반트 호프의 법칙:
온도가 10도 상승하면 균일 화학 반응의 속도가 2-4 배 증가합니다.
여기서 V2는 온도 T2에서의 반응 속도, V1은 온도 T1에서의 반응 속도, 반응의 온도 계수입니다(예를 들어, 2와 같으면 온도가 상승할 때 반응 속도는 2배 증가합니다 10도).
van't Hoff 방정식에서 온도 계수공식에 의해 계산:
능동 충돌 이론은 규칙성을 일반화합니다. chem.r의 속도와 온도에 대한 의존성:
1. 모든 분자가 반응할 수 있는 것은 아니지만 특별한 활성 상태에 있는 분자만 반응할 수 있습니다.
2. 분자의 활성화는 생체 분자 충돌의 결과로 발생합니다.
3. 거의 같은 양의 에너지를 가진 입자가 충돌하면 재분배되어 분자 중 하나의 에너지가 활성화 에너지에 해당하는 값에 도달합니다.
4. 반응 속도에 대한 온도의 영향: 전자의 농도가 증가하는 방향으로 일반 분자와 활성 분자 사이의 평형이 이동합니다.
반응의 에너지 프로파일(위치 에너지 대 반응 좌표의 플롯)
활성화 에너지 Ea- 화학을 만들기 위해 평균값을 초과하여 분자에 부여되어야 하는 최소 추가 에너지. 상호 작용.
아레니우스 방정식온도 T에 대한 화학 반응 k의 속도 상수의 의존성을 설정합니다.
여기서 A는 반응 분자의 충돌 빈도를 특성화하고 R은 보편적인 기체 상수입니다.
7. 촉매 작용. 동종 및 이종 촉매. 효소의 촉매 활성의 특징. 촉매-속도 변경 화학 반응반응이 완료된 후에도 형태와 양에 변화가 없는 물질이 존재할 때. 반응속도의 증가를 라고 한다. 양성 촉매, 감소하다 - 음성 촉매 작용(또는 억제). 촉매긍정적인 촉매 작용을 일으키는 물질의 이름을 지정합니다. 반응을 늦추는 물질 억제제. 균질 촉매와 이종 촉매를 구별하십시오.중크롬산염 이온의 존재 하에 수용액에서 과산화수소의 불균등화 반응의 가속화는 균질 촉매 작용의 한 예이며(촉매는 반응 혼합물과 하나의 상을 형성함), 망간(IV) 산화물의 존재 하에 이는 불균일 촉매 작용의 예(과산화수소-액상 수용액, 산화망간-고체). 생화학 반응의 촉매는 단백질 성질을 가지며 효소. 효소는 여러 면에서 기존 촉매와 다릅니다. 1) 촉매 효율이 훨씬 높습니다. 2) 높은 특이성, 즉 행동의 선택성; 3) 많은 효소가 하나의 기질에 대해서만 촉매 활성을 나타냅니다. 4) 효소는 다음에서만 최대 효율을 나타냅니다. 온화한 조건, 작은 범위의 온도와 pH 값이 특징입니다. 효소 활성 \u003d 0차 반응 속도. 8. 화학적 균형. 반응 방향으로 가역 및 비가역. 화학 평형: 정반응과 역반응의 비율이 동일한 동적 상태. 평형 상수: 평형 상태의 일정한 외부 조건에서 화학량론을 고려한 반응물 농도의 곱에 대한 생성물 농도의 곱의 비율은 시스템의 화학적 조성에 관계없이 일정한 값입니다. K c는 다음과 같이 Gibbs 표준 E와 관련됩니다. 르 샤틀리에의 원리:평형 시스템에 대한 일부 요인(t, c, p)의 영향은 이러한 방향으로 평형 이동을 자극하여 시스템의 초기 특성 복원에 기여합니다. 열역학적 평형 조건: G 2 -G 1 \u003d 0S 2 -S 1 \u003d 0 뒤집을 수 있는 p-tion:이러한 조건에서 순방향과 반대 방향 모두에서 자발적으로 흐릅니다. .조건을 통해 실행: - 난용성 침전물 - 기체 - 저해리성 물질(물) - 안정한 복합화합물 되돌릴 수 없는 지구: 주어진 조건에서 한 방향으로 흐른다. 화학 평형 위치는 온도, 압력 및 농도와 같은 반응 매개변수에 따라 달라집니다. 이러한 요인이 화학 반응에 미치는 영향은 에 표현된 규칙 일반보기 1884년 프랑스 과학자 르 샤틀리에에 의해 르 샤틀리에 원칙의 현대적 공식은 다음과 같습니다.
9. 삶에서 물과 용액의 역할. 용해의 열역학.해결책평형 상태에서 두 개 이상의 물질로 구성된 가변 구성의 균질 시스템입니다. 분류: 1) 무게(거친 분산 시스템): 현탁액(액체 중의 고체) 및 에멀젼(액체 중의 액체) 2) 콜로이드, 졸(미세 분산 시스템). 솔루션의 가치 인생에서: 많은 화학 공정은 관련된 물질이 용해된 상태일 때만 진행됩니다. 가장 중요한 생물학적 체액(혈액, 림프액, 소변, 타액, 땀)은 물에 있는 염분, 단백질, 탄수화물, 지질의 용액입니다. 음식의 동화는 영양소가 용해된 상태로 전환되는 것과 관련이 있습니다. 살아있는 유기체의 생화학 반응은 용액에서 진행됩니다. 생체 유체는 영양소(지방, 아미노산, 산소), 장기 및 조직으로의 약물 수송, 신체에서 대사 산물 배설에 관여합니다. 신체의 액체 매체에서 산도, 염 농도 및 유기물(농도 항상성). 우리 행성에서 가장 흔한 용매는 물. 물의 특징: 열용량의 모든 물질을 능가합니다. 비정상적인 냉각 거동 - 물이 응축되고 가라앉기 시작한 다음 상승합니다(다른 모든 물질은 압축될 때 가라앉음). 승화할 수 있음(물의 승화) - 승화(특정 조건에서 얼음은 먼저 액체 물로 변하지 않고, 즉 녹지 않고 증기로 변할 수 있음); 물은 모든 물질을 용해합니다(유일한 질문은 얼마입니까?). 물의 고유전율(주어진 물질의 두 전하 사이의 상호작용력이 진공보다 몇 배나 작은지를 나타내는 값); 높은 임계 온도; 물은 양쪽성(산이 아닌 염기성이 아님)입니다. 신체의 고분자 구조 (단백질, 지질 ...) 생성에 참여합니다. 막 수송의 기초. 용해 열역학: 열역학 제2법칙에 따르면 피, T=상수이 과정의 결과로 시스템의 Gibbs 에너지가 감소하면 물질은 모든 용매에 자발적으로 용해될 수 있습니다. . G=( H - T S)<0 . (시간- 엔탈피 인자, 시용해의 엔트로피 인자). 액체 및 고체 물질을 녹일 때 에스>0. 액체에 가스 용해 에스<0. 엔탈피 변화는 엔탈피 변화의 대수적 합입니다. H cr결정 격자의 파괴와 엔탈피 변화의 결과 에이솔용매 입자에 의한 용매화로 인해 시간솔 = 시간크 + H솔 . 기체를 녹일 때 엔탈피 시간 cr = 0, 왜냐하면 결정 격자를 파괴하기 위해 에너지를 소비할 필요가 없습니다. 용해되는 동안 엔트로피와 엔탈피가 모두 변할 수 있습니다. 10 . 이상적인 솔루션- 혼합 엔탈피는 0입니다(탄화수소의 균질 혼합물, 분자간 상호 작용의 모든 힘이 평등한 가상 솔루션). 용해도 상수 또는 PR- 이것은 주어진 온도에서 포화 용액의 난용성 전해질 이온 농도의 곱입니다. - 일정한 값 BaCO 3 \u003d Ba + CO 3, Ks \u003d용해 및 침전 조건침전 및 용해 - 전해질 용액에서 일어나는 교환 반응 --- 1) 용액 내 이온 농도의 곱이 용해도 상수 c(Ba) * c(CO 3) > Kpr보다 크면 전해질이 침전됩니다. 2) 그 반대의 경우 침전물이 용해됩니다. 11. 솔루션의 결합 속성. 솔루션의 집합적 속성- 이들은 주어진 조건에서 용해된 물질의 화학적 성질과 동일하고 독립적인 것으로 판명되는 특성입니다. 운동 단위의 수와 열 운동에만 의존하는 솔루션의 속성. 라울의 법칙과 그 결과액체와 평형 상태에 있는 증기를 포화 상태라고 합니다. 순수한 용매에 대한 그러한 증기의 압력(p0)을 순수한 용매의 압력 또는 포화 증기압이라고 합니다. 비휘발성 용질이 포함된 용액의 증기압은 해당 용액의 용매 몰분율에 정비례합니다. p = p0 χr-l여기서 p는 용액에 대한 증기압 PA, p0는 순수한 용매에 대한 증기압 -va, 여기서 Δp는 순수한 용매와 비교한 압력의 실제 변화, χv-va는 물질의 몰분율입니다. 해결책. Raoult의 법칙에는 두 가지가 있습니다. 결과. 그들 중 하나에 따르면 용액의 끓는점이 용매의 끓는점보다 높습니다. 이것은 용액 위의 용매의 포화 증기압이 순수한 용매의 경우보다 더 높은 온도에서 대기압(액체 비등 조건)과 같아지기 때문입니다. 끓는점 Tboil의 증가는 용액의 몰랄 농도에 비례합니다. Tkip = Ke cm여기서 Ke는 ebullioscopic 용매 상수이고 cm는 몰 농도입니다. 두 번째 조사 Raoult의 법칙에 따르면 용액의 동결(결정화) 온도는 순수한 용매의 동결(결정화) 온도보다 낮습니다. 이것은 용매보다 용액에 대한 용매의 더 낮은 증기압 때문입니다. 어는점의 감소(결정화) Тzam은 용액의 몰랄 농도에 비례합니다 : 쌈 = ㅁcm여기서 Kk는 용액의 극저온 상수입니다. 용액의 결정화 온도를 낮추는 조건.결정화는 용액에 대한 용매의 포화 증기압과 고체 용매에 대한 증기압의 동일성입니다. 용액에 대한 용매의 증기압은 항상 순수한 용매보다 낮기 때문에 이 평등은 항상 용매의 빙점보다 낮은 온도에서 달성됩니다. 따라서 해수는 약 -2 ° C의 온도에서 얼기 시작합니다. 용매의 결정화 온도와 용액의 결정화 시작 온도의 차이는 결정화 온도의 감소입니다. 용액의 끓는점 증가 액체총포화증기압이 외부압력과 같아지는 온도에서 끓는다. 어떤 온도에서 용액에 대한 포화 증기의 압력은 순수한 용매보다 낮고 외부 압력과 평등은 더 높은 온도에서 달성됩니다. 따라서 비 휘발성 물질 용액의 끓는점 T는 동일한 압력 T °에서 순수한 용매의 끓는점보다 항상 높으며 무한히 희석 된 비 휘발성 물질 용액의 끓는점 증가는 용질의 성질에 따라 달라지며 용액의 몰 농도에 정비례합니다. 용액과 용매를 분리하는 반투막을 통한 용매의 자발적인 통과 또는 용질의 농도가 다른 두 용액을 분리합니다. 삼투.삼투는 용매 분자만 통과할 수 있는 반투과성 장벽을 통한 용매 분자의 확산으로 인한 것입니다. 용매 분자는 용매에서 용액으로 확산되거나 덜 농축된 용액에서 더 농축된 용액으로 확산됩니다. 삼투압, 단위 표면적당 힘과 같으며 용매 분자가 반투막을 통과하도록 강제합니다. 높이가 h인 삼투압계의 용액 기둥의 압력과 같습니다. 평형 상태에서 외부 압력은 삼투압과 균형을 이룹니다. 이 경우 반투막을 통한 분자의 직접 및 역전이 속도는 동일해집니다. 삼투압은 용질 농도와 온도가 증가함에 따라 증가합니다. 반트 호프삼투압에 대해 이상 기체의 상태 방정식을 적용할 수 있다고 제안했습니다. pV = nRT 또는 p = (n/V) RT p = RT 포함여기서 p는 삼투압(kPa)이고 c는 용액의 몰 농도입니다. 삼투압은 용질의 몰 농도와 온도에 정비례합니다. 삼투는 매우 재생 생물학적 과정에서 중요한 역할, 세포 및 기타 구조로의 물의 흐름을 보장합니다. 삼투압이 같은 용액을 용액이라고 합니다. 등장. 삼투압이 세포내보다 높으면 고장성, 세포내보다 낮으면 저장성이라고 합니다. 등장 계수(또한 van't Hoff factor, i로 표시됨)는 용액에서 물질의 거동을 특성화하는 무차원 매개변수입니다. 다른 시스템 매개 변수는 변경되지 않은 상태에서 주어진 물질 용액의 일부 집합 특성 값과 동일한 농도의 비전해질의 동일한 집합 특성 값의 비율과 수치적으로 동일합니다. 등각증- 전해질, 단백질과 같은 주어진 수준에서 포함된 물질의 농도를 유지하기 때문에 신체의 액체 매체 및 조직에서 삼투압의 상대적 불변성 이것은 신체의 가장 중요한 생리학적 상수 중 하나입니다. 자기 조절 메커니즘(항상성)에 의해 제공됩니다. 용혈- 적혈구의 파괴와 함께 헤모글로빈의 방출. 물리적인 이유고온 및 저온, 초음파, 화학적 용혈성 독극물, 특정 약물 등의 작용을 나타냅니다. 호환되지 않는 혈액의 수혈, 저장 성 용액의 도입 중에 용혈이 발생할 수 있습니다. Plasmolysis- 세포를 고장성 용액에 넣으면 세포의 물이 더 농축된 용액으로 들어가고 세포의 주름이 관찰됩니다.
전해질 용액 이론의 요소. 강하고 약한 전해질. 약한 전해질의 이온화 상수. 오스트발트의 번식법칙. 용액의 이온 강도. 이온의 활동도 및 활동 계수. 체내의 전해질, 전해질로서의 타액.
전해질- 수용액에서 이온성 또는 극성이 높은 공유결합을 갖는 물질로 전해질 해리를 일으켜 양이온과 음이온을 형성한다.
강한 전해질- 완전히 해리될 수 있는 물질. 여기에는 대부분의 염과 분자 구조(HCl)의 일부 물질이 포함됩니다.
약한 전해질미미한 정도로 해리되고, 그 주된 형태는 분자(H2S, 유기산)입니다.
정량적으로 분자 전해질의 해리 능력은 다음과 같이 결정됩니다. 이온화 정도(그것은 전해질 농도에 달려 있습니다 ):
여기서 Ntot는 용액의 총 분자 수입니다. N 이온화는 이온으로 분해되는 분자의 수입니다.
이온화 상수:
여기서 [A], [B]는 붕괴된 이온입니다.
- 이온으로 분해되지 않은 물질.
Ostwald의 희석 법칙:
K=α2c/1-α,
여기서 α는 이온화 정도입니다.
C - 몰 농도
용액의 이온 강도:
I=0.5∑s i z i 2 ,
여기서 c i는 용액 내 이온의 몰 농도, mol/l
z i는 이온 전하입니다.
이온 활성효과적인 농도입니다.
활성은 다음과 같이 몰 농도와 관련이 있습니다.
여기서 f는 활동 인자
체내 전해질: Na 및 Cl신체의 산 - 염기 균형, 삼투압 균형 유지에 참여하십시오. 사뼈 조직과 치아의 구성, 혈액 산도 및 그 응고 조절, 근육 및 신경 조직의 흥분성에서 중요한 역할을 합니다. 에게주로 체액과 연조직에 위치하며, 삼투압을 유지하고 혈액 pH를 조절하는 데 필요한 요소입니다. mg많은 효소 반응의 보조 인자이며 단백질 합성의 모든 단계에서 필요합니다. 살아있는 유기체에서 철산소 교환 과정을 촉매하는 중요한 미량 원소입니다. 공동비타민 B 12의 일부이며 조혈, 기능에 관여 신경계및 간, 효소 반응. 아연비타민 E의 대사에 필수적이며 인슐린, 테스토스테론 및 성장 호르몬을 포함한 신체의 다양한 동화 호르몬 합성에 관여합니다. 미네소타성장, 혈액 형성 및 생식선 기능에 영향을 미칩니다.
전해질로서의 타액복잡한 생화학적 환경이다. H + 및 OH 이온의 수는 "타액의 pH를 결정하며 일반적으로 6.9입니다. pH 값의 값은 구강의 병리학 적 과정의 특성에 따라 다릅니다. 그래서. 전염병타액은 산성입니다. 타액의 무기물 중에는 염소, 브롬, 요오드, 불소의 음이온이 함유되어 있다. 인산염의 음이온, 불소는 전기 화학적 전위의 증가, 염소 음이온 - 이온 전하의 이동에 기여하며 탈분극기 (양극 및 음극 공정을 가속화하는 요인)입니다. 미량 원소는 타액에서 결정됩니다: 철, 구리, 은, 망간, 알루미늄 등. - 거대 원소: 칼슘, 칼륨, 나트륨, 마그네슘, 인.
정성적 고려에서, 반응 속도는 온도가 증가함에 따라 증가해야 한다는 것이 분명합니다. 이 경우 충돌하는 입자의 에너지가 증가하고 충돌 중에 화학적 변형이 발생할 확률이 높아집니다. 화학 역학에서 온도 효과에 대한 정량적 설명을 위해 두 가지 기본 관계인 반호프 규칙과 아레니우스 방정식이 사용됩니다.
반트 호프의 법칙 10 ° C로 가열하면 대부분의 화학 반응 속도가 2-4 배 증가한다는 사실에 있습니다. 수학적으로 이것은 반응 속도가 멱법칙 방식으로 온도에 의존한다는 것을 의미합니다.
, (4.1)
여기서 속도의 온도 계수( = 24)입니다. Van't Hoff의 규칙은 매우 거칠고 매우 제한된 온도 범위에서만 적용됩니다.
훨씬 더 정확한 것은 아레니우스 방정식속도 상수의 온도 의존성 설명:
, (4.2)
어디 아르 자형- 보편적인 기체 상수; ㅏ- 온도에 의존하지 않고 반응 유형에 의해서만 결정되는 사전 지수 인자; 에이 - 활성화 에너지, 일부 임계 에너지로 특징지을 수 있습니다. 대략적으로 말하자면, 충돌하는 입자의 에너지가 에이, 에너지가 초과하면 충돌 중에 반응이 발생하지 않습니다. 에이, 반응이 일어납니다. 활성화 에너지는 온도에 의존하지 않습니다.
그래픽 종속성 케이(티) 다음과 같이:
저온에서는 화학 반응이 거의 발생하지 않습니다. 케이(티) 0. 매우 높은 온도에서 속도 상수는 한계값에 도달하는 경향이 있습니다. 케이(티)ㅏ. 이것은 모든 분자가 화학적으로 활성이고 충돌할 때마다 반응이 일어난다는 사실에 해당합니다.
활성화 에너지는 두 온도에서 속도 상수를 측정하여 결정할 수 있습니다. 식 (4.2)는 다음을 의미합니다.
. (4.3)
보다 정확하게는 활성화 에너지는 여러 온도에서 속도 상수 값에서 결정됩니다. 이를 위해 Arrhenius 방정식(4.2)은 로그 형식으로 작성됩니다.
좌표 ln에 실험 데이터 쓰기 케이 - 1/티. 결과 직선의 기울기의 접선은 - 에이 / 아르 자형.
일부 반응의 경우 사전 지수 인자는 온도에 약간만 의존합니다. 이 경우 이른바 실험적 활성화 에너지:
. (4.4)
사전 지수 인자가 일정하면 실험 활성화 에너지는 Arrhenius 활성화 에너지와 같습니다. 이자형 op = 에이.
예 4-1. Arrhenius 방정식을 사용하여 van't Hoff 규칙이 유효한 온도와 활성화 에너지를 추정합니다.
해결책. 속도 상수의 거듭제곱 법칙 종속성으로 van't Hoff 규칙(4.1)을 표현해 보겠습니다.
,
어디 비- 상수 값. 이 식을 Arrhenius 방정식(4.2)과 비교하여 ~ 값을 취합니다. 이자형 = 2.718:
.
이 근사 평등의 두 부분에 대한 자연 로그를 취합시다.
.
얻어진 관계를 온도에 대해 미분하면 활성화 에너지와 온도 사이에 원하는 관계를 찾을 수 있습니다.
활성화 에너지와 온도가 대략 이 관계를 만족한다면 반호프 법칙을 사용하여 온도가 반응 속도에 미치는 영향을 추정할 수 있습니다.
예 4-2. 70°C에서 1차 반응은 60분 안에 40% 완료됩니다. 활성화 에너지가 60kJ/mol인 경우 120분 동안 반응이 80% 완료되는 온도는 몇 도입니까?
해결책. 1차 반응의 경우 속도 상수는 다음과 같이 전환도로 표시됩니다.
,
여기서 a = 엑스/ㅏ- 변형 정도. Arrhenius 방정식을 고려하여 두 가지 온도에서 이 방정식을 작성합니다.
어디 에이= 60kJ/mol, 티 1 = 343K, 티 1 = 60분, a 1 = 0.4, 티 2 = 120분, a 2 = 0.8. 한 방정식을 다른 방정식으로 나누고 로그를 취하십시오.
위의 양을 이 식에 대입하면 티 2 \u003d 333K \u003d 60oC
예 4-3. -1.1 o C의 온도에서 +2.2 o C의 온도로 이동할 때 물고기 근육의 박테리아 가수분해 속도는 두 배가 됩니다. 이 반응의 활성화 에너지를 추정하십시오.
해결책. 가수분해 속도가 2배 증가하는 것은 속도 상수의 증가로 인한 것입니다. 케이 2 = 2케이하나 . 두 온도에서 속도 상수와 관련된 활성화 에너지는 식 (4.3)에서 다음과 같이 결정할 수 있습니다. 티 1 = 티 1 + 273.15 = 272.05K 티 2 = 티 2 + 273.15 = 275.35K:
130800J/mol = 130.8kJ/mol.
4-1. van't Hoff 규칙을 사용하여 20°C에서 2시간이 걸리는 경우 15분 후에 반응이 끝나는 온도를 계산하십시오. 온도 계수속도는 3입니다. (답변)
4-2. 323K에서 물질의 반감기는 100분이고 353K에서는 15분입니다. 속도의 온도 계수를 결정하십시오.(답)
4-3. 300 K에서 온도가 10 0 С a) 증가함에 따라 반응 속도가 3 배 증가하기 위해서는 활성화 에너지가 얼마입니까? b) 1000K에서?(답변)
4-4. 1차 반응은 25kcal/mol의 활성화 에너지와 5의 사전 지수 인자를 갖습니다. 10 13초 -1 . 이 반응의 반감기는 어떤 온도에서: a) 1분; b) 30일? (답변)
4-5. 0 o C에서 10 o C로 가열하거나 10 o C에서 20 o C로 가열할 때 두 가지 경우 중 반응 속도 상수가 더 많이 증가하는 경우는 어느 것입니까? Arrhenius 방정식을 사용하여 답을 정당화하십시오.(대답)
4-6. 어떤 반응의 활성화 에너지는 다른 반응의 활성화 에너지보다 1.5배 더 큽니다. 에서 가열될 때 티 1 ~ 티 2 두 번째 반응의 속도 상수는 다음에서 증가했습니다. ㅏ한번. 에서 가열했을 때 첫 번째 반응의 속도 상수는 몇 배 증가했습니까? 티 1 ~ 티 2? (답변)
4-7. 복합 반응의 속도 상수는 다음과 같이 기본 단계의 속도 상수로 표현됩니다.
활성화 에너지와 복소 반응의 전지수 인자를 해당하는 양으로 기초 단계와 관련된 양으로 표현하십시오. (답)
4-8. 125°C에서 20분 동안의 1차 비가역 반응에서 출발 물질의 전환율은 60%였고, 145°C에서는 5.5분 내에 동일한 전환율이 달성되었다. 이 반응의 속도상수와 활성화 에너지를 구하라.(대답)
4-9. 25℃의 온도에서 1차 반응은 30분 안에 30%로 완료된다. 활성화 에너지가 30kJ/mol인 경우 반응이 40분 동안 60% 완료되는 온도는 몇 도입니까? (답)
4-10. 25℃의 온도에서 1차 반응은 15분 안에 70%로 완료된다. 활성화 에너지가 50kJ/mol인 경우 15분 동안 반응이 50% 완료되는 온도는 몇 도입니까? (답)
4-11. 1차 반응의 속도 상수는 4.02입니다. 393K 및 1.98에서 10 -4 s -1 . 10 -3 s -1 at 413 K. 이 반응에 대한 사전 지수 인자를 계산하십시오.(답)
4-12. 반응 H 2 + I 2 2HI의 경우, 683K의 온도에서 속도 상수는 0.0659l/(mol. min)이고 온도 716K - 0.375l/(mol. min)입니다. 이 반응의 활성화 에너지와 700K의 온도에서 속도 상수를 구하십시오. (답)
4-13. 2N 2 O 2N 2 + O 2 반응의 경우, 986K의 온도에서 속도 상수는 6.72 l/(mol. min), 1165 K - 977.0 l/(mol. min)의 온도에서입니다. 이 반응의 활성화 에너지와 1053.0 K의 온도에서 속도 상수를 구하십시오. (답)
4-14. H +를 포함하는 이온화 용매의 트리클로로아세테이트 이온은 방정식에 따라 분해됩니다.
H + + CCl 3 COO - CO 2 + CHCl 3
속도 결정 단계는 트리클로로아세테이트 이온에서 C-C 결합의 단분자 절단입니다. 반응은 1차로 진행되며 속도상수는 다음과 같다. 케이= 3.11 . 90 o C에서 10 -4 초 -1, 케이= 7.62. 80 o C에서 10 -5 s -1. a) 활성화 에너지, b) 60 o C에서 속도 상수를 계산합니다. (답)
4-15. 반응 CH 3 COOC 2 H 5 + NaOH * CH 3 COONa + C 2 H 5 OH의 경우 282.6K의 온도에서 속도 상수는 2.307 l/(mol. min), 318.1 K - 21.65의 온도에서 내가 /(몰. 분). 이 반응의 활성화 에너지와 343K의 온도에서 속도 상수를 구하십시오. (답)
4-16. 반응 C 12 H 22 O 11 + H 2 OC 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6, 298.2 K의 온도에서 속도 상수는 0.765 l/(mol. min)이고, 328.2K - 35.5리터/(몰/분). 이 반응의 활성화 에너지와 313.2K의 온도에서 속도 상수를 구하십시오. (답)
4-17. 물질은 속도 상수를 사용하여 두 개의 평행 경로로 분해됩니다. 케이 1 및 케이 2. 10 o C에서 이 두 반응의 활성화 에너지의 차이는 얼마입니까? 케이 1 /케이 2 = 10, 40 o C에서 케이 1 /케이 2 = 0.1? (답변)
4-18. 같은 차수의 두 반응에서 활성화 에너지의 차이는 다음과 같습니다. 이자형 2 - 이자형 1 = 40kJ/mol. 293K의 온도에서 속도 상수의 비율은 다음과 같습니다. 케이 1 /케이 2 \u003d 2. 속도 상수는 어떤 온도에서 같습니까? (답변)
4-19. 수용액에서 아세톤 디카르복실산의 분해는 1차 반응입니다. 이 반응의 속도 상수는 다양한 온도에서 측정되었습니다.
활성화 에너지와 사전 지수 인자를 계산합니다. 25°C에서 반감기는 얼마입니까?
온도가 상승하면 일반적으로 화학 공정의 속도가 증가합니다. 1879년에 네덜란드 과학자 J. Van't Hoff는 경험적 규칙을 공식화했습니다. 온도가 10K 증가하면 대부분의 화학 반응 속도는 2-4배 증가합니다.
규칙의 수학적 표기법 I. 반트 호프:
γ 10 \u003d (k t + 10) / k t, 여기서 k t는 온도 T에서 반응의 속도 상수입니다. k t+10 - 온도 T+10에서 반응 속도 상수; γ 10 - Van't Hoff 온도 계수. 값의 범위는 2에서 4입니다. 생화학적 과정γ 10은 7에서 10까지 다양합니다.
모든 생물학적 과정은 45-50°C의 특정 온도 범위에서 진행됩니다. 최적의 온도는 36~40°C입니다. 온혈 동물의 몸에서 이 온도는 해당 생체 시스템의 온도 조절로 인해 일정하게 유지됩니다. 생물계를 연구할 때 온도 계수 γ 2 , γ 3 , γ 5 가 사용됩니다. 비교를 위해 γ 10 으로 가져옵니다.
반 호프 규칙에 따라 온도에 대한 반응 속도의 의존성은 다음 방정식으로 나타낼 수 있습니다.
V 2 /V 1 \u003d γ ((T 2 -T 1) / 10)
활성화 에너지.온도가 증가함에 따라 반응 속도가 크게 증가하는 것은 반응 물질 입자 간의 충돌 횟수가 증가하는 것으로만 설명할 수 없습니다. 기체의 운동 이론에 따르면 온도가 증가함에 따라 충돌 횟수가 약간 증가하기 때문입니다. 온도 증가에 따른 반응 속도의 증가는 화학 반응이 반응 물질 입자의 충돌로 발생하지 않고 충돌 순간에 필요한 초과 에너지를 갖는 활성 입자의 만남으로만 발생한다는 사실에 의해 설명됩니다.
비활성 입자를 활성 입자로 바꾸는 데 필요한 에너지를 활성화 에너지(Ea). 활성화 에너지 - 과잉, 평균값과 비교하여 충돌할 때 반응 물질이 반응에 들어가는 데 필요한 에너지입니다. 활성화 에너지는 몰당 킬로줄(kJ/mol)로 측정됩니다. 일반적으로 E는 40~200kJ/mol입니다.
발열 및 흡열 반응의 에너지 다이어그램이 그림 1에 나와 있습니다. 2.3. 모든 화학 공정의 경우 초기, 중간 및 최종 상태를 구별하는 것이 가능합니다. 에너지 장벽의 상단에서 반응물은 활성화된 착물 또는 전이 상태라고 하는 중간 상태에 있습니다. 활성화된 착물의 에너지와 시약의 초기 에너지의 차이는 Ea이고, 반응 생성물과 출발 물질(시약)의 에너지 차이는 반응열인 ΔН이다. ΔH와 달리 활성화 에너지는 항상 양의 값입니다. 발열 반응의 경우(그림 2.3, a), 생성물은 반응물(Ea< ΔН).
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Ea는 반응 속도를 결정하는 주요 요소입니다. Ea > 120kJ/mol(에너지 장벽이 더 높고 시스템의 활성 입자 수가 적음)이면 반응이 느립니다. 그리고 그 반대의 경우 Ea< 40 кДж/моль, реакция осуществляется с большой скоростью.
복잡한 생체 분자와 관련된 반응의 경우 입자의 충돌 중에 형성된 활성화된 복합체에서 분자의 반응 영역만 변형을 겪기 때문에 분자는 특정 방식으로 공간에서 배향되어야 한다는 사실을 고려해야 합니다. 크기에 비해 작습니다.
온도 T 1 과 T 2 에서 속도 상수 k 1 과 k 2 를 알면 Ea 값을 계산할 수 있습니다.
생화학 적 공정에서 활성화 에너지는 무기 에너지보다 2-3 배 적습니다. 동시에 이물질, 생체이물과 관련된 반응의 Ea는 기존의 생화학 공정의 Ea를 훨씬 능가합니다. 이 사실은 외부 물질의 영향으로부터 시스템의 자연적인 생물학적 보호입니다. 인체에 대한 자연스러운 반응은 Ea가 낮은 유리한 조건에서 발생하고 외부 반응의 경우 Ea가 높습니다. 이것은 생화학 적 과정의 주요 특징 중 하나를 특징 짓는 유전자 장벽입니다.
화학 반응의 속도는 온도에 따라 달라지며 온도가 올라갈수록 반응 속도가 빨라집니다. 네덜란드 과학자 Van't Hoff는 온도가 10도 상승하면 대부분의 반응 속도가 2-4배 증가한다는 것을 보여주었습니다.
VT 2 = VT 1 *y(T2-T1)/10
여기서 VT 2 및 VT 1은 온도 T 2 및 T 1에서의 반응 속도입니다. y는 반응속도의 온도계수로, 온도가 10K 증가할 때 반응속도가 몇 배나 증가하는지를 나타낸다.
1 mol/l의 반응물 농도에서 반응 속도는 수치적으로 속도 상수 k와 같습니다. 그러면 방정식은 속도 상수가 공정의 속도와 같은 방식으로 온도에 의존한다는 것을 보여줍니다.
3. 할로겐화수소 방출과 함께 제거(제거) 반응의 변형을 작성하십시오..
C 2 H 5 Cl \u003d C 2 H 4 + HCl
티켓 번호 4
1. "원자 질량", "분자 질량", "물질의 몰"이란 무엇이며 원자 질량 단위(a.m.u.)로 간주되는 것은 무엇입니까?
ATOMIC MASS - 원자 질량 단위(a.m.u.)의 원자 질량. 단위당. 예를 들어, 탄소 12 동위 원소 질량의 1/12이 허용됩니다.
오전 \u003d 1/12 m 12 6 C \u003d 1.66 * 10 -24
MOLECULAR WEIGHT - 화합물의 몰 질량으로, 탄소 12 원자의 몰 질량의 1/12를 나타냅니다.
MOL - 12 a에서와 같은 수의 입자 또는 구조 단위(원자, 이온, 분자, 라디칼, 전자, 등가물 등)를 포함하는 물질의 양. e.m. 동위 원소 탄소 12.
촉매가 있을 때 반응 속도를 높이는 공식.
촉매를 사용하여 Ea(활성화 에너지) 값을 변경할 수 있습니다. 반응 과정에 참여하지만 소비되지 않는 물질을 촉매라고 합니다. 이 현상 자체를 촉매라고 합니다. 촉매 존재 시 반응 속도의 증가는 다음 식에 의해 결정됩니다.
촉매가 반응물과 동일한 상인지 또는 독립 상을 형성하는지에 따라 균질 또는 불균일 촉매라고 합니다. 촉매 작용의 메커니즘은 동일하지 않지만 두 경우 모두 Ea의 감소로 인해 반응이 가속화됩니다. 반응 속도를 감소시키는 억제제인 많은 특정 촉매가 있습니다.
여기서 촉매 공정의 매개변수는 V, k, Ea-비촉매 공정입니다.
탄소 함유 무기 물질이 산소에서 연소되는 반응을 기술하여 산화제와 환원제, 반응 전후의 탄소 산화 상태를 나타냅니다.
C - 환원제, 산화공정
O - 산화제, 환원 공정
티켓 번호 5
1. 원소의 "전기음성도", "가", "산화상태"는 무엇이며 이를 결정하는 기본 규칙은 무엇입니까?
산화 상태 - 화합물이 이온으로 구성되어 있다고 가정하여 얻은 원소 원자의 조건부 전하. 양수, 음수, 0, 분수일 수 있으며 요소 기호의 오른쪽 상단 인덱스 형태로 "+" 또는 "-" 기호가 있는 아라비아 숫자로 표시됩니다. C 1-, O 2-, H + , Mg 2+, N 3-, N 5+ , Cr 6+ .
화합물(이온)에 있는 원소의 산화 상태(s.o.)를 결정하기 위해 다음 규칙이 사용됩니다.
1 단순 물질(H2, S8, P4) p. 에 대한. 0과 같습니다.
2 상수 p. 에 대한. 알칼리(E+) 및 알칼리 토류(E2+) 원소와 불소 P-를 가지고 있습니다.
3 대부분의 화합물의 수소에는 s가 있습니다. 에 대한. H + (H2O, CH4, HCl), 수소화물 - H-(-NaH, CaH2); 에서. 에 대한. 산소는 일반적으로 과산화물(-O-O-) - 1(O-)에서 -2(O2-)와 같습니다.
4 비금속의 이원 화합물에서 음수 p. 에 대한. 오른쪽 요소에 할당됨).
5 대수합 p. 에 대한. 분자는 0이고 이온은 전하입니다.
특정 수의 다른 원자를 부착하거나 대체하는 원자의 능력을 VALENCE라고 합니다. 원자가의 척도는 수소가 1이고 산소가 2가인 경우 원소에 부착된 수소 또는 산소 원자의 수입니다.
대부분의 화학 반응 속도는 온도가 증가함에 따라 증가합니다. 반응물의 농도는 실질적으로 온도와 무관하므로 반응의 동역학 방정식에 따라 반응 속도에 대한 온도의 주요 영향은 반응 속도 상수의 변화를 통한 것입니다. 온도가 증가함에 따라 충돌하는 입자의 에너지가 증가하고 충돌 중에 화학적 변형이 발생할 확률이 높아집니다.
온도에 대한 반응 속도의 의존성은 온도 계수 값으로 특징지을 수 있습니다.
작은 온도 범위에서 상온(273-373K)에서 많은 화학 반응 속도에 대한 온도의 영향에 대한 실험 데이터에 따르면 온도가 10도 증가하면 반응 속도가 2-4배 증가합니다(van '호프 법칙).
반트 호프에 따르면 속도 상수의 온도 계수(반트 호프 계수)는 온도의 증가에 따른 반응 속도의 증가이다. 10학위.
(4.63)
여기서 및 는 온도에서의 속도 상수이고 ; 는 반응 속도의 온도 계수입니다.
온도가 ~로 올라갈 때 N수십 도에서 비율 상수의 비율은 다음과 같습니다.
어디 N정수 또는 소수일 수 있습니다.
Van't Hoff의 법칙은 근사 법칙입니다. 온도 계수가 온도에 따라 변하기 때문에 좁은 온도 범위에서 적용 가능합니다.
온도에 대한 반응 속도 상수의 보다 정확한 의존성은 반경험적 Arrhenius 방정식으로 표현됩니다.
여기서 A는 온도에 의존하지 않고 반응 유형에 의해서만 결정되는 사전 지수 인자입니다. 이 -화학 반응의 활성화 에너지. 활성화 에너지는 반응 경로에서 에너지 장벽의 높이를 특성화하는 특정 임계값 에너지로 나타낼 수 있습니다. 활성화 에너지는 또한 온도에 의존하지 않습니다.
이 의존성은 19세기 말에 확립되었습니다. 네덜란드 과학자 Arrhenius는 기본 화학 반응에 대해 설명합니다.
직접 활성화 에너지( 이자형 1) 및 역( 이자형 2) 반응은 반응 D의 열 효과와 관련이 있습니다. 시간비율(그림 1 참조):
이자형 1 – 이자형 2=D N.
반응이 흡열이고 D인 경우 H> 0, 그럼 이자형 1 > 이 2와 정반응의 활성화 에너지가 역반응보다 크다. 반응이 발열성인 경우, 이자형 1 < Е 2 .
미분 형식의 Arrhenius 방정식(101)은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.
다음 방정식에서 다음과 같이 나타납니다. 더 많은 에너지 E가 활성화되면 온도에 따라 반응 속도가 더 빨라집니다.
변수 분리 케이그리고 티그리고 고려 이자형상수 값, 방정식(4.66)을 적분한 후 다음을 얻습니다.
쌀. 5. 그래프 ln 케이–1/T.
, (4.67)
여기서 A는 비율 상수의 차원을 갖는 사전 지수 인자입니다. 이 방정식이 유효하면 좌표 그래프에서 실험 점은 가로축에 대한 각도 a에서 직선에 위치하고 기울기()는 와 같으므로 의 활성화 에너지를 계산할 수 있습니다. 방정식에 따라 온도에 대한 속도 상수의 의존성으로부터의 화학 반응 .
화학 반응의 활성화 에너지는 방정식을 사용하여 두 가지 다른 온도에서 속도 상수 값에서 계산할 수 있습니다
. (4.68)
Arrhenius 방정식의 이론적 유도는 기본 반응에 대해 이루어집니다. 그러나 경험에 따르면 대다수의 복잡한 반응도 이 방정식을 따릅니다. 그러나 복잡한 반응의 경우 Arrhenius 방정식에서 활성화 에너지와 사전 지수 인자는 명확한 물리적 의미를 갖지 않습니다.
Arrhenius 방정식(4.67)을 사용하면 좁은 온도 범위에서 광범위한 반응을 만족스럽게 설명할 수 있습니다.
온도에 대한 반응 속도의 의존성을 설명하기 위해 수정된 Arrhenius 방정식도 사용됩니다.
,
(4.69)
이미 3개의 매개변수가 포함되어 있습니다. : 하지만, 이자형그리고 N.
식 (4.69)는 용액에서 일어나는 반응에 널리 사용됩니다. 일부 반응의 경우 온도에 대한 반응 속도 상수의 의존성은 위에 주어진 의존성과 다릅니다. 예를 들어, 3차 반응에서 속도 상수는 온도가 증가함에 따라 감소합니다. 연쇄 발열 반응에서 반응 속도 상수는 특정 한계 이상의 온도에서 급격히 증가합니다(열 폭발).
4.5.1. 문제 해결의 예
실시예 1온도 상승에 따른 일부 반응의 속도 상수는 다음과 같이 변경되었습니다. 티 1 = 20°C;
케이 1 \u003d 2.76 10 -4분 -하나 ; 티 2 \u003d 50 0 C; 케이 2 = 137.4 10 -4분 -1 화학 반응의 속도 상수의 온도 계수를 결정합니다.
해결책. van't Hoff 규칙을 사용하면 관계에서 속도 상수의 온도 계수를 계산할 수 있습니다.
G N= =2 ¸ 4, 여기서 N = = =3;
g 3 \u003d \u003d 49.78 g \u003d 3.68
실시예 2 van't Hoff 규칙을 사용하여 20℃의 온도에서 120분이 걸렸다면 15분 후에 반응이 끝나는 온도를 계산하십시오. 반응속도의 온도계수는 3이다.
해결책.분명히 반응 시간이 더 짧습니다( 티), 반응의 속도 상수가 클수록:
3N = 8, N ln3 = ln8, n== .
15분 후에 반응이 종료되는 온도는 다음과 같습니다.
20 + 1.9 × 10 \u003d 39 0 C.
실시예 3 282.4 K의 온도에서 아세트산-에틸 에스테르와 알칼리 용액의 비누화 반응의 속도 상수는 2.37 l 2 / mol 2 min과 같습니다. , 그리고 287.40K의 온도에서 3.2 l 2 / mol 2 min과 같습니다. 이 반응의 속도상수가 4가 되는 온도를 구하시오.
해결책.
1. 두 온도에서 속도 상수 값을 알면 반응의 활성화 에너지를 찾을 수 있습니다.
= 
= 40.8kJ/mol.
2. Arrhenius 방정식에서 활성화 에너지 값 알기
,
자제를 위한 질문과 과제.
1. "Arrhenius" 매개변수라고 하는 수량은 무엇입니까?
2. 화학 반응의 활성화 에너지를 계산하는 데 필요한 최소한의 실험 데이터는 얼마입니까?
3. 속도상수의 온도계수가 온도에 의존함을 보여라.
4. Arrhenius 방정식에서 편차가 있습니까? 이 경우 온도에 대한 속도 상수의 의존성을 어떻게 설명할 수 있습니까?
복잡한 반응의 역학
반응은 원칙적으로 모든 초기 입자가 반응 생성물로 직접 전환되는 직접적인 상호 작용을 통해 진행되지 않지만 여러 기본 단계로 구성됩니다. 이것은 화학량론적 방정식에 따라 3개 이상의 입자가 참여하는 반응에 주로 적용됩니다. 그러나 2개 또는 1개의 입자의 반응조차도 단순한 이분자 또는 단분자 메커니즘이 아니라 더 복잡한 경로, 즉 여러 기본 단계를 통해 진행되는 경우가 많습니다.
출발 물질의 소비와 반응 생성물의 형성이 동시에 또는 순차적으로 발생할 수 있는 일련의 기본 단계를 통해 발생하는 경우 반응을 복합 반응이라고 합니다. 동시에 출발 물질도 아니고 반응 생성물(중간 물질)도 아닌 물질의 참여로 일부 단계가 발생합니다.
복잡한 반응의 예로서 에틸렌의 염소화 반응과 디클로로에탄 형성의 반응을 고려할 수 있습니다. 직접적인 상호 작용은 높은 에너지 장벽을 극복하는 것과 관련된 4개의 구성원으로 구성된 활성화된 복합체를 통과해야 합니다. 그러한 프로세스의 속도는 낮습니다. 시스템에서 원자가 어떤 방식으로든(예: 빛의 작용하에) 형성되면 프로세스는 사슬 메커니즘에 따라 진행될 수 있습니다. 원자는 이중 결합에서 쉽게 결합하여 자유 라디칼을 형성합니다. 이 자유 라디칼은 분자에서 원자를 쉽게 떼어내어 최종 생성물을 형성할 수 있으며, 그 결과 자유 원자가 재생됩니다.
이 두 단계의 결과로 한 분자와 한 분자는 생성물 분자로 변환되고 재생된 원자는 다음 에틸렌 분자와 상호 작용합니다. 두 단계 모두 활성화 에너지가 낮고 이러한 방식으로 빠른 반응을 제공합니다. 자유 원자와 자유 라디칼의 재조합 가능성을 고려하면 전체 공정 계획은 다음과 같이 작성할 수 있습니다.
모든 다양성으로 인해 복잡한 반응은 여러 유형의 복잡한 반응의 조합으로 축소될 수 있습니다. 병렬, 순차 및 직렬 병렬 반응.
두 단계를 호출 연속적인한 단계에서 형성된 입자가 다른 단계의 초기 입자인 경우. 예를 들어, 위의 계획에서 첫 번째 단계와 두 번째 단계는 순차적입니다.
.
두 단계를 호출 평행 한, 동일한 입자가 둘 다 초기에 참여하는 경우. 예를 들어, 반응 방식에서 네 번째와 다섯 번째 단계는 평행합니다.
두 단계를 호출 직렬 병렬, 이 단계에 참여하는 입자 중 하나에 대해 평행하고 다른 입자에 대해 순차적인 경우.
직렬 병렬 단계의 예는 이 반응식의 두 번째 및 네 번째 단계입니다.
에게 형질반응이 복잡한 메커니즘에 따라 진행된다는 사실에는 다음과 같은 징후가 포함됩니다.
반응 순서와 화학량론적 계수의 불일치;
온도, 초기 농도 및 기타 조건에 따라 제품의 구성을 변경합니다.
에 추가할 때 프로세스 속도를 높이거나 낮춥니다. 반응 혼합물소량의 물질;
반응 속도 등에 대한 용기의 재료 및 치수의 영향
복잡한 반응의 동역학 분석에서는 다음과 같은 독립 원리가 적용됩니다. "시스템에서 여러 개의 간단한 반응이 동시에 발생하면 이 반응이 유일한 반응인 것처럼 화학 동역학의 기본 가정이 각각에 적용됩니다." 이 원리는 다음과 같이 공식화될 수도 있습니다. "기본 반응의 속도 상수 값은 주어진 시스템에서 다른 기본 반응이 동시에 진행되는지 여부에 의존하지 않습니다."
독립의 원리는 복잡한 메커니즘에 따라 진행되는 대부분의 반응에 유효하지만 일부 간단한 반응이 다른 반응의 진행에 영향을 미치는 반응(예: 결합 반응)이 있기 때문에 보편적이지 않습니다.
중요성복잡한 화학 반응의 연구에서 원리는 미세 가역성또는 상세한 균형:
복잡한 과정에서 화학 평형이 설정되면 순방향 및 역방향 반응의 속도는 각 기본 단계에서 동일해야 합니다.
복잡한 반응이 발생하는 가장 일반적인 경우는 반응이 다른 속도로 진행되는 몇 가지 간단한 단계를 통해 진행될 때입니다. 속도의 차이는 반응 생성물을 얻는 동역학이 오직 한 반응의 법칙에 의해 결정될 수 있다는 사실로 이어진다. 예를 들어 병렬 반응의 경우 전체 프로세스의 속도는 가장 빠른 단계의 속도에 의해 결정되고 순차 반응의 경우 가장 느린 단계의 속도에 따라 결정됩니다. 따라서 상수에 큰 차이가 있는 병렬 반응의 동역학을 분석할 때 느린 단계의 속도는 무시할 수 있으며, 순차 반응을 분석할 때는 빠른 반응의 속도를 결정할 필요가 없습니다.
순차적 반응에서 가장 느린 반응을 제한. 제한 단계는 가장 작은 속도 상수를 갖습니다.
복잡한 반응의 개별 단계의 속도 상수 값이 가까우면 전체 운동 계획에 대한 완전한 분석이 필요합니다.
많은 경우에 속도 결정 단계 개념의 도입은 그러한 시스템을 고려하는 수학적 측면을 단순화하고 복잡한 다단계 반응의 동역학이 예를 들어 첫 번째와 같은 간단한 방정식으로 잘 설명된다는 사실을 설명합니다. 주문하다.
이름 유리에 중간 이름의 영향
이름 Ilya - 의미와 금기 사항
아기가 계속 울어요
Aidar라는 이름의 의미, 이름의 신비
이름 Ilya - 의미와 금기 사항