Ang pagtaas sa rate ng reaksyon sa pagtaas ng temperatura ay karaniwang nailalarawan sa koepisyent ng temperatura ng rate ng reaksyon, isang numero na nagpapakita kung gaano karaming beses ang rate ng isang naibigay na reaksyon ay tumataas na may pagtaas sa temperatura ng system ng 10 ° C. Koepisyent ng temperatura iba iba ang reaksyon. Sa mga ordinaryong temperatura, ang halaga nito para sa karamihan ng mga reaksyon ay nasa hanay na 2 ... 4.
Ang koepisyent ng temperatura ay tinutukoy alinsunod sa tinatawag na "van't Hoff rule", na mathematically na ipinahayag ng equation
v 2 /v 1 = g( T 2 – T 1)/10 ,
saan v 1 at v 2 – mga rate ng reaksyon sa mga temperatura T 1 at T 2; g ay ang koepisyent ng temperatura ng reaksyon.
Kaya, halimbawa, kung g = 2, pagkatapos ay para sa T 2 - T 1 = 50°C v 2 /v 1 = 2 5 = 32, ibig sabihin. ang reaksyon ay pinabilis ng 32 beses, at ang pagbilis na ito ay hindi nakasalalay sa mga ganap na halaga sa anumang paraan T 1 at T 2 ngunit sa kanilang pagkakaiba lamang.
enerhiya sa pag-activate, ang pagkakaiba sa pagitan ng mga halaga ng average na enerhiya ng mga particle (molekula, radical, ions, atbp.) na pumapasok sa isang elementarya. kemikal na reaksyon, at ang average na enerhiya ng lahat ng mga particle sa reacting system. Para sa iba't ibang reaksiyong kemikal E. at. malawak na nag-iiba - mula sa iilan hanggang ~ 10 j./mol. Para sa parehong kemikal na reaksyon, ang halaga ng E. a. depende sa uri ng mga function ng pamamahagi ng mga molekula sa mga tuntunin ng mga energies ng kanilang translational motion at panloob na antas ng kalayaan (electronic, vibrational, rotational). Bilang isang istatistikal na halaga E. a. ay dapat na makilala mula sa threshold na enerhiya, o energy barrier - ang pinakamababang enerhiya na dapat magkaroon ng isang pares ng nagbabanggaan na mga particle para mangyari ang isang partikular na elementarya na reaksyon.
Arrhenius equation, pagdepende sa temperatura ng pare-pareho ang rate Upang elementong chem. mga reaksyon:
kung saan ang A ay isang pre-exponential factor (ang dimensyon ay kapareho ng k), E a-activation energy, kadalasang tumatanggap ng positibo. mga halaga, T-abs. temperatura, k-Boltzmann constant. Nakaugalian na ang pagbanggit E a bawat molekula. at sa bilang ng mga particle N A\u003d 6.02 * 10 23 (Ang pare-pareho ng Avogadro) at ipinahayag sa kJ / mol; sa mga kasong ito, sa Arrhenius equation, ang halaga k palitan ang gas constant R. Graph ng 1nk laban sa 1 /kT(Arrhenius plot) - isang tuwid na linya, ang negatibong slope na kung saan ay tinutukoy ng activation energy E a at nagpapakilala ng positibo. pagtitiwala sa temperatura Upang.
Catalyst - Kemikal na sangkap, na nagpapabilis sa reaksyon, ngunit hindi bahagi ng mga produkto ng reaksyon. Ang dami ng katalista, hindi katulad ng ibang mga reagents, ay hindi nagbabago pagkatapos ng reaksyon. Mahalagang maunawaan na ang katalista ay kasangkot sa reaksyon. Nagbibigay ng higit pa mabilis na track para sa reaksyon, ang katalista ay tumutugon sa panimulang materyal, ang nagreresultang intermediate na tambalan ay sumasailalim sa mga pagbabagong-anyo at sa wakas ay nahahati sa isang produkto at isang katalista. Pagkatapos ang catalyst ay muling tumutugon sa panimulang materyal, at ang catalytic cycle na ito ay paulit-ulit nang maraming beses (hanggang sa isang milyong beses) [ pinagmulan?] ay paulit-ulit.
Ang mga katalista ay inuri sa homogenous At magkakaiba. Ang isang homogenous na katalista ay nasa parehong yugto sa mga reactant, ang isang heterogenous ay bumubuo ng isang independiyenteng bahagi na pinaghihiwalay ng isang interface mula sa bahagi kung saan matatagpuan ang mga reactant. Ang mga karaniwang homogenous catalyst ay mga acid at base. Ang mga metal, ang kanilang mga oxide at sulfide ay ginagamit bilang mga heterogenous catalyst.
Ang mga reaksyon ng parehong uri ay maaaring magpatuloy sa parehong homogenous at heterogenous catalysts. Kaya, kasama ng mga solusyon sa acid, ginagamit ang solid Al 2 O 3 , TiO 2 , ThO 2 , aluminosilicates, at zeolites na may acidic properties. Heterogenous catalysts na may mga pangunahing katangian: CaO, BaO, MgO.
Ang mga heterogenous catalyst, bilang panuntunan, ay may mataas na binuo na ibabaw, kung saan sila ay ipinamamahagi sa isang hindi gumagalaw na suporta (silica gel, alumina, Naka-activate na carbon at iba pa.).
Para sa bawat uri ng reaksyon, ilang mga catalyst lamang ang epektibo. Dagdag pa sa mga nabanggit na acid-base, may mga katalista redox; ang mga ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagkakaroon ng isang transition metal o ang tambalan nito (Co +3, V 2 O 5 + MoO 3). Sa kasong ito, ang catalysis ay isinasagawa sa pamamagitan ng pagbabago ng estado ng oksihenasyon ng transition metal.
Dispersed system- ito ay mga pormasyon ng dalawa o higit pang mga bahagi (katawan) na hindi naghahalo sa lahat o halos at walang kemikal na reaksyon sa isa't isa. Ang una sa mga sangkap dispersed phase) ay maayos na ipinamahagi sa pangalawa ( daluyan ng pagpapakalat). Kung mayroong ilang mga yugto, maaari silang pisikal na ihiwalay sa isa't isa (sa pamamagitan ng centrifugation, paghihiwalay, atbp.).
Karaniwan ang mga dispersed system ay mga colloidal na solusyon, sols. Kasama rin sa mga dispersed system ang kaso ng solid dispersed medium kung saan matatagpuan ang dispersed phase.
Karamihan Pangkalahatang pag-uuri Ang mga dispersed system ay batay sa pagkakaiba sa estado ng pagsasama-sama dispersion medium at dispersed phase. Ginagawang posible ng mga kumbinasyon ng tatlong uri ng pinagsama-samang estado na makilala ang siyam na uri ng disperse system. Para sa kaiklian, ang mga ito ay karaniwang tinutukoy ng isang fraction, ang numerator kung saan ay nagpapahiwatig ng dispersed phase, at ang denominator ay nagpapahiwatig ng dispersion medium, halimbawa, para sa "gas sa likido" na sistema, ang pagtatalaga ng G/L ay pinagtibay.
koloidal na solusyon. Ang estado ng koloidal ay katangian ng maraming mga sangkap kung ang kanilang mga particle ay may sukat na 1 hanggang 500 nm. Madaling ipakita na ang kabuuang ibabaw ng mga particle na ito ay napakalaki. Kung ipinapalagay namin na ang mga particle ay may hugis ng isang globo na may diameter na 10 nm, pagkatapos ay sa kabuuang volume ang mga ito mga particle 1 cm 3 magkakaroon sila
ibabaw na lugar na halos 10 m2. Tulad ng nabanggit kanina, ang ibabaw na layer ay nailalarawan sa pamamagitan ng enerhiya sa ibabaw at ang kakayahang mag-adsorb ng ilang mga particle, kabilang ang mga ion
mula sa isang solusyon. katangian na tampok Ang mga colloidal particle ay ang presensya sa kanilang ibabaw ng isang singil dahil sa pumipili na adsorption ng mga ion. Ang colloidal particle ay may kumplikadong istraktura. Kabilang dito ang nucleus, adsorbed ions, counterins at solvent. Mayroong lyophilic (guid.
rophilic) colloids, kung saan ang solvent ay nakikipag-ugnayan sa particle nuclei, ilnophobic (hydrophobic) colloids, kung saan ang solvent ay hindi nakikipag-ugnayan sa nuclei
mga particle. Ang solvent ay kasama sa komposisyon ng mga hydrophobic particle lamang bilang isang solvate shell ng adsorbed ions o sa pagkakaroon ng mga stabilizer (surfactant) na mayroong lyophobic at lyophilic na bahagi.
Narito ang ilang halimbawa ng mga colloidal particle:
Paano. makikita na ang core ay binubuo ng isang electrically neutral aggregate ng mga particle na may adsorbed ions ng mga elemento na bumubuo sa core (sa mga halimbawang ito, Ag +, HS-, Fe 3+ ions). Ang isang colloidal particle, bilang karagdagan sa nucleus, ay may mga counterion at solvent molecule. Ang mga adsorbed ions at counterion ay bumubuo ng isang adsorbed layer na may solvent. Ang kabuuang singil ng particle ay katumbas ng pagkakaiba sa pagitan ng mga singil ng adsorbed ions at counterions. Sa paligid ng mga particle ay mayroong isang nagkakalat na layer ng mga ions, ang singil nito ay katumbas ng bilang ng colloidal particle. Ang colloidal particle at diffuse layer ay bumubuo ng isang electrically neutral na micelle
Micelles(maliit ng lat. mika- particle, butil) - mga particle sa mga colloidal system, binubuo ng napakaliit na nucleus na hindi matutunaw sa isang partikular na medium, na napapalibutan ng isang nagpapatatag na shell ng mga adsorbed ions at solvent molecule. Halimbawa, ang arsenic sulfide micelle ay may istraktura:
((Bilang 2 S 3) m nHS − (n-x)H + ) x- xH +
Ang average na laki micelles mula 10 −5 hanggang 10 −7 cm.
Coagulation- paghihiwalay ng isang colloidal solution sa dalawang phase - isang solvent at isang gelatinous mass, o pampalapot ng solusyon bilang resulta ng coarsening ng mga particle ng solute
Ang peptization ay ang proseso ng paglipat ng isang colloidal precipitate o gel sa isang colloidal solution sa ilalim ng pagkilos ng isang likido o mga sangkap na idinagdag dito na mahusay na na-adsorbed ng precipitate o gel, sa kasong ito ay tinatawag na mga peptizer (halimbawa, peptization ng mga taba sa ilalim ng ang pagkilos ng apdo).
Peptization - paghihiwalay ng mga aggregates ng mga particle ng gels (jelly) o maluwag na sediments sa ilalim ng impluwensya ng ilang mga sangkap - peptizers pagkatapos ng coagulation ng colloidal solution. Bilang resulta ng peptization, ang precipitate (o gel) ay pumasa sa isang suspendido na estado.
MGA SOLUSYON, single-phase system na binubuo ng dalawa o higit pang mga bahagi. Ayon sa kanilang estado ng pagsasama-sama, ang mga solusyon ay maaaring solid, likido o gas.
Solubility, ang kakayahan ng isang substance na mabuo kasama ng isa pang substance (o substances) homogenous mixtures na may dispersed distribution ng mga component (tingnan ang Solutions). Karaniwan, ang isang solvent ay itinuturing na isang sangkap na umiiral sa dalisay nitong anyo sa parehong estado ng pagsasama-sama bilang ang nagresultang solusyon. Kung, bago ang paglusaw, ang parehong mga sangkap ay nasa parehong estado ng pagsasama-sama, ang solvent ay itinuturing na isang sangkap na naroroon sa pinaghalong sa isang makabuluhang mas malaking halaga.
Ang solubility ay tinutukoy ng pisikal at kemikal na pagkakaugnay ng mga molekula ng solvent at solute, ang ratio ng mga energies sa pamamagitan ng interaksyon ng homogenous at dissimilar na mga bahagi ng solusyon. Bilang isang patakaran, ang mga ito ay mahusay na natutunaw sa bawat isa, katulad sa pisikal. at chem. ang mga katangian ng bagay (ang empirikal na tuntunin na "tulad ay natunaw sa katulad"). Sa partikular, ang mga substance na binubuo ng mga polar molecule, at mga substance na may ionic bond type ay well sol. sa mga polar solvents (tubig, ethanol, likidong ammonia), at mga non-polar na sangkap ay mahusay na sol. sa mga non-polar solvents (benzene, carbon disulfide).
Ang solubility ng isang naibigay na sangkap ay depende sa temperatura at presyon na tumutugma sa Pangkalahatang prinsipyo pag-aalis ng equilibria (tingnan ang prinsipyo ng Le Chatelier-Brown). Ang konsentrasyon ng isang puspos na solusyon sa ilalim ng mga ibinigay na kondisyon ayon sa numero ay tumutukoy sa R. ng isang sangkap sa isang ibinigay na solvent at tinatawag din. solubility. Ang mga supersaturated na solusyon ay naglalaman ng mas malaking halaga ng solute kaysa tumutugma sa solubility nito, ang pagkakaroon ng mga supersaturated na solusyon ay dahil sa kinetic. kahirapan sa pagkikristal (tingnan ang Pinagmulan ng isang bagong yugto). Upang makilala ang solubility ng mga hindi natutunaw na sangkap, ang produkto ng mga aktibidad ng PA ay ginagamit (para sa mga solusyon na malapit sa kanilang mga katangian sa ideal, ang produkto ng solubility ng PR).
Mga salik na nakakaapekto sa kurso ng reaksyon
Sa katawan ng tao, libu-libong mga reaksyong enzymatic ang nagaganap sa isang buhay na selula. Gayunpaman, sa isang multistage chain ng mga proseso, ang pagkakaiba sa pagitan ng mga rate ng indibidwal na mga reaksyon ay medyo malaki. Kaya, ang synthesis ng mga molekula ng protina sa isang cell ay nauuna sa hindi bababa sa dalawa pang yugto: ang synthesis ng transfer RNA at ang synthesis ng ribosomes. Ngunit ang oras kung saan ang konsentrasyon ng mga molekula ng tRNA ay doble ay 1.7 minuto, mga molekula ng protina - 17 minuto, at ribosom - 170 minuto. Ang rate ng pangkalahatang proseso ng mabagal (paglilimita) na yugto, sa aming halimbawa, ang rate ng ribosome synthesis. Ang pagkakaroon ng isang limitadong reaksyon ay nagbibigay ng mataas na pagiging maaasahan at kakayahang umangkop sa pagkontrol sa libu-libong reaksyon na nagaganap sa cell. Ito ay sapat na upang panatilihin sa ilalim ng pagmamasid at ayusin lamang ang pinakamabagal sa kanila. Ang pamamaraang ito ng pagkontrol sa rate ng multi-stage synthesis ay tinatawag na minimum na prinsipyo. Pinapayagan nitong makabuluhang pasimplehin at gawing mas maaasahan ang sistema ng autoregulation sa cell.
Mga klasipikasyon ng mga reaksyong ginagamit sa kinetics: mga reaksyon, homogenous, heterogenous at microheterogeneous; simple at kumplikadong mga reaksyon (parallel, sequential, conjugated, chain). Molecularity ng elementary act ng reaksyon. Kinetic equation. Pagkakasunod-sunod ng reaksyon. Kalahating buhay
Mga reaksyong microheterogeneous -
Ang molekularidad ng reaksyon ay tinutukoy ng bilang ng mga molekula na pumapasok sa pakikipag-ugnayan ng kemikal sa elementarya na pagkilos ng reaksyon. Sa batayan na ito, ang mga reaksyon ay nahahati sa monomolecular, bimolecular at trimolecular.
Pagkatapos ang mga reaksyon ng uri A -> B ay magiging monomolecular, halimbawa:
a) C 16 H 34 (t ° C) -> C g H 18 + C 8 H 16 - hydrocarbon cracking reaction;
b) CaC0 3 (t ° C) -> CaO + C0 2 - thermal decomposition calcium carbonate.
Ang mga reaksyon tulad ng A + B -> C o 2A -> C - ay bimolecular, halimbawa:
a) C + 0 2 -> C0 2; b) 2Н 2 0 2 -> 2Н 2 0 + 0 2 atbp.
Ang mga reaksyong trimolecular ay inilalarawan ng mga pangkalahatang equation ng uri:
a) A + B + C D; b) 2A + B D; c) 3A D.
Halimbawa: a) 2Н 2 + 0 2 2Н 2 0; b) 2NO + H 2 N 2 0 + H 2 0.
Ang rate ng reaksyon depende sa molecularity ay ipapahayag ng mga equation: a) V = k C A - para sa isang monomolecular reaction; b) V \u003d sa C A C sa o c) V \u003d sa C 2 A - para sa isang bimolecular reaction; d) V \u003d k C C sa C e) V \u003d k C 2 A C sa o e) V \u003d k C 3 A - para sa isang trimolecular na reaksyon.
Ang molekularidad ay ang bilang ng mga molekula na tumutugon sa isang elementong kemikal na pagkilos.
Madalas mahirap itatag ang molekularidad ng isang reaksyon, kaya ginagamit ang isang mas pormal na tanda - ang pagkakasunud-sunod ng isang kemikal na reaksyon.
Pagkakasunod-sunod ng reaksyon ay katumbas ng kabuuan mga tagapagpahiwatig ng antas ng konsentrasyon sa equation na nagpapahayag ng pag-asa ng rate ng reaksyon sa konsentrasyon ng mga reactant (kinetic equation).
Ang pagkakasunud-sunod ng reaksyon ay madalas na hindi nag-tutugma sa molekularidad dahil sa katotohanan na ang mekanismo ng reaksyon, i.e., ang "elementarya na pagkilos" ng reaksyon (tingnan ang kahulugan ng tanda ng molekularidad), ay mahirap itatag.
Isaalang-alang natin ang ilang mga halimbawa na naglalarawan ng posisyong ito.
1. Ang rate ng paglusaw ng mga kristal ay inilalarawan ng mga equation ng zero-order kinetics, sa kabila ng monomolecular na katangian ng reaksyon: AgCl (TB) -> Ag + + CI", V = k C (AgCl (TB p = k " C (AgCl (ra)) - p - density at isang pare-parehong halaga, ibig sabihin, ang rate ng paglusaw ay hindi nakasalalay sa halaga (konsentrasyon) ng natunaw na sangkap.
2. Ang reaksyon ng sucrose hydrolysis: CO + H 2 0 -> C 6 H 12 0 6 (glucose) + C 6 H 12 0 6 (fructose) ay isang bimolecular reaction, ngunit ang kinetics nito ay inilalarawan ng first-order kinetic equation: V \u003d k * C cax , dahil sa ilalim ng mga eksperimentong kondisyon, kabilang sa katawan, ang konsentrasyon ng tubig ay isang pare-parehong halaga С(Н 2 0) - const.
3. 
Ang decomposition reaction ng hydrogen peroxide, na nagpapatuloy sa partisipasyon ng mga catalyst, parehong inorganic ions Fe 3+, Cu 2+ ng metallic platinum, at biological enzymes, tulad ng catalase, ay may pangkalahatang anyo:
2H 2 0 2 -\u003e 2H 2 0 + O e, ibig sabihin, ay bimolecular.
Pag-asa ng rate ng reaksyon sa konsentrasyon. Kinetic equation ng mga reaksyon ng una, pangalawa at zero na mga order. Mga Eksperimental na Pamamaraan pagtukoy ng rate at rate constant ng mga reaksyon.
Ang pag-asa ng rate ng reaksyon sa temperatura. Pamumuno ni Van't Hoff. Ang koepisyent ng temperatura ng rate ng reaksyon at mga tampok nito para sa mga proseso ng biochemical.
Ang γ ay ang koepisyent ng temperatura ng rate ng reaksyon.
pisikal na kahulugan Ang halaga ng γ ay nakasalalay sa katotohanan na ipinapakita nito kung gaano karaming beses nagbabago ang rate ng reaksyon na may pagbabago sa temperatura para sa bawat 10 degrees.
15. Ang konsepto ng teorya ng aktibong banggaan. Profile ng enerhiya ng reaksyon; activation enerhiya; Arrhenius equation. Ang papel ng steric factor. Ang konsepto ng teorya ng estado ng paglipat.
Ang relasyon ng rate constant, activation energy at temperatura ay inilalarawan ng Arrhenius equation: k T \u003d k 0 *Ae ~ E / RT, kung saan ang k t at k 0 ay ang rate constants sa temperatura T at T e e ang base ng ang natural na logarithm, A ay ang steric factor.
Tinutukoy ng steric factor A ang posibilidad ng banggaan ng dalawang reacting particle sa aktibong sentro ng molekula. Lalo na ang kadahilanang ito kahalagahan para sa mga biochemical reaction na may biopolymers. Sa mga reaksyon ng acid-base, ang H + -ion ay dapat tumugon sa terminal carboxyl group - COO. "Gayunpaman, hindi lahat ng banggaan ng H + ion na may molekula ng protina ay hahantong sa reaksyong ito. Tanging ang mga banggaan na direktang isinasagawa sa ilang mga punto ng macromolecules ay magiging epektibong tinatawag na mga aktibong sentro.
Ito ay sumusunod mula sa Arrhenius equation na mas mataas ang rate constant, mas mababa ang activation energy E at mas mataas ang temperatura T ng proseso.
Habang tumataas ang temperatura, ang bilis proseso ng kemikal kadalasang tumataas. Noong 1879, ang Dutch scientist na si J. Van't Hoff ay bumuo ng isang empirical rule: na may pagtaas sa temperatura ng 10 K, ang rate ng karamihan sa mga kemikal na reaksyon ay tumataas ng 2-4 na beses.
Mathematic na notasyon ng panuntunan I. van't Hoff:
γ 10 \u003d (k t + 10) / k t, kung saan ang k t ay ang rate constant ng reaksyon sa temperatura T; k t+10 - pare-pareho ang rate ng reaksyon sa temperatura T+10; γ 10 - Koepisyent ng temperatura ng Van't Hoff. Ang halaga nito ay mula 2 hanggang 4. Para sa mga biochemical na proseso, ang γ 10 ay nag-iiba mula 7 hanggang 10.
Ang lahat ng biological na proseso ay nagpapatuloy sa isang tiyak na hanay ng temperatura: 45-50°C. Pinakamainam na temperatura ay 36-40°C. Sa katawan ng mga hayop na may mainit na dugo, ang temperatura na ito ay pinananatiling pare-pareho dahil sa thermoregulation ng kaukulang biosystem. Kapag nag-aaral ng mga biosystem, ginagamit ang mga koepisyent ng temperatura γ 2 , γ 3 , γ 5. Para sa paghahambing, dinadala sila sa γ 10 .
Ang pag-asa ng rate ng reaksyon sa temperatura, alinsunod sa panuntunan ng van't Hoff, ay maaaring katawanin ng equation:
V 2 /V 1 \u003d γ ((T 2 -T 1) / 10)
Pag-activate ng enerhiya. Ang isang makabuluhang pagtaas sa rate ng reaksyon na may pagtaas ng temperatura ay hindi maipaliwanag lamang sa pamamagitan ng pagtaas ng bilang ng mga banggaan sa pagitan ng mga particle ng mga tumutugon na sangkap, dahil, alinsunod sa kinetic theory ng mga gas, ang bilang ng mga banggaan ay bahagyang tumataas sa pagtaas ng temperatura. Ang pagtaas sa rate ng reaksyon sa pagtaas ng temperatura ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang isang kemikal na reaksyon ay hindi nangyayari sa anumang banggaan ng mga particle ng mga tumutugon na sangkap, ngunit lamang sa isang pulong ng mga aktibong particle na may kinakailangang labis na enerhiya sa sandali ng banggaan.
Ang enerhiya na kinakailangan upang gawing aktibong mga partikulo ang mga hindi aktibong particle ay tinatawag activation energy (Ea). Enerhiya ng pag-activate - labis, kumpara sa average na halaga, ang enerhiya na kinakailangan para sa pagpasok ng mga reacting substance sa isang reaksyon kapag sila ay nagbanggaan. Ang activation energy ay sinusukat sa kilojoules per mole (kJ/mol). Karaniwan ang E ay mula 40 hanggang 200 kJ/mol.
Ang diagram ng enerhiya ng mga exothermic at endothermic na reaksyon ay ipinapakita sa fig. 2.3. Para sa anumang proseso ng kemikal, posibleng makilala ang inisyal, intermediate at panghuling estado. Sa tuktok ng energy barrier, ang mga reactant ay nasa isang intermediate state na tinatawag na activated complex, o transition state. Ang pagkakaiba sa pagitan ng enerhiya ng activated complex at ang paunang enerhiya ng mga reagents ay Ea, at ang pagkakaiba sa pagitan ng enerhiya ng mga produkto ng reaksyon at mga panimulang materyales (reagents) ay ΔH, thermal effect mga reaksyon. Ang activation energy, sa kaibahan sa ΔH, ay palaging isang positibong halaga. Para sa isang exothermic reaksyon (Larawan 2.3, a), ang mga produkto ay matatagpuan sa isang mas mababang antas ng enerhiya kaysa sa mga reagents (Ea< ΔН).
|
Ang Ea ang pangunahing salik sa pagtukoy sa bilis ng reaksyon: kung ang Ea > 120 kJ/mol (mas mataas na hadlang sa enerhiya, mas kaunting aktibong particle sa system), ang reaksyon ay mabagal; at vice versa, kung Ea< 40 кДж/моль, реакция осуществляется с большой скоростью.
Para sa mga reaksyon na kinasasangkutan ng mga kumplikadong biomolecules, dapat isaalang-alang ng isa ang katotohanan na sa isang aktibong kumplikadong nabuo sa panahon ng banggaan ng mga particle, ang mga molekula ay dapat na nakatuon sa espasyo sa isang tiyak na paraan, dahil tanging ang reacting na rehiyon ng molekula ay sumasailalim sa pagbabagong-anyo, na kung saan ay maliit na may kaugnayan sa laki nito.
Kung ang rate constants k 1 at k 2 ay kilala sa mga temperatura T 1 at T 2 , ang halaga ng Ea ay maaaring kalkulahin.
Sa mga proseso ng biochemical, ang activation energy ay 2-3 beses na mas mababa kaysa sa mga inorganic. Kasabay nito, ang Ea ng mga reaksyon na kinasasangkutan ng mga dayuhang sangkap, xenobiotics, ay makabuluhang lumampas sa Ea ng maginoo na proseso ng biochemical. Ang katotohanang ito ay ang natural na bioprotection ng system mula sa impluwensya mga banyagang sangkap, ibig sabihin. ang mga natural na reaksyon para sa katawan ay nangyayari sa ilalim ng paborableng mga kondisyon na may mababang Ea, at para sa mga dayuhang reaksyon, ang Ea ay mataas. Ito ay isang barrier ng gene na nagpapakilala sa isa sa mga pangunahing tampok ng kurso ng mga proseso ng biochemical.
Problema 336.
Sa 150°C, ang ilang reaksyon ay kumpleto sa loob ng 16 minuto. Pagkuha ng koepisyent ng temperatura ng rate ng reaksyon na katumbas ng 2.5, kalkulahin kung gaano katagal magtatapos ang reaksyong ito kung ito ay isinasagawa: a) sa 20 0 °С; b) sa 80°C.
Solusyon:
Ayon sa tuntunin ng van't Hoff, ang pagdepende ng bilis sa temperatura ay ipinahayag ng equation:
v t at k t - ang rate at rate constant ng reaksyon sa temperatura na t°C; v (t + 10) at k (t + 10) ang parehong mga halaga sa temperatura (t + 10 0 C); - ang koepisyent ng temperatura ng rate ng reaksyon, ang halaga nito para sa karamihan ng mga reaksyon ay nasa hanay na 2 - 4.
a) Dahil ang rate ng isang kemikal na reaksyon sa isang ibinigay na temperatura ay inversely proportional sa tagal ng kurso nito, pinapalitan namin ang data na ibinigay sa kondisyon ng problema sa isang formula na quantitatively nagpapahayag ng van't Hoff rule, nakukuha namin :
b) Dahil ang reaksyong ito ay nagpapatuloy sa pagbaba ng temperatura, kung gayon sa isang naibigay na temperatura ang rate ng reaksyong ito ay direktang proporsyonal sa tagal ng kurso nito, pinapalitan namin ang data na ibinigay sa kondisyon ng problema sa isang formula na quantitatively nagpapahayag ng van't Hoff rule, nakukuha natin:
Sagot: a) sa 200 0 С t2 = 9.8 s; b) sa 80 0 С t3 = 162 h 1 min 16 s.
Problema 337.
Magbabago ba ang halaga ng rate ng reaksyon: a) kapag pinapalitan ang isang katalista sa isa pa; b) kapag nagbabago ang mga konsentrasyon ng mga reactant?
Solusyon:
Ang pare-pareho ang rate ng reaksyon ay isang halaga na nakasalalay sa likas na katangian ng mga reactant, sa temperatura at sa pagkakaroon ng mga catalyst, at hindi nakasalalay sa konsentrasyon ng mga reactant. Maaari itong maging katumbas ng rate ng reaksyon sa kaso kapag ang mga konsentrasyon ng mga reactant ay katumbas ng pagkakaisa (1 mol/l).
a) Kapag ang isang catalyst ay pinalitan ng isa pa, ang rate ng isang ibinigay na kemikal na reaksyon ay magbabago, o ito ay tataas. Kung ang isang katalista ay ginagamit, ang rate ng isang kemikal na reaksyon ay tataas, pagkatapos, nang naaayon, ang halaga ng pare-pareho ang rate ng reaksyon ay tataas din. Ang isang pagbabago sa halaga ng pare-pareho ang rate ng reaksyon ay magaganap din kapag ang isang katalista ay pinalitan ng isa pa, na magpapataas o magpapababa sa rate ng reaksyong ito na may kaugnayan sa orihinal na katalista.
b) Kapag nagbago ang konsentrasyon ng mga reactant, magbabago ang mga halaga ng rate ng reaksyon, at hindi magbabago ang halaga ng pare-pareho ang rate ng reaksyon.
Problema 338.
Nakadepende ba ang thermal effect ng isang reaksyon sa activation energy nito? Pangatwiranan ang sagot.
Solusyon:
Ang thermal effect ng reaksyon ay nakasalalay lamang sa inisyal at huling estado ng system at hindi nakasalalay sa mga intermediate na yugto ng proseso. Ang activation energy ay ang labis na enerhiya na dapat taglayin ng mga molecule ng mga substance upang ang kanilang banggaan ay humantong sa pagbuo ng isang bagong substance. Ang enerhiya ng pag-activate ay maaaring mabago sa pamamagitan ng pagtaas o pagbaba ng temperatura, ayon sa pagkakabanggit, pagbaba o pagtaas nito. Ang mga catalyst ay nagpapababa ng activation energy, habang ang mga inhibitor ay nagpapababa nito.
Kaya, ang pagbabago sa activation energy ay humahantong sa pagbabago sa rate ng reaksyon, ngunit hindi sa pagbabago sa init ng reaksyon. Ang thermal effect ng isang reaksyon ay isang pare-parehong halaga at hindi nakadepende sa pagbabago sa activation energy para sa isang partikular na reaksyon. Halimbawa, ang reaksyon para sa pagbuo ng ammonia mula sa nitrogen at hydrogen ay:
Ang reaksyong ito ay exothermic, > 0). Ang reaksyon ay nagpapatuloy sa isang pagbawas sa bilang ng mga moles ng reacting particle at ang bilang ng mga moles ng mga gas na sangkap, na nagdadala ng system mula sa isang hindi gaanong matatag na estado sa isang mas matatag, ang entropy ay bumababa,< 0. Данная реакция в обычных условиях не протекает (она возможна только при достаточно mababang temperatura). Sa pagkakaroon ng isang katalista, bumababa ang enerhiya ng pag-activate at tumataas ang rate ng reaksyon. Ngunit, kapwa bago ang paggamit ng katalista at sa pagkakaroon nito, ang thermal effect ng reaksyon ay hindi nagbabago, ang reaksyon ay may anyo:
Problema 339.
Para sa aling reaksyon, direkta o baligtad, ang enerhiya ng pag-activate ay mas malaki kung ang direktang reaksyon ay nagpapatuloy sa pagpapalabas ng init?
Solusyon:
Ang pagkakaiba sa pagitan ng mga activation energies ng direkta at reverse reactions ay katumbas ng thermal effect: H \u003d E a (pr.) - E a (arr.) . Ang reaksyong ito ay nagpapatuloy sa pagpapalabas ng init, i.e. ay exothermic,< 0 Исходя из этого, энергия активации прямой реакции имеет меньшее значение, чем энергия активации обратной реакции:
E a(hal.)< Е а(обр.) .
Sagot: E a(hal.)< Е а(обр.) .
Problema 340.
Ilang beses tataas ang rate ng isang reaksyon na nagpapatuloy sa 298 K kung ang activation energy nito ay mababawasan ng 4 kJ/mol?
Solusyon:
Ipahiwatig natin ang pagbaba sa activation energy ng Ea, at ang rate constants ng reaksyon bago at pagkatapos ng pagbaba sa activation energy, ayon sa pagkakabanggit, ng k at k. Gamit ang Arrhenius equation, nakukuha natin ang:
Ang E a ay ang activation energy, k at k" ay ang reaction rate constants, T ay ang temperatura sa K (298).
Ang pagpapalit ng data ng problema sa huling equation at, na nagpapahayag ng enerhiya ng pag-activate sa joules, kinakalkula namin ang pagtaas sa rate ng reaksyon:
Sagot: 5 beses.
Ang bilis ng mga reaksiyong kemikal ay tumataas sa pagtaas ng temperatura. Ang pagtaas sa rate ng reaksyon na may temperatura ay maaaring matantya gamit ang panuntunan ng van't Hoff. Ayon sa panuntunan, ang pagtaas ng temperatura ng 10 degrees ay nagdaragdag ng rate ng pare-pareho ng reaksyon ng 2-4 na beses:
Ang panuntunang ito ay hindi sinusunod kung kailan mataas na temperatura kapag ang pare-pareho ang rate ay halos hindi nagbabago sa temperatura.
Ang panuntunan ni Van't Hoff ay nagpapahintulot sa iyo na mabilis na matukoy ang petsa ng pag-expire ng isang gamot. Ang pagtaas ng temperatura ay nagpapataas ng rate ng agnas ng gamot. Pinaikli nito ang oras upang matukoy ang petsa ng pag-expire ng gamot.
Ang pamamaraan ay nakasalalay sa katotohanan na ang gamot ay pinananatili sa mataas na temperatura T tiyak na oras tT, hanapin ang dami ng nabulok na gamot m at muling kalkulahin sa isang karaniwang temperatura ng imbakan na 298K. Isinasaalang-alang ang proseso ng agnas ng gamot bilang isang first-order na reaksyon, ang rate ay ipinahayag sa napiling temperatura T at T = 298K:
Isinasaalang-alang ang masa ng nabubulok na paghahanda na pareho para sa pamantayan at tunay na kondisyon imbakan, ang rate ng agnas ay maaaring ipahayag ng mga equation:
Ipagpalagay na T=298+10n, kung saan n = 1,2,3…,
Kunin ang huling expression para sa shelf life ng gamot sa ilalim ng mga karaniwang kundisyon 298K:
Teorya ng aktibong banggaan. Pag-activate ng enerhiya. Arrhenius equation. Relasyon sa pagitan ng rate ng reaksyon at activation energy.
Ang teorya ng aktibong banggaan ay binuo ni S. Arrhenius noong 1889. Ang teoryang ito ay batay sa ideya na para maganap ang isang kemikal na reaksyon, kinakailangan ang banggaan sa pagitan ng mga molekula ng mga panimulang sangkap, at ang bilang ng mga banggaan ay tinutukoy ng intensity. thermal motion mga molekula, i.e. nakadepende sa temperatura. Ngunit hindi lahat ng banggaan ng mga molekula ay humahantong sa pagbabagong-anyo ng kemikal: ang aktibong banggaan lamang ang humahantong dito.
Ang mga aktibong banggaan ay mga banggaan na nagaganap, halimbawa, sa pagitan ng mga molekula A at B na may malaking halaga ng enerhiya. Ang pinakamababang dami ng enerhiya na dapat magkaroon ng mga molekula ng mga panimulang sangkap upang maging aktibo ang kanilang banggaan ay tinatawag na energy barrier ng reaksyon.
Ang activation energy ay ang sobrang enerhiya na maaaring maiparating o mailipat sa isang mole ng isang substance.
Ang activation energy ay makabuluhang nakakaapekto sa halaga ng reaction rate constant at ang pagdepende nito sa temperatura: mas malaki ang Ea, mas mababa ang rate constant at mas malaki ang epekto nito sa pagbabago ng temperatura.
Ang reaction rate constant ay nauugnay sa activation energy ng isang komplikadong relasyon na inilarawan ng Arrhenius equation:
k=Ae–Ea/RT, kung saan ang A ay ang pre-exponential factor; Ang Ea ay ang activation energy, ang R ay ang unibersal na gas constant na katumbas ng 8.31 j/mol; T ay ang ganap na temperatura;
e ang base ng natural logarithms.
Gayunpaman, ang naobserbahang mga constant rate ng reaksyon ay karaniwang mas maliit kaysa sa mga kinakalkula gamit ang Arrhenius equation. Samakatuwid, ang equation para sa pare-pareho ang rate ng reaksyon ay binago tulad ng sumusunod:
(minus bago ang buong fraction)
Ang multiplier ay nagiging sanhi ng pag-asa sa temperatura ng pare-pareho ang rate upang maiba mula sa Arrhenius equation. Dahil ang Arrhenius activation energy ay kinakalkula bilang tangent ng slope ng logarithmic dependence ng reaction rate sa reciprocal temperature, pagkatapos ay ginagawa ang parehong sa equation , nakukuha natin ang:
Mga tampok ng mga heterogenous na reaksyon. Ang rate ng mga heterogenous na reaksyon at mga kadahilanan na tumutukoy dito. Kinetic at diffusion na mga rehiyon ng mga heterogenous na proseso. Mga halimbawa ng magkakaibang reaksyon ng interes sa parmasya.
HETEROGENEOUS REACTIONS, chem. mga reaksyong kinasasangkutan ng mga sangkap sa pagkabulok. mga yugto at bumubuo ng magkakaibang sistema. Mga karaniwang heterogenous na reaksyon: thermal. agnas ng mga asin upang bumuo ng mga gas at solid na produkto (hal., CaCO3 -> CaO + CO2), pagbabawas ng mga metal oxide na may hydrogen o carbon (hal., PbO + C -> Pb + CO), paglusaw ng mga metal sa mga acid (hal., Zn + + H2SO4 -> ZnSO4 + H2), pakikipag-ugnayan. solid reagents (A12O3 + NiO -> NiAl2O4). SA espesyal na klase maglaan ng mga heterogenous catalytic reactions na nagaganap sa ibabaw ng catalyst; habang ang mga reagents at produkto ay maaaring wala iba't ibang yugto. Direksyon, sa reaksyong N2 + + 3H2 -> 2NH3 na nagaganap sa ibabaw ng isang iron catalyst, ang mga reactant at ang produkto ng reaksyon ay nasa bahagi ng gas at bumubuo ng isang homogenous na sistema.
Ang mga tampok ng mga heterogenous na reaksyon ay dahil sa pakikilahok ng mga condensed phase sa kanila. Ginagawa nitong mahirap ang paghaluin at pagdadala ng mga reactant at produkto; Ang pag-activate ng mga molekula ng reagent sa interface ay posible. Ang kinetics ng anumang heterogenous na reaksyon ay tinukoy bilang ang rate ng kemikal mismo. mga pagbabagong-anyo, at mga proseso ng paglilipat (diffusion) na kinakailangan upang mapunan ang pagkonsumo ng mga reactant at alisin ang mga produkto ng reaksyon mula sa zone ng reaksyon. Sa kawalan ng diffusion hindrances, ang rate ng isang heterogenous na reaksyon ay proporsyonal sa laki ng reaction zone; ito ang pangalan ng tiyak na rate ng reaksyon na kinakalkula bawat ibabaw ng yunit (o dami) ng reaksyon. mga zone, hindi nagbabago sa oras; para sa mga simpleng (single-step) na reaksyon, maaari itong maging tinutukoy batay sa kumikilos na masa ng batas. Ang batas na ito ay hindi nasisiyahan kung ang pagsasabog ng mga sangkap ay nagpapatuloy nang mas mabagal kaysa sa kemikal. distrito; sa kasong ito, ang naobserbahang rate ng heterogenous na reaksyon ay inilalarawan ng mga equation ng diffusion kinetics.
Ang rate ng isang heterogenous na reaksyon ay ang dami ng isang sangkap na pumapasok sa isang reaksyon o nabuo sa panahon ng isang reaksyon bawat yunit ng oras bawat yunit na lugar ng ibabaw ng bahagi.
Mga salik na nakakaapekto sa bilis ng isang kemikal na reaksyon:
Ang likas na katangian ng mga reactant
Ang konsentrasyon ng mga reagents,
Temperatura,
Ang pagkakaroon ng isang katalista.
Vheterog = Δp(S Δt), kung saan ang Vheterog ay ang rate ng reaksyon sa isang heterogenous na sistema; n ay ang bilang ng mga moles ng alinman sa mga sangkap na nagreresulta mula sa reaksyon; Ang V ay ang dami ng system; t - oras; S ay ang surface area ng phase kung saan nagpapatuloy ang reaksyon; Δ - increment sign (Δp = p2 - p1; Δt = t2 - t1).