הנוסחה למציאת מקדם קצב התגובה. תלות בטמפרטורה של קצב התגובה

הכלל של ואן הוף:

כאשר הטמפרטורה עולה ב-10 מעלות, קצב תגובה כימית הומוגנית עולה פי 2-4.

כאשר V2 הוא קצב התגובה בטמפרטורה T2, V1 הוא קצב התגובה בטמפרטורה T1, הוא מקדם הטמפרטורה של התגובה (אם הוא שווה ל-2, למשל, אז קצב התגובה יגדל פי 2 כאשר הטמפרטורה תעלה ב-10 מעלות).

ממשוואת ואן הוף מקדם טמפרטורהמחושב לפי הנוסחה:

התיאוריה של התנגשויות אקטיביות מכללה את הסדירות התלות של מהירות chem.r-ובטמפרטורה:

1. לא כל המולקולות יכולות להגיב, אלא רק אלו שנמצאות במצב פעיל מיוחד

2. הפעלה של מולקולה מתרחשת כתוצאה מהתנגשות ביו-מולקולרית.

3. כאשר חלקיקים בעלי אותה כמות אנרגיה מתנגשים, היא מתפזרת מחדש, וכתוצאה מכך האנרגיה של אחת המולקולות מגיעה לערך המתאים לאנרגיית ההפעלה.

4. השפעת הטמפרטורה על קצב התגובה: שינוי בשיווי המשקל בין מולקולות רגילות לפעילות לקראת עלייה בריכוז הראשונה.

פרופיל אנרגיה של התגובה (עלילה של אנרגיה פוטנציאלית לעומת קואורדינטת תגובה)

אנרגיית הפעלה Ea- האנרגיה הנוספת המינימלית שיש להקנות למולקולה העולה על ערכה הממוצע על מנת ליצור כים. אינטראקציה.

משוואת ארניוסקובע את התלות של קבוע הקצב תגובה כימית k על טמפרטורה T.

כאן A מאפיין את תדירות ההתנגשויות של מולקולות מגיבות, R הוא קבוע הגז האוניברסלי.

7. קטליזה. קטליזה הומוגנית והטרוגנית. תכונות של פעילות קטליטית של אנזימים. קָטָלִיזָה-שינוי בקצב התגובות הכימיות בנוכחות חומרים שלאחר השלמת התגובה נשארים ללא שינוי בצורה ובכמות. עלייה בקצב התגובה נקראת קטליזה חיובית, ירידה - קטליזה שלילית (או עיכוב). זרזיםשם חומרים הגורמים לקטליזה חיובית; חומרים שמאטים תגובות מעכבים. הבחנה בין קטליזה הומוגנית להטרוגנית.האצת תגובת חוסר הפרופורציה של מי חמצן בתמיסה מימית בנוכחות יוני דיכרומט היא דוגמה לקטליזה הומוגנית (הזרז יוצר שלב אחד עם תערובת התגובה), ובנוכחות תחמוצת מנגן(IV) הוא דוגמה לקטליזה הטרוגנית (תמיסה מימית של שלב מי חמצן-נוזלי, תחמוצת מנגן - מוצק). זרזים של תגובות ביוכימיות הם בעלי אופי חלבוני ונקראים אנזימים. אנזימים שונים מזרזים קונבנציונליים במספר דרכים: 1) יש להם יעילות קטליטית גבוהה בהרבה; 2) ספציפיות גבוהה, כלומר. סלקטיביות של פעולה; 3) אנזימים רבים מציגים פעילות קטליטית ביחס למצע אחד בלבד; 4) אנזימים מראים יעילות מרבית רק ב מצבים קלים, מאופיין בטווח קטן של טמפרטורות וערכי pH. פעילות אנזים \u003d קצב תגובה מסדר אפס. 8. איזון כימי. הפיך ובלתי הפיך בכיוון התגובה. שיווי משקל כימי: מצב דינמי בו קצבי התגובות קדימה ואחורה שווים. קבוע שיווי משקל: בתנאים חיצוניים קבועים בשיווי משקל, היחס בין תוצר ריכוזי התוצר לתוצר ריכוזי המגיבים, תוך התחשבות בסטוכיומטריה, הוא ערך קבוע, בלתי תלוי בהרכב הכימי של המערכת. K c קשור לתקן גיבס E על ידי: העיקרון של לה שאטלייר:ההשפעה של גורם כלשהו (t, c, p) על מערכת שיווי המשקל מגרה את הסטת שיווי המשקל בכיוון כזה, מה שתורם לשיקום המאפיינים הראשוניים של המערכת. תנאי שיווי משקל תרמודינמיים: G 2 -G 1 \u003d 0S 2 -S 1 \u003d 0 p-tion הפיך:בתנאים אלה, זורם באופן ספונטני הן קדימה והן בכיוון ההפוך .תנאי ריצה: - משקעים מסיסים מעט - גז - חומר מתנתק נמוך (מים) - תרכובת מורכבת יציבה מחוז בלתי הפיך: בתנאים נתונים זורם בכיוון אחד. מיקומו של שיווי משקל כימי תלוי בפרמטרי התגובה הבאים: טמפרטורה, לחץ וריכוז. ההשפעה שיש לגורמים אלה על תגובה כימית נתונה לה דפוסים, שהובעו במונחים כלליים בשנת 1884 על ידי המדען הצרפתי Le Chatelier. הניסוח המודרני של העיקרון של Le Chatelier הוא כדלקמן:

9. תפקיד המים והפתרונות בחיים. תרמודינמיקה של פירוק.פִּתָרוֹןהיא מערכת הומוגנית של הרכב משתנה של שני חומרים או יותר במצב של שיווי משקל. מִיוּן: 1) לשקול(מערכת מפוזרת גסה): תרחיפים (מוצקים בנוזל) ואמולסיות (נוזל בנוזל) 2) קולואידים, סול(מערכות מפוזרות עדינות). הערך של פתרונות בחיים: תהליכים כימיים רבים מתרחשים רק אם החומרים המעורבים בהם נמצאים במצב מומס. הנוזלים הביולוגיים החשובים ביותר (דם, לימפה, שתן, רוק, זיעה) הם תמיסות של מלחים, חלבונים, פחמימות, שומנים במים. הטמעה של מזון קשורה למעבר של חומרים מזינים למצב מומס. תגובות ביוכימיות באורגניזמים חיים מתרחשות בתמיסות. נוזלים ביולוגיים מעורבים בהובלת חומרים מזינים (שומנים, חומצות אמינו, חמצן), תרופות לאיברים ורקמות, וכן בהפרשת מטבוליטים מהגוף. במדיה הנוזלית של הגוף, קביעות החומציות, ריכוז המלחים ו חומר אורגני(הומאוסטזיס בריכוז). הממס הנפוץ ביותר על הפלנטה שלנו הוא מים. תכונות מים: עולה על כל החומרים ביכולת החום שלו; התנהגות קירור חריגה - מים מתעבים, מתחילים לשקוע, ואז עולים (כל שאר החומרים שוקעים כשהם נדחסים); יכול סובלימציה (סובלימציה של מים) - סובלימציה (בתנאים מסוימים, קרח יכול להפוך לאדים מבלי להפוך תחילה למים נוזליים, כלומר ללא נמס); מים ממיסים את כל החומרים (השאלה היחידה היא כמה?); קבוע דיאלקטרי גבוה של מים (ערך המראה כמה פעמים כוח האינטראקציה בין שני מטענים בחומר נתון קטן מאשר בוואקום); טמפרטורה קריטית גבוהה; מים הם אמפוליט (לא חומצה, לא בסיסי); משתתף ביצירת מבנים פולימריים של הגוף (חלבון, שומנים ...); בסיס של הובלת ממברנה. תרמודינמיקה של פירוק: לפי החוק השני של התרמודינמיקה ב p, T=constחומרים יכולים להתמוסס באופן ספונטני בכל ממס אם כתוצאה מתהליך זה, אנרגיית הגיבס של המערכת יורדת, כלומר. . G=( H - T S)<0 . (ח- גורם אנטלפיה, T Sהוא גורם האנטרופיה של הפירוק). בעת המסת חומרים נוזליים ומוצקים ס>0. המסת גזים בנוזל ס<0. השינוי באנטלפיה הוא הסכום האלגברי של השינוי באנטלפיה H crכתוצאה מהרס סריג הגביש והשינוי באנתלפיה ה סולעקב פתרון על ידי חלקיקי ממס חסול = ח kr + Hסוֹל . בעת המסת גזים, האנתלפיה ח cr = 0, כי אין צורך להוציא אנרגיה כדי להרוס את סריג הגביש. במהלך הפירוק, הן האנטרופיה והן האנטלפיה יכולות להשתנות. 10 . פתרון אידיאלי- האנטלפיה של הערבוב היא 0 (תערובות הומוגניות של פחמימנים; פתרון היפותטי, שבו השוויון של כל הכוחות של אינטראקציה בין-מולקולרית.) קבוע מסיסות או PR- זהו תוצר של ריכוזי יונים של אלקטרוליט מסיס בקושי בתמיסה רוויה בטמפרטורה נתונה - ערך קבוע BaCO 3 \u003d Ba + CO 3, Ks \u003dתנאי פירוק ומשקעיםמשקעים והתמוססות - תגובות חליפין המתרחשות בתמיסת אלקטרוליט --- 1) האלקטרוליט ישקע אם תוצר ריכוז היונים שלו בתמיסה גדול מקובוע המסיסות c (Ba) * c (CO 3)> Kpr 2) המשקע שלו יתמוסס אם הכל להיפך 11. תכונות קוליגטיביות של תמיסות. תכונות קוליגטיביות של תמיסות- אלו הן תכונותיהם שבתנאים נתון מתבררות כשוות ובלתי תלויות בטבעו הכימי של החומר המומס; תכונות של פתרונות התלויות רק במספר היחידות הקינטיות ובתנועה התרמית שלהן. חוק ראול והשלכותיואדי בשיווי משקל עם נוזל נקרא רווי. הלחץ של אד כזה על ממס טהור (p0) נקרא לחץ או לחץ אדים רווי של ממס טהור. לחץ האדים של תמיסה המכילה מומס לא נדיף עומד ביחס ישר לשבריר השומה של הממס בתמיסה זו: p = p0 χr-lכאשר p הוא לחץ האדים מעל התמיסה, PA; p0 הוא לחץ האדים מעל הממס הטהור; -va, כאשר Δp הוא השינוי בפועל בלחץ בהשוואה לממס טהור; χv-va הוא חלק השוליים של חומר ב פִּתָרוֹן. מחוק ראול יש שניים השלכות. לפי אחד מהם, נקודת הרתיחה של התמיסה גבוהה מנקודת הרתיחה של הממס. זאת בשל העובדה שלחץ האדים הרווי של הממס מעל התמיסה הופך שווה ללחץ אטמוספרי (מצב רתיחה של נוזל) בטמפרטורה גבוהה יותר מאשר במקרה של ממס טהור. העלייה בנקודת הרתיחה Tboil פרופורציונלית למולאליות התמיסה:. Tkip = Ke cmכאשר Ke הוא קבוע הממס האבוליוסקופי, ס"מ הוא הריכוז המולי. לפי חקירה שנייהמחוק ראולט, טמפרטורת ההקפאה (התגבשות) של תמיסה נמוכה מטמפרטורת ההקפאה (התגבשות) של ממס טהור. זה נובע מלחץ האדים הנמוך יותר של הממס מעל התמיסה מאשר מעל הממס. הירידה בנקודת הקיפאון (התגבשות) Тzam היא פרופורציונלית למולאליות של התמיסה : צם = ק"ק ס"מכאשר Kk הוא הקבוע הקריוסקופי של התמיסה הורדת טמפרטורת ההתגבשות של תמיסות.מצבהתגבשות היא השוויון של לחץ האדים הרווי של הממס על פני התמיסה ללחץ האדים על הממס המוצק. מכיוון שלחץ האדים של ממס על תמיסה תמיד נמוך יותר מאשר על פני ממס טהור, שוויון זה תמיד יושג בטמפרטורה נמוכה מנקודת הקיפאון של הממס. אז, מי האוקיינוס ​​מתחילים לקפוא בטמפרטורה של בערך מינוס 2 מעלות צלזיוס. ההבדל בין טמפרטורת ההתגבשות של הממס לטמפרטורת תחילת ההתגבשות של התמיסה היא ירידה בטמפרטורת ההתגבשות. הגדלת נקודת הרתיחה של תמיסות נוזלרותח בטמפרטורה שבה לחץ אדי הרוויה הכולל הופך שווה ללחץ החיצוני. לחץ אדי הרוויה על תמיסה בכל טמפרטורה יהיה פחות מאשר על פני ממס טהור, ושוויון ללחץ החיצוני שלו יושג בטמפרטורה גבוהה יותר. לפיכך, נקודת הרתיחה של תמיסה של חומר לא נדיף T תמיד גבוהה מנקודת הרתיחה של ממס טהור באותו לחץ T °. העלייה בנקודת הרתיחה של תמיסות מדוללות אינסופיות של חומרים לא נדיפים אינה תלוי באופי המומס והוא עומד ביחס ישר לריכוז המולרי של התמיסה. מעבר ספונטני של ממס דרך קרום חצי חדיר המפריד בין תמיסה לממס או שתי תמיסות בריכוז שונה של מומס נקרא סְפִיגָה.אוסמוזה נובעת מפיזור של מולקולות ממס דרך מחסום חדיר למחצה המאפשר רק מולקולות ממס לעבור דרכה. מולקולות ממס מתפזרות מממס לתמיסה או מתמיסה פחות מרוכזת למרוכזת יותר.אוסמוזה מאופיינת כמותית לחץ אוסמוטי, שווה לכוח ליחידת שטח פנים, ומאלץ את מולקולות הממס לחדור דרך מחיצה חדירה למחצה. זה שווה ללחץ של עמודת התמיסה באוסמומטר עם גובה h. בשיווי משקל, הלחץ החיצוני מאזן את הלחץ האוסמוטי. במקרה זה, שיעורי המעברים הישירים וההפוכים של מולקולות דרך מחיצה חדירה למחצה הופכים להיות זהים. הלחץ האוסמוטי עולה עם הגדלת ריכוז המומסים והטמפרטורה. ואן הוףהציע כי עבור הלחץ האוסמוטי ניתן ליישם את משוואת המצב של גז אידיאלי: pV = nRT או p = (n/V) RT ומכאן p = עם RT, כאשר p הוא הלחץ האוסמוטי (kPa), c הוא הריכוז המולארי של התמיסה. הלחץ האוסמוטי עומד ביחס ישר לריכוז המולארי של המומס והטמפרטורה. אוסמוזה משחקת מאוד תפקיד חשוב בתהליכים ביולוגיים, הבטחת זרימת המים לתוך תאים ומבנים אחרים. פתרונות עם אותו לחץ אוסמוטי נקראים איזוטוני. אם הלחץ האוסמוטי גבוה מהתוך תאי, אז זה נקרא היפרטוני, אם הוא נמוך מהתוך תאי, זה נקרא היפוטוני. המקדם האיזוטוני (גם גורם van't Hoff; מסומן i) הוא פרמטר חסר מימד המאפיין את התנהגותו של חומר בתמיסה. זה שווה מספרית ליחס בין הערך של תכונה קוליגטיבית כלשהי של תמיסה של חומר נתון לבין הערך של אותה תכונה קוליגטיבית של לא-אלקטרוליט באותו ריכוז, עם פרמטרי מערכת אחרים ללא שינוי. איזוסמיה-קביעות יחסית של לחץ אוסמוטי במדיות נוזליות וברקמות הגוף, עקב שמירה על ריכוזי החומרים הכלולים בהם ברמה נתונה: אלקטרוליטים, חלבונים. זהו אחד הקבועים הפיזיולוגיים החשובים ביותר של הגוף, מסופק על ידי מנגנוני ויסות עצמי (Homeostasis). HEMOLYSIS- הרס של תאי דם אדומים, מלווה בשחרור המוגלובין מהם. סיבות פיזיותמתייחס לפעולה של טמפרטורות גבוהות ונמוכות, אולטרסאונד, לרעלים כימיים - המוליטיים, תרופות מסוימות וכו' המוליזה יכולה להתרחש במהלך עירוי של דם לא תואם, החדרת פתרונות היפוטוניים. פלסמוליזה- כאשר שמים תאים בתמיסה היפרטונית, מים מהתאים נכנסים לתמיסה מרוכזת יותר ונצפה קמטים של התאים.

יסודות התיאוריה של תמיסות אלקטרוליטים. אלקטרוליטים חזקים וחלשים. קבוע יינון של אלקטרוליט חלש. חוק הגידול של אוסטוולד. חוזק יוני של התמיסה. פעילות ומקדם פעילות של יונים. אלקטרוליטים בגוף, רוק כאלקטרוליט.

אלקטרוליטים- אלו חומרים בעלי קשרים קוולנטיים יוניים או מאוד קוטביים בתמיסות מימיות שעוברות ניתוק אלקטרוליטי, וכתוצאה מכך נוצרים קטיונים ואניונים.

אלקטרוליטים חזקים- חומרים המסוגלים להתנתק לחלוטין. אלה כוללים את רוב המלחים, כמו גם כמה חומרים בעלי מבנה מולקולרי (HCl).

אלקטרוליטים חלשיםמתנתקים במידה לא משמעותית, וצורתם השולטת היא מולקולרית (H2S, חומצות אורגניות).

מבחינה כמותית, היכולת של אלקטרוליט מולקולרי להתנתק נקבעת על ידי דרגת יינון (זה תלוי בריכוז האלקטרוליטים ):

כאשר Ntot הוא המספר הכולל של מולקולות בתמיסה; יינון N הוא מספר המולקולות המפורקות ליונים.

קבוע יינון:

כאשר [A], [B] הם יונים מתכלים

- חומר שלא התפרק ליונים.

חוק הדילול של אוסטוולד:

K= α 2 c/1- α ,

כאשר α היא מידת היינון

C - ריכוז מולארי

חוזק יוני של תמיסה:

I=0.5∑s i z i 2,

כאשר c i הוא הריכוז המולרי של היון בתמיסה, mol/l

z i הוא מטען היונים.

פעילות יוניםהוא הריכוז היעיל שלו.

פעילות קשורה לריכוז המולארי באופן הבא:

איפה f גורם פעילות

אלקטרוליטים בגוף: Na ו-Clלהשתתף בשמירה על איזון חומצה-בסיס, איזון אוסמוטי בגוף. סאממלא תפקיד חשוב בבניית רקמת העצם והשיניים, בוויסות חומציות הדם וקרישתו, בריגוש של רקמת השריר והעצבים. להוא ממוקם בעיקר בנוזלי גוף וברקמות רכות, שם הוא מרכיב הכרחי לשמירה על לחץ אוסמוטי וויסות ה-pH בדם. מ"גהוא קו-פקטור בתגובות אנזימטיות רבות, הכרחי בכל שלבי סינתזת החלבון. באורגניזמים חיים Feהוא יסוד קורט חשוב המזרז את תהליכי חילופי החמצן. שיתוףהוא חלק מויטמין B 12, מעורב בהמטופואזה, פונקציות מערכת עצביםוכבד, תגובות אנזימטיות. Znחיוני לחילוף החומרים של ויטמין E, מעורב בסינתזה של הורמונים אנבוליים שונים בגוף, כולל אינסולין, טסטוסטרון והורמון גדילה. מנמשפיע על גדילה, היווצרות דם ותפקוד הגונדאלי.

רוק כאלקטרוליטהיא סביבה ביוכימית מורכבת. מספר יוני H + ו-OH "קובע את ה-pH של הרוק, שהוא בדרך כלל 6.9. הערך של ערך ה-pH משתנה בהתאם לאופי התהליך הפתולוגי בחלל הפה. אז. עם מחלות מדבקותהרוק הוא חומצי. מהחומרים האנאורגניים ברוק, מכילים אניונים של כלור, ברום, יוד ופלואור. אניונים של פוספטים, פלואור תורמים לעלייה בפוטנציאלים אלקטרוכימיים, אניון של כלור - העברת מטענים יוניים ומהווה דה-פולריזר (גורם המאיץ את התהליכים האנודיים והקתודיים). מיקרו-אלמנטים נקבעים ברוק: ברזל, נחושת, כסף, מנגן, אלומיניום וכו' - ומקרו-אלמנטים: סידן, אשלגן, נתרן, מגנזיום, זרחן.

העלייה בקצב התגובה עם עליית הטמפרטורה מאופיינת בדרך כלל במקדם הטמפרטורה של קצב התגובה, מספר המראה כמה פעמים הקצב של תגובה נתונה עולה עם עליית הטמפרטורה של המערכת ב-10 מעלות צלזיוס. מקדם טמפרטורהתגובות שונות זה שונה. בטמפרטורות רגילות, ערכו עבור רוב התגובות הוא בטווח של 2 ... 4.

מקדם הטמפרטורה נקבע בהתאם למה שנקרא "כלל ואן הוף", אשר מבוטא מתמטית באמצעות המשוואה

v 2 /v 1 = g( ט 2 – ט 1)/10 ,

איפה v 1 ו v 2 – קצבי תגובה בטמפרטורות ט 1 ו ט 2; g הוא מקדם הטמפרטורה של התגובה.

אז, למשל, אם g = 2, אז עבור ט 2 - ט 1 = 50°C v 2 /v 1 = 2 5 = 32, כלומר. התגובה מואצת פי 32, והתאוצה הזו אינה תלויה בערכים מוחלטים בשום אופן ט 1 ו ט 2 אבל רק על ההבדל ביניהם.

אנרגיית הפעלה,ההבדל בין ערכי האנרגיה הממוצעת של חלקיקים (מולקולות, רדיקלים, יונים וכו') הנכנסים לפעולה יסודית של תגובה כימית לבין האנרגיה הממוצעת של כל החלקיקים במערכת המגיבה. לתגובות כימיות שונות E. ו. משתנה מאוד - מכמה עד ~ 10 j./mol.עבור אותה תגובה כימית, הערך של E. a. תלוי בסוג פונקציות ההפצה של מולקולות במונחים של האנרגיות של תנועת התרגום שלהן ודרגות חופש פנימיות (אלקטרונית, רטט, סיבובית). כערך סטטיסטי E. א. יש להבחין מאנרגיית הסף, או מחסום האנרגיה - האנרגיה המינימלית שחייב להיות לזוג אחד של חלקיקים מתנגשים כדי שתתרחש תגובה אלמנטרית נתונה.

משוואת ארניוס, תלות בטמפרטורה של קבוע הקצב לכימיה יסודית. תגובות:

כאשר A הוא גורם פרה-אקספוננציאלי (המימד זהה לממד של k), ה אאנרגיית הפעלה, בדרך כלל קבלת חיובית. ערכים, T-abs. טמפרטורה, קבוע k-בולצמן. נהוג לצטט ה אלכל מולקולה. ועל מספר החלקיקים נ א\u003d 6.02 * 10 23 (הקבוע של אבוגדרו) ומתבטא ב-kJ/mol; במקרים אלו, במשוואת Arrhenius, הערך קלהחליף את קבוע הגז ר.גרף של 1nk מול 1 /kT(עלילת ארהניוס) - קו ישר, שהשיפוע השלילי שלו נקבע על ידי אנרגיית ההפעלה ה אומאפיין חיובי. תלות בטמפרטורה ל.

זָרָזכימיקל שמאיץ תגובה אך אינו חלק מתוצרי התגובה. כמות הזרז, בניגוד למגיבים אחרים, אינה משתנה לאחר התגובה. חשוב להבין שהזרז מעורב בתגובה. מתן מסלול מהיר יותר לתגובה, הזרז מגיב עם חומר המוצא, תרכובת הביניים המתקבלת עוברת טרנספורמציות ולבסוף מתפצלת למוצר וזרז. ואז הזרז שוב מגיב עם חומר המוצא, והמחזור הקטליטי הזה חוזר על עצמו פעמים רבות (עד מיליון פעמים) [ מקור?] חוזר.

זרזים מסווגים ל הוֹמוֹגֵנִיו הֵטֵרוֹגֵנִי. זרז הומוגני נמצא באותו שלב עם המגיבים, זרז הטרוגני יוצר פאזה עצמאית המופרדת על ידי ממשק מהפאזה שבה נמצאים המגיבים. זרזים הומוגניים אופייניים הם חומצות ובסיסים. מתכות, תחמוצות וסולפידים שלהן משמשים כזרזים הטרוגניים.

תגובות מאותו סוג יכולות להתקדם גם עם זרזים הומוגניים וגם הטרוגניים. לפיכך, יחד עם פתרונות חומצה, נעשה שימוש ב-Al 2 O 3 מוצק, TiO 2, ThO 2, אלומינוסיליקטים וזאוליטים בעלי תכונות חומציות. זרזים הטרוגניים בעלי תכונות בסיסיות: CaO, BaO, MgO.

לזרזים הטרוגניים, ככלל, יש משטח מפותח מאוד, שעבורו הם מופצים על נשא אינרטי (סיליקה ג'ל, אלומינה, פחם פעיל וכו ').

עבור כל סוג של תגובה, רק זרזים מסוימים יעילים. בנוסף לאלו שכבר הוזכרו בסיס חומצה, יש זרזים חיזור; הם מאופיינים בנוכחות של מתכת מעבר או תרכובת שלה (Co +3, V 2 O 5 + MoO 3). במקרה זה, קטליזה מתבצעת על ידי שינוי מצב החמצון של מתכת המעבר.

מערכת מפוזרת- אלו תצורות של שני שלבים (גופים) או יותר שאינם מתערבבים כלל או מעשית ואינם מגיבים זה עם זה בצורה כימית. הראשון מבין החומרים שלב מפוזר) מופץ דק בשנייה ( מדיום פיזור). אם יש כמה שלבים, ניתן להפריד אותם זה מזה בצורה פיזית(צנטריפוגה, נפרד וכו').

בדרך כלל מערכות מפוזרות הן פתרונות קולואידים, סול. מערכות מפוזרות כוללות גם את המקרה של תווך מפוזר מוצק שבו נמצא השלב המפוזר.

רוב סיווג כללימערכות מפוזרות מבוססות על ההבדל במצב הצבירה של מדיום הפיזור והשלב המפוזר. שילובים של שלושה סוגים של מצב מצטבר מאפשרים להבחין בתשעה סוגים של מערכות מפוזרות. לקיצור, הם מסומנים בדרך כלל בשבר, המונה שלו מציין את השלב המפוזר, והמכנה מציין את מדיום הפיזור, למשל, עבור מערכת "גז בנוזל", ייעוד G/L מאומץ.

פתרונות קולואידים. המצב הקולואידי אופייני לחומרים רבים אם לחלקיקים שלהם גודל של 1 עד 500 ננומטר. קל להראות שהשטח הכולל של החלקיקים הללו הוא עצום. אם נניח שלחלקיקים יש צורה של כדור בקוטר של 10 ננומטר, אז עם הנפח הכולל של אלה חלקיקים 1 ס"מ 3 יהיה להם

שטח פנים של כ-10 מ"ר. כפי שהוזכר קודם לכן, שכבת פני השטח מאופיינת באנרגיית פני השטח וביכולת לספוח חלקיקים מסוימים, כולל יונים

מתוך פתרון. תכונה אופייניתחלקיקים קולואידים הם נוכחות על פני השטח שלהם של מטען עקב ספיחה סלקטיבית של יונים. לחלקיק קולואידי יש מבנה מורכב. הוא כולל את הגרעין, יונים נספחים, קונטרוינים וממס. יש ליופילים (מדריך.

רופילים) קולואידים, שבהם הממס יוצר אינטראקציה עם גרעיני החלקיקים, קולואידים אילנופוביים (הידרופוביים), שבהם הממס אינו יוצר אינטראקציה עם הגרעינים

חלקיקים. הממס כלול בהרכב של חלקיקים הידרופוביים רק כקליפה סולבטית של יונים נספחים או בנוכחות מייצבים (חומרי שטח) בעלי חלקים ליופוביים וליפופילים.

להלן כמה דוגמאות לחלקיקים קולואידים:

אֵיך. ניתן לראות כי הליבה מורכבת ממצרף נייטרלי חשמלי של חלקיקים עם יונים נספחים של היסודות המרכיבים את הליבה (בדוגמאות אלו, יוני Ag +, HS-, Fe 3+). לחלקיק קולואידי, בנוסף לגרעין, יש יוני נגד ומולקולות ממס. יונים נספחים ויונים נגדיים יוצרים שכבה נספגת עם הממס. המטען הכולל של החלקיק שווה להפרש בין המטענים של יונים נספחים ליונים נגדיים. מסביב לחלקיקים יש שכבה מפוזרת של יונים, שהמטען שלה שווה למספר החלקיק הקולואידי. חלקיקים קולואידיים ושכבות מפוזרות יוצרים מיצל ניטרלי מבחינה חשמלית

Micelles(הקטנה של lat. נָצִיץ- חלקיק, דגן) - חלקיקים במערכות קולואידיות, מורכבים מגרעין קטן מאוד שאינו מסיס בתווך נתון, מוקף במעטפת מייצבת של יונים נספגים ומולקולות ממס. לדוגמה, למיצל ארסן גופרתי יש את המבנה:

((כמו 2 S 3) m nHS − (n-x)H + ) איקס- xH +

הגודל הממוצעמיצלות מ-10 -5 עד 10 -7 ס"מ.

קרישה- הפרדה של תמיסה קולואידית לשני שלבים - ממס ומסה ג'לטינית, או עיבוי התמיסה כתוצאה מהגדלת חלקיקי המומס

פפטיזציה היא תהליך המעבר של משקע או ג'ל קולואידי לתמיסה קולואידית תחת פעולת נוזל או חומרים שנוספו לו הנספגים היטב על ידי המשקע או הג'ל, במקרה זה נקראים פפטיזציה (לדוגמה, פפטיזציה של שומנים תחת פעולת המרה).
פפטיזציה - הפרדה של אגרגטים של חלקיקי ג'לים (ג'לי) או משקעים רופפים בהשפעת חומרים מסוימים - פפטיזרים לאחר קרישה של תמיסות קולואידיות. כתוצאה מפפטיזציה, המשקע (או הג'ל) עובר למצב מושעה.

פתרונות,מערכות חד פאזיות המורכבות משני רכיבים או יותר. לפי מצב הצבירה שלהם, תמיסות יכולות להיות מוצקות, נוזליות או גזיות.

מְסִיסוּת, היכולת של חומר ליצור עם חומר אחר (או חומרים) תערובות הומוגניות עם פיזור מפוזר של רכיבים (ראה פתרונות). בדרך כלל, ממס נחשב לחומר הקיים בצורתו הטהורה באותו מצב צבירה של התמיסה שנוצרה. אם לפני הפירוק שני החומרים היו באותו מצב צבירה, הממס נחשב לחומר הקיים בתערובת בכמות גדולה משמעותית.

המסיסות נקבעת על ידי הזיקה הפיזיקלית והכימית של המולקולות של הממס והמומס, היחס בין האנרגיות על ידי האינטראקציה של רכיבים הומוגניים ושונים של התמיסה. ככלל, הם מסיסים היטב זה בזה, דומים בפיזי. וכימיה. תכונות החומר (הכלל האמפירי "כמו מתמוסס בדומה"). בפרט, חומרים המורכבים ממולקולות קוטביות, וחומרים בעלי סוג קשר יוני הם היטב סול. בממיסים קוטביים (מים, אתנול, אמוניה נוזלית), וחומרים לא קוטביים הם היטב סול. בממיסים לא קוטביים (בנזן, פחמן דיסולפיד).

המסיסות של חומר נתון תלויה בטמפרטורה ובלחץ מתאים עיקרון כלליעקירה של שיווי משקל (ראה עקרון Le Chatelier-Brown). הריכוז של תמיסה רוויה בתנאים נתונים קובע מספרית את ה-R של חומר בממס נתון ונקרא גם. מְסִיסוּת. תמיסות על רוויות מכילות כמות גדולה יותר של מומס מאשר התואמת את מסיסותו, קיומן של תמיסות על רוויות נובע מקינטי. קשיי התגבשות (ראה מקורו של שלב חדש). כדי לאפיין את המסיסות של חומרים מסיסים גרועים, נעשה שימוש בתוצר של פעילויות ה-PA (לפתרונות הקרובים בתכונותיהם לאידיאל, תוצר המסיסות של PR).

קצב רוב התגובות הכימיות עולה עם עליית הטמפרטורה. מכיוון שריכוז המגיבים כמעט בלתי תלוי בטמפרטורה, בהתאם למשוואה הקינטית של התגובה, ההשפעה העיקרית של הטמפרטורה על קצב התגובה היא דרך שינוי קבוע קצב התגובה. ככל שהטמפרטורה עולה, האנרגיה של החלקיקים המתנגשים עולה והסבירות שתתרחש טרנספורמציה כימית במהלך ההתנגשות עולה.

ניתן לאפיין את התלות של קצב התגובה בטמפרטורה בערך מקדם הטמפרטורה.

נתונים ניסויים על השפעת הטמפרטורה על קצב תגובות כימיות רבות בטמפרטורות רגילות (273-373 K), בטווח טמפרטורות קטן, הראו שעלייה בטמפרטורה ב-10 מעלות מגבירה את קצב התגובה פי 2-4 (וואן כלל 'ט הוף).

לפי ואן'הוף מקדם טמפרטורה של קבוע קצב(מקדם ואן הוף)הוא העלייה בקצב התגובה עם עליית הטמפרטורה ב- 10מעלות.

(4.63)

היכן והן קבועי הקצב בטמפרטורות ו; הוא מקדם הטמפרטורה של קצב התגובה.

כאשר הטמפרטורה עולה ל נעשרות מעלות, היחס בין קבועי הקצב יהיה שווה ל

איפה ניכול להיות מספר שלם או שבריר.

הכלל של ואן הוף הוא כלל משוער. זה ישים בטווח טמפרטורות צר, שכן מקדם הטמפרטורה משתנה עם הטמפרטורה.

תלות מדויקת יותר של קבוע קצב התגובה בטמפרטורה באה לידי ביטוי על ידי משוואת Arrhenius הסמי-אמפירית

כאשר A הוא גורם פרה-אקספוננציאלי שאינו תלוי בטמפרטורה, אלא נקבע רק לפי סוג התגובה; E -אנרגיית ההפעלה של תגובה כימית. ניתן לייצג את אנרגיית ההפעלה כאנרגיית סף מסוימת המאפיינת את גובה מחסום האנרגיה בנתיב התגובה. אנרגיית ההפעלה גם אינה תלויה בטמפרטורה.

תלות זו הוקמה בסוף המאה ה-19. המדען ההולנדי Arrhenius לתגובות כימיות אלמנטריות.

אנרגיית הפעלה ישירה ( ה 1) והיפוך ( ה 2) התגובה קשורה להשפעה התרמית של התגובה D חיחס (ראה איור 1):

ה 1 – ה 2=ד נ.

אם התגובה היא אנדותרמית ו-D H> 0, אז ה 1 > ה 2 ואנרגיית ההפעלה של התגובה קדימה גדולה מההפוכה. אם התגובה היא אקסותרמית, אז ה 1 < Е 2 .

ניתן לכתוב את משוואת Arrhenius (101) בצורה דיפרנציאלית:

מהמשוואה עולה כי יותר אנרגיההפעלה של E, ככל שקצב התגובה עולה מהר יותר עם הטמפרטורה.

הפרדת משתנים קו טושוקלת הערך קבוע, לאחר שילוב המשוואה (4.66) נקבל:

אורז. 5. גרף ln ק–1/T.

, (4.67)

כאשר A הוא גורם פרה-אקספוננציאלי בעל הממד של קבוע הקצב. אם המשוואה הזו תקפה, אז בגרף בקואורדינטות, נקודות הניסוי ממוקמות על קו ישר בזווית a לציר האבססיס והשיפוע () שווה ל-, מה שמאפשר לחשב את אנרגיית ההפעלה של א. תגובה כימית מהתלות של קבוע הקצב בטמפרטורה לפי המשוואה.

ניתן לחשב את אנרגיית ההפעלה של תגובה כימית מתוך ערכי קבועי הקצב בשתי טמפרטורות שונות באמצעות המשוואה

. (4.68)

הגזירה התיאורטית של משוואת ארניוס נעשית עבור תגובות יסודיות. אבל הניסיון מלמד שהרוב המכריע של התגובות המורכבות גם מצייתות למשוואה הזו. עם זאת, עבור תגובות מורכבות, לאנרגיית ההפעלה ולגורם הפרה-אקספוננציאלי במשוואת Arrhenius אין משמעות פיזיקלית מוגדרת.

משוואת ארניוס (4.67) מאפשרת לתת תיאור מספק של מגוון רחב של תגובות בטווח טמפרטורות צר.

כדי לתאר את התלות של קצב התגובה בטמפרטורה, נעשה שימוש גם במשוואת Arrhenius שונה

, (4.69)

שכולל כבר שלושה פרמטרים : א, הו נ.

משוואה (4.69) נמצאת בשימוש נרחב עבור תגובות המתרחשות בתמיסות. עבור תגובות מסוימות, התלות של קבוע קצב התגובה בטמפרטורה שונה מהתלות שניתנה לעיל. לדוגמה, בתגובות מסדר שלישי, קבוע הקצב יורד עם עליית הטמפרטורה. בתגובות אקסותרמיות שרשרת, קבוע קצב התגובה עולה בחדות בטמפרטורה מעל גבול מסוים (פיצוץ תרמי).

4.5.1. דוגמאות לפתרון בעיות

דוגמה 1קבוע הקצב של תגובה כלשהי עם עליית הטמפרטורה השתנה באופן הבא: ט 1 = 20°C;

ק 1 \u003d 2.76 10 -4 דקות -אחד ; ט 2 \u003d 50 0 С; ק 2 = 137.4 10 -4 דקות. -1 קבע את מקדם הטמפרטורה של קבוע הקצב של תגובה כימית.

פִּתָרוֹן.כלל ואן הוף מאפשר לחשב את מקדם הטמפרטורה של קבוע הקצב מהיחס

ז נ= =2 ¸ 4, כאשר נ = = =3;

g 3 \u003d \u003d 49.78 g \u003d 3.68

דוגמה 2באמצעות כלל ואן הוף, חשב באיזו טמפרטורה תסתיים התגובה בעוד 15 דקות, אם היא ארכה 120 דקות בטמפרטורה של 20 0 C. מקדם הטמפרטורה של קצב התגובה הוא 3.

פִּתָרוֹן.ברור שככל שזמן התגובה קצר יותר ( ט), ככל שקבוע הקצב של התגובה גדול יותר:

3נ = 8, נ ln3 = ln8, n== .

הטמפרטורה שבה התגובה תסתיים בעוד 15 דקות היא:

20 + 1.9 × 10 \u003d 39 0 C.

דוגמה 3קבוע הקצב של תגובת הסיבון של אסטר אצטי-אתיל עם תמיסה אלקלית בטמפרטורה של 282.4 K שווה ל-2.37 ליטר 2 / מול 2 דקות. , ובטמפרטורה של 287.40 K זה שווה ל 3.2 ליטר 2 / מול 2 דקות. מצא את הטמפרטורה שבה קבוע הקצב של תגובה זו הוא 4?

פִּתָרוֹן.

1. הכרת ערכי קבועי הקצב בשתי טמפרטורות, נוכל למצוא את אנרגיית ההפעלה של התגובה:

= = 40.8 קילו ג'ל/מול.

2. הכרת ערך אנרגיית ההפעלה, מתוך משוואת ארניוס

,

שאלות ומשימות לשליטה עצמית.

1. אילו כמויות נקראות פרמטרים "ארניוס"?

2. מהי הכמות המינימלית של נתוני ניסוי הדרושה כדי לחשב את אנרגיית ההפעלה של תגובה כימית?

3. הראה שמקדם הטמפרטורה של קבוע הקצב תלוי בטמפרטורה.

4. האם יש סטיות ממשוואת ארניוס? כיצד ניתן לתאר במקרה זה את התלות של קבוע הקצב בטמפרטורה?

קינטיקה של תגובות מורכבות

תגובות, ככלל, אינן מתרחשות דרך אינטראקציה ישירה של כל החלקיקים הראשוניים עם המעבר הישיר שלהם לתוצרי תגובה, אלא מורכבות מכמה שלבים יסודיים. זה חל בעיקר על תגובות שבהן, על פי המשוואה הסטוכיומטרית שלהן, לוקחים חלק יותר משלושה חלקיקים. עם זאת, אפילו תגובות של שניים או חלקיק אחד לרוב אינן מתרחשות במנגנון דו או מונומולקולרי פשוט, אלא בדרך מורכבת יותר, כלומר, דרך מספר שלבים יסודיים.

תגובות נקראות מורכבות אם צריכת חומרי מוצא ויצירת תוצרי תגובה מתרחשים דרך סדרה של שלבים יסודיים שיכולים להתרחש בו זמנית או ברצף. במקביל, מתקיימים כמה שלבים בהשתתפות חומרים שאינם חומרי מוצא או תוצרי תגובה (חומרי ביניים).

כדוגמה לתגובה מורכבת, אנו יכולים לשקול את התגובה של הכלרה של אתילן עם היווצרות של דיכלורואתן. אינטראקציה ישירה חייבת לעבור דרך קומפלקס מופעל בעל ארבעה איברים, הקשור להתגברות על מחסום אנרגיה גבוה. המהירות של תהליך כזה נמוכה. אם נוצרים אטומים במערכת בצורה כזו או אחרת (למשל בפעולת האור), אז התהליך יכול להתקדם לפי מנגנון שרשרת. האטום מתחבר בקלות בקשר הכפול ויוצר רדיקל חופשי - . רדיקל חופשי זה יכול בקלות לקרוע אטום ממולקולה כדי ליצור את התוצר הסופי - , וכתוצאה מכך האטום החופשי מתחדש.

כתוצאה משני שלבים אלו, מולקולה אחת ומולקולה אחת הופכות למולקולת תוצר - , והאטום המתחדש יוצר אינטראקציה עם מולקולת האתילן הבאה. לשני השלבים יש אנרגיות הפעלה נמוכות, ודרך זו מספקת תגובה מהירה. בהתחשב באפשרות של שילוב מחדש של אטומים חופשיים ורדיקלים חופשיים, ניתן לכתוב את התוכנית המלאה של התהליך כך:

עם כל המגוון, ניתן לצמצם תגובות מורכבות לשילוב של מספר סוגים של תגובות מורכבות, כלומר תגובות מקבילות, עוקבות וסדרות מקבילות.

שני השלבים נקראים רצוףאם החלקיק שנוצר בשלב אחד הוא החלקיק הראשוני בשלב אחר. לדוגמה, בסכימה לעיל, השלב הראשון והשני הם עוקבים:

.

שני השלבים נקראים מַקְבִּיל, אם אותם חלקיקים לוקחים חלק כראשוני בשניהם. לדוגמה, בסכימת התגובה, השלב הרביעי והחמישי מקבילים:

שני השלבים נקראים סדרה מקבילה, אם הם מקבילים ביחס לאחד ורציפים ביחס לשני מהחלקיקים המשתתפים בשלבים אלה.

דוגמה לצעדים מקבילים לסדרה הם השלבים השני והרביעי של ערכת תגובה זו.

ל מאפייניםהעובדה שהתגובה מתרחשת על פי מנגנון מורכב כולל את הסימנים הבאים:

אי התאמה בין סדר התגובה והמקדמים הסטוכיומטריים;

שינוי הרכב המוצרים בהתאם לטמפרטורה, ריכוזים ראשוניים ותנאים אחרים;

האצה או האטה של ​​התהליך כאשר מוסיפים אותו תערובת תגובהכמויות קטנות של חומרים;

השפעת החומר ומידות הכלי על קצב התגובה וכו'.

בניתוח הקינטי של תגובות מורכבות, נעשה שימוש בעקרון העצמאות: "אם מספר תגובות פשוטות מתרחשות בו זמנית במערכת, אזי ההנחה העיקרית קינטיקה כימיתמוחל על כל אחד מהם כאילו התגובה הנתונה היא היחידה. ניתן לנסח עיקרון זה גם כך: "ערך קבוע הקצב של תגובה אלמנטרית אינו תלוי אם תגובות אלמנטריות אחרות מתקיימות בו זמנית במערכת נתונה".

עקרון העצמאות תקף לרוב התגובות המתקיימות על פי מנגנון מורכב, אך אינו אוניברסלי, שכן ישנן תגובות שבהן חלק מהתגובות הפשוטות משפיעות על מהלך של אחרות (למשל, תגובות מצומדות).

חשוב במחקר של תגובות כימיות מורכבות הוא העיקרון מיקרו הפיךאוֹ איזון מפורט:

אם נוצר שיווי משקל כימי בתהליך מורכב, אזי קצבי התגובות קדימה ואחורה חייבים להיות שווים עבור כל אחד מהשלבים היסודיים.

המקרה הנפוץ ביותר להתרחשות תגובה מורכבת הוא כאשר התגובה ממשיכה בכמה שלבים פשוטים המתקדמים בקצבים שונים. ההבדל בקצבים מוביל לכך שניתן לקבוע את הקינטיקה של השגת תוצר התגובה על פי חוקי תגובה אחת בלבד. לדוגמה, עבור תגובות מקבילות, קצב התהליך כולו נקבע על פי קצב השלב המהיר ביותר, ולתגובות עוקבות, האיטי ביותר. לכן, כאשר מנתחים את הקינטיקה של תגובות מקבילות עם הבדל משמעותי בקבועים, ניתן להזניח את קצב השלב האיטי, וכאשר מנתחים תגובות עוקבות, אין צורך לקבוע את קצב התגובה המהירה.

בתגובות עוקבות, התגובה האיטית ביותר נקראת מגביל. לשלב המגביל יש את קבוע הקצב הקטן ביותר.

אם הערכים של קבועי הקצב של השלבים הבודדים של תגובה מורכבת קרובים, נדרש ניתוח מלא של כל הסכימה הקינטית.

הצגת הרעיון של שלב קובע קצב מפשט במקרים רבים את הצד המתמטי של התחשבות במערכות כאלה ומסבירה את העובדה שלפעמים הקינטיקה של תגובות מורכבות ורב-שלביות מתוארת היטב על ידי משוואות פשוטות, למשל, של הראשונה. להזמין.

גורמים המשפיעים על מהלך התגובה

בגוף האדם מתרחשות אלפי תגובות אנזימטיות בתא חי. עם זאת, בשרשרת רב-שלבית של תהליכים, ההבדל בין שיעורי התגובות הבודדות גדול למדי. לפיכך, לסינתזה של מולקולות חלבון בתא קודמים לפחות שני שלבים נוספים: סינתזה של RNA העברה וסינתזה של ריבוזומים. אבל הזמן שבו ריכוז מולקולות ה-tRNA מוכפל הוא 1.7 דקות, מולקולות חלבון - 17 דקות וריבוזומים - 170 דקות. קצב התהליך הכולל של השלב האיטי (המגביל), בדוגמה שלנו, קצב סינתזת הריבוזומים. הנוכחות של תגובה מגבילה מספקת מהימנות גבוהה וגמישות בשליטה על אלפי תגובות המתרחשות בתא. מספיק לשמור על השגחה ולווסת רק את האיטיים שבהם. שיטה זו לשליטה בקצב הסינתזה הרב-שלבית נקראת עקרון המינימום. זה מאפשר לפשט באופן משמעותי ולהפוך לאמינה יותר את מערכת הויסות האוטומטי בתא.

סיווגים של תגובות המשמשות בקינטיקה: תגובות, הומוגניות, הטרוגניות ומיקרו-הטרוגניות; תגובות פשוטות ומורכבות (מקבילות, עוקבות, מצומדות, שרשרת). מולקולריות של הפעולה היסודית של התגובה. משוואות קינטיות. סדר תגובה. חצי חיים

תגובות מיקרו-הטרוגניות -

המולקולריות של התגובה נקבעת על פי מספר המולקולות הנכנסות לאינטראקציה כימית בפעולה היסודית של התגובה. על בסיס זה, התגובות מחולקות למונומולקולרית, דו-מולקולרית וטרימולקולרית.

אז תגובות מסוג A -> B יהיו מונומולקולריות, למשל:

א) C 16 H 34 (t ° C) -> C g H 18 + C 8 H 16 - תגובת פיצוח פחמימנית;

ב) CaC0 3 (t ° C) -> CaO + C0 2 - פירוק תרמי של סידן פחמתי.
תגובות כמו A + B -> C או 2A -> C - הן דו-מולקולריות, למשל:
א) C + 0 2 -> C0 2; ב) 2Н 2 0 2 -> 2Н 2 0 + 0 2 וכו'.

תגובות טרימולקולריות מתוארות על ידי משוואות כלליות מהסוג:

א) A + B + C D; ב) 2A + B D; ג) 3א ד.

לדוגמה: א) 2Н 2 + 0 2 2Н 2 0; ב) 2NO + H 2 N 2 0 + H 2 0.

קצב התגובה בהתאם למולקולריות יבוא לידי ביטוי במשוואות: א) V = k C A - לתגובה מונומולקולרית; ב) V \u003d ל-C A C in או ג) V \u003d ל-C 2 A - לתגובה דו-מולקולרית; ד) V \u003d k C C in C e) V \u003d k C 2 A C in or e) V \u003d k C 3 A - לתגובה טרימולקולרית.

מולקולריות היא מספר המולקולות המגיבות בפעולה כימית אלמנטרית אחת.

לעתים קרובות קשה לקבוע את המולקולריות של תגובה, ולכן נעשה שימוש בסימן רשמי יותר - סדר התגובה הכימית.

סדר התגובה שווה לסכום מעריכי הריכוזים במשוואה המבטאים את התלות של קצב התגובה בריכוז המגיבים (משוואה קינטית).

סדר התגובה לרוב אינו עולה בקנה אחד עם המולקולריות בשל העובדה שמנגנון התגובה, כלומר, "המעשה היסודי" של התגובה (ראה הגדרת סימן המולקולריות), קשה לקבוע.

הבה נבחן מספר דוגמאות הממחישות עמדה זו.

1. קצב הפירוק של גבישים מתואר על ידי משוואות הקינטיקה מסדר אפס, למרות האופי המונומולקולרי של התגובה: AgCl (TB) -> Ag + + CI", V = k C (AgCl (TB p = k) " C (AgCl (ra)) - p - צפיפות והוא ערך קבוע, כלומר, קצב הפירוק אינו תלוי בכמות (ריכוז) החומר המומס.

2. התגובה של הידרוליזה של סוכרוז: CO + H 2 0 -> C 6 H 12 0 6 (גלוקוז) + C 6 H 12 0 6 (פרוקטוז) היא תגובה דו-מולקולרית, אך הקינטיקה שלה מתוארת על ידי קינטיקה מסדר ראשון משוואה: V \u003d k * C cax , שכן בתנאי ניסוי, כולל בגוף, ריכוז המים הוא ערך קבוע С(Н 2 0) - const.

3.
תגובת הפירוק של מי חמצן, המתמשכת בהשתתפות זרזים, הן יונים אנאורגניים Fe 3+, Cu 2+ של פלטינה מתכתית, והן אנזימים ביולוגיים, כגון קטלאז, צורה כללית:

2H 2 0 2 -\u003e 2H 2 0 + O e, כלומר, הוא דו-מולקולרי.

תלות קצב התגובה בריכוז. משוואות קינטיות של תגובות מסדר ראשון, שני ואפס. שיטות ניסוי לקביעת הקצב וקבוע הקצב של התגובות.

התלות של קצב התגובה בטמפרטורה. שלטון ואן הוף. מקדם הטמפרטורה של קצב התגובה ותכונותיו לתהליכים ביוכימיים.

γ הוא מקדם הטמפרטורה של קצב התגובה.

המשמעות הפיזיקלית של הערך של γ היא שהוא מראה כמה פעמים קצב התגובה משתנה עם שינוי בטמפרטורה עבור כל 10 מעלות.

15. מושג התיאוריה של התנגשויות אקטיביות. פרופיל אנרגיה של התגובה; אנרגיית הפעלה; משוואת ארניוס. תפקידו של הגורם הסטרי. מושג התיאוריה של מצב המעבר.

הקשר בין קבוע הקצב, אנרגיית ההפעלה והטמפרטורה מתואר על ידי משוואת Arrhenius: k T \u003d k 0 *Ae ~ E / RT, כאשר kt ו-k 0 הם קבועי הקצב בטמפרטורה T ו-T ee הוא הבסיס של הלוגריתם הטבעי, A הוא הגורם הסטרי.

הגורם הסטרי A קובע את ההסתברות להתנגשות של שני חלקיקים מגיבים במרכז הפעיל של המולקולה. גורם זה במיוחד חֲשִׁיבוּתלתגובות ביוכימיות עם ביופולימרים. בתגובות חומצה-בסיס, יון H + חייב להגיב עם קבוצת הקרבוקסיל הקצה - COO. עם זאת, לא כל התנגשות של יון H + מולקולת חלבון תוביל לתגובה זו. רק אותן התנגשויות שמתבצעות ישירות בשעה מסוימת נקודות של המקרומולקולות יהיו יעילות הנקראות מרכזים פעילים.

ממשוואת Arrhenius עולה שככל שקבוע הקצב גבוה יותר, אנרגיית ההפעלה E נמוכה יותר והטמפרטורה T של התהליך גבוהה יותר.

בעיה 336.
ב-150 מעלות צלזיוס, תגובה מסוימת מסתיימת תוך 16 דקות. לוקחים את מקדם הטמפרטורה של קצב התגובה השווה ל-2.5, חשב כמה זמן תגובה זו תסתיים אם היא תתבצע: א) ב-20 0 מעלות צלזיוס; ב) ב-80 מעלות צלזיוס.
פִּתָרוֹן:
על פי כלל ואן הוף, התלות של המהירות בטמפרטורה מתבטאת במשוואה:

v t ו-k t - הקצב וקבוע הקצב של התגובה בטמפרטורה של t°C; v (t + 10) ו-k (t + 10) אותם ערכים בטמפרטורה (t + 10 0 C); - מקדם הטמפרטורה של קצב התגובה, שערכו עבור רוב התגובות נע בטווח של 2 - 4.

א) בהינתן שקצב התגובה הכימית בטמפרטורה נתונה הוא ביחס הפוך למשך מהלך שלה, אנו מחליפים את הנתונים הניתנים במצב הבעיה בנוסחה המבטאת באופן כמותי את כלל ואן הוף, נקבל :

ב) מכיוון שהתגובה הזו ממשיכה עם ירידה בטמפרטורה, אז בטמפרטורה נתונה קצב התגובה הזה עומד ביחס ישר למשך מהלך שלה, אנו מחליפים את הנתונים שניתנו במצב הבעיה בנוסחה המבטאת באופן כמותי את כלל ואן הוף, אנחנו מקבלים:

תשובה: א) ב-200 0 С t2 = 9.8 s; ב) ב-80 0 С t3 = 162 שעות 1 דקות 16 שניות.

בעיה 337.
האם ערך קבוע קצב התגובה ישתנה: א) בעת החלפת זרז אחד בזרז אחר; ב) מתי ריכוזי המגיבים משתנים?
פִּתָרוֹן:
קבוע קצב התגובה הוא ערך התלוי באופי המגיבים, בטמפרטורה ובנוכחות זרזים, ואינו תלוי בריכוז המגיבים. זה יכול להיות שווה לקצב התגובה במקרה שבו ריכוזי המגיבים שווים לאחדות (1 מול/ליטר).

א) כאשר זרז אחד מוחלף באחר, קצב התגובה הכימית הנתונה ישתנה, או שהוא יגדל. אם נעשה שימוש בזרז, קצב התגובה הכימית יגדל, ואז, בהתאם, גם ערך קבוע קצב התגובה יגדל. שינוי בערך קבוע קצב התגובה יתרחש גם כאשר זרז אחד מוחלף באחר, מה שיגדיל או יקטין את קצב התגובה הזו ביחס לזרז המקורי.

ב) כאשר ריכוז המגיבים משתנה, ערכי קצב התגובה ישתנו, וערך קבוע קצב התגובה לא ישתנה.

בעיה 338.
האם ההשפעה התרמית של תגובה תלויה באנרגיית ההפעלה שלה? נמק את התשובה.
פִּתָרוֹן:
ההשפעה התרמית של התגובה תלויה רק ​​במצב הראשוני והסופי של המערכת ואינה תלויה בשלבי הביניים של התהליך. אנרגיית הפעלה היא האנרגיה העודפת שצריכה להיות למולקולות של חומרים על מנת שהתנגשותן תוביל להיווצרות חומר חדש. ניתן לשנות את אנרגיית ההפעלה על ידי העלאה או הורדה של הטמפרטורה, בהתאמה הורדה או הגדלה שלה. זרזים מורידים את אנרגיית ההפעלה, ואילו מעכבים מורידים אותה.

לפיכך, שינוי באנרגיית ההפעלה מוביל לשינוי בקצב התגובה, אך לא לשינוי בחום התגובה. ההשפעה התרמית של תגובה היא ערך קבוע ואינה תלויה בשינוי באנרגיית ההפעלה של תגובה נתונה. לדוגמה, התגובה להיווצרות אמוניה מחנקן ומימן היא:

תגובה זו היא אקסותרמית, > 0). התגובה ממשיכה עם ירידה במספר מולות של חלקיקים מגיבים ומספר מולות של חומרים גזים, מה שמביא את המערכת ממצב פחות יציב ליציב יותר, האנטרופיה יורדת,< 0. Данная реакция в обычных условиях не протекает (она возможна только при достаточно низких температурах). В присутствии катализатора энергия активации уменьшается, и скорость реакции возрастает. Но, как до применения катализатора, так и в присутствии его тепловой эффект реакции не изменяется, реакция имеет вид:

בעיה 339.
לאיזו תגובה, ישירה או הפוכה, אנרגיית ההפעלה גדולה יותר אם התגובה הישירה ממשיכה עם שחרור החום?
פִּתָרוֹן:
ההבדל בין אנרגיות ההפעלה של התגובות הישירות וההפוכות שווה לאפקט התרמי: H \u003d E a (pr.) - E a (arr.) . תגובה זו ממשיכה עם שחרור חום, כלומר. הוא אקסותרמי,< 0 Исходя из этого, энергия активации прямой реакции имеет меньшее значение, чем энергия активации обратной реакции:
E a(לדוגמה)< Е а(обр.) .

תשובה: E a(לדוגמה)< Е а(обр.) .

בעיה 340.
כמה פעמים יגדל קצב התגובה המתבצעת ב-298 K אם אנרגיית ההפעלה שלה תפחת ב-4 קילו ג'ל/מול?
פִּתָרוֹן:
הבה נסמן את הירידה באנרגיית ההפעלה ב-Ea, ואת קבועי הקצב של התגובה לפני ואחרי הירידה באנרגיית ההפעלה, בהתאמה, ב-k ו-k. בעזרת משוואת Arrhenius נקבל:

E a היא אנרגיית ההפעלה, k ו-k" הם קבועי קצב התגובה, T היא הטמפרטורה ב-K (298).
החלפת נתוני הבעיה במשוואה האחרונה וביטוי אנרגיית ההפעלה בג'אול, אנו מחשבים את העלייה בקצב התגובה:

תשובה: 5 פעמים.