Laboratuvar çalışması için yönergeler
Öğrenciler için "Kimya" disiplininde
V.S. tarafından derlenmiştir. Aksenov
İnceleyen
Kimya Bilimleri Doktoru, Profesör F.F. Niyazi
Kimyasal reaksiyonların hızı: "Kimya" / Kursk disiplinindeki laboratuvar çalışmaları için kılavuzlar. durum teknoloji. Üniversite; Komp. V.S.Aksenov. Kursk, 2003. 20 s.
"Kimyasal Reaksiyon Hızı" konusunu incelemek, kimyasal reaksiyonlardaki oranları hesaplamak ve laboratuvar çalışmaları yapmak için metodolojik materyaller sunulmaktadır.
Genel kimya okuyan tüm uzmanlık alanlarındaki öğrenciler için tasarlanmıştır
Masa 2. Il. 2.
12/10/01 tarihli Kimlik No. 06430.
Baskı için imzalandı. Biçim 60x84 1/16. Ofset baskı. Cond.bake.l. 1.16. Akademisyen-ed.l. 1.05. Dolaşım 50 kopya.
Emir
Kursk Devlet Teknik Üniversitesi.
Kursk Devlet Teknik Üniversitesi'nin yayın ve basım merkezi. 305040 Kursk, st. 50 yıl Ekim, 94.
1. Konuyla ilgili güvenlik soruları
2. Kimyasal reaksiyonun hızı nedir? Hangi birimlerde ölçülür?
3. Gerçek ve ortalama reaksiyon oranları nelerdir? Ne oldu kinetik denklem
4. reaksiyonlar (kütle hareket kanunu)?
5. Homojen bir reaksiyonun kinetik denklemi nasıl yazılır?
6. Heterojen reaksiyonların özellikleri nelerdir?
7. Heterojen reaksiyonlarda kinetik, difüzyon ve karışık kontrol nedir?
8. Heterojen reaksiyonların kinetik denklemleri için hangi yazı biçimleri mevcuttur?
10 Reaksiyon hız sabiti nedir? Hangi reaksiyon koşulları hız sabitini etkiler ve hangileri etkilemez?
12 . Basınç kimyasal reaksiyonun hızını ne zaman etkiler?
13 . Sıcaklık kimyasal reaksiyonun hızını nasıl etkiler? Van't Hoff denklemini verin.
14 . Reaksiyonun sıcaklık katsayısı nedir?
. Kataliz nedir? Katalizör hangi proses parametrelerini etkiler?
Kimyasal reaksiyonların hızı.
Kinetik, kimyasal reaksiyonlar da dahil olmak üzere çeşitli süreçlerin hızının incelenmesidir. Kimyasal kinetiğin temel kavramlarından biri reaksiyon hızıdır. Kimyasal reaksiyonun hızı V isminde.
Homojen bir sistemde reaksiyon alanı, etkileşimin gerçekleştiği kabın hacmidir ve birim hacim başına düşen madde miktarına denir. konsantrasyonİLE ve ifade edilir mol/l.
Bu nedenle, sabit hacimde meydana gelen homojen bir işlem durumunda, Homojen bir kimyasal reaksiyonun hızı, reaksiyona giren maddelerin herhangi birinin konsantrasyonunun birim zamandaki değişimiyle ölçülür..
Genellikle τ süresi saniye cinsinden ifade edilir, dolayısıyla reaksiyon hızının boyutu genellikle mol/l sn. Kimyasal etkileşim sırasında başlangıç maddelerinin her birinin konsantrasyonu zamanla azalır. (İLE 2 <С 1 , ΔС<0) ve reaksiyon ürünlerinin her birinin konsantrasyonu artar (İLE 2 >C 1 , ΔС>0) . Başlangıç maddelerinin ve reaksiyon ürünlerinin konsantrasyonlarının zaman içindeki değişimi Şekil 1'de gösterilmektedir. Kimyasal kinetikte ortalama ve gerçek (veya anlık) reaksiyon hızları arasında bir ayrım yapılır. Ortalama hız v orana eşit ΔС/Δτ (ΔС = С 2 -İLE 1 , Δτ = τ 2 -τ 1 ) . Hız değerinin daima pozitif olmasını sağlamak için kesrin önüne “±” işaretleri konur.
V = ± ---
Δτ
Gerçek kimyasal reaksiyon hızı Kimyasal reaksiyonun hızı ist oranın yöneldiği sınır tarafından belirlenir ΔС/Δτ en τ → 0, yani konsantrasyonun zamana göre türevi:
Kimyasal reaksiyonun hızı ist = ± -–-
dτ
Reaksiyon hızının reaktif konsantrasyonuna bağımlılığı. Moleküller arasındaki kimyasal etkileşim eyleminin uygulanması için gerekli bir koşul, onların çarpışması olmalıdır. Belirli bir sıcaklıkta belirli bir reaksiyon alanında moleküllerin çarpışması, bu moleküllerin sayısı arttıkça daha sık meydana gelir. Bu nedenle kimyasal reaksiyonun hızı, reaktanların konsantrasyonuna bağlıdır. Başlangıç maddelerinin konsantrasyonu zamanla azaldıkça (Şekil 1, eğri 1), reaksiyon hızı azalır.
Reaksiyon hızının reaktanların konsantrasyonuna niceliksel bağımlılığı ifade edilir kitlesel eylem kanunu modern formülasyonda şuna benzer:
sabit bir sıcaklıkta, bir kimyasal reaksiyonun hızı, reaksiyon denklemindeki stokiyometrik katsayılara eşit güçlerde alınan reaktanların konsantrasyonlarının çarpımı ile doğru orantılıdır..
Reaksiyon için A A+B B →M M+N N
Kütle eylem yasasının matematiksel ifadesi:
v=k İLE A A ·İLE İÇİNDE B (1)
Nerede Kimyasal reaksiyonun hızı — reaksiyon hızı; İLE A Ve İLE İÇİNDE— reaktiflerin konsantrasyonları A Ve İÇİNDE;A , B — reaksiyon denklemindeki stokiyometrik katsayılar; k - orantı katsayısı, kimyasal reaksiyonun hız sabiti olarak adlandırılır. Hız sabitinin boyutu stokiyometrik katsayıların değerleri ile belirlenir A Ve B ve hız öyle kalacak şekilde kalır Kimyasal reaksiyonun hızı boyutu vardı mol/l∙sn. Kesin bir veri yoksa boyut k kabul etmek saniye ―1 . Şu tarihte: İLE A = C İÇİNDE = 1 mol/lk sayısal olarak eşit Kimyasal reaksiyonun hızı . İfade (1) ayrıca denir reaksiyonun kinetik denklemi.
Hız sabiti kimyasal reaksiyon k reaksiyona giren maddelerin doğasına göre belirlenir ve sıcaklığa, katalizörün varlığına bağlıdır, ancak reaksiyona katılan maddelerin konsantrasyonuna bağlı değildir.
Örnek 1 . 0,06 mol A maddesi ve 0,02 mol B maddesi 2 litre hacimli bir reaksiyon kabına konur. Belirli bir sıcaklıkta A + 2B = AB 2 reaksiyonu gerçekleşir. Bu sıcaklıkta reaksiyon hız sabitinin değerini bulun. A ve B maddelerinin belirli konsantrasyonlarında reaksiyon hızı 6·10-7 ise mol/(l sn).
Çözüm: Reaktanların miktarlarını ve sistemin hacmini bildiğimizde reaktanların molar konsantrasyonlarını buluruz:
İLE A= 0,06/2 = 0,03 = 3·10 ―2 mol/l; İLE İÇİNDE = 0,02/2 = 0.01 = 10 ―2 mol/l
Reaksiyon hızını reaktanların konsantrasyonlarına bağlayan kinetik denklemin ifadesini yazalım:
v=k İLE A ·İLE İÇİNDE 2
Kimyasal reaksiyonun hızı 6.10 ―7
Buradan: k = ----- = ------- = 0,2 ben 2 /(mol) 2 ∙sn
İLE A ·İLE İÇİNDE 2 · 3 10 ―2 (10 ―2) 2
Kütle etkisi kanunu yalnızca gazlarda veya seyreltik çözeltilerde meydana gelen mekanizmalarındaki en basit etkileşimler için geçerlidir. Karmaşık reaksiyonlar bir dizi paralel veya sıralı süreç olabilir. Kitle etkisi yasası, reaksiyonun her bir aşaması için geçerlidir, ancak bir bütün olarak etkileşimin tamamı için geçerli değildir. Prosesin hızı minimum olan bu aşaması genel olarak reaksiyon hızını sınırlar. Bu nedenle, sürecin en yavaş (sınırlayıcı) aşaması için yazılan kütle etki yasasının matematiksel ifadesi, bir bütün olarak reaksiyonun tamamına aynı anda uygulanabilir.
Bir reaksiyon iki veya daha fazla maddeyi içeriyorsa, reaksiyonun hızı, sürecin en yavaş aşamasına katılanlardan yalnızca birinin konsantrasyonuna bağlı olabilir ve diğerlerinin konsantrasyonuna bağlı olmayabilir.
Heterojen kimyasal reaksiyonların hızı. Birçok kimyasal süreçler Teknolojide büyük öneme sahip olan heterojen reaksiyonlar arasında yer almaktadır. Bir veya daha fazla proses bileşeni yoğunlaştırılmış, genellikle katı fazdadır. Katı konsantrasyonları kinetik denklemde yazılmaz (kütle etkisi kanunu). Geleneksel olarak bu konsantrasyonlar sabit ve 1'e eşit olarak alınır. Bu Birinci Heterojen reaksiyonların özelliği. Reaksiyon uzayları olan faz arayüzüne giderler. Bu yüzden ikinci
Bu reaksiyonların kinetiğinin bir özelliği, reaksiyon yüzey alanının reaksiyon hızı üzerindeki etkisidir. Yani reaksiyon için: 2 Fe HAKKINDA 3(K) + 3СО (G) → 2Fe + 3СО
2(G) kinetik denklem şu şekilde yazılabilir: 3 V = k∙С CO∙S İLE V = k∙С- karbon monoksitin molar konsantrasyonu CO + 3СО reaksiyona giren başlangıç malzemelerindeki tek gazlı bileşen, S- reaksiyonun meydana geldiği yüzey alanı. Sağlam Bu reaksiyonların kinetiğinin bir özelliği, reaksiyon yüzey alanının reaksiyon hızı üzerindeki etkisidir. Yani reaksiyon için: 2 Fe HAKKINDA kinetik denklemde yazılmaz. Heterojen kimyasal reaksiyonların oranları şu boyutlara sahiptir: mol/l∙sn∙m 2
Ancak çoğu durumda reaksiyon yüzey alanının ölçülmesi pratik olarak imkansızdır ve doğrudan kinetik denklemde (kütle etkisi yasası) yer almaz. O
Hız sabitinde "gizlenir" k ve bu oran sabitinin boyutunda dikkate alınır.
Örnek 2 . Reaksiyon için: Si (TV) + 2 saat 2 Fe + 3СО SiO 2(TV) + 2 saat → 2Fe + 3СО Kinetik denklem için bir ifade yazın.
Çözüm: Bu reaksiyon heterojendir ve faz sınırında meydana gelir. Reaksiyona giren maddelerden su, reaksiyona gaz halinde katılır, denklemde önündeki katsayı 2'ye eşittir (…+ 2 saat 2 Fe + 3СО ). Silikon ( Si (TV) ) katı bir maddedir, bu nedenle kinetik denklemde konsantrasyonunu hesaba katmıyoruz. Bu nedenle, bu reaksiyonun kinetik denklemi (kütle etkisi yasası) şu şekilde olabilir: V = k·С 2 N 2 Fe. Bu durumda hız sabitinin boyutu 2 .
l/mol∙san∙m Reaksiyon sırasında reaktifin C S reaksiyon bölgesindeki konsantrasyonu, reaktifin tüketiminden dolayı C V hacmindeki konsantrasyonuna kıyasla azalır. Bu yüzden,
heterojen bir kimyasal reaksiyonun hızı, kimyasal reaksiyon bölgesine reaktiflerin tedarik hızına bağlıdır nedirüçüncü
Bu reaksiyonların özelliği. Reaktif konsantrasyonundaki en büyük değişiklik reaksiyon yüzeyine yakın ince bir tabakada meydana gelir. yayılma O m katmanı.
Buradaki maddenin transferi esas olarak difüzyon nedeniyle gerçekleşir. Kimyasal reaksiyonun hızı Difüzyon hızı reaksiyon hızından çok daha büyükse ( >> Kimyasal reaksiyonun hızı D ), daha sonra reaktifler sorunsuz bir şekilde reaksiyon alanına, yüzeye verilir, konsantrasyonun hız üzerindeki etkisinin yukarıda açıklanan tüm yasaları gözlenir. Bu gibi durumlar için şöyle bir ifade vardır: kinetik reaksiyon kontrolü " Kimyasal reaksiyon ve difüzyon hızları karşılaştırılabilirse, o zaman karma kontrol Kimyasal reaksiyonun hızı Difüzyon hızı reaksiyon hızından çok daha büyükse ( << V . Ve son olarak, difüzyon hızı reaksiyon hızından çok daha az olduğunda (
) sonra reaksiyonun difüzyon kontrolünden bahsederler. 
İÇİNDE Kimyasal reaksiyonun hızı―
Bu durumda tüm reaktanlar için sıfır dereceli bir reaksiyon gözlemlenebilir. Bu şu anlama gelir: koordinatlarda hız, reaktiflerin konsantrasyonuna bağlı değildir, ancak kinetik denklemde yer almayan difüzyon hızına, yüzey alanına ve sıcaklığa bağlıdır. Bu fenomen, yüksek viskoziteye sahip sıvı ortamdaki katı bir yüzey üzerinde reaksiyona girdiğinde ortaya çıkabilir. Bununla birlikte, heterojen reaksiyonların çoğu sıfırdan farklı bir mertebeye sahiptir ve genellikle kesirlidir. Şek. Şekil 2, reaksiyon hızının reaktiflerin konsantrasyonlarına olası bağımlılığının grafiksel formlarını göstermektedir.
Reaksiyon hızlarının sistemdeki basınca bağımlılığı. Reaksiyona giren maddeler arasında gazların bulunduğu durumlarda reaksiyonların hızı sistemdeki basınca bağlıdır. Basınç arttıkça birim hacim başına gaz moleküllerinin sayısı orantılı olarak artar, bu da belirli bir gazın konsantrasyonundaki artışa eşdeğerdir.
Örnek 3. Reaksiyon hızı nasıl değişecek? 2HAYIR + Ç 2 → 2NO 2 Sabit bir sıcaklıkta kapalı bir sistemin hacmi yarıya indiğinde?
Çözüm. Kapalı bir sistemdeki hacimdeki azalma, Mendeleev-Cliperon yasasına göre basınçtaki orantılı artışa eşdeğerdir. РW = νRT.(Burada K- sistemin hacmi.)
Bu reaksiyonun kinetik denklemi şöyledir: v=k İLE 2 HAYIR ·İLEFe 2
Sistemin hacmi yarıya indirildiğinde ve ilgili basınç iki katına çıktığında, reaktanların konsantrasyonları da iki katına çıkar: İLE" HAYIR = 2C HAYIR İLE"Fe 2 = 2CFe 2
Yeni reaksiyon hızı:
v" =k İLE" HAYIR 2 ·İLE"Fe 2 = k (2 İLE HAYIR ) 2 ·(2CFe 2 ) = 8 k İLE HAYIR 2 ·İLEFe 2 = 8V
Çözüm. Kapalı bir sistemin hacmi sabit sıcaklıkta yarıya indirildiğinde bu reaksiyonun hızı 8 kat artar.
Reaksiyon hızı sabitinin sıcaklığa bağımlılığı. Reaksiyonların çoğu ısıtmayla hızlanır. Sıcaklık doğrudan hız sabitine etki eder k . İzin vermek Kimyasal reaksiyonun hızı 1 - sıcaklıkta reaksiyon hızı T 1 , A Kimyasal reaksiyonun hızı 2 — Aynı reaksiyonun sıcaklıktaki hızı T 2 (T 1 <Т 2 ) . Bu durumda Van't Hoff'un temel kuralı geçerlidir.
Nerede γ – sıcaklık 10 0 C arttığında reaksiyon hızının kaç kat artacağını gösteren sıcaklık katsayısı. Oda sıcaklığına yakın sıcaklıklardaki reaksiyonların çoğu için, γ büyüklüğü 2-4'tür.
Van't Hoff denklemi yaygın olarak kullanılmaktadır, ancak bunun ampirik yaklaşık bir denklem olduğu ve yalnızca gösterge niteliğindeki hesaplamalar için kullanılabileceği unutulmamalıdır.
Örnek 4. 100 0 C'de bazı reaksiyonlar 20 dakikada tamamlanır. Reaksiyon hızının sıcaklık katsayısının alınması γ = 3,5, reaksiyonun 60 0 C'de bitmesinin ne kadar süreceğini hesaplayın
Çözüm. Reaksiyonun hızı, herhangi bir işlemin hızı gibi, işlemin süresiyle ters orantılıdır. Buradan, Kimyasal reaksiyonun hızı 2 /V 1 = τ 1 /τ 2 . İzin vermek T 1 , V 1 Ve τ 1 yavaş (düşük sıcaklık) bir sürecin parametreleridir ve T 2 , V 2 Ve τ 2 - Yüksek sıcaklık prosesinin parametreleri. Mevcut verileri Van't Hoff denkleminde yerine koyarız:
Kimyasal reaksiyonun hızı 2 /V 1 = 3,5 (100 - 60)/10 = (3,5) 4 = 150. Çünkü Kimyasal reaksiyonun hızı 2 /V 1 = τ 1 /τ 2 = 150,
τ 1 /τ 2 = τ 1 /20 τ 1 = 150·20 = 3000 dk = 50 saat.
Kimyasal reaksiyonu hızlandırmanın bir yöntemi kataliz reaksiyonun hızını artıran ancak oluşması sonucu tüketilmeyen maddeler (katalizörler) yardımıyla gerçekleştirilir. Artan sıcaklıkla birlikte katalizörün eklenmesi de artar reaksiyon hızı sabiti. Katalizörün etki mekanizması, reaksiyonun aktivasyon enerjisindeki bir azalmaya indirgenir, yani. aktif moleküllerin (aktif kompleks) ortalama enerjisi ile başlangıç maddelerinin moleküllerinin ortalama enerjisi arasındaki farkın azalmasına. Kimyasal reaksiyonun hızı keskin bir şekilde artar
Faktör k (1.3)-(1.8) kinetik denklemlerinde, reaktantların derişimlerinin bire eşit olduğu durumlarda prosesin meydana gelme hızını gösteren, kimyasal prosesin hız sabiti olarak adlandırılır.
Hızın yanı sıra, kimyasal bir prosesin hız sabiti de kimyasal kinetiğin ana parametresidir.
Farklı derecelerdeki reaksiyonlar için hız sabitleri farklı boyutlara sahiptir. Denklem (1.5)'ten, birinci dereceden bir reaksiyon için hız sabitinin boyutu şu şekildedir: T -1 ; Denklem (1.7)'den – ikinci derece hız sabitinin boyutu c -1 t -1 ; üçüncü dereceden hız sabiti, denklem (1.8)'den takip edildiği gibi, şu boyuta sahiptir: c -2 t -1 , Nerede C -konsantrasyon, T - zaman.
Konsantrasyon genellikle şu şekilde ölçülür: mol/l ve süre saniye cinsindendir ( İle). O zaman birinci dereceden hız sabitinin boyutu s-1 , ikinci - l.mol -1 sn -1, üçüncü – l 2 .mol -2 .s -1.
Reaksiyon hızı sabiti ölçüldüğü bileşiğe bağlıdır. Örneğin nitrojen dioksitin dimerizasyon reaksiyonunda
NO 2'nin kaybolma hızı, N 2 O 4'ün ortaya çıkma oranının iki katıdır.
Arrhenius denklemi
Bir kimyasal reaksiyonun hız sabiti genellikle artan sıcaklıkla keskin bir şekilde artar. Tipik olarak reaksiyon karışımının sıcaklığındaki 10°C'lik bir artış, reaksiyon hızında 2-4 kat artışa yol açar. Çoğu durumda reaksiyon hız sabitinin sıcaklığa bağımlılığı Arrhenius denklemi ile açıklanabilir.
,
(1.9)
Nerede e A- aktivasyon enerjisi;
R- evrensel gaz sabiti 8,3 J/(mol.K),
A - ön üstel faktör - hız sabiti boyutuna sahip bir frekans faktörü.
Değer ne kadar büyükse e A , Reaksiyon hızı sıcaklıkla ne kadar hızlı artarsa. Tepkimeler basitse miktar e A reaksiyona girebilmeleri için reaksiyona giren parçacıkların 1 mol başına minimum fazla enerjiye sahip olması gerektiğini gösterir. Enerjisi eşit veya daha büyük olan parçacıklar e A, aktif denir.
Birkaç aşamadan oluşan karmaşık reaksiyonlar için parametre e A Denklem (1.9)'daki ifadenin her zaman basit bir fiziksel anlamı yoktur ve genellikle bireysel aşamaların aktivasyon enerjisinin bir fonksiyonudur. Ancak bu durumda da parametre e A Etkin veya ampirik aktivasyon enerjisi olarak adlandırılması daha doğru olmasına rağmen, aktivasyon enerjisi olarak kabul edilir.
Seçenekler E bir Ve A aşağıdaki gibi yazılan denklem (1.9) kullanılarak reaksiyon hız sabitinin sıcaklığa bağımlılığından belirlenebilir:
(1.10)
Bağımlılık grafiğinden içinde k 1/T'den itibaren(Şekil 1.2) bulunması kolaydır içinde A Ve e A /R , ve onlardan A Ve e A. Prensip olarak belirlemek için e A Ve A hız sabitlerini bilmek yeterlidir k 1 Ve k 2 iki sıcaklıkta T 1 Ve T 2
Şekil 1.2 - Arrhenius'un reaksiyon hızının sıcaklığa bağımlılığı
Daha sonra denklem (1.10)'a göre
Bu tanım E bir kural olarak yeterli doğruluk sağlamaz ve en az 30-40 °C aralığında dört farklı sıcaklıkta hız sabitinin en az dört değeri kullanılarak aktivasyon enerjisinin belirlenmesi önerilir.
Sıfır dereceli reaksiyon
Benzen, toluen, etilbenzenin büyük miktarda nitrik asitle (0,1 mol nitratlanmış bileşik başına 5 mol НNO3) homojen nitrasyonu gerçekleştirilirken, nitratlanmış bileşiğin tamamı reaksiyona girene kadar nitrasyon hızının değişmeden kaldığı bulundu.
Bu nedenle reaksiyon sıfır mertebedendir:
Bu koşullar altında benzen, tolüen ve etilbenzenin nitrasyonu için hız sabiti aynıdır ve nitratlanmış bileşiğin konsantrasyonuna bağlı değildir. Bu, nitrik asidin otoprotolizi sırasında nitronyum katyonunun oluşum hızının, aromatik bileşiğin nitrasyon hızından daha düşük olmasıyla açıklanmaktadır:
ve nitrik asit büyük miktarda mevcut olduğundan konsantrasyonu reaksiyon sırasında pratik olarak değişmez.
1. Kimyasal kinetiğin temel kavramları ve varsayımları
Kimyasal kinetik, kimyasal reaksiyonların hızlarını inceleyen bir fiziksel kimya dalıdır. Kimyasal kinetiğin ana görevleri: 1) reaksiyon hızlarının hesaplanması ve kinetik eğrilerin belirlenmesi, yani. reaktanların konsantrasyonlarının zamana bağlılığı ( doğrudan görev); 2) kinetik eğrilerden reaksiyon mekanizmalarının belirlenmesi ( ters problem).
Bir kimyasal reaksiyonun hızı, birim zaman başına reaktanların konsantrasyonundaki değişimi tanımlar. Reaksiyon için
A A+ B B+... D d+ e E+...
reaksiyon hızı şu şekilde belirlenir:
köşeli parantezler maddenin konsantrasyonunu gösterir (genellikle mol/l cinsinden ölçülür), T- zaman; A, B, D, e- reaksiyon denklemindeki stokiyometrik katsayılar.
Reaksiyon hızı, reaktanların doğasına, konsantrasyonlarına, sıcaklığına ve katalizörün varlığına bağlıdır. Reaksiyon hızının konsantrasyona bağımlılığı, kimyasal kinetiğin temel varsayımıyla tanımlanır - kitlesel eylem kanunu:
Zamanın her anında bir kimyasal reaksiyonun hızı, belirli güçlere yükseltilen reaktanların mevcut konsantrasyonlarıyla orantılıdır:
,
Nerede k- hız sabiti (konsantrasyondan bağımsız); X, sen- çağrılan bazı numaralar maddeye göre reaksiyon sırası Sırasıyla A ve B. Genel olarak bu sayıların katsayılarla hiçbir ilgisi yoktur. A Ve B reaksiyon denkleminde. Üslerin toplamı X+ sen isminde genel reaksiyon sırası. Reaksiyonun sırası pozitif veya negatif, tam sayı veya kesirli olabilir.
Kimyasal reaksiyonların çoğu, adı verilen birkaç adımdan oluşur. temel reaksiyonlar. Temel bir reaksiyon genellikle, bir geçiş kompleksinin oluşumu yoluyla ilerleyen, bir kimyasal bağın tek bir oluşumu veya kopması eylemi olarak anlaşılır. Bir temel reaksiyona katılan taneciklerin sayısına denir. molekülerlik reaksiyonlar. Yalnızca üç tür temel reaksiyon vardır: monomoleküler (A B + ...), bimoleküler (A + B D + ...) ve trimoleküler (2A + B D + ...). Temel reaksiyonlar için genel sıralama molekülerliğe eşittir ve maddeye göre sıralamalar reaksiyon denklemindeki katsayılara eşittir.
ÖRNEKLER
Örnek 1-1. 2NOBr (g) 2NO (g) + Br 2 (g) reaksiyonunda NO oluşum hızı 1,6'dır. 10 -4 mol/(l.s). Reaksiyon hızı ve NOBr tüketim hızı nedir?
Çözüm. Tanım gereği reaksiyon hızı:
Mol/(l.s).
Aynı tanımdan, NOBr tüketim hızının, ters işaretle NO oluşum hızına eşit olduğu sonucu çıkar:
mol/(l.s).
Örnek 1-2. 2. derece reaksiyon A + B D'de A ve B maddelerinin başlangıç konsantrasyonları sırasıyla 2,0 mol/L ve 3,0 mol/L'ye eşittir. Reaksiyon hızı 1,2'dir. [A] = 1,5 mol/l'de 10-3 mol/(l.s). [B] = 1,5 mol/L'de hız sabitini ve reaksiyon hızını hesaplayın.
Çözüm. Kütle etki yasasına göre herhangi bir anda reaksiyon hızı şuna eşittir:
.
[A] = 1,5 mol/l olduğunda, A ve B maddelerinin 0,5 mol/l'si reaksiyona girmiştir, yani [B] = 3 – 0,5 = 2,5 mol/l. Hız sabiti:
L/(mol. s).
[B] = 1,5 mol/l olduğunda, A ve B maddelerinin 1,5 mol/l'si reaksiyona girmiştir, dolayısıyla [A] = 2 – 1,5 = 0,5 mol/l. Reaksiyon hızı:
Mol/(l.s).
GÖREVLER
1-1. Amonyak sentezi reaksiyonunun hızı 1/2 N2 + 3/2 H2 = NH3, nitrojen ve hidrojen konsantrasyonları cinsinden nasıl ifade edilir? (cevap)
1-2. Reaksiyon denklemi N 2 + 3H 2 = 2NH 3 olarak yazılırsa, amonyak sentezi reaksiyonunun 1/2 N 2 + 3/2 H 2 = NH 3 hızı nasıl değişecektir? (cevap)
1-3. Temel reaksiyonların sırası nedir: a) Cl + H2 = HCl + H; b) 2NO + Cl2 = 2NOCl? (cevap)
1-4. Aşağıdaki niceliklerden hangisi a) negatif; b) kesirli değerler: reaksiyon hızı, reaksiyon sırası, reaksiyon molekülerliği, hız sabiti, stokiyometrik katsayı? (cevap)
1-5. Bir reaksiyonun hızı reaksiyon ürünlerinin konsantrasyonuna bağlı mıdır? (cevap)
1-6. Basınç 3 kat arttığında gaz fazındaki A = 2D temel reaksiyonunun hızı kaç kat artar (cevap)?
1-7. Hız sabitinin l 2 / (mol 2. s) boyutuna sahip olması durumunda reaksiyonun sırasını belirleyin. (cevap)
1-8. 25 o C'de 2. dereceden bir gaz reaksiyonunun hız sabiti 10 3 l/(mol. s)'ye eşittir. Kinetik denklem atmosferlerdeki basınç cinsinden ifade edilirse bu sabit neye eşittir? (cevap)
1-9. Gaz fazı reaksiyonu için N n. dereceden nA B, B'nin oluşum hızını toplam basınç cinsinden ifade edin (cevap).
1-10. İleri ve geri reaksiyonların hız sabitleri 2,2 ve 3,8 l/(mol. s)'dir. Bu reaksiyonlar aşağıdaki mekanizmalardan hangisiyle meydana gelebilir: a) A + B = D; b) A + B = 2D; c) A = B + D; d) 2A = B.(cevap)
1-11. 2HI H 2 + I 2 ayrışma reaksiyonunun hız sabiti ile 2. derecesi vardır k= 5,95. 10 -6 l/(mol. s). 1 atm basınçta ve 600 K sıcaklıkta reaksiyon hızını hesaplayın. (cevap)
1-12. 2. derece reaksiyon A + B D'nin oranı 2,7'dir. A ve B maddelerinin konsantrasyonlarında sırasıyla 10 -7 mol/(l.s), 3,0. 10-3 mol/l ve 2,0 mol/l. Hız sabitini hesaplayın.(cevap)
1-13. 2. derece reaksiyon A + B 2D'de A ve B maddelerinin başlangıç konsantrasyonları 1,5 mol/l'ye eşittir. Reaksiyon hızı 2,0'dır. [A] = 1,0 mol/l'de 10 -4 mol/(l.s). [B] = 0,2 mol/L'de hız sabitini ve reaksiyon hızını hesaplayın. (cevap)
1-14. 2. derece reaksiyon A + B 2D'de, A ve B maddelerinin başlangıç konsantrasyonları sırasıyla 0,5 ve 2,5 mol/l'ye eşittir. [A] = 0,1 mol/l'deki reaksiyon hızı başlangıç hızından kaç kat daha azdır? (cevap)
1-15. Gaz fazı reaksiyonunun hızı denklemle tanımlanır. w = k. [Bir] 2 . [B]. A ve B'nin konsantrasyonları arasındaki hangi oranda sabit bir toplam basınçta başlangıç reaksiyon hızı maksimum olacaktır? (cevap)
2. Basit reaksiyonların kinetiği
Bu bölümde kütle hareket kanununu esas alarak bütün bir düzenin tersinmez reaksiyonları için kinetik denklemler oluşturup çözeceğiz.
0. dereceden reaksiyonlar. Bu reaksiyonların hızı konsantrasyona bağlı değildir:
,
burada [A] başlangıç maddesinin konsantrasyonudur. Heterojen ve fotokimyasal reaksiyonlarda sıfır derece meydana gelir.
1. dereceden reaksiyonlar. A-B tipi reaksiyonlarda hız, konsantrasyonla doğru orantılıdır:
.
Kinetik denklemleri çözerken sıklıkla aşağıdaki gösterim kullanılır: başlangıç konsantrasyonu [A] 0 = A, akım konsantrasyonu [A] = A - X(T), Nerede X(T) reaksiyona giren A maddesinin konsantrasyonudur. Bu gösterimde, 1. dereceden reaksiyonun kinetik denklemi ve çözümü şu şekildedir:
Kinetik denklemin çözümü de reaksiyon sırasını analiz etmeye uygun başka bir biçimde yazılmıştır:
.
A maddesinin yarısının bozunduğu süreye yarı ömür t 1/2 denir. Denklem ile tanımlanır X(t1/2) = A/2 ve eşit
2. dereceden reaksiyonlar. A + B D + ... tipi reaksiyonlarda hız, konsantrasyonların çarpımı ile doğru orantılıdır:
.
Maddelerin başlangıç konsantrasyonları: [A] 0 = A, [B] 0 = B; akım konsantrasyonları: [A] = A- X(T), [B] = B - X(T).
Bu denklemi çözerken iki durum ayırt edilir.
1) A ve B maddelerinin aynı başlangıç konsantrasyonları: A = B. Kinetik denklem şu şekildedir:
.
Bu denklemin çözümü çeşitli şekillerde yazılmıştır:
A ve B maddelerinin yarı ömürleri aynı ve eşittir:
2) A ve B maddelerinin başlangıç konsantrasyonları farklıdır: A
B. Kinetik denklem şu şekildedir: 
.
Bu denklemin çözümü şu şekilde yazılabilir:
A ve B maddelerinin yarı ömürleri farklıdır: 
.
N'inci dereceden reaksiyonlar N A D + ... Kinetik denklem şu şekildedir:
.
Kinetik denklemin çözümü:
. (2.1)
A maddesinin yarı ömrü ( N-1)inci başlangıç konsantrasyonunun derecesi:
. (2.2)
Örnek 2-1. Radyoaktif izotop 14 C'nin yarı ömrü 5730 yıldır. Arkeolojik kazılarda 14 C içeriği normalin %72'si olan bir ağaç bulundu. Ağaç kaç yaşında?
Çözüm. Radyoaktif bozunma 1. dereceden bir reaksiyondur. Hız sabiti:
Bir ağacın ömrü, [A] = 0,72 dikkate alınarak kinetik denklemin çözülmesiyle bulunabilir. [Bir] 0:
Örnek 2-2. 2. dereceden bir reaksiyonun (bir reaktif), 0,24 M'lik bir başlangıç reaktif konsantrasyonunda 92 dakikada %75 oranında tamamlandığı tespit edilmiştir. Aynı koşullar altında reaktif konsantrasyonunun 0,16 M'ye ulaşması ne kadar zaman alır?
Çözüm. Bir reaktifle 2. dereceden bir reaksiyon için kinetik denklemin çözümünü iki kez yazalım:
,
nerede, koşula göre, A= 0,24M, T 1 = 92 dakika, X 1 = 0,75. 0,24 = 0,18M, X 2 = 0,24 - 0,16 = 0,08 M. Bir denklemi diğerine bölelim:
Örnek 2-3. Temel bir reaksiyon için N A B, A'nın yarı ömrünü t 1/2 ile ve A'nın bozunma süresini % 75 ile t 3/4 ile gösteriyoruz. t 3/4 / t 1/2 oranının başlangıç konsantrasyonuna bağlı olmadığını, yalnızca reaksiyonun sırasına göre belirlendiğini kanıtlayın N.Çözüm. Reaksiyonun kinetik denkleminin çözümünü iki kez yazalım. N Bir reaktifle -inci sıra:
ve bir ifadeyi diğerine bölün. Sabitler k Ve A her iki ifade de iptal edilecek ve şunu elde edeceğiz:
.
Bu sonuç, dönüşüm derecesinin a ve b olduğu zamanların oranının yalnızca reaksiyonun sırasına bağlı olduğu kanıtlanarak genelleştirilebilir:
.
GÖREVLER
2-1. Kinetik denklemin çözümünü kullanarak, 1. dereceden reaksiyonlar için t süresinin olduğunu kanıtlayın. X, bu sırada başlangıç maddesinin dönüşüm derecesi ulaşır X, başlangıç konsantrasyonuna bağlı değildir. (cevap)2-2. Birinci dereceden reaksiyon 7 dakikada %30 ilerler. Reaksiyonun %99'unun tamamlanması ne kadar sürer? (cevap)
2-3. Çernobil kazası sonucunda atmosfere giren radyoaktif izotop 137 Cs'nin yarı ömrü 29,7 yıldır. Ne kadar süre sonra bu izotopun miktarı orijinalin %1'inden az olacak? (cevap)
2-4. Nükleer testler sırasında atmosfere giren radyoaktif izotop 90 Sr'nin yarı ömrü 28,1 yıldır. Yeni doğmuş bir çocuğun vücudunun bu izotoptan 1,00 mg absorbe ettiğini varsayalım. Vücuttan atılmadığını varsayarsak a) 18 yıl, b) 70 yıl sonra vücutta ne kadar stronsiyum kalır (cevap)
2-5. Birinci dereceden reaksiyon SO 2 Cl 2 = SO 2 + Cl 2 için hız sabiti 2,2'dir. 320 o C'de 10 -5 s -1. Bu sıcaklıkta 2 saat tutulduğunda SO 2 Cl 2'nin yüzde kaçı ayrışır (cevap)
2-6. 1. dereceden reaksiyon hızı sabiti
2N 2 O 5 (g) 4NO 2 (g) + O 2 (g)
25 o C'de 3,38'e eşittir. 10 -5 sn -1 . N 2 O 5'in yarı ömrü nedir? Başlangıç basıncı 500 mm Hg ise, a) 10 s, b) 10 dakika sonra sistemdeki basınç ne olacaktır? Sanat. (cevap)
2-7. Birinci dereceden reaksiyon, değişen miktarlarda başlangıç malzemesiyle gerçekleştirilir. Kinetik eğrilerin başlangıç bölümlerine olan teğetler x ekseni üzerinde bir noktada kesişecek mi? Cevabınızı açıklayın (cevap).
2-8. Birinci derece reaksiyon A 2B gaz fazında meydana gelir. İlk basınç P 0 (B eksik). Toplam basıncın zamana bağımlılığını bulun. Basınç ne kadar süre sonra orijinaline göre 1,5 kat artacak? Bu zamana kadar reaksiyonun ilerlemesi nedir? (cevap)
2-9. İkinci dereceden reaksiyon 2A B gaz fazında meydana gelir. İlk basınç P 0 (B eksik). Toplam basıncın zamana bağımlılığını bulun. Basınç ne kadar süre sonra orijinaline göre 1,5 kat azalacak? Bu zamana kadar reaksiyonun ilerlemesi nedir? (cevap)
2-10. A maddesi, B ve C maddeleri ile 1 mol/l'lik eşit konsantrasyonlarda karıştırıldı. 1000 s sonra A maddesinin %50'si kalır. Eğer reaksiyon: a) sıfır, b) birinci, c) ikinci, c) üçüncü genel dereceye sahipse, 2000 s sonra ne kadar A maddesi kalacaktır?
2-11. Maddelerin başlangıç derişimleri 1 mol/l ise ve mol/l ve s cinsinden ifade edilen tüm hız sabitleri 1'e eşitse, birinci, ikinci veya üçüncü dereceden tepkimelerden hangisi daha hızlı biter? (cevap)
2-12. Tepki
CH3CH2NO2 + OH - H20 + CH3CHNO2 -
ikinci derece ve hız sabitine sahiptir k= 39,1 1/(mol. dk), 0 o C'de. 0,004 M nitroetan ve 0,005 M NaOH içeren bir çözelti hazırlandı. Nitroetanın %90'ının reaksiyona girmesi ne kadar sürer?
2-13. H + ve FG - (fenilglioksinat) iyonlarının 298 K'de UFG molekülüne rekombinasyonuna ilişkin hız sabiti şuna eşittir: k= 10 11,59 l/(mol. s). Her iki iyonun başlangıç konsantrasyonu 0,001 mol/L ise reaksiyonun %99,999'a tamamlanması için gereken süreyi hesaplayın. (cevap)
2-14. 1-butanolün hipokloröz asit tarafından oksidasyon hızı alkol konsantrasyonuna bağlı değildir ve 2 ile orantılıdır. Başlangıç çözeltisi 0,1 mol/l HClO ve 1 mol/l alkol içeriyorsa, 298 K'deki oksidasyon reaksiyonunun %90'a ulaşması ne kadar sürer? Reaksiyon hızı sabiti k= 24 l/(mol dk.). (cevap)
2-15. Belirli bir sıcaklıkta, 0,01 M etil asetat çözeltisi, 0,002 M NaOH çözeltisi ile %10 oranında 23 dakikada sabunlaştırılır. Kaç dakika sonra 0,005 M KOH çözeltisi ile aynı derecede sabunlaştırılacaktır? Bu reaksiyonun ikinci dereceden olduğunu ve alkalilerin tamamen ayrıştığını düşünün (cevap).
2-16. İkinci derece reaksiyon A + B P, başlangıç konsantrasyonları [A] 0 = 0,050 mol/L ve [B] 0 = 0,080 mol/L olan bir çözelti içinde gerçekleştirilir. 1 saat sonra A maddesinin konsantrasyonu 0,020 mol/l'ye düştü. Her iki maddenin hız sabitini ve yarı ömürlerini hesaplayın.
Pirinç. 40. İkinci dereceden bir reaksiyon için reaktifin ters konsantrasyonunun zamana bağımlılığı
Pirinç. 39. Birinci dereceden bir reaksiyon için reaktif konsantrasyonunun logaritmasının meydana gelme zamanına bağımlılığı
Pirinç. 38. Birinci dereceden bir reaksiyonda başlangıç maddesinin konsantrasyonunun zamanla değişmesi
Pirinç. 37. Sıfır dereceli bir reaksiyonda başlangıç maddesinin konsantrasyonunun zamanla değişmesi
Matematiksel olarak bu doğrusal ilişki şu şekilde yazılabilir:
burada k hız sabitidir, C 0 reaktifin başlangıç molar konsantrasyonudur, C t zamanındaki konsantrasyondur.
Buradan sıfır dereceli bir kimyasal reaksiyonun hız sabitini hesaplamak için bir formül türetebiliriz.
Sıfır dereceli hız sabiti mol/l cinsinden ölçülür mü? s (mol · l -1 · s -1).
Sıfır dereceli bir reaksiyon için yarı dönüşüm süresi, başlangıç malzemesinin konsantrasyonuyla orantılıdır
Birinci dereceden reaksiyonlar için, C,t koordinatlarındaki kinetik eğri doğası gereği üsteldir ve şöyle görünür (Şekil 38). Matematiksel olarak bu eğri aşağıdaki denklemle tanımlanır
C = C 0 e - kt
Uygulamada, birinci dereceden reaksiyonlar için kinetik eğri çoğunlukla lnC, t koordinatlarında çizilir. Bu durumda lnС'nin zamana doğrusal bir bağımlılığı gözlenir (Şekil 39)
lnС = lnС 0 - kt
|
Buna göre hız sabiti ve yarı dönüşüm süresinin değeri aşağıdaki formüller kullanılarak hesaplanabilir.
k = ln veya k = 2,303lg
(ondalık logaritmadan doğal olana geçerken).
Birinci dereceden reaksiyon hızı sabiti t -1 boyutuna sahiptir, yani. 1/s olup konsantrasyon birimlerine bağlı değildir.
Sistemdeki toplam reaktif molekül sayısının birim zamanda reaksiyona giren moleküllerin oranını gösterir. Böylece birinci dereceden reaksiyonlarda, başlangıç maddesinin alınan miktarının eşit kesirleri eşit zaman dilimlerinde tüketilir.
İkinci dereceden reaksiyonlar için konsantrasyonun zamana bağımlılığına ilişkin denklemin biçimini yalnızca en basit durum için, 2 özdeş molekülün veya farklı maddelerin moleküllerinin temel bir eyleme katıldığı, ancak bunların başlangıç konsantrasyonları (C 0) olduğu zaman ele alacağız. eşit. Bu durumda 1/C, t koordinatlarında doğrusal bir bağımlılık gözlenmektedir (Şekil 40). Bu ilişkinin matematiksel denklemi şu şekilde yazılacaktır:
ve l's -1'mol -1 cinsinden ölçülür, yani. sayısal değeri, maddenin konsantrasyonunun ölçüldüğü birimlere bağlıdır.
İkinci dereceden reaksiyonların yarı ömrü, reaktifin başlangıç konsantrasyonuyla ters orantılıdır.
Bunun nedeni, ikinci dereceden reaksiyonların hızının, birim zaman başına reaksiyona giren maddelerin molekülleri arasındaki çarpışma sayısına güçlü bir şekilde bağlı olmasıdır; bu da birim hacim başına molekül sayısıyla orantılıdır, yani. maddenin konsantrasyonu. Bu nedenle, sistemdeki bir maddenin konsantrasyonu ne kadar yüksek olursa, moleküller birbirleriyle o kadar sık çarpışır ve yarısının reaksiyona girmesi için o kadar az zaman kalır.
Daha önce de belirtildiği gibi üçüncü dereceden reaksiyonlar son derece nadirdir ve pratik açıdan ilgi çekici değildir. Bu nedenle bu bağlamda bunları dikkate almayacağız.
reaksiyon hızı sabiti- reaksiyona giren maddelerin konsantrasyonlarının çarpımının 1 mol/l olduğu koşullar altında kimyasal reaksiyonun hızıdır. Genel kimya: ders kitabı / A. V. Zholnin Reaksiyon hızı sabiti - diferansiyel kinetikte orantı katsayısı... ... Kimyasal terimler
reaksiyon hızı sabiti- - [A.S. İngilizce-Rusça enerji sözlüğü. 2006] Konular: genel olarak enerji EN reaksiyon sabiti ...
reaksiyon hızı sabiti- Reakcijos greičio konstanta statusas T sritis chemija apibrėžtis Reakcijos, kurios reaguojančiųjų medžiagų koncentracijos lygios vienetui, greitis. atitikmenys: ingilizce. hız sabiti; reaksiyon sabiti rus. reaksiyon hızı sabiti; özel... ... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
reaksiyon hızı sabiti- Konsantrasyon durumu, mevcut standartlar ve metrolojiyle ilgili standartlar, doğru konsentracijos yıl boyunca, sparta. atitikmenys: ingilizce. reaksiyon hızı sabiti vok. Tepkilerkonstante, f rus.… … Metrologijos terminų žodynas'ın kullanımı
Kimyasal reaksiyon ana kinetik özelliğidir; Reaksiyon hızını reaktanların konsantrasyonlarına ve bunların stokiyometrik katsayılarına bağlayan kinetik denklemdeki orantı katsayısı. Monomoleküler için... ... Büyük Ansiklopedik Sözlük
katalitik reaksiyon hızı sabiti- - [A.S. İngilizce-Rusça enerji sözlüğü. 2006] Genel olarak enerji konuları EN katalitik katsayısı... Teknik Çevirmen Kılavuzu
Kimyasal reaksiyon, temel kinetik özellikleri; Reaksiyon hızını reaktanların konsantrasyonlarına ve bunların stokiyometrik katsayılarına bağlayan kinetik denklemdeki orantı katsayısı. Monomoleküler için... ... Ansiklopedik Sözlük
kimyasal reaksiyon hızı sabiti- belirli bir sıcaklıkta birim zamanda reaksiyona giren veya oluşan bir maddenin miktarındaki (konsantrasyon) değişiklik ve tüm bileşenlerin konsantrasyonları birliğe eşittir: d[A]/dt =… … Ansiklopedik Metalurji Sözlüğü
Kimya reaksiyon, ana kinetiği. karakteristik; katsayı kinetikte orantılılık. Reaksiyon hızını reaktanların konsantrasyonları ve stokiyometrikleri ile birleştiren denklem. katsayılar. Monomoleküler reaksiyonlar için K. s. bir boyutu var... Doğa bilimi. Ansiklopedik Sözlük
25 °C'de farklı solventlerde CH3I + Cl reaksiyonu için bağıl hız sabitleri (Parker'a göre)- Çözücü Bağıl oran sabiti CH3OH 1 HCONH2 12,5 HCONHCH3 … Kimyasal referans kitabı
