konstans a reaktáns anyagok természetétől függ, a katalizátor rendszerben való jelenlététől, de nem függ a koncentrációtól.

1. Hőmérséklet. A növekvő hőmérséklet 10 ° C-on, a reakciósebesség 2-4 alkalommal növekszik (a szőnyeg szabálya). A T1-t T2-re való növekvő hőmérséklet esetén a reakciósebesség változása a következő képletben számítható: (T2 - T1) / 10 VT2 / VT1 \u003d G (ahol VT2 és VT1 - reakciósebesség T2 és T1 hőmérsékleten, g -Temperature ennek a reakciónak). A Vant-Gooff szabály csak keskeny hőmérséklet-tartományban alkalmazható. Az Arrhenius egyenlet pontosabb: k \u003d a E -a / RT, ahol az A állandó a reakciótermékek jellegétől függően állandó; R egy univerzális gázállandó; EA - aktiválási energia, azaz az ütköző molekulák energiája ütközéssel kell rendelkeznie egy kémiai transzformációhoz. A kémiai reakció energia diagramja. Exoterm reakció endotermális reakció A - reagensek, aktivált komplex (átmenet), C - termékek. Minél nagyobb az aktiválási energia EA, annál erősebb a reakciósebesség növekedése növekvő hőmérséklet. 2. A reagens anyagok érintkezésének felülete. A heterogén rendszerek esetében (amikor az anyagok különböző összesített állapotban vannak), annál nagyobb a kapcsolatfelület, annál gyorsabb a reakcióáramlások. A szilárd anyagok felületét megnövelhetjük, és oldható anyagok esetében - feloldva. 3. Katalízis. A reakciókban részt vevő anyagok és a sebesség növelése, a reakció végéig változatlanok, katalizátorok. A katalizátorok hatásmechanizmusa a reakció aktiválási energiájának csökkenéséhez kapcsolódik a közbenső kapcsolatok kialakulása miatt. A homogén katalízisben a reagensek és a katalizátor egyfázisú (egy aggregátumban helyezkednek el), heterogén katalízissel - különböző fázisok (különböző aggregátumokban vannak). A nemkívánatos kémiai folyamatok áramlása bizonyos esetekben a reakcióközeghez (a negatív katalizálás jelenségéhez "hozzáadhatja a nem kívánt kémiai folyamatok áramlását.

4. kérdés.

És írja le az aktív tömegek törvényét a reakcióhoz:

2 NO + O2 \u003d 2NO2

Az aktív tömegek törvénye: A kémiai reakció aránya arányos a reakcióban reagáló anyagok koncentrációjának termékével. A 2NO + O2 2NO2 reakció esetében az aktív tömegek törvénye az alábbiak szerint kerül rögzítésre: v \u003d kc2 (NO) · C (O2), ahol K jelentése a reakciótermékek és a hőmérséklet jellegétől függően k. A szilárd anyagokat érintő reakciók sebességét csak gázok vagy oldott anyagok koncentrációja határozza meg: C + O2 \u003d CO2, V \u003d KCO2

A kémiai reakció sebességének kísérleti meghatározásához szükség van a kezdeti vagy véges anyagok koncentrációjának változásáról időben. Módszerek, amellyel elvégezhető kémiaiés fizikai és vegyi anyag.

A kémiai módszerek az anyag mennyiségének vagy koncentrációjának közvetlen meghatározásán alapulnak a reakcióedényben.

Leggyakrabban ezek a célok olyan mennyiségi elemzést alkalmaznak, mint titrimimetria és gravimetria. Ha a reakció lassan halad, akkor a reakcióközegből a mintavétel a reagens kiadások bizonyos időközönként történő megfigyelésére kerül. Ezután meghatározzák a kívánt anyag tartalmát. Például a pályán titrálás meghatározza a sav mennyiségét a rendszerben, ahogy a reakció következik be

R 1 - COOH + R 2 - OH → R 1 - COO - R 2 + H 2 O

Ha a reakció nagy sebességgel történik, akkor az éles hűtéssel megállítva, gyorsan eltávolítjuk a katalizátort, hígítjuk vagy átadják az egyik reagenseket a nem reaktív állapotba.

A kémiai analízis módszerek egyszerűséget, rendelkezésre állást és jó pontosságot mutatnak.

A modern kísérleti kinetikában leggyakrabban használják fizikai-kémiai analízis módszerek . Lehetővé teszik, hogy az anyag koncentrációját közvetlenül a reakció áramlása során ellenőrizzék, anélkül, hogy megállnának és mintavétel nélkül. Ezek a módszerek azon rendszerek fizikai tulajdonságainak mérésére alapulnak, amelyek időben változnak, és az adott vegyület mennyiségi tartalmától függően; Például: nyomás (ha a gázok részt vesznek a reakcióban), elektromos vezetőképesség, törésmutató, reagens abszorpciós spektrum vagy reakciótermék ultraibolya, látható vagy infravörös területek. Az elektron paramágneses rezonancia (EPR) és a magmágneses rezonancia (NMR) spektrumát széles körben használják.

A spektrális módszerek alkalmazása azon a tényen alapul, hogy az elektromágneses sugárzás felszívódása arányos az anyag mennyiségével vagy annak koncentrációjával a rendszerben.

Általában kísérletesen vizsgálja meg a reakciókat zárt rendszerben (azaz állandó térfogatú), és az eredményeket grafikusan ábrázolja, mint az úgynevezett kinetikus görbea reagens vagy a reakciótermék koncentrációjának függőségét fejezi ki a menetrendből. Analitikai nézet Ezt a függést hívják a kinetikus görbe egyenlete. Ezzel szemben a fő kinetikai egyenlet, az egyenleteket ívben kanyarokban a reagáló anyagok (vagy felhalmozódása a reakció termékek) tartalmazzák a kezdeti koncentrációk a komponensek (C 0) a timet \u003d 0.

Ezeknek az egyenleteknek a képletek származnak a reakciósebesség állandó és félkondicionált idő(t ½) - időintervallum, amely alatt az elindított anyag felét fogyasztják, azaz Koncentrációja 2-szer csökken, és egyenlővé válik ról ről /2.

A nulla sorrend reakcióiban a kiindulási anyag koncentrációja lineárisan csökken az idővel (37. ábra)

Ábra. 37. A kiindulási anyag koncentrációjában bekövetkezett változások a nulla rendezési reakcióban

Matematikailag a lineáris függőség az alábbiak szerint kerül rögzítésre.

holk. - Speed \u200b\u200bConstant, a 0 - a reagens kezdeti moláris koncentrációja, C - koncentráció időbent..

Kimeneti lehet, hogy kiszámítsa a nulla sorrend kémiai reakciójának sebességét.

k \u003d (c 0 - c).

A nulla sorrend sebességét a MOL / L ∙ S (MOL · l -1 · tól től -1 ).

A nulla rendi reakcióban lévő félig eltávolítási idő arányos a kiindulási anyag koncentrációjával

Az elsőrendű reakciók, a kinetikus görbe koordinátákat C, az exponenciális jellegű, és a következő (ábra. 38) matematikailag ez a görbe által leírt következő egyenlet

C \u003d C 0 E - KT

Ábra. 38. A kiindulási anyag koncentrációjában az időről az első rendelési reakcióra változik

A gyakorlatban az első sorrend reakcióira a kinetikus görbe a leggyakrabban a ℓNC, T koordinátáiban épül fel. Ebben az esetben megfigyelhető a ℓNS időbeli lineáris függése (39.

ℓns \u003d ℓns 0 -kt

Ábra. 39. A reagens koncentrációjának logaritmusának függése az első rendelésre vonatkozó áramlási időre

Ennek megfelelően a sebességállandó értékét és a félig eltávolítás idejét a következő képletek szerint lehet kiszámítani

k \u003d ℓnilik \u003d 2.303ℓg

(Ha a decimális logaritmumtól a természetesig).

Az első rendű reakciósebesség-konstans mérete van t. –1 . 1 / s, és nem függ az összefonódási egységektől. Ez azt mutatja, hogy az adott molekulák, amelyek az időegységenkénti reakcióhoz csatlakoztak teljes Reagensmolekulák a rendszerben. Így az első rendezési reakciókban ugyanazon időszakok esetében a forrás anyag eredményének lebenyei fogyasztásra kerülnek.

Az első rendezési reakciók második megkülönböztető jellemzője, hogy a t ½ nem függ a reagens kezdeti koncentrációjától, de csak a sebesség állandó.

A Az egyenlet alakjának a koncentráció az idő a második sorrendű reakciók akkor tekinthető csak a legegyszerűbb esetben, ha 2 azonos molekulák vagy molekulák különböző anyagok vesznek részt az elemi aktus, de a kezdeti koncentrációk közülük (C 0) egyenlő. Ebben az esetben a lineáris függést az 1 / s, t koordinátákban (40. ábra) figyelik. A függőség matematikai egyenletét az alábbiak szerint rögzítik.

Ábra. 40. A reagens fordított koncentrációjának függése időről a második rendelési válaszra

Állandó a sebességet a képlet alapján számítjuk ki

és mérve l ∙ s -1 Mol -1 . Numerikus értéke attól függ, hogy mely egységeket mérjük az anyag koncentrációját.

A másodrendű reakciók félig eltávolításának időtartama fordítottan arányos a reagens kezdeti koncentrációjával

Ez annak a ténynek köszönhető, hogy az arány a másodrendű reakció erős mértékben függ közötti ütközések számát a molekulák a reaktáns anyagok időegységenként, ami viszont, arányos a molekulák száma egységnyi térfogatra , azaz Az anyag koncentrációja. Ilyenformán tehát a nagyobb az az anyag koncentrációja a rendszerben, annál gyakrabban a molekulákat összegyűjtjük egymás között, és a rövidebb, a fele lesz ideje reagálni.

A korábban említett harmadik sorrend reakciói rendkívül ritkák, és nem jelentenek gyakorlati érdeklődést. Ezért ebben a tekintetben nem fogjuk figyelembe venni őket.