โปรไฟล์พลังงานของพลังงานกระตุ้นปฏิกิริยา อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีและการขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ กลไกของปฏิกิริยาอินทรีย์

ทฤษฎีการชนช่วยให้เราสามารถสร้างความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ระหว่างอัตราการเกิดปฏิกิริยาและความถี่ของการชน เช่นเดียวกับความน่าจะเป็นที่พลังงานการชน E เกินพลังงานขั้นต่ำ Em ที่จำเป็นสำหรับปฏิกิริยาที่จะเกิดขึ้น ความสัมพันธ์นี้มีรูปแบบ

อัตราการเกิดปฏิกิริยา = (ความถี่การชน) (ความน่าจะเป็นที่ E > Em) จากความสัมพันธ์นี้ จะได้สมการต่อไปนี้:

โดยที่ k คือค่าคงที่อัตราการเกิดปฏิกิริยา ปัจจัย P-steric มีค่าตั้งแต่ 0 ถึง 1 และสอดคล้องกับส่วนของโมเลกุลที่ชนกันซึ่งมีการวางแนวร่วมกันที่จำเป็นเมื่อชนกัน จำนวน Z ของการชน ซึ่งสัมพันธ์กับความถี่ของการชน Ea คือพลังงานกระตุ้นที่สอดคล้องกับพลังงานการชนขั้นต่ำที่โมเลกุลที่ทำปฏิกิริยาต้องมี ค่าคงที่ของก๊าซแอล T-อุณหภูมิสัมบูรณ์

ปัจจัยทั้งสอง ได้แก่ P และ Z สามารถรวมกันเป็นค่าคงที่ A เดียว ซึ่งเรียกว่าปัจจัยก่อนเลขชี้กำลังหรือค่าคงที่อาร์เรเนียส ผลลัพธ์คือสมการอาร์เรเนียสอันโด่งดัง ซึ่งเราได้พบแล้วในหัวข้อที่แล้ว:

ทฤษฎีสถานะการเปลี่ยนผ่าน

ทฤษฎีสถานะการเปลี่ยนผ่านถือว่าโมเลกุลที่ทำปฏิกิริยาเป็นระบบเดียว โดยจะตรวจสอบรายละเอียดเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงในการจัดเรียงทางเรขาคณิตของอะตอมในระบบนี้ในขณะที่เปลี่ยนสารตั้งต้นให้เป็นผลิตภัณฑ์ ตำแหน่งทางเรขาคณิตของอะตอมในระบบโมเลกุลดังกล่าวเรียกว่าการกำหนดค่า เมื่อการกำหนดค่าของสารตั้งต้นกลายเป็นการกำหนดค่าของผลิตภัณฑ์ พลังงานศักย์ของระบบจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นจนกว่าจะถึงค่าสูงสุด ในขณะที่เข้าถึงพลังงานสูงสุด โมเลกุลจะมีโครงร่างที่สำคัญ ซึ่งเรียกว่าสถานะการเปลี่ยนแปลงหรือสารเชิงซ้อนที่กระตุ้นการทำงาน เฉพาะโมเลกุลที่มีพลังงานรวมเพียงพอเท่านั้นที่สามารถบรรลุโครงร่างที่สำคัญนี้ได้ เมื่อการกำหนดค่าของสถานะการเปลี่ยนแปลงนี้เปลี่ยนไปเป็นการกำหนดค่าผลิตภัณฑ์ พลังงานศักย์จะลดลง (รูปที่ 9.12) พิกัดปฏิกิริยาในแผนภาพทั้งสองนี้แสดงถึงการเปลี่ยนแปลงในการจัดเรียงทางเรขาคณิตของอะตอมของโมเลกุลที่ทำปฏิกิริยา ซึ่งถือเป็นระบบเดียว เนื่องจากระบบนั้นผ่านการเปลี่ยนแปลงโดยเริ่มจากการกำหนดค่าของสารตั้งต้น ย้ายไปยังการกำหนดค่าวิกฤต และสิ้นสุดที่ผลิตภัณฑ์ การกำหนดค่า หากตัวกลางเกิดขึ้นในปฏิกิริยา การเกิดขึ้นของตัวกลางแต่ละตัวจะสอดคล้องกับค่าต่ำสุดบนกราฟของพลังงานศักย์เทียบกับพิกัดของปฏิกิริยา (รูปที่ 9.13)

ข้าว. 9.12. โปรไฟล์พลังงานของปฏิกิริยา - กราฟของการพึ่งพาพลังงานศักย์บนพิกัดปฏิกิริยา a สำหรับปฏิกิริยาคายความร้อน b-สำหรับปฏิกิริยาดูดความร้อน

ทฤษฎีสถานะการเปลี่ยนผ่านสามารถใช้เพื่อทำนายค่าคงที่ A และ El ในสมการอาร์เรเนียสได้ การใช้ทฤษฎีนี้และเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์สมัยใหม่ทำให้สามารถสร้างภาพที่แม่นยำของการเกิดปฏิกิริยาเคมีในระดับโมเลกุลได้

ความสมดุลของกระบวนการเปลี่ยนผ่านจากเฟสหนึ่งไปอีกเฟสหนึ่งโดยไม่เปลี่ยนองค์ประกอบทางเคมีเรียกว่า สมดุลเฟส ตัวอย่างของสมดุลเฟสอาจเป็นกระบวนการต่อไปนี้:

การระเหย

สำหรับความสมดุลของเฟส จะสังเกตหลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์

เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่กระบวนการดูดความร้อน เช่น การหลอมละลายและการระเหย เมื่อความดันเพิ่มขึ้น สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่กระบวนการที่ก๊าซหรือไอเปลี่ยนเป็นสถานะของเหลวหรือของแข็ง

กฎของเฟส

คิดค้นโดย J. Gibbs จำนวนองศาความเป็นอิสระ ค , เฟส เอฟ ส่วนประกอบที่เป็นอิสระ ถึง และสภาวะภายนอก n กระทบต่อความสมดุลสัมพันธ์กันด้วยความสัมพันธ์:

ค+ F = K + n

2.4. กลไกของปฏิกิริยาเคมี ปฏิกิริยาลูกโซ่ กระบวนการโฟโตเคมีคอล การเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันและต่างกัน เร่งปฏิกิริยาอัตโนมัติ การเร่งปฏิกิริยาด้วยเอนไซม์ สารเร่งปฏิกิริยา ปฏิกิริยาการสั่น

พลังงานกระตุ้น โปรไฟล์พลังงานของปฏิกิริยา

ปฏิกิริยาเกิดขึ้นเนื่องจากการชนกันของโมเลกุลโดยตรง อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ว่าการชนกันทุกครั้งจะส่งผลให้เกิดปฏิกิริยาเคมี การก่อตัวของสารใหม่นั้นอำนวยความสะดวกโดยโมเลกุลที่มีพลังงานเพียงพอเท่านั้น โมเลกุลดังกล่าวเรียกว่าโมเลกุลที่ใช้งานอยู่

พลังงานขั้นต่ำที่เพียงพอในการเริ่มต้นปฏิกิริยาเคมีเรียกว่าพลังงานกระตุ้นและมีหน่วยเป็น kcal หรือ kJ ยิ่งพลังงานกระตุ้นต่ำลง ปฏิกิริยาก็จะยิ่งเกิดขึ้นเร็วขึ้นเท่านั้น

ในปฏิกิริยาที่พลังงานกระตุ้นมากกว่า 150 กิโลจูลที่ t=25°C อัตราจะต่ำมากหรือในทางปฏิบัติแล้วปฏิกิริยาเหล่านี้จะไม่เกิดขึ้น ในปฏิกิริยาที่พลังงานกระตุ้นน้อยกว่า 60 กิโลจูล ความเร็วจะสูงมาก (การระเบิด)

พลังงานกระตุ้น Ea ขึ้นอยู่กับลักษณะขององค์ประกอบที่ทำปฏิกิริยาและทำหน้าที่เป็นคุณลักษณะของแต่ละปฏิกิริยา

แผนภาพพลังงานของปฏิกิริยากับการก่อตัว

เปิดใช้งานคอมเพล็กซ์

เพื่อให้สารตั้งต้น A และ B ก่อตัวเป็นผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา C และ D จะต้องเอาชนะอุปสรรคด้านพลังงาน ML ซึ่งต้องใช้พลังงานกระตุ้น Ea ในกรณีนี้ในระหว่างการทำปฏิกิริยากลุ่มที่ไม่เสถียรระดับกลางจะเกิดขึ้นจากอนุภาคของสารที่ใช้ - สารเชิงซ้อนที่กระตุ้น (รูปที่ 2.6)

สารเชิงซ้อนนี้จะสลายตัวเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย และปริมาณพลังงานดังกล่าวจะถูกปล่อยออกมาซึ่งทำให้ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายสามารถลดระดับลงไปถึงระดับพลังงานเฉลี่ยของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายได้

ที่. การเปลี่ยนแปลงในผลิตภัณฑ์สามารถแสดงในรูปแบบของไดอะแกรมสำหรับปฏิกิริยาดูดความร้อนและปฏิกิริยาคายความร้อน (รูปที่ 2.7, 2.8)

แผนภาพการไหล

ปฏิกิริยาคายความร้อน

แผนภาพการไหล

ปฏิกิริยาดูดความร้อน

เกี่ยวกับ
โดยทั่วไปแล้วปฏิกิริยาระหว่างสารที่มีพันธะโควาเลนต์รุนแรงจะมีลักษณะเป็นค่า Ea สูงและดำเนินไปอย่างช้าๆ สิ่งนี้ใช้ได้กับการโต้ตอบหลายอย่าง เช่น

ซึ่งมีความเร็วภายใต้เงื่อนไขมาตรฐานเป็น 0

ม
ปฏิกิริยาอิออนในสารละลายมีลักษณะเฉพาะด้วยค่า Ea ต่ำและความเร็วสูงมาก

การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปี DH โดยพื้นฐานแล้วคือความแตกต่างในพลังงานพันธะของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ รวมถึงพลังงานของการผันคำกริยา แรงดึง และสารละลาย DH สามารถคำนวณได้โดยการรวมพลังงานของพันธะทั้งหมดที่แตกหักระหว่างปฏิกิริยา และลบผลรวมของพลังงานของพันธะทั้งหมดที่เกิดขึ้น จากนั้นบวกการเปลี่ยนแปลงทั้งหมดในพลังงานการผันคำกริยา ความตึง และพลังงานการละลาย นอกจากนี้ การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีสามารถกำหนดได้ด้วยการทดลองโดยการวัดผลทางความร้อนของปฏิกิริยา เนื่องจาก การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีจะเท่ากับผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาโดยมีเครื่องหมายตรงกันข้าม

- ดีฮ=คิวอาร์

การเปลี่ยนแปลงในเอนโทรปี DS บ่งบอกถึงระดับความผิดปกติของระบบ ในเคมีอินทรีย์ ปัจจัยนี้ไม่ค่อยมีบทบาทสำคัญนักเพราะว่า ปฏิกิริยาเกิดขึ้นที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำ ซึ่งปัจจัยเอนโทรปีมีน้อย อย่างไรก็ตาม ในบางกรณี การเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีอาจมีบทบาทสำคัญ:

· เนื่องจากก๊าซมีเอนโทรปีสูงกว่าของเหลว (มากกว่าของแข็งด้วยซ้ำ) ดังนั้นปฏิกิริยาใดๆ ที่สารตั้งต้นเป็นของเหลวหรือของแข็ง และผลิตภัณฑ์หนึ่งอย่างหรือมากกว่านั้นเป็นก๊าซ ย่อมเป็นผลดีทางอุณหพลศาสตร์ เนื่องจากเอนโทรปีของระบบเพิ่มขึ้น

· ถ้าในระหว่างปฏิกิริยา มีโมเลกุลของผลิตภัณฑ์เกิดขึ้นมากกว่าโมเลกุลของสารตั้งต้น ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นพร้อมกับเอนโทรปีเพิ่มขึ้น

ค่า DG ที่เป็นลบในตัวเองไม่ได้หมายความว่าปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นในช่วงเวลาที่คาดการณ์ได้ การเปลี่ยนแปลงเชิงลบของพลังงานอิสระเป็นปัจจัยที่จำเป็นแต่ไม่เพียงพอสำหรับการเกิดปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นเอง ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาของไฮโดรเจนสองโมลกับออกซิเจนหนึ่งโมลซึ่งส่งผลให้เกิดการก่อตัวของน้ำนั้นมีลักษณะเฉพาะคือการเปลี่ยนแปลงเชิงลบอย่างมากในพลังงานอิสระ อย่างไรก็ตาม ส่วนผสมของ O 2 และ H 2 สามารถเก็บไว้ที่อุณหภูมิห้องได้นานหลายสิบปีโดยไม่มีสัญญาณของปฏิกิริยาทางเคมี

กลไกของปฏิกิริยาอินทรีย์

เพื่อทำความเข้าใจปฏิกิริยาอินทรีย์ ความรู้เกี่ยวกับกลไกของพวกมันมีประโยชน์อย่างยิ่ง

กลไกการเกิดปฏิกิริยา - คำอธิบายโดยละเอียดเกี่ยวกับกระบวนการแปลงสารประกอบเริ่มต้นเป็นผลิตภัณฑ์- กลไกนี้รวมถึงข้อมูลเกี่ยวกับวิธีการและลำดับของการแยกตัวและการก่อรูปของพันธะ โครงสร้างของตัวกลาง (ผลิตภัณฑ์ตัวกลาง) จลนศาสตร์ อุณหพลศาสตร์ และสเตอริโอเคมีของปฏิกิริยา กลไกนี้ไม่ควรขัดแย้งกับข้อเท็จจริงเชิงทดลองที่มีอยู่ และเมื่อมีข้อมูลใหม่เกิดขึ้น ให้อธิบายด้วย

เมื่อพิจารณาถึงคุณสมบัติที่ละเอียดอ่อนของกลไก การใช้สิ่งที่เรียกว่ามีประโยชน์อย่างยิ่ง แผนภาพพลังงาน (โปรไฟล์พลังงาน) ปฏิกิริยา นี่คือการพึ่งพากราฟิกของพลังงานของระบบกับฟังก์ชันที่ซับซ้อนของระยะห่างระหว่างสารที่ทำปฏิกิริยาซึ่งมักเรียกว่า " พิกัดปฏิกิริยา" หรือ " ความคืบหน้าของปฏิกิริยา"(รูปที่ 3.1)

ข้าว. 3.1. แผนภาพพลังงาน: A – เอนโด-, B – ปฏิกิริยาคายความร้อน

รูปนี้แสดงให้เห็นถึงการเกิดปฏิกิริยาขั้นตอนเดียว ปฏิกิริยาดูดความร้อนเกี่ยวข้องกับการดูดซับความร้อน ในขณะที่ปฏิกิริยาคายความร้อนเกี่ยวข้องกับการปล่อยความร้อน

ปฏิกิริยาเคมีเกือบทั้งหมดเกิดขึ้นเมื่ออนุภาคที่ทำปฏิกิริยาตั้งแต่สองอนุภาคขึ้นไปชนกัน ซึ่งน้อยมาก จากรูป 3.1 เป็นที่ชัดเจนว่าวิธีการทำปฏิกิริยาของโมเลกุลทำให้พลังงานของระบบเพิ่มขึ้นจนถึงระดับสูงสุด การชนกันจะมีประสิทธิภาพเมื่อสารที่ทำปฏิกิริยามีพลังงานส่วนเกินอยู่บ้าง เมื่อเทียบกับพลังงานเฉลี่ยของโมเลกุลในระบบ หลังจากการชนกัน อนุภาคที่ไม่มีพลังงานมากเกินไปจะกระจายไปในทิศทางที่ต่างกัน พลังงานกระตุ้น- พลังงานส่วนเกินที่จำเป็นในการเอาชนะอุปสรรคด้านพลังงาน พลังงานสูงสุดของระบบ (จุดสูงสุดของแผนภาพพลังงาน) สอดคล้องกัน สถานะการเปลี่ยนแปลง (เปิดใช้งานคอมเพล็กซ์- การมีอยู่ของสถานะการเปลี่ยนผ่านซึ่งอธิบายเหตุผลว่าทำไมแม้แต่ปฏิกิริยาคายความร้อนก็มักจะไม่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ แต่เกิดขึ้นเฉพาะเมื่อได้รับความร้อนหรือวิธีอื่นในการเปิดใช้งานระบบเท่านั้น

มันคือสถานะการเปลี่ยนแปลง - จุดพลังงานสูงสุดของปฏิกิริยา - ที่กำหนดเส้นทางของการเปลี่ยนแปลงทั้งหมด ความรู้เกี่ยวกับโครงสร้างของมันสามารถชี้แจงกลไกการเปลี่ยนแปลงทางเคมีได้ อย่างไรก็ตาม อายุการใช้งานของแอคติเวตคอมเพล็กซ์นั้นสั้นมากจนไม่มีวิธีการทางกายภาพในการลงทะเบียน ดังนั้น จึงได้รับความรู้เกี่ยวกับโครงสร้างของมัน

สมมุติฐานของเจ. แฮมมอนด์

หากต้องการประเมินโครงสร้างของสถานะการเปลี่ยนแปลงทางอ้อม ให้ใช้ สมมุติฐานของเจ. แฮมมอนด์ (1955): การเปลี่ยนแปลงพลังงานเล็กน้อยจะมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในโครงสร้างโมเลกุล- ถ้อยคำที่ชัดเจนยิ่งขึ้น: โครงสร้างของสถานะการเปลี่ยนแปลงนั้นคล้ายคลึงกับโครงสร้างของสารเหล่านั้นซึ่งมีพลังงานอยู่ใกล้กว่า- ในปฏิกิริยาคายความร้อน สถานะการเปลี่ยนผ่านจะมีโครงสร้างใกล้เคียงกับรีเอเจนต์เริ่มต้นมากขึ้น (รูปที่ 3.1) คอมเพล็กซ์ที่เปิดใช้งานนี้เรียกว่า รัฐเปลี่ยนผ่านตอนต้น- สถานะการเปลี่ยนแปลงในปฏิกิริยาดูดความร้อนนั้นมีโครงสร้างใกล้เคียงกับผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยามากขึ้น เรียกว่า ช้า- ผลกระทบที่คล้ายกันต่อโครงสร้างที่คล้ายคลึงกันนำไปสู่ผลลัพธ์ที่คล้ายคลึงกัน ดังนั้นทุกอย่าง ปัจจัยที่มีเสถียรภาพ(สถานะพลังงานลดลง) ใกล้เคียงกับสถานะการเปลี่ยนแปลงอย่างกระตือรือร้นขั้นต้น ขั้นกลาง หรือขั้นสุดท้าย สารลดพลังงานของแอคติเวตคอมเพล็กซ์.

การใช้สมมุติฐานของแฮมมอนด์มีประโยชน์อย่างยิ่งเมื่อพิจารณาปฏิกิริยาหลายขั้นตอน (รูปที่ 3.2)

รูปที่ 3.2. แผนภาพพลังงานของปฏิกิริยาสองขั้นตอน

จากรูปที่ 3.2 จะเห็นได้ว่าปฏิกิริยาเกิดขึ้นในสองขั้นตอนผ่านผลิตภัณฑ์ตัวกลางตัวเดียว การแปลงผลิตภัณฑ์เป็นตัวกลาง (ระยะแรก) มีความสำคัญต่อปฏิกิริยาโดยรวมมากกว่าการแปลงตัวกลางเป็นผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา (ระยะที่สอง) สิ่งนี้ได้รับการยืนยันโดยพลังงานกระตุ้นที่สอดคล้องกันของระยะที่หนึ่งและระยะที่สอง (Ea 1 และ Ea 2 ตามลำดับ) ปฏิกิริยาทั้งหมดถูกกำหนดโดยจุดพลังงานสูงสุด - สถานะการเปลี่ยนแปลงของระยะแรก [PS 1] หากเราใช้สมมุติฐานของแฮมมอนด์กับปฏิกิริยานี้ ก็เป็นเรื่องง่ายที่จะสรุปได้ว่าผลิตภัณฑ์ระดับกลางนั้นมีความกระตือรือร้นใกล้เคียงกับสถานะการเปลี่ยนแปลงของทั้งสองขั้นตอนของปฏิกิริยา

S. Arrhenius ค้นพบการขึ้นต่ออุณหภูมิของอัตราการเกิดปฏิกิริยาหลายอย่าง ซึ่งสามารถอธิบายได้ด้วยสมการ:

เค = ก อี - อี* / RT

ที่ไหน เค - อัตราคงที่, e - ฐานของลอการิทึมธรรมชาติ ร - ค่าคงที่ก๊าซสากล ต - อุณหภูมิ, ก - ปัจจัยก่อนเลขชี้กำลัง อี* - พลังงานกระตุ้นปฏิกิริยา

ทฤษฎีการชนแบบแอคทีฟ(การชนกัน)

1) ปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างโมเลกุลจะเกิดขึ้นได้เฉพาะเมื่อชนกันเท่านั้น

2) ไม่ใช่ว่าการชนกันของโมเลกุลทุกครั้งจะทำให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมี กล่าวคือ มันมีประสิทธิภาพ หรือตามคำศัพท์ของอาร์เรเนียส คือ ใช้งานอยู่ มีบางอย่าง อุปสรรคด้านพลังงานซึ่งมีเพียงส่วนหนึ่งของโมเลกุลเท่านั้นที่สามารถเอาชนะและโต้ตอบได้ และตามกฎแล้ว นี่เป็นส่วนเล็กๆ ของจำนวนทั้งหมดในระบบ

3) สาเหตุของการมีอยู่ของสิ่งกีดขวางพลังงานคือการผลักกันของเปลือกอิเล็กตรอนของโมเลกุลเมื่อพวกมันเข้าใกล้กัน

4) เพื่อให้โมเลกุลเอาชนะกำแพงพลังงานระหว่างการชนได้ พวกมันจะต้องเคลื่อนที่เข้าหากันด้วยความเร็วสูงเพียงพอ เพื่อให้บรรลุความเร็วที่ต้องการนี้ จำเป็นต้องใช้พลังงานจำนวนหนึ่ง เรียกว่าพลังงานกระตุ้น พลังงานกระตุ้น อี* - นี่คือพลังงานส่วนเกินของโมเลกุลแอคทีฟเมื่อเปรียบเทียบกับพลังงานที่ไม่ได้ใช้งาน หรือมิฉะนั้น พลังงานที่โมเลกุลต้องมีเพื่อให้สามารถโต้ตอบได้ มิติ SI ของพลังงานกระตุ้นคือ J/mol

5) ยิ่งพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยามากเท่าไร กำแพงพลังงานก็จะยิ่งมากขึ้น และโมเลกุลก็จะสามารถเอาชนะมันได้น้อยลงเท่านั้น ดังนั้นยิ่ง. อี* ปฏิกิริยาก็จะยิ่งช้าลงเท่านั้น

6) เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความเร็วของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลจะเพิ่มขึ้น ดังนั้นสัดส่วนของโมเลกุลที่ทำงานอยู่จึงเพิ่มขึ้น กล่าวอีกนัยหนึ่ง เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น การเปิดใช้งานความร้อนส่งผลให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น

คำนวณพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยาจากค่าคงที่อัตราสองค่าที่อุณหภูมิต่างกัน:

ต 2 - ต 1 เค 1

เปิดใช้งานคอมเพล็กซ์คือการก่อตัวที่ไม่เสถียรซึ่งรวมถึงอะตอมของการชนกันและปฏิสัมพันธ์ของโมเลกุลทั้งหมด อายุการใช้งานของคอมเพล็กซ์ที่เปิดใช้งานนั้นสั้นมาก มีหน่วยวัดเป็นเศษส่วนเล็กๆ (หนึ่งในล้าน, สิบในล้าน ฯลฯ) ของวินาที ระยะห่างระหว่างอะตอมในสารเชิงซ้อนที่ถูกกระตุ้นนั้นค่อนข้างมากกว่าในโมเลกุลธรรมดา ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีพลังงานเพิ่มเติมในการก่อตัว

การแสดงภาพของปฏิกิริยาในช่วงเวลาหนึ่งตามทฤษฎีสถานะการเปลี่ยนแปลงสามารถให้ได้ โปรไฟล์พลังงานปฏิกิริยา เช่น คายความร้อน (รูปที่ 12.6)

พลังงานของระบบถูกพล็อตไปตามแกนพิกัด อี และแกน x คือสิ่งที่เรียกว่าพิกัดปฏิกิริยา พลังงานสำรองเฉลี่ยของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลของสารตั้งต้นนั้นสอดคล้องกับระดับ อี อ้างอิงพลังงานที่เก็บไว้ในระดับเชิงซ้อนที่เปิดใช้งาน อี อลาสก้า แล้วความแตกต่าง อี เอเค - อี ค่าอ้างอิงเท่ากับค่าของกำแพงพลังงานที่โมเลกุลต้องเอาชนะเพื่อที่จะโต้ตอบ (พลังงานกระตุ้น) การแสดงภาพด้วยเส้นโค้งที่เชื่อมระหว่างระดับต่างๆ อี อ้างอิงและ อี อลาสก้า ความสูงของอุปสรรคพลังงานขึ้นอยู่กับลักษณะของสารที่ทำปฏิกิริยาพลังงานที่จำเป็นสำหรับการก่อตัวของสารเชิงซ้อนที่ถูกกระตุ้น (พลังงานกระตุ้น) รวมถึงพลังงานเฉลี่ยของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุล อี อ้างอิง

เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นระดับ อี ค่าอ้างอิงเพิ่มขึ้น อุปสรรคพลังงานจะเล็กลง และโมเลกุลจำนวนมากสามารถโต้ตอบกันได้ นี่คือสาเหตุที่ปฏิกิริยาเร่งตัวตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น เมื่ออุณหภูมิลดลงตรงกันข้ามกับระดับ อี ค่าอ้างอิงลดลงและอุปสรรคพลังงานเพิ่มขึ้น ซึ่งทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาลดลง

ในระหว่างการสลายตัวของสารเชิงซ้อนที่ถูกกระตุ้นด้วยการก่อตัวของโมเลกุลของผลิตภัณฑ์พลังงานจะถูกปล่อยออกมาซึ่งสอดคล้องกับความแตกต่าง อี เอเค - อี ผลิตภัณฑ์ที่ไหน อี prod - พลังงานสำรองเฉลี่ยของโมเลกุลผลิตภัณฑ์ ส่วนหนึ่งของพลังงานที่ปล่อยออกมานี้เท่ากับความแตกต่าง อี เอเค - อี ref จะถูกใช้เพื่อกระตุ้นโมเลกุลใหม่ของสารตั้งต้นและส่วนเกิน อี อ้างอิง - อี ผลิตภัณฑ์จะถูกปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อมในรูปของผลกระทบทางความร้อนที่เกิดจากปฏิกิริยา ดีเอช อาร์ .

สำหรับปฏิกิริยาดูดความร้อน โปรไฟล์พลังงานจะดูแตกต่างออกไปเล็กน้อย (รูปที่ 12.7) จะเห็นได้ว่าในกรณีนี้ระดับพลังงาน อี อ้างอิงต่ำกว่าระดับ อี ต่อ อันเป็นผลมาจากพลังงานนี้ อี เอเค - อี ผลิตภัณฑ์ที่ปล่อยออกมาระหว่างการสลายตัวของสารกัมมันต์ยังไม่เพียงพอ

เพื่อกระตุ้นให้เกิดการกระตุ้นโมเลกุลของสารตั้งต้นใหม่ ดังนั้น ในการทำปฏิกิริยาต่อไป จึงจำเป็นต้องจ่ายพลังงานจากภายนอก ในรูปแบบของผลกระทบความร้อนแบบดูดกลืนความร้อน

การมีอยู่ของสารเชิงซ้อนที่เปิดใช้งานได้รับการยืนยันจากข้อมูลการทดลอง ตัวอย่างเช่น สำหรับแบบจำลองง่ายๆ ปฏิกิริยาหนึ่งของปฏิกิริยาระหว่างอะตอมไฮโดรเจนกับโมเลกุลไฮโดรเจน

Н 2 + Н ® Н + Н 2 ,

ค่าพลังงานกระตุ้นใกล้เคียงกับ 36.8 kJ/mol ถ้าปฏิกิริยาดำเนินผ่านขั้นตอนการแยกตัวของโมเลกุล H 2 โดยสมบูรณ์ และไม่ผ่านขั้นตอนการก่อตัวของสารเชิงซ้อนที่ถูกกระตุ้น H 2 ·H จะต้องใช้พลังงานกระตุ้นที่ 435.1 กิโลจูล/โมล

55. เคมีแสง. ปฏิกิริยาโฟโตเคมีคอล กฎพื้นฐานของโฟโตเคมี (กฎของกรอตทัส-เดรเปอร์ กฎของบุนเซน-รอสโค กฎของสตาร์ก-ไอน์สไตน์)

เคมีแสงนี่เป็นสาขาหนึ่งของจลนศาสตร์เคมีที่เกี่ยวข้องกับพฤติกรรมของโมเลกุลที่ถูกกระตุ้นด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ .

ในทางชีววิทยา เป็นที่รู้กันว่ากระบวนการโฟโตเคมีหลายอย่างมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อชีวิตของสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดและชีวมณฑลโดยรวม ก่อนอื่นเราควรตั้งชื่อในกระบวนการดังกล่าว การสังเคราะห์ด้วยแสงนอกจากนี้ เคมีแสงของการมองเห็น เคมีแสงของการสังเคราะห์วิตามิน เช่น วิตามินดีในผิวหนังมนุษย์ เคมีแสงของการฟอกหนัง ฯลฯ มีความสำคัญอย่างยิ่ง

ปฏิกิริยาโฟโตเคมีคอลของการสลายตัวของซิลเวอร์เฮไลด์เป็นรากฐานของกระบวนการถ่ายภาพ มีวัสดุโฟโตโครมิกที่สามารถเปลี่ยนสีหรือความโปร่งใสเมื่อสัมผัสกับแสง ซึ่งนำไปใช้โดยเฉพาะในการบันทึกข้อมูลโฟโตเคมีคอลหรือการผลิตแว่นกันแดด ปฏิกิริยาโฟโตเคมีคอลยังใช้ในอุตสาหกรรมเคมีอีกด้วย เช่น ในการสังเคราะห์คาโปรแลคตัม หรือในโฟโตพอลิเมอไรเซชันของเมทิลเมทาคริเลตในการผลิตแก้วอินทรีย์

สำหรับร้านขายยา ปฏิกิริยาโฟโตเคมีคอลมีความสำคัญเป็นหลักตราบเท่าที่แสงสามารถทำให้เกิดการทำลายได้ ( โฟโตไลซิส) ยาหลายชนิด สารและวัสดุอื่นๆ จำนวนมากยังอาจสลายตัวภายใต้อิทธิพลของแสง เช่น ไม้ กระดาษ สี พลาสติก ฯลฯ

ในวิชาเคมี วิธีการวิเคราะห์แบบเรืองแสงนั้นถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย โดยอาศัยการศึกษาสเปกตรัมของรังสีที่ปล่อยออกมาจากโมเลกุลที่ตื่นเต้นของสารที่กำลังศึกษาอยู่

กฎของโฟโตเคมี

กฎของโฟโตเคมีต่อไปนี้เป็นที่รู้จัก:

กฎของกรอตทัส-เดรเปอร์(K.I.D. Grotthus - 1818; J.W. Draper - 1842)

แผนภาพพลังงานของปฏิกิริยากับการก่อตัว

เปิดใช้งานคอมเพล็กซ์

โดยทั่วไปแล้วปฏิกิริยาระหว่างสารที่มีพันธะโควาเลนต์แรงจะมีลักษณะเป็นค่า Ea สูงและดำเนินไปอย่างช้าๆ สิ่งนี้ใช้ได้กับการโต้ตอบหลายอย่าง เช่น

ซึ่งมีความเร็วภายใต้เงื่อนไขมาตรฐานเป็น 0

ค่า Ea ที่ต่ำและความเร็วสูงมากแสดงลักษณะปฏิสัมพันธ์ของไอออนิกในสารละลาย

การเร่งปฏิกิริยา

แนวคิดทั่วไป

การเร่งปฏิกิริยาคือการเร่งความเร็วของอัตราการเกิดปฏิกิริยาเมื่อมีสารเฉพาะซึ่งปริมาณไม่เปลี่ยนแปลงระหว่างการทำปฏิกิริยา

สารเหล่านี้เพียงเร่งอัตราการเกิดปฏิกิริยาเท่านั้น แต่จะไม่ถูกใช้ไปอันเป็นผลมาจากการเกิดขึ้น

ตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถมีส่วนร่วมในการก่อตัวของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาระดับกลาง แต่เมื่อสิ้นสุดปฏิกิริยาพวกมันจะถูกสร้างขึ้นใหม่ทั้งหมด

ปฏิกิริยาจะช้าลงโดยใช้สารยับยั้ง (ตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงลบ)

– ในระหว่างการเร่งปฏิกิริยา ขนาดของผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาจะไม่เปลี่ยนแปลง

– หากปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาสามารถย้อนกลับได้ ตัวเร่งปฏิกิริยาจะไม่ส่งผลต่อสมดุลไม่เปลี่ยนแปลง คและความเข้มข้นที่สมดุลของส่วนประกอบของระบบ มันเร่งปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับอย่างเท่าเทียมกัน

– ตัวเร่งปฏิกิริยาทำหน้าที่แบบคัดเลือก, แบบเลือกสรร

ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาหนึ่งอย่างแข็งขันนั้นไม่แยแสกับอีกอันหนึ่ง

ผลิตภัณฑ์ที่แตกต่างกันสามารถรับได้จากสารชนิดเดียวกันโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ต่างกัน

สารบางชนิดลดหรือทำลายการทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยาโดยสิ้นเชิงเรียกว่าสารเร่งปฏิกิริยา - สารประกอบของสารหนู, ตะกั่ว, ไซยาไนด์

สารเติมแต่งที่เพิ่มกิจกรรมของตัวเร่งปฏิกิริยาเรียกว่าโปรโมเตอร์

กิจกรรม การเลือกสรร และอายุการใช้งานของตัวเร่งปฏิกิริยาส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยา

มีตัวเร่งปฏิกิริยาที่ไม่มีความเฉพาะเจาะจงเรียกว่าเป็นสากล ซึ่งรวมถึงโลหะ ไม่มี, พ.ตแพลเลเดียมซึ่งกระตุ้นกระบวนการไฮโดรจิเนชันและออกซิเดชัน กระบวนการหลายอย่างเป็นแบบตัวเร่งปฏิกิริยาอัตโนมัติ ในปฏิกิริยาเหล่านี้ ผลิตภัณฑ์ตัวหนึ่งทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา

ปฏิกิริยาลูกโซ่

ปฏิกิริยาลูกโซ่เป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นปฏิกิริยาเคมีซึ่งการปรากฏตัวของอนุภาคแอคทีฟระดับกลางทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงจำนวนมาก (สายโซ่) ของโมเลกุลดั้งเดิม

อนุภาคที่ทำงานอยู่คืออะตอมอิสระ โมเลกุลที่ถูกกระตุ้น - อนุมูล - อนุภาคที่มีอิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่หนึ่งตัว

ผลงานของ

N.N. Semenov และ S. Hinshelwood ผู้ได้รับรางวัลโนเบล (1956) จากการวิจัยในสาขานี้

ปฏิกิริยาลูกโซ่เป็นพื้นฐานของกระบวนการที่สำคัญในทางปฏิบัติหลายอย่าง (การแตกร้าว ปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชัน การเผาไหม้เชื้อเพลิง ฯลฯ)

ปฏิกิริยาลูกโซ่มี 3 ประเภท:

1.โซ่ตรง

2. โซ่แยก

3. มีกิ่งก้านเสื่อมลง

ปฏิกิริยาแต่ละประเภทประกอบด้วย 3 ขั้นตอน ได้แก่ การเริ่มต้นของลูกโซ่ การพัฒนา และการยุติ

กระบวนการทางเคมีที่มีสายโซ่ตรงสามารถพิจารณาได้โดยใช้ตัวอย่างปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนกับคลอรีน:

ลองคิดดูว่าโมเลกุลใด - ไฮโดรเจนหรือคลอรีน - ที่สามารถแตกตัวเป็นอะตอมได้ พลังงานยึดเหนี่ยวของโมเลกุลไฮโดรเจนคือ 436 กิโลจูล/โมล คลอรีน 243 แน่นอนว่าโมเลกุลคลอรีนจะสลายตัว

หากเก็บส่วนผสมไว้ในที่มืด ปฏิกิริยานี้จะไม่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิปกติ เพื่อให้ปฏิกิริยานี้ดำเนินไปอย่างรวดเร็ว ก็เพียงพอที่จะแนะนำไอโลหะโซเดียมในปริมาณเล็กน้อยลงในส่วนผสม

โครงร่างปฏิกิริยาตามขั้นตอนสามารถเขียนได้ดังนี้

ทฤษฎีสถานะการเปลี่ยนผ่าน

กฎของเฟส

พลังงานกระตุ้น โปรไฟล์พลังงานของปฏิกิริยา

กลไกของปฏิกิริยาอินทรีย์

สมมุติฐานของเจ. แฮมมอนด์

บทความที่เกี่ยวข้อง

ทดสอบ “มาตุภูมิในคริสต์ศตวรรษที่ 9 – ต้นศตวรรษที่ 11”

การบัพติศมาของมาตุภูมิ การเรียกของชาว Varangians การเกิดขึ้นของจักรวรรดิ...

ข้อผิดพลาดของ Alexander Valentinovich Golovko ของ Alexander Valentinovich Golovko Lua ในโมดูล: Wikidata ที่บรรทัด 170: พยายามสร้างดัชนีฟิลด์ "wikibase" (ค่าศูนย์)

วลีจากโจ๊กเกอร์ วลีจากอัศวินรัตติกาล

ชีววิทยา - ศาสตร์แห่งชีวิต

กรดอะมิโนที่จำเป็นสำหรับมนุษย์ วิธีจดจำกรดอะมิโนทั้งหมด

การก่อตั้งการนำเสนอแอกตาตาร์มองโกล