Урвалын хурдны тогтмолын утгыг юу тодорхойлдог вэ? Урвалын хурд тогтмол. урвалжийн дагуу урвалын дарааллын тухай ойлголт. Массын үйл ажиллагааны хууль. Урвалын дараалал ба хурдны тогтмол

1. Үндсэн ойлголт ба постулатууд химийн кинетик

Химийн кинетик бол химийн урвалын хурдыг судалдаг физик химийн нэг салбар юм. Химийн кинетикийн үндсэн зорилтууд: 1) урвалын хурдыг тооцоолох, кинетик муруйг тодорхойлох, өөрөөр хэлбэл. урвалд орох бодисын концентрацийн цаг хугацааны хамаарал ( шууд даалгавар); 2) кинетик муруйгаас урвалын механизмыг тодорхойлох ( урвуу асуудал).

Хурд химийн урвалнэгж хугацаанд урвалд орох бодисын концентрацийн өөрчлөлтийг тодорхойлдог. Урвалын хувьд

а A+ б B+... г D+ д E+...

урвалын хурдыг дараах байдлаар тодорхойлно.

дөрвөлжин хаалт нь бодисын концентрацийг заадаг (ихэвчлэн моль/л-ээр хэмждэг), т- цаг хугацаа; а, б, г, д- урвалын тэгшитгэл дэх стехиометрийн коэффициентүүд.

Урвалын хурд нь урвалжуудын шинж чанар, тэдгээрийн концентраци, температур, катализатор байгаа эсэхээс хамаарна. Урвалын хурдын концентрацаас хамаарах хамаарлыг химийн кинетикийн үндсэн постулатаар тодорхойлдог. массын үйл ажиллагааны хууль:

Цаг хугацааны хором бүрт химийн урвалын хурд нь тодорхой хүчин чадал хүртэл нэмэгдүүлсэн урвалжуудын одоогийн концентрацтай пропорциональ байна.

,

Хаана к- хурдны тогтмол (концентрациас үл хамааран); x, y- дуудагдсан зарим дугаарууд бодисоор урвалын дараалалА ба Б тус тус. Ерөнхийдөө эдгээр тоо нь коэффициенттэй ямар ч холбоогүй юм аТэгээд бурвалын тэгшитгэлд. Экспонентуудын нийлбэр x+ yдуудсан ерөнхий урвалын дараалал. Урвалын дараалал нь эерэг эсвэл сөрөг, бүхэл эсвэл бутархай байж болно.

Ихэнх химийн урвалууд нь хэд хэдэн үе шатаас бүрддэг энгийн урвалууд. Шилжилтийн цогцолбор үүсэх замаар явагддаг химийн холбоо үүсэх эсвэл задрах нэг үйлдэл гэж энгийн урвал гэж ойлгодог. Энгийн урвалд оролцож буй тоосонцрын тоог нэрлэдэг молекул чанарурвалууд. Мономолекул (A B + ...), хоёр молекул (A + B D + ...) ба гурван молекул (2A + B D + ...) гэсэн гурван төрлийн энгийн урвал байдаг. Энгийн урвалын хувьд ерөнхий дараалал нь молекултай тэнцүү, бодисын дараалал нь урвалын тэгшитгэл дэх коэффициентүүдтэй тэнцүү байна.

ЖИШЭЭ

Жишээ 1-1. 2NOBr (g) 2NO (g) + Br 2 (g) урвал дахь NO үүсэх хурд 1.6 байна. 10 -4 моль/(л.с). Урвалын хурд ба NOBr-ийн хэрэглээний хурд хэд вэ?

Шийдэл. Тодорхойлолтоор урвалын хурд нь:

Моль/(л.с).

Үүнтэй ижил тодорхойлолтоос харахад NOBr-ийн хэрэглээний хурд нь эсрэг тэмдэгтэй NO үүсэх хурдтай тэнцүү байна.

моль/(л.с).

Жишээ 1-2. 2-р дарааллын A + B D урвалд A ба B бодисын анхны концентраци нь 2.0 моль/л ба 3.0 моль/л-тэй тэнцүү байна. Урвалын хурд 1.2 байна. [A] = 1.5 моль/л үед 10 -3 моль/(л.с). [B] = 1.5 моль/л үед хурдны тогтмол ба урвалын хурдыг тооцоол.

Шийдэл. Массын үйл ажиллагааны хуулийн дагуу ямар ч үед урвалын хурд дараах байдалтай тэнцүү байна.

.

[А] = 1.5 моль/л, 0.5 моль/л А ба В бодис урвалд орох үед [B] = 3 – 0.5 = 2.5 моль/л байна. Тогтмол хурд нь:

L/(моль. с).

[B] = 1.5 моль/л, 1.5 моль/л А, В бодисууд урвалд орох үед [А] = 2 – 1.5 = 0.5 моль/л байна. Урвалын хурд нь:

Моль/(л.с).

ДААЛГАВАР

1-1. Аммиакийн синтезийн урвалын хурд 1/2 N 2 + 3/2 H 2 = NH 3 нь азот ба устөрөгчийн концентрациар хэрхэн илэрхийлэгдэх вэ? (хариулт)

1-2. Хэрэв урвалын тэгшитгэлийг N 2 + 3H 2 = 2NH 3 гэж бичвэл аммиакийн синтезийн урвалын хурд 1/2 N 2 + 3/2 H 2 = NH 3 хэрхэн өөрчлөгдөх вэ? (хариулт)

1-3. Элемент урвалын дараалал гэж юу вэ: a) Cl + H 2 = HCl + H; б) 2NO + Cl 2 = 2NOCl? (хариулт)

1-4. Дараах хэмжигдэхүүнүүдийн аль нь авч болох вэ a) сөрөг; б) бутархай утгууд: урвалын хурд, урвалын дараалал, урвалын молекул, хурдны тогтмол, стехиометрийн коэффициент? (хариулт)

1-5. Урвалын хурд нь урвалын бүтээгдэхүүний концентрацаас хамаардаг уу? (хариулт)

1-6. Даралт 3 дахин нэмэгдэхэд хийн фазын элементар урвалын хурд A = 2D хэд дахин нэмэгдэх вэ?

1-7. Хурдны тогтмол нь l 2 / (моль 2. с) хэмжээтэй байвал урвалын дарааллыг тодорхойлно. (хариулт)

1-8. 25 oС температурт 2-р эрэмбийн хийн урвалын хурдны тогтмол нь 10 3 л/(моль. с)-тэй тэнцүү байна. Хэрэв кинетик тэгшитгэлийг агаар мандалд даралтын хэмжээгээр илэрхийлбэл энэ тогтмол нь хэдтэй тэнцүү вэ? (хариулт)

1-9. Хийн фазын урвалын хувьд n nA B зэрэглэлд B-ийн үүсэх хурдыг нийт даралтаар илэрхийлнэ (хариулт).

1-10. Урагш ба урвуу урвалын хурдны тогтмолууд нь 2.2 ба 3.8 л/(моль. с) байна. Дараах механизмуудын алинаар эдгээр урвал явагдах вэ: a) A + B = D; b) A + B = 2D; в) A = B + D; d) 2A = B. (хариулт)

1-11. 2HI H 2 + I 2 задралын урвал нь хурдны тогтмол 2-р дараалалтай к= 5.95. 10 -6 л/(моль. с). 1 атм даралт, 600 К температурт урвалын хурдыг тооцоол. (хариулт)

1-12. A + B D 2-р дарааллын урвалын хурд 2.7 байна. А ба В бодисын концентрацид 10 -7 моль/(л.с) тус тус 3.0. 10 -3 моль/л ба 2.0 моль/л. Хурдны тогтмолыг тооцоол.(хариулт)

1-13. 2-р дарааллын A + B 2D урвалд A ба B бодисын анхны концентраци 1.5 моль/л-тэй тэнцүү байна. Урвалын хурд 2.0 байна. [A] = 1.0 моль/л үед 10 -4 моль/(л.с). [B] = 0.2 моль/л үед хурдны тогтмол ба урвалын хурдыг тооцоол. (хариулт)

1-14. 2-р дарааллын A + B 2D урвалд A ба B бодисын анхны концентраци нь 0.5 ба 2.5 моль/л-тэй тэнцүү байна. [A] = 0.1 моль/л үед урвалын хурд нь анхны хурдаас хэд дахин бага вэ? (хариулт)

1-15. Хийн фазын урвалын хурдыг тэгшитгэлээр тодорхойлно w = к. [A] 2. [B]. А ба В-ийн концентрацийн хооронд ямар харьцаатай байх үед анхны урвалын хурд тогтмол үед хамгийн их байх болно нийт даралт? (хариулт)

2. Энгийн урвалын кинетик

Энэ хэсэгт бид массын үйл ажиллагааны хуульд үндэслэн бүхэл дарааллын эргэлт буцалтгүй урвалын кинетик тэгшитгэлийг зохиож, шийдвэрлэх болно.

0-р эрэмбийн урвалууд.Эдгээр урвалын хурд нь концентрацаас хамаардаггүй.

,

Энд [A] нь эхлэлийн бодисын концентраци юм. Тэг дараалал нь гетероген ба фотохимийн урвалд тохиолддог.

1-р эрэмбийн урвалууд.А-В төрлийн урвалын хурд нь концентрацтай шууд пропорциональ байна:

.

Кинетик тэгшитгэлийг шийдвэрлэхдээ дараах тэмдэглэгээг ихэвчлэн ашигладаг: анхны концентрац [A] 0 = а, одоогийн концентрац [A] = а - x(т), Хаана x(т) нь урвалд орсон А бодисын концентраци юм. Энэ тэмдэглэгээнд 1-р эрэмбийн урвал ба түүний уусмалын кинетик тэгшитгэл дараах хэлбэртэй байна.

Кинетик тэгшитгэлийн шийдлийг урвалын дарааллыг шинжлэхэд тохиромжтой өөр хэлбэрээр бичсэн болно.

.

А бодисын хагас задрах хугацааг хагас задралын хугацаа t 1/2 гэнэ. Энэ нь тэгшитгэлээр тодорхойлогддог x(t 1/2) = а/2 ба тэнцүү

2-р дарааллын урвал. A + B D + ... төрлийн урвалын хурд нь концентрацийн бүтээгдэхүүнтэй шууд пропорциональ байна.

.

Бодисын анхны концентраци: [A] 0 = а, [B] 0 = б; одоогийн концентраци: [A] = а- x(т), [B] = б - x(т).

Энэ тэгшитгэлийг шийдвэрлэхдээ хоёр тохиолдлыг ялгадаг.

1) А ба В бодисын ижил анхны концентраци: а = б. Кинетик тэгшитгэл нь дараах хэлбэртэй байна.

.

Энэ тэгшитгэлийн шийдлийг янз бүрийн хэлбэрээр бичнэ.

А ба В бодисын хагас задралын хугацаа ижил бөгөөд тэнцүү байна:

2) А ба В бодисын анхны концентраци өөр байна: а б. Кинетик тэгшитгэл нь дараах хэлбэртэй байна.
.

Энэ тэгшитгэлийн шийдлийг дараах байдлаар бичиж болно.

А ба В бодисын хагас задралын хугацаа өөр байна. .

N-р эрэмбийн урвалууд n A D + ... Кинетик тэгшитгэл нь дараах хэлбэртэй байна.

.

Кинетик тэгшитгэлийн шийдэл:

. (2.1)

А бодисын хагас задралын хугацаа нь урвуу пропорциональ байна. n-1) анхны концентрацийн зэрэг:

. (2.2)

Жишээ 2-1. 14 С цацраг идэвхт изотопын хагас задралын хугацаа 5730 жил байна. Археологийн малтлагын үеэр 14 С-ийн агууламж хэвийн хэмжээнээс 72 хувьтай мод олдсон байна. Мод хэдэн настай вэ?
Шийдэл.Цацраг идэвхт задрал нь 1-р эрэмбийн урвал юм. Тогтмол хурд нь:

Модны амьдрах хугацааг кинетик тэгшитгэлийг шийдэж, [A] = 0.72 гэдгийг харгалзан үзэж болно. [A] 0:

Жишээ 2-2.Урвалжийн анхны концентраци 0.24 М байхад 2-р эрэмбийн урвал (нэг урвалж) 92 минутын дотор 75% явагддаг нь тогтоогдсон. Ижил нөхцөлд урвалжийн концентраци 0.16 М хүрэх хүртэл хэр хугацаа шаардагдах вэ?
Шийдэл.Нэг урвалжтай 2-р эрэмбийн урвалын кинетик тэгшитгэлийн шийдийг хоёр удаа бичье.

,

хаана, нөхцөлөөр, а= 0.24 М, т 1 = 92 мин, x 1 = 0.75. 0.24 = 0.18 М, x 2 = 0.24 - 0.16 = 0.08 М. Нэг тэгшитгэлийг нөгөөд хуваая:

Жишээ 2-3.Энгийн урвалын хувьд n A B нь бид А-ийн хагас задралын хугацааг t 1/2, харин А-ийн задралын хугацааг 75% -иар t 3/4 гэж тэмдэглэнэ. t 3/4 / t 1/2 харьцаа нь анхны концентрацаас хамаардаггүй, зөвхөн урвалын дарааллаар тодорхойлогддог болохыг батал. n.Шийдэл.Урвалын кинетик тэгшитгэлийн шийдийг хоёр удаа бичье n-нэг урвалжтай-р дараалал:

мөн нэг илэрхийлэлийг нөгөөд хуваана. Тогтмолууд кТэгээд аХоёр илэрхийлэл хоёулаа цуцлагдах ба бид дараахыг авна:

.

Хөрвүүлэх зэрэг нь a ба b байх хугацааны харьцаа нь зөвхөн урвалын дарааллаас хамаарна гэдгийг нотлох замаар энэ үр дүнг ерөнхийд нь гаргаж болно.

.

ДААЛГАВАР

2-1. Кинетик тэгшитгэлийн шийдлийг ашиглан 1-р эрэмбийн урвалын хувьд t хугацаа гэдгийг батал x, энэ үед эхлэлийн бодисын хувирлын зэрэгт хүрнэ x, анхны концентрацаас хамаарахгүй. (хариулт)

2-2. Эхний эрэмбийн урвал 7 минутын дотор 30% явагдана. Урвал 99% дуусах хүртэл хэр хугацаа шаардагдах вэ? (хариулт)

2-3. Үүний үр дүнд агаар мандалд орсон цацраг идэвхт изотопын хагас задралын хугацаа 137 Cs. Чернобылийн осол, - 29.7 жил. Хэдэн цагийн дараа энэ изотопын хэмжээ анхныхаас 1% -иас бага байх вэ? (хариулт)

2-4. Цөмийн туршилтын үед агаар мандалд ордог цацраг идэвхт изотоп 90 Sr-ийн хагас задралын хугацаа 28.1 жил байна. Шинээр төрсөн хүүхдийн бие 1.00 мг изотопыг шингээсэн гэж үзье. А) 18 жил, б) биеэс гадагшилдаггүй гэж үзвэл 70 жилийн дараа биед хэдий хэмжээний стронци үлдэх вэ? (хариулт)

2-5. SO 2 Cl 2 = SO 2 + Cl 2 1-р эрэмбийн урвалын хурдны тогтмол нь 2.2 байна. 320 oС-т 10 -5 с -1. Энэ температурт 2 цаг байлгахад SO 2 Cl 2 хэдэн хувь нь задрах вэ?

2-6. 1-р эрэмбийн урвалын хурдны тогтмол

2N 2 O 5 (г) 4NO 2 (г) + O 2 (г)

25oС-т 3.38-тай тэнцүү байна. 10 -5 секунд -1. N 2 O 5-ийн хагас задралын хугацаа хэд вэ? Хэрэв анхны даралт 500 мм м.у.б байсан бол a) 10 секунд, б) 10 минутын дараа систем дэх даралт ямар байх вэ? Урлаг. (хариулт)

2-7. Эхний эрэмбийн урвалыг янз бүрийн хэмжээний эхлэлийн материалын тусламжтайгаар гүйцэтгэдэг. Х тэнхлэгийн нэг цэгт кинетик муруйн эхний хэсгүүдийн шүргэгч огтлолцох уу? Хариултаа тайлбарлана уу.

2-8. Эхний дарааллын А 2В урвал нь хийн үе шатанд явагдана. Эхний даралт нь х 0 (B байхгүй). Нийт даралтын хугацаанаас хамаарах хамаарлыг ол. Хэдэн цагийн дараа даралт анхныхаасаа 1.5 дахин нэмэгдэх вэ? Энэ хугацаанд хариу үйлдэл ямар шатандаа явж байна вэ? (хариулт)

2-9. Хоёр дахь эрэмбийн урвал 2А В нь хийн үе шатанд явагдана. Эхний даралт нь х 0 (B байхгүй). Нийт даралтын хугацаанаас хамаарах хамаарлыг ол. Хэдэн цагийн дараа даралт анхныхаасаа 1.5 дахин буурах вэ? Энэ хугацаанд хариу үйлдэл ямар шатандаа явж байна вэ? (хариулт)

2-10. А бодисыг В, С бодисуудтай 1 моль/л тэнцүү концентрацитай хольсон. 1000 секундын дараа А бодисын 50% үлдэнэ: а) тэг, б) эхний, в) хоёр дахь, в) гурав дахь ерөнхий дараалалтай байвал 2000 секундын дараа А бодис үлдэх вэ?

2-11. Бодисын анхны концентраци 1 моль/л, моль/л ба с-ээр илэрхийлсэн бүх хурдны тогтмолууд 1-тэй тэнцүү байвал эхний, хоёр, гуравдугаар дарааллын урвалуудын аль нь илүү хурдан дуусах вэ? (хариулт)

2-12. Урвал

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

хоёр дахь эрэмбэтэй ба хурдны тогтмол байна к= 39.1 л/(моль. мин) 0 хэмд 0.004 М нитроэтан, 0.005 М NaOH агуулсан уусмал бэлтгэсэн. Нитроэтаны 90% нь урвалд ороход хэр хугацаа шаардагдах вэ?

2-13. H + ба FG - (фенилглоксинат) ионуудыг UFG молекул болгон 298 К-д нэгтгэх хурдны тогтмол нь тэнцүү байна. к= 10 11.59 л/(моль. с). Хоёр ионы анхны концентраци 0,001 моль/л байвал урвал 99,999% дуусахад шаардагдах хугацааг тооцоол. (хариулт)

2-14. 1-бутанолыг гипохлорт хүчлээр исэлдүүлэх хурд нь спиртийн агууламжаас хамаардаггүй бөгөөд 2-той пропорциональ байна. Анхны уусмалд 0.1 моль/л HClO, 1 моль/л спирт орсон бол 298 К температурт исэлдэх урвал хэр хугацаанд 90% явагдах вэ? Урвалын хурдны тогтмол нь к= 24 л/(моль мин). (хариулт)

2-15. Тодорхой температурт 0,01 М этил ацетат уусмалыг 0,002 М NaOH уусмалаар 23 минутын дотор 10%-иар саванжуулна. Хэдэн минутын дараа 0.005 М KOH уусмалаар ижил хэмжээнд саванжих вэ? Энэ урвал 2-р эрэмбийн шинжтэй, шүлтүүд бүрэн задарсан гэдгийг анхаарч үзээрэй (хариулт).

2-16. Хоёрдахь эрэмбийн урвал A + B P нь анхны концентраци [A] 0 = 0.050 моль/л ба [B] 0 = 0.080 моль/л уусмалд явагдана. 1 цагийн дараа А бодисын концентраци 0.020 моль/л хүртэл буурчээ. Хоёр бодисын хурдны тогтмол ба хагас задралын хугацааг тооцоол.

Химийн урвалын энгийн үйлдэл нь урвалд орж буй хэсгүүдийн мөргөлдөх мөчид үүсдэг. Урвалжийн концентрацийн өсөлт нь эзэлхүүн дэх хэсгүүдийн тоо нэмэгдэж байгаатай тохирч байгаа бөгөөд энэ нь илүү олон удаа мөргөлдөх, улмаар урвалын хурд нэмэгдэхэд хүргэдэг. Урвалын хурдын концентрацаас тоон хамаарлыг химийн кинетикийн үндсэн постулатаар илэрхийлдэг. массын үйл ажиллагааны хууль.

Тогтмол температурт энгийн нэгэн төрлийн урвалын хурд нь тэдгээрийн стехиометрийн коэффициенттэй тоон утгаараа тэнцүү хэмжээнд хүртэл нэмэгдсэн урвалжуудын концентрацийн бүтээгдэхүүнтэй пропорциональ байна.

Хаана АТэгээд б-урвалжуудын стехиометрийн коэффициент; c(A) ба c(B) нь урвалжуудын молийн концентраци; к- урвалын хурдны тогтмол.

Энэ урвалын хурдны илэрхийлэл нь зөвхөн энгийн урвалын кинетик тэгшитгэл юм.

Урвалын хурдны тогтмол нь урвалын бие даасан шинж чанар юм. Урвалын хурдны тогтмолын утга нь урвалд орох бодисын шинж чанар, системийн температур, түүний доторх катализатор байгаа эсэхээс хамаарна. Утга кУчир нь өгөгдсөн урвалын нөхцөл нь урвалжуудын концентрацаас хамаардаггүй тул хурдны тогтмол нь урвалын явцад өөрчлөгдөөгүй бөгөөд түүний үндсэн кинетик параметр юм.

Урвалын хурдны тогтмолын утга нь 1 моль/л-тэй тэнцэх урвалжийн концентраци дахь урвалын хурдтай тоогоор тэнцүү байна.

Энэ урвалын кинетикийг судалж, олж авсан өгөгдөл дээр үндэслэн түүний кинетик тэгшитгэлийг бий болгосноор урвалын хурдны тогтмолыг зөвхөн туршилтаар тодорхойлж болно.

Урвалын химийн тэгшитгэлийн хэлбэрээс урьдчилан таамаглах боломжгүй тул урвал бүрийн кинетик тэгшитгэлийг туршилтаар тодорхойлно. Тиймээс, эхлээд тогтмол температурт урвалж бүрийн концентрацаас урвалын хурдын хамаарлыг туршилтаар тогтоодог бол бусад бүх урвалжуудын концентраци тогтмол байх ёстой бөгөөд энэ нь ихэвчлэн урвалын орчинд их хэмжээгээр нэмэгддэг. Сонирхсон урвалжийн концентрацийг хүссэн үедээ тодорхойлохын тулд дараахь аргуудыг ашиглана: титрлэх (8.3.2-р хэсэг), потенциометр (25.6-р хэсэг), кондуктометр (24.5-р хэсэг), хроматографи (26.7-р хэсэг) эсвэл бусад аргуудыг сонгож, эдгээрийг сонгоно уу. Энэ аргыг ашиглан хэмжсэн шинж чанарын утга нь энэ урвалжийн концентрацаас тодорхой хамаарна. Туршилтын олж авсан өгөгдөл дээр үндэслэн судалж буй урвалын кинетик тэгшитгэлийг зурна.

Хаана н Аболон n б- А ба В урвалжуудын урвалын дараалал.

Урвалжийн урвалын дараалалнь нарийн төвөгтэй урвалын кинетик тэгшитгэлд өгөгдсөн урвалжийн концентрацийг нэмэгдүүлэх ёстой экспоненттай тэнцүү бөгөөд энэ тэгшитгэлээс тооцсон хурд нь туршилтаар олсон хурдтай тэнцүү байна.

Тиймээс урвалд орох бодистой харьцах урвалын дараалал нь хурдны тогтмолын хамт өгөгдсөн урвалын кинетик параметр юм.

Урвалжид хамаарах урвалын дараалал нь урвалын тэгшитгэл дэх стехиометрийн коэффициентээс хамаардаггүй, харин түүний механизмаар тодорхойлогддог. Хэрэв урвалж бүрийн урвалын дарааллын утгууд нь урвалын химийн тэгшитгэл дэх стехиометрийн коэффициентүүдтэй давхцаж байвал энэ нь ихэвчлэн судалж буй урвал энгийн гэсэн үг юм.

Урвалж дахь урвалын дараалал ба урвалын тэгшитгэл дэх стехиометрийн коэффициент хоорондын зөрүү нь энэ урвалын нарийн төвөгтэй байдал, олон үе шаттай шинж чанарыг илтгэнэ. Хэрэв бид түүний хурдыг голчлон хамгийн удаан, өөрөөр хэлбэл хязгаарлах үе шатын хурдаар тодорхойлдог гэж үзвэл ийм урвалын механизмын талаархи санааг бий болгож болно. Энэ тохиолдолд туршилтын өгөгдлөөс олж авсан кинетик тэгшитгэл нь бүх үйл явцыг бус харин хязгаарлах үе шатыг голчлон тусгадаг.

Азотын ислийн (V) дулааны задралын урвалыг авч үзье.

Гэсэн хэдий ч туршилтын өгөгдөл нь энэхүү урвалын хурд нь хоёр дахь биш, харин азотын ислийн (V) концентрацийн эхний хүчин чадалтай пропорциональ байгааг харуулж байгаа бөгөөд үнэндээ түүний кинетик тэгшитгэл нь дараах хэлбэртэй байна.

Энэ нь үүсэх хурдаараа эрс ялгаатай хоёр үе шатыг багтаасан дараах урвалын механизмыг таамаглах боломжийг бидэнд олгодог.

Зөвхөн эхний шатны хурд нь хоёр дахь үетэй харьцуулашгүй бага байвал N2O5 дахь урвалын дараалал нь 1-тэй тэнцүү байх кинетик тэгшитгэлд тусгагдсан туршилтаар олж авсан кинетик өгөгдөлтэй бүрэн тохирно.

Цагаан будаа. 5.2. Урвалын дарааллыг тодорхойлох н АА бүрэлдэхүүн хэсгийн дагуу

Урвалын хурдны тогтмол утгыг туршилтаар тодорхойлох (к)болон урвалж А-ийн урвалын дараалал (n A)урвалын хольц дахь бусад урвалжуудын концентраци нь энэ туршилтын явцад бараг өөрчлөгддөггүй тул энэ урвалын хурд нь урвалж А-ийн концентрацаас хамаарах эсэхийг судлах шаардлагатай. Дараа нь судалж буй урвалын кинетик тэгшитгэл нь дараах хэлбэртэй байна.

Энэ илэрхийллийн логарифмыг авсны дараа бид тэгшитгэлийг олж авна

Графикаар илэрхийлбэл шулуун шугам хэлбэртэй, лог c(A) тэнхлэгт налуу өнцгийн тангенс нь урвалын дараалалтай тэнцүү байна. p А(Зураг 5.2). lg c(A) = 0 үед lg y тэнхлэг дээрх энэ шулуун шугамаар таслагдсан сегмент нь lg утгыг өгнө. к.Иймээс туршилтын өгөгдлийг боловсруулснаар урвалын хамгийн чухал кинетик параметрүүдийн утгыг тодорхойлох боломжтой - урвалжтай холбоотой урвалын дараалал ба энэ урвалын хурдны тогтмолыг тодорхойлох боломжтой.

Урвалын хурд тогтмол байх үед хоёр дараалсан урвалын урвалжийн концентрацийн өөрчлөлтийн кинетик муруй. k1Тэгээд k2бие биенээсээ тийм ч их ялгаатай биш, тэд байдаг нарийн төвөгтэй дүр төрх(Зураг 5.3). Кинетик муруй АЭнэ нь А эхлэлийн бодисын концентрацийн монотон буурахтай тохирч байна.

Завсрын В бодисын концентраци нь эхлээд хуримтлагдаж, дараа нь алга болдог тул хамгийн их хэмжээгээр дамждаг. Энэ хамгийн их Cl-ийн өндөр;(B) ба түүнд хүрэх хугацаа (tl,) нь тогтмолуудын утгуудын харьцаанаас хамааран маш өөр байж болно. k1Тэгээд k2.Муруй Дурвалын бүтээгдэхүүний хуримтлалыг тодорхойлдог D.

Цагаан будаа. 5.3. Заасан хувиргалтын хувьд A, B, D бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн концентрацийн өөрчлөлтийн кинетик муруй

Ийм нарийн төвөгтэй урвалын кинетикийн үнэн зөв дүн шинжилгээ хийх нь дифференциал тэгшитгэлийн системийг шийдэхийг шаарддаг.

Системүүд. Гэхдээ энэ утга нь урвалын бодит боломжийг тусгаагүй, түүний хурдба механизм.

Химийн урвалыг бүрэн ойлгохын тулд та түүнийг хэрэгжүүлэх явцад ямар цаг хугацааны хэв маяг байдаг талаар мэдлэгтэй байх ёстой, жишээлбэл. химийн урвалын хурдба түүний нарийвчилсан механизм. Урвалын хурд, механизмыг судлах химийн кинетик- шинжлэх ухаан химийн процесс.

Химийн кинетикийн үүднээс урвалыг ангилж болно энгийн, төвөгтэй болгох.

Энгийн хариу үйлдэл- завсрын нэгдлүүд үүсэхгүйгээр явагддаг процессууд. Үүнд оролцож буй хэсгүүдийн тоогоор тэдгээрийг хуваана мономолекул, бимолекул, тримолекул. 3-аас дээш тоосонцор мөргөлдөх магадлал бага тул тримолекулын урвал нэлээд ховор бөгөөд дөрвөн молекулын урвал тодорхойгүй байна. Нарийн төвөгтэй урвалууд - хэд хэдэн энгийн урвалаас бүрдэх процессууд.

Аливаа үйл явц нь өөрийн хурдаар явагддаг бөгөөд үүнийг тодорхой хугацааны туршид гарсан өөрчлөлтөөр тодорхойлж болно. Дундаж химийн урвалын хурдбодисын хэмжээг өөрчлөх замаар илэрхийлнэ nнэгж эзэлхүүнд зарцуулсан буюу хүлээн авсан бодис V нэгж хугацаанд t.

υ = ± dn/ dt· В

Хэрэв бодис хэрэглэвэл "-" тэмдэг, хэрэв хуримтлагдвал "+" тэмдэг тавина.

Тогтмол эзлэхүүн дээр:

υ = ± dC/ dt,

Урвалын хурд нэгж моль/л с

Ерөнхийдөө υ нь тогтмол утга бөгөөд бидний хянаж буй урвалд ямар бодис оролцож байгаагаас хамаарахгүй.

Урвалж эсвэл бүтээгдэхүүний концентрацийн урвалын хугацаанаас хамаарлыг хэлбэрээр үзүүлэв кинетик муруй, энэ нь:

Дээрх илэрхийлэлүүдийг дараах илэрхийлэл болгон хувиргавал туршилтын өгөгдлөөс υ-ийг тооцоолох нь илүү тохиромжтой.

Массын үйл ажиллагааны хууль. Урвалын дараалал ба хурдны тогтмол

Формуудын нэг массын үйл ажиллагааны хуульиймэрхүү сонсогдож байна: Энгийн нэгэн төрлийн химийн урвалын хурд нь урвалж буй бодисын концентрацийн бүтээгдэхүүнтэй шууд пропорциональ байна.

Хэрэв судалж буй үйл явцыг дараах хэлбэрээр дүрсэлсэн бол:

a A + b B = бүтээгдэхүүн

дараа нь химийн урвалын хурдыг илэрхийлж болно кинетик тэгшитгэл:

υ = k [A] a [B] bэсвэл

υ = k·C a A ·C b B

Энд [ А] Мөн [Б] (C A ТэгээдC B) - урвалжуудын концентраци,

а баб- энгийн урвалын стехиометрийн коэффициент;

к- урвалын хурдны тогтмол.

Хэмжээний химийн утга к- Энэ урвалын хурднэг концентрацид. Өөрөөр хэлбэл, А ба В бодисын концентраци 1-тэй тэнцүү байвал υ = к.

Химийн нарийн төвөгтэй процессуудад коэффициентүүд байдаг гэдгийг анхаарч үзэх хэрэгтэй а бабстехиометрийн үзүүлэлтүүдтэй давхцаж болохгүй.

Хэрэв хэд хэдэн нөхцөл хангагдсан бол массын үйл ажиллагааны хууль хангагдана.

• Урвал нь дулаанаар идэвхждэг, i.e. дулааны хөдөлгөөний энерги.
• Урвалжийн концентрацийг жигд хуваарилдаг.
• Үйл явцын явцад хүрээлэн буй орчны шинж чанар, нөхцөл өөрчлөгддөггүй.
• Байгаль орчны шинж чанар нь нөлөөлөх ёсгүй к.

Нарийн төвөгтэй процессуудад массын үйл ажиллагааны хууль хэрэглэх боломжгүй. Үүнийг нарийн төвөгтэй үйл явц нь хэд хэдэн үндсэн үе шатуудаас бүрдэх бөгөөд түүний хурд нь бүх үе шатуудын нийт хурдаар тодорхойлогддоггүй, харин зөвхөн нэг удаашралтай үе шатаар тодорхойлогддогтой холбон тайлбарлаж болно. хязгаарлах.

Урвал бүр өөрийн гэсэн шинж чанартай байдаг захиалга. Тодорхойлох хувийн (хэсэгчилсэн) захиалгаурвалжаар ба ерөнхий (бүрэн) дараалал. Жишээлбэл, үйл явцын химийн урвалын хурдыг илэрхийлэхэд

a A + b B = бүтээгдэхүүн

υ = к·[ А] а·[ Б] б

а– урвалжаар захиалах А

б — урвалжаар захиалах IN

Ерөнхий журам а + б = n

Учир нь энгийн процессуудурвалын дараалал нь урвалд орж буй зүйлийн тоог (стехиометрийн коэффициенттэй давхцаж) зааж, бүхэл тоон утгыг авна. Учир нь нарийн төвөгтэй үйл явцурвалын дараалал нь стехиометрийн коэффициенттэй давхцдаггүй бөгөөд ямар ч байж болно.

Химийн урвалын υ хурдад нөлөөлөх хүчин зүйлсийг тодорхойлъё.

1. Урвалж буй бодисын концентрацаас урвалын хурдын хамаарал

   массын үйл ажиллагааны хуулиар тодорхойлогддог: υ = к[ А] а·[ Б] б

Урвалж буй бодисын концентраци нэмэгдэх тусам υ нэмэгдэх нь ойлгомжтой, учир нь химийн процесст оролцож буй бодисуудын мөргөлдөөний тоо нэмэгддэг. Түүнээс гадна урвалын дарааллыг харгалзан үзэх нь чухал юм: хэрэв тийм бол n=1Зарим урвалжийн хувьд түүний хурд нь энэ бодисын концентрацтай шууд пропорциональ байна. Хэрэв ямар нэгэн урвалжийн хувьд n=2, дараа нь түүний концентрацийг 2 дахин нэмэгдүүлснээр урвалын хурд 2 2 = 4 дахин, концентрацийг 3 дахин нэмэгдүүлснээр урвал 3 2 = 9 дахин хурдасна.

Асуулт №3

Химийн урвалын хурдны тогтмол нь ямар хүчин зүйлээс хамаардаг вэ?

Урвалын хурд тогтмол (тодорхой урвалын хурд) нь кинетик тэгшитгэл дэх пропорционалийн коэффициент юм.

Урвалын хурдны тогтмолын физик утга кмассын үйл ажиллагааны хуулийн тэгшитгэлээс дараахь зүйлийг гаргана. к 1 моль/л-тэй тэнцэх урвалд орж буй бодис бүрийн концентраци дахь урвалын хурдтай тоон хувьд тэнцүү байна.

Урвалын хурдны тогтмол нь температур, урвалд орох бодисын шинж чанар, системд катализатор байгаа эсэхээс хамаардаг боловч тэдгээрийн концентрацаас хамаардаггүй.

1. Температур. Температурыг 10 ° C-аар нэмэгдүүлэх бүрт урвалын хурд 2-4 дахин нэмэгддэг (вант Хоффын дүрэм). Температур t1-ээс t2 хүртэл өсөхөд урвалын хурдны өөрчлөлтийг томъёогоор тооцоолж болно: (t2 - t1) / 10 Vt2 / Vt1 = g (үүнд Vt2 ба Vt1 нь t2 ба t1 температурын урвалын хурдууд юм; g нь энэ урвалын температурын коэффициент). Вант Хоффын дүрэм нь зөвхөн нарийн температурын хязгаарт хамаарна. Аррениусын тэгшитгэл нь илүү нарийвчлалтай байна: k = A e –Ea/RT Энд А нь урвалд орох бодисын шинж чанараас хамааран тогтмол байна; R нь бүх нийтийн хийн тогтмол; Ea нь идэвхжүүлэх энерги, өөрөөр хэлбэл мөргөлдөж буй молекулууд химийн өөрчлөлтөд хүргэхийн тулд байх ёстой энерги юм. Химийн урвалын энергийн диаграм. Экзотермик урвал Эндотермик урвал А - урвалж бодис, B - идэвхжүүлсэн цогцолбор (шилжилтийн төлөв), C - бүтээгдэхүүн. Идэвхжүүлэх энерги Ea өндөр байх тусам температур нэмэгдэх тусам урвалын хурд нэмэгддэг. 2. Урвалж буй бодисын контакт гадаргуу. Гетероген системүүдийн хувьд (бодисууд нэгтгэх янз бүрийн төлөвт байх үед) контактын гадаргуу том байх тусам урвал хурдан явагдана. Хатуу бодисын гадаргуугийн талбайг нунтаглах замаар, уусдаг бодисыг уусгах замаар нэмэгдүүлэх боломжтой. 3. Катализ. Урвалын төгсгөлд өөрчлөгдөөгүй, урвалд оролцож, хурдыг нь нэмэгдүүлдэг бодисыг катализатор гэж нэрлэдэг. Катализаторын үйл ажиллагааны механизм нь завсрын нэгдлүүд үүссэний улмаас урвалын идэвхжүүлэлтийн энерги буурсантай холбоотой юм. Нэг төрлийн катализийн үед урвалж ба катализатор нь нэг үе шатыг бүрдүүлдэг (агрегатын ижил төлөвт байдаг), харин гетероген катализаторын хувьд тэдгээр нь өөр өөр фазууд (агрегатуудын өөр өөр төлөвт байдаг). Зарим тохиолдолд хүсээгүй химийн үйл явц үүсэхийг урвалын орчинд дарангуйлагч ("сөрөг катализ" үзэгдэл) нэмснээр огцом удаашруулж болно.

Асуулт №4

Урвалын массын үйл ажиллагааны хуулийг томъёолж бичнэ үү.

2 NO+O2=2NO2

МАСС ҮЙЛЧИЛГЭЭНИЙ ХУУЛЬ: Химийн урвалын хурд нь урвалд орж буй бодисын концентрацийн үржвэртэй пропорциональ байна. 2NO + O2 2NO2 урвалын хувьд массын үйл ажиллагааны хуулийг дараах байдлаар бичнэ: v=kС2(NO)·С (O2), энд k нь урвалд орох бодисын шинж чанар ба температураас хамаарч хурдны тогтмол юм. Хатуу бодистой холбоотой урвалын хурдыг зөвхөн хий эсвэл ууссан бодисын агууламжаар тодорхойлно: C + O2 = CO2, v = kCO2

Химийн урвалын хурдыг туршилтаар тодорхойлохын тулд цаг хугацааны явцад анхны болон эцсийн бодисын концентрацийн өөрчлөлтийн талаархи мэдээлэлтэй байх шаардлагатай. Үүнийг хийх аргуудыг дараахь байдлаар хуваадаг химийнТэгээд физик-химийн.

Химийн аргууд нь урвалын саванд байгаа бодисын хэмжээ эсвэл түүний концентрацийг шууд тодорхойлоход суурилдаг.

Ихэнхдээ эдгээр зорилгоор титриметр, гравиметр зэрэг тоон шинжилгээний төрлийг ашигладаг. Хэрэв урвал удаан явагддаг бол урвалжийн хэрэглээг хянахын тулд тодорхой интервалаар урвалын орчноос дээж авдаг. Дараа нь хүссэн бодисын агууламжийг тодорхойлно. Жишээлбэл, шүлтээр титрлэх нь урвалын явцад систем дэх хүчлийн хэмжээг тодорхойлдог

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

Хэрэв урвал өндөр хурдтай явагддаг бол дээж авахын тулд гэнэт хөргөх, катализаторыг хурдан зайлуулах, шингэлэх эсвэл урвалжуудын аль нэгийг нь урвалд орохгүй байдалд шилжүүлэх замаар зогсооно.

Химийн шинжилгээний аргууд нь энгийн, хүртээмжтэй, сайн нарийвчлалаар тодорхойлогддог.

Орчин үеийн туршилтын кинетикийн хувьд тэдгээрийг ихэвчлэн ашигладаг физик-химийн шинжилгээний аргууд . Эдгээр нь урвалын явцад бодисын концентрацийн өөрчлөлтийг зогсоох, дээж авахгүйгээр шууд хянах боломжийг олгодог. Эдгээр аргууд нь цаг хугацааны явцад өөрчлөгддөг системийн аливаа физик шинж чанарыг хэмжихэд үндэслэсэн бөгөөд түүний доторх тодорхой нэгдлийн тоон агууламжаас хамаардаг; жишээ нь: даралт (хэрэв хий нь урвалд оролцсон бол), цахилгаан дамжуулах чанар, хугарлын илтгэгч, хэт ягаан туяа, харагдахуйц эсвэл хэт улаан туяаны бүсэд урвалж эсвэл урвалын бүтээгдэхүүний шингээлтийн спектр. Электрон парамагнит резонансын (EPR) болон цөмийн соронзон резонансын (NMR) спектрийг өргөн ашигладаг.

Спектрийн аргыг ашиглах нь цахилгаан соронзон цацрагийн шингээлт нь тухайн бодисын хэмжээ эсвэл түүний систем дэх концентрацитай пропорциональ байх явдал юм.

Ихэвчлэн урвалыг хаалттай системд (жишээ нь тогтмол эзэлхүүнтэй) туршилтаар судалж, үр дүнг график хэлбэрээр үзүүлэв. кинетик муруй, урвалж эсвэл урвалын бүтээгдэхүүний концентраци хугацаанаас хамаарах хамаарлыг илэрхийлдэг. Аналитик үзэлэнэ хамаарлыг нэрлэдэг кинетик муруй тэгшитгэл. Үндсэн кинетик тэгшитгэлээс ялгаатай нь урвалд орж буй бодисын хэрэглээний муруйг (эсвэл урвалын бүтээгдэхүүний хуримтлал) тэгшитгэл нь t = 0 үед бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн анхны концентрацийг (C 0) параметр болгон агуулна.

Эдгээр тэгшитгэлээс урвалын хурдны тогтмол болон хагас задралын хугацаа(t½) - ямар хугацаанд авсан эхлэлийн бодисын тал хувийг хэрэглэдэг, өөрөөр хэлбэл. түүний концентраци 2 дахин буурч, C-тэй тэнцүү болно О /2.

Тэг эрэмбийн урвалын үед эхлэх бодисын концентраци цаг хугацааны явцад шугаман буурдаг (Зураг 37).

Цагаан будаа. 37. Тэг эрэмбийн урвалын үед эхлэх бодисын концентрацийн өөрчлөлт

Математикийн хувьд өгсөн шугаман хамааралдараах байдлаар бичигдэнэ

Хаанак- хурдны тогтмол, C 0 – урвалжийн анхны молийн концентраци, С – тухайн үеийн концентрацит.

Үүнээс бид тэг эрэмбийн химийн урвалын хурдны тогтмолыг тооцоолох томъёог гаргаж болно.

k = (C 0 – C).

Тэг эрэмбийн хурдны тогтмолыг моль/л ∙ с (моль л -1 · Хамт -1 ).

Тэг эрэмбийн урвалын хагас хувиргах хугацаа нь анхны материалын концентрацтай пропорциональ байна.

Нэгдүгээр эрэмбийн урвалын хувьд C, t координат дахь кинетик муруй нь экспоненциал шинж чанартай бөгөөд иймэрхүү харагдана (Зураг 38) Математикийн хувьд энэ муруйг дараах тэгшитгэлээр тодорхойлно.

C = C 0 e - kt

Цагаан будаа. 38. Нэгдүгээр эрэмбийн урвалын үед гарч буй бодисын концентрацийн өөрчлөлт

Практикт нэгдүгээр эрэмбийн урвалын хувьд кинетик муруйг ихэвчлэн ℓnC,t координатаар зурдаг. Энэ тохиолдолд ℓnС-ийн цаг хугацааны шугаман хамаарал ажиглагдаж байна (Зураг 39).

ℓnС = ℓnС 0 –кт

Цагаан будаа. 39. Нэгдүгээр эрэмбийн урвалын үүсэх хугацаанаас урвалжийн концентрацийн логарифмын хамаарал.

Үүний дагуу хурдны тогтмол ба хагас хувиргах хугацааны утгыг дараах томъёогоор тооцоолж болно

k = ℓn эсвэл k= 2.303ℓg

(аравтын бутархай логарифмаас натурал руу шилжих үед).

Эхний эрэмбийн урвалын хурдны тогтмол нь хэмжээстэй байна т –1 , өөрөөр хэлбэл 1/с ба концентрацийн нэгжээс хамаарахгүй. Энэ нь нэгж хугацаанд урвалд орсон молекулуудын эзлэх хувийг харуулдаг нийт тоосистем дэх урвалжийн молекулууд. Тиймээс, нэгдүгээр эрэмбийн урвалын үед эхний бодисын авсан хэмжээний тэнцүү хэсгийг тэнцүү хугацаанд хэрэглэдэг.

Нэгдүгээр эрэмбийн урвалын хоёр дахь өвөрмөц шинж чанар нь тэдгээрийн хувьд t ½ нь урвалжийн анхны концентрацаас хамаардаггүй, зөвхөн хурдны тогтмолоор тодорхойлогддог явдал юм.

Хоёр дахь эрэмбийн урвалын концентрацийн хугацаанаас хамаарах тэгшитгэлийн хэлбэрийг зөвхөн хамгийн энгийн тохиолдолд авч үзэх болно, 2 ижил молекул эсвэл өөр өөр бодисын молекулууд энгийн үйлдэлд оролцох боловч тэдгээрийн анхны концентраци (C 0) байна. тэнцүү. Энэ тохиолдолд 1/C,t координатад шугаман хамаарал ажиглагдаж байна (Зураг 40). Энэ харилцааны математик тэгшитгэлийг дараах байдлаар бичнэ.

Цагаан будаа. 40. Урвалжийн урвуу концентрацийн 2-р эрэмбийн урвалын хугацаанаас хамаарах хамаарал

Тогтмол хурдыг томъёогоор тооцоолно

ба морины хүчээр хэмжигддэг -1 ∙моль -1 , өөрөөр хэлбэл түүний тоон утга нь тухайн бодисын концентрацийг хэмжих нэгжээс хамаарна.

Хоёр дахь эрэмбийн урвалын хагас задралын хугацаа нь урвалжийн анхны концентрацитай урвуу пропорциональ байна.

Энэ нь хоёр дахь эрэмбийн урвалын хурд нь нэгж хугацаанд урвалд орж буй бодисын молекулуудын хоорондох мөргөлдөөний тооноос ихээхэн хамаардаг бөгөөд энэ нь эргээд нэгж эзэлхүүн дэх молекулуудын тоотой пропорциональ байдагтай холбоотой юм. бодисын концентраци. Тиймээс, систем дэх бодисын концентраци их байх тусам молекулууд хоорондоо мөргөлдөх тусам тэдний тал хувь нь хариу үйлдэл үзүүлэх хугацаа бага байх болно.

Өмнө дурьдсанчлан гуравдагч эрэмбийн урвалууд нь маш ховор тохиолддог бөгөөд практик сонирхолгүй байдаг. Тиймээс, энэ талаар бид тэдгээрийг авч үзэхгүй.