Faktor yang menentukan kadar tindak balas kimia. Kimia fizikal

Konsep "kelajuan" sering dijumpai dalam kesusasteraan. Ia diketahui dari fizik bahawa apa jarak yang lebih jauh akan mengatasi badan material(orang, kereta api, kapal angkasa) untuk tempoh masa tertentu, semakin tinggi kelajuan badan ini.

Bagaimana untuk mengukur kelajuan tindak balas kimia, yang "tidak pergi ke mana-mana" dan tidak meliputi sebarang jarak? Untuk menjawab soalan ini, anda perlu mengetahui apa Sentiasa perubahan dalam mana-mana tindak balas kimia? Oleh kerana sebarang tindak balas kimia adalah proses menukar bahan, bahan asal hilang di dalamnya, bertukar menjadi produk tindak balas. Oleh itu, semasa tindak balas kimia, jumlah bahan sentiasa berubah, bilangan zarah bahan permulaan berkurangan, dan oleh itu ia kepekatan (C).

Tugas Peperiksaan Negeri Bersatu. Kadar tindak balas kimia adalah berkadar dengan perubahan:

kepekatan bahan per unit masa;
jumlah bahan per unit isipadu;
jisim bahan per unit isipadu;
isipadu bahan semasa tindak balas.

Sekarang bandingkan jawapan anda dengan jawapan yang betul:

kadar tindak balas kimia adalah sama dengan perubahan kepekatan bahan tindak balas per unit masa

di mana C 1 Dan daripada 0- kepekatan bahan tindak balas, masing-masing akhir dan awal; t 1 Dan t 2- masa percubaan, tempoh masa akhir dan awal, masing-masing.

soalan. Nilai manakah yang anda fikir lebih besar: C 1 atau daripada 0? t 1 atau t 0?

Oleh kerana bahan tindak balas sentiasa digunakan dalam tindak balas tertentu, maka

Oleh itu, nisbah kuantiti ini sentiasa negatif, dan kelajuan tidak boleh menjadi kuantiti negatif. Oleh itu, tanda tolak muncul dalam formula, yang pada masa yang sama menunjukkan bahawa kelajuan mana-mana tindak balas dari masa ke masa (dalam keadaan malar) sentiasa berkurangan.

Jadi, kadar tindak balas kimia ialah:

Timbul persoalan: dalam unit apakah kepekatan bahan tindak balas (C) harus diukur dan mengapa? Untuk menjawabnya, anda perlu memahami apa syarat itu utama untuk sebarang tindak balas kimia berlaku.

Agar zarah bertindak balas, ia mesti sekurang-kurangnya berlanggar. sebab tu semakin tinggi bilangan zarah* (bilangan mol) per unit isipadu, semakin kerap ia berlanggar, semakin tinggi kebarangkalian tindak balas kimia.

* Baca tentang apa itu "tahi lalat" dalam pelajaran 29.1.

Oleh itu, apabila mengukur kadar proses kimia, mereka menggunakan kepekatan molar bahan dalam campuran bertindak balas.

Kepekatan molar sesuatu bahan menunjukkan berapa mol bahan itu terkandung dalam 1 liter larutan

Jadi, semakin besar kepekatan molar bahan bertindak balas, semakin banyak zarah per unit isipadu, semakin kerap ia berlanggar, semakin tinggi (dengan yang lain. syarat sama rata) kadar tindak balas kimia. Oleh itu, undang-undang asas kinetik kimia (ini adalah sains kadar tindak balas kimia) ialah hukum tindakan massa.

Kadar tindak balas kimia adalah berkadar terus dengan hasil kepekatan bahan tindak balas.

Untuk tindak balas jenis A + B →... secara matematik hukum ini boleh dinyatakan seperti berikut:

Jika tindak balas adalah lebih kompleks, contohnya, 2A + B → atau, yang sama, A + A + B → ..., maka

Oleh itu, eksponen muncul dalam persamaan kelajuan « dua» , yang sepadan dengan pekali 2 dalam persamaan tindak balas. Untuk persamaan yang lebih kompleks, eksponen besar biasanya tidak digunakan. Ini disebabkan oleh fakta bahawa kebarangkalian perlanggaran serentak bagi, katakan, tiga molekul A dan dua molekul B adalah sangat kecil. Oleh itu, banyak tindak balas berlaku dalam beberapa peringkat, di mana tidak lebih daripada tiga zarah berlanggar, dan setiap peringkat proses berjalan pada kelajuan tertentu. Kelajuan ini dan persamaan halaju kinetik untuknya ditentukan secara eksperimen.

Persamaan kadar tindak balas kimia di atas (3) atau (4) hanya sah untuk homogen tindak balas, iaitu untuk tindak balas sedemikian apabila bahan bertindak balas tidak dipisahkan oleh permukaan. Sebagai contoh, tindak balas berlaku dalam larutan akueus, dan kedua-dua bahan tindak balas sangat larut dalam air atau sebarang campuran gas.

Perkara lain pula apabila ia berlaku heterogen tindak balas. Dalam kes ini, terdapat antara muka antara bahan yang bertindak balas, sebagai contoh, karbon dioksida gas bertindak balas dengan air penyelesaian alkali. Dalam kes ini, mana-mana molekul gas berkemungkinan sama untuk bertindak balas, kerana molekul ini bergerak dengan cepat dan huru-hara. Bagaimana dengan zarah larutan cecair? Zarah-zarah ini bergerak sangat perlahan, dan zarah-zarah alkali yang "di bahagian bawah" hampir tidak mempunyai peluang untuk bertindak balas dengan karbon dioksida, jika larutan tidak sentiasa dikacau. Hanya zarah yang "berbaring di permukaan" akan bertindak balas. Jadi untuk heterogen tindak balas -

kadar tindak balas bergantung pada saiz permukaan antara muka, yang meningkat dengan pengisaran.

Oleh itu, selalunya bahan yang bertindak balas dihancurkan (contohnya, dilarutkan dalam air), makanan dikunyah dengan teliti, dan semasa proses memasak - dikisar, melalui penggiling daging, dll. Produk makanan yang tidak dihancurkan secara praktikalnya tidak hadam!

Justeru, dengan kelajuan maksimum(perkara lain adalah sama) tindak balas homogen berlaku dalam larutan dan antara gas (jika gas ini bertindak balas pada keadaan ambien), dan dalam larutan di mana molekul terletak "berdekatan", dan pengisaran adalah sama seperti dalam gas (dan lebih banyak lagi. !), - kelajuan tindak balas lebih tinggi.

Tugas Peperiksaan Negeri Bersatu. Tindak balas yang manakah berlaku pada kadar terpantas di suhu bilik:

karbon dengan oksigen;
besi dengan asid hidroklorik;
besi dengan larutan asid asetik
larutan alkali dan asid sulfurik.

DALAM dalam kes ini kita perlu mencari proses mana yang homogen.

Perlu diingatkan bahawa kadar tindak balas kimia antara gas atau tindak balas heterogen di mana gas mengambil bahagian juga bergantung kepada tekanan, kerana dengan peningkatan tekanan gas dimampatkan dan kepekatan zarah meningkat (lihat formula 2). Kadar tindak balas di mana gas tidak terlibat tidak dipengaruhi oleh perubahan tekanan.

Tugas Peperiksaan Negeri Bersatu. Kadar tindak balas kimia antara larutan asid dan besi tidak terjejas

kepekatan asid;
pengisaran besi;
suhu tindak balas;
peningkatan tekanan.

Akhirnya, kelajuan tindak balas juga bergantung kepada kereaktifan bahan. Sebagai contoh, jika oksigen bertindak balas dengan bahan, maka, benda lain adalah sama, kadar tindak balas akan lebih tinggi daripada apabila bahan yang sama berinteraksi dengan nitrogen. Hakikatnya ialah kereaktifan oksigen adalah lebih tinggi daripada nitrogen. Kita akan melihat sebab fenomena ini dalam bahagian Tutorial seterusnya (pelajaran 14).

Tugas Peperiksaan Negeri Bersatu. Tindak balas kimia antara asid hidroklorik dan

tembaga;
besi;
magnesium;
zink

Perlu diingatkan bahawa tidak setiap perlanggaran molekul membawa kepada interaksi kimia mereka (tindak balas kimia). Dalam campuran gas hidrogen dan oksigen di keadaan biasa beberapa bilion perlanggaran berlaku sesaat. Tetapi tanda-tanda awal tindak balas (titisan air) akan muncul dalam kelalang hanya selepas beberapa tahun. Dalam kes sedemikian mereka mengatakan bahawa tindak balas boleh dikatakan tidak berfungsi. Tetapi dia mungkin, jika tidak, bagaimana untuk menerangkan fakta bahawa apabila campuran ini dipanaskan hingga 300 °C, kelalang cepat kabus, dan pada suhu 700 °C letupan yang dahsyat akan berlaku! Ia bukan untuk apa-apa bahawa campuran hidrogen dan oksigen dipanggil "gas letupan."

soalan. Mengapakah anda fikir kadar tindak balas meningkat dengan begitu mendadak apabila dipanaskan?

Kadar tindak balas meningkat kerana, pertama, bilangan perlanggaran zarah meningkat, dan kedua, bilangan aktif perlanggaran. Ia adalah perlanggaran aktif zarah yang membawa kepada interaksi mereka. Agar perlanggaran sedemikian berlaku, zarah mesti mempunyai jumlah tenaga tertentu.

Tenaga yang mesti dimiliki oleh zarah supaya tindak balas kimia berlaku dipanggil tenaga pengaktifan.

Tenaga ini dibelanjakan untuk mengatasi daya tolakan antara elektron luar atom dan molekul dan untuk pemusnahan "lama" ikatan kimia.

Persoalannya timbul: bagaimana untuk meningkatkan tenaga zarah bertindak balas? Jawapannya mudah - meningkatkan suhu, kerana dengan peningkatan suhu kelajuan pergerakan zarah meningkat, dan, akibatnya, mereka tenaga kinetik.

peraturan van't Hoff*:

Untuk setiap kenaikan suhu 10 darjah, kadar tindak balas meningkat sebanyak 2-4 kali.

VANT-HOFF Jacob Hendrik(08/30/1852–03/1/1911) - Ahli kimia Belanda. Salah seorang pengasas kimia fizikal dan stereokimia. Hadiah Nobel dalam Kimia No. 1 (1901).

Perlu diingatkan bahawa peraturan ini (bukan undang-undang!) telah ditubuhkan secara eksperimen untuk tindak balas yang "mudah" untuk pengukuran, iaitu, untuk tindak balas sedemikian yang berjalan tidak terlalu cepat atau terlalu perlahan dan pada suhu yang boleh diakses oleh penguji (tidak terlalu tinggi dan tidak terlalu rendah).

soalan. Pada pendapat anda, apakah cara terpantas untuk memasak kentang: rebus atau goreng dalam lapisan minyak?

Untuk memahami dengan betul maksud fenomena yang diterangkan, anda boleh membandingkan molekul yang bertindak balas dengan sekumpulan pelajar yang akan melompat tinggi. Jika mereka diberi penghadang setinggi 1 m, maka pelajar perlu berlari ke atas (meningkatkan "suhu") mereka untuk mengatasi halangan tersebut. Namun begitu, akan sentiasa ada pelajar (“molekul tidak aktif”) yang tidak akan dapat mengatasi halangan ini.

Apa nak buat? Jika anda mematuhi prinsip: "Orang pintar tidak akan mendaki gunung, orang pintar akan memintas gunung," maka anda hanya perlu menurunkan penghalang, katakan, kepada 40 cm Kemudian mana-mana pelajar akan dapat mengatasinya penghalang. hidup tahap molekul ia bermaksud: untuk meningkatkan kadar tindak balas, adalah perlu untuk mengurangkan tenaga pengaktifan dalam sistem tertentu.

Dalam proses kimia sebenar, fungsi ini dilakukan oleh pemangkin.

Pemangkin ialah bahan yang mengubah kadar tindak balas kimia semasa kekal tidak berubah menjelang akhir tindak balas kimia.

Pemangkin mengambil bahagian dalam tindak balas kimia, berinteraksi dengan satu atau lebih bahan permulaan. Dalam kes ini, sebatian perantaraan terbentuk dan tenaga pengaktifan berubah. Jika perantara lebih aktif (kompleks aktif), maka tenaga pengaktifan berkurangan dan kadar tindak balas meningkat.

Sebagai contoh, tindak balas antara SO 2 dan O 2 berlaku dengan sangat perlahan, dengan keadaan biasa boleh dikatakan tidak berfungsi. Tetapi dengan kehadiran NO, kadar tindak balas meningkat secara mendadak. Pertama NO sangat laju bertindak balas dengan O2:

terhasil nitrogen dioksida cepat bertindak balas dengan sulfur(IV) oksida:

Tugasan 5.1. Menggunakan contoh ini, tunjukkan bahan mana yang merupakan mangkin dan yang mana kompleks aktif.

Sebaliknya, jika lebih banyak sebatian pasif terbentuk, tenaga pengaktifan boleh meningkat dengan begitu banyak sehingga tindak balas boleh dikatakan tidak berlaku di bawah keadaan ini. Pemangkin sedemikian dipanggil perencat.

Dalam amalan, kedua-dua jenis mangkin digunakan. Jadi pemangkin organik istimewa - enzim- mengambil bahagian dalam semua proses biokimia: pencernaan makanan, penguncupan otot, pernafasan. Kehidupan tidak boleh wujud tanpa enzim!

Inhibitor diperlukan untuk melindungi produk logam daripada kakisan, yang mengandungi lemak produk makanan daripada pengoksidaan (rancidity). Sesetengah ubat juga mengandungi perencat yang menghalang fungsi penting mikroorganisma dan dengan itu memusnahkannya.

Pemangkinan boleh menjadi homogen atau heterogen. Contoh pemangkinan homogen ialah kesan NO (ini adalah mangkin) ke atas pengoksidaan sulfur dioksida. Contoh pemangkinan heterogen ialah tindakan kuprum yang dipanaskan pada alkohol:

Tindak balas ini berlaku dalam dua peringkat:

Tugasan 5.2. Tentukan bahan manakah yang menjadi mangkin dalam kes ini? Mengapakah jenis pemangkinan ini dipanggil heterogen?

Dalam amalan, pemangkinan heterogen paling kerap digunakan, di mana bahan pepejal berfungsi sebagai pemangkin: logam, oksidanya, dll. Pada permukaan bahan ini terdapat titik tunggal(nod kekisi kristal), di mana tindak balas pemangkin sebenarnya berlaku. Jika titik-titik ini ditutup dengan bahan asing, maka pemangkinan berhenti. Bahan ini, yang memudaratkan pemangkin, dipanggil racun pemangkin. Bahan lain - penganjur- sebaliknya, mereka meningkatkan aktiviti pemangkin.

Mangkin boleh mengubah arah tindak balas kimia, iaitu, dengan menukar mangkin, anda boleh mendapatkan produk tindak balas yang berbeza. Oleh itu, daripada alkohol C 2 H 5 OH dengan kehadiran zink dan aluminium oksida, butadiena boleh diperolehi, dan dengan kehadiran asid sulfurik pekat, etilena boleh diperolehi.

Oleh itu, semasa tindak balas kimia, tenaga sistem berubah. Jika semasa tindak balas tenaga dilepaskan dalam bentuk haba Q, proses ini dipanggil eksotermik:

Untuk endo proses terma haba diserap, iaitu kesan haba Q< 0 .

Tugasan 5.3. Tentukan proses yang dicadangkan adalah eksotermik dan yang endotermik:

Persamaan tindak balas kimia di mana kesan haba, dipanggil persamaan termokimia bagi tindak balas. Untuk mencipta persamaan sedemikian, adalah perlu untuk mengira kesan haba setiap 1 mol bahan tindak balas.

Tugasan. Apabila 6 g magnesium dibakar, 153.5 kJ haba dibebaskan. Tulis persamaan termokimia untuk tindak balas ini.

Penyelesaian. Mari kita buat persamaan untuk tindak balas dan nyatakan DI ATAS formula yang diberikan:

Setelah membuat perkadaran, kita dapati kesan haba yang diingini bagi tindak balas:

Persamaan termokimia untuk tindak balas ini ialah:

Tugasan sedemikian diberikan dalam tugasan majoriti Pilihan Peperiksaan Negeri Bersatu! Sebagai contoh.

Tugas Peperiksaan Negeri Bersatu. Mengikut persamaan tindak balas termokimia

jumlah haba yang dibebaskan apabila membakar 8 g metana adalah sama dengan:

Keterbalikan proses kimia. Prinsip Le Chatelier

* LE CHATELIER Henri Louis(8.10.1850–17.09.1936) - Ahli kimia fizikal dan metalurgi Perancis. Diformulasikan undang-undang am anjakan keseimbangan (1884).

Tindak balas boleh diterbalikkan atau tidak boleh diterbalikkan.

Tak boleh balik Ini adalah tindak balas yang tidak ada syarat di mana proses sebaliknya adalah mungkin.

Contoh tindak balas sedemikian ialah tindak balas yang berlaku apabila susu masam, atau apabila potong yang lazat dibakar. Sama seperti mustahil untuk meletakkan kembali daging cincang melalui penggiling daging (dan mendapatkan sekeping daging sekali lagi), ia juga mustahil untuk "menghidupkan semula" potongan atau membuat susu segar.

Tetapi mari kita tanya diri kita satu soalan mudah: adakah proses itu tidak dapat dipulihkan?

Untuk menjawab soalan ini, mari kita cuba ingat, adakah mungkin untuk menjalankan proses sebaliknya? Ya! Penguraian batu kapur (kapur) untuk mendapatkan kapur cepat CaO digunakan pada skala industri:

Oleh itu, tindak balas boleh diterbalikkan, kerana terdapat keadaan di bawahnya kedua-duanya proses:

Lebih-lebih lagi, terdapat syarat di bawahnya kelajuan tindak balas ke hadapan adalah sama dengan kelajuan tindak balas songsang.

Di bawah syarat-syarat ini ia ditubuhkan keseimbangan kimia. Pada masa ini, tindak balas tidak berhenti, tetapi bilangan zarah yang diperolehi adalah sama dengan bilangan zarah terurai. sebab tu dalam keadaan keseimbangan kimia, kepekatan zarah bertindak balas tidak berubah. Sebagai contoh, untuk proses kita pada saat keseimbangan kimia

tanda bermakna kepekatan keseimbangan.

Timbul persoalan, apakah yang akan berlaku kepada keseimbangan jika suhu dinaikkan atau menurun atau keadaan lain diubah? Jawab soalan yang serupa anda boleh, mengetahui Prinsip Le Chatelier:

jika anda mengubah keadaan (t, p, c) di mana sistem berada dalam keadaan keseimbangan, maka keseimbangan akan beralih ke arah proses yang menentang perubahan.

Dengan kata lain, sistem keseimbangan sentiasa menentang sebarang pengaruh dari luar, sama seperti kanak-kanak yang berubah-ubah yang melakukan "sebaliknya" menentang kehendak ibu bapanya.

Mari kita lihat satu contoh. Biarkan keseimbangan diwujudkan dalam tindak balas yang menghasilkan ammonia:

Soalan. Adakah bilangan mol gas bertindak balas sama sebelum dan selepas tindak balas? Jika tindak balas berlaku dalam isipadu tertutup, bilakah tekanan lebih besar: sebelum atau selepas tindak balas?

Jelas sekali proses ini berlaku dengan penurunan bilangan molekul gas, yang bermaksud tekanan berkurangan semasa tindak balas langsung. DALAM terbalik tindak balas - sebaliknya, tekanan dalam campuran bertambah.

Marilah kita bertanya kepada diri sendiri apa yang akan berlaku jika dalam sistem ini meningkat tekanan? Menurut prinsip Le Chatelier, tindak balas yang "melakukan sebaliknya" akan diteruskan, i.e. merendahkan tekanan. Ini adalah tindak balas langsung: molekul yang lebih sedikit gas - kurang tekanan.

Jadi, di meningkat tekanan keseimbangan beralih ke sisi proses langsung, Di mana tekanan menurun, apabila bilangan molekul berkurangan gas

Tugas Peperiksaan Negeri Bersatu. Pada meningkat imbangan tekanan beralih betul dalam sistem:

Jika akibat daripada tindak balas bilangan molekul gas tidak berubah, maka perubahan tekanan tidak menjejaskan kedudukan keseimbangan.

Tugas Peperiksaan Negeri Bersatu. Perubahan dalam tekanan mempengaruhi peralihan keseimbangan dalam sistem:

Kedudukan keseimbangan ini dan sebarang tindak balas lain bergantung pada kepekatan bahan bertindak balas: dengan meningkatkan kepekatan bahan permulaan dan mengurangkan kepekatan bahan yang terhasil, kita sentiasa mengalihkan keseimbangan ke arah tindak balas langsung (ke kanan).

Tugas Peperiksaan Negeri Bersatu.

akan beralih ke kiri apabila:

peningkatan tekanan darah;
penurunan suhu;
meningkatkan kepekatan CO;
mengurangkan kepekatan CO.

Proses sintesis ammonia adalah eksotermik, iaitu, disertai dengan pembebasan haba, iaitu kenaikan suhu dalam adunan.

soalan. Bagaimanakah keseimbangan akan beralih dalam sistem ini apabila penurunan suhu?

Berhujah sama, kita lakukan kesimpulan: apabila berkurangan suhu, keseimbangan akan beralih ke arah pembentukan ammonia, kerana dalam tindak balas ini haba dibebaskan, dan suhu naik.

soalan. Bagaimanakah kadar tindak balas kimia berubah apabila suhu menurun?

Jelas sekali, apabila suhu menurun, kadar kedua-dua tindak balas akan berkurangan secara mendadak, iaitu, anda perlu menunggu masa yang sangat lama untuk keseimbangan yang diingini diwujudkan. Apa nak buat? Dalam kes ini adalah perlu pemangkin. Walaupun dia tidak menjejaskan kedudukan keseimbangan, tetapi mempercepatkan permulaan keadaan ini.

Tugas Peperiksaan Negeri Bersatu. Keseimbangan kimia dalam sistem

beralih ke arah pembentukan produk tindak balas apabila:

peningkatan tekanan darah;
peningkatan suhu;
penurunan tekanan;
penggunaan mangkin.

kesimpulan

Kadar tindak balas kimia bergantung kepada:

sifat zarah yang bertindak balas;
kepekatan atau kawasan antara muka bahan tindak balas;
suhu;
kehadiran pemangkin.

Keseimbangan diwujudkan apabila kadar tindak balas ke hadapan adalah sama dengan kadar proses terbalik. Dalam kes ini, kepekatan keseimbangan bahan tindak balas tidak berubah. Keadaan keseimbangan kimia bergantung kepada keadaan dan mematuhi prinsip Le Chatelier.

7.1. Tindak balas homogen dan heterogen

Bahan kimia boleh didapati dalam pelbagai keadaan pengagregatan, manakala mereka Sifat kimia V negeri yang berbeza adalah sama, tetapi aktivitinya berbeza (yang ditunjukkan dalam kuliah terakhir menggunakan contoh kesan haba tindak balas kimia).

Mari kita pertimbangkan pelbagai kombinasi keadaan pengagregatan di mana dua bahan A dan B boleh wujud.

A (g.), B (g.)

A (TV), B (TV)

A (w.), B (tv.)

campurkan

A(tv.), B(g.)

A (f.), B (g.)

campurkan

(penyelesaian)

heterogen

homogen

heterogen

homogen

Hg(l) + HNO3

H2O + D2O

Fe + O2

H2S + H2SO4

CO+O2

Fasa ialah kawasan sistem kimia di mana semua sifat sistem adalah malar (sama) atau terus berubah dari satu titik ke satu titik. Fasa yang berasingan adalah setiap satu pepejal, di samping itu, terdapat fasa larutan dan gas.

Dipanggil homogen sistem kimia, di mana semua bahan berada dalam satu fasa (dalam larutan atau gas). Jika terdapat beberapa fasa, maka sistem itu dipanggil

heterogen.

Masing-masing tindak balas kimia dipanggil homogen jika bahan tindak balas berada dalam fasa yang sama. Jika reagen berada dalam fasa yang berbeza, maka tindak balas kimia dipanggil heterogen.

Tidak sukar untuk memahami bahawa oleh kerana sentuhan reagen diperlukan untuk tindak balas kimia berlaku, tindak balas homogen berlaku serentak sepanjang keseluruhan isipadu larutan atau bekas tindak balas, manakala tindak balas heterogen berlaku pada sempadan sempit antara fasa - pada antara muka. Oleh itu, secara teori semata-mata, tindak balas homogen berlaku lebih cepat daripada tindak balas heterogen.

Oleh itu kita sampai kepada konsep kadar tindak balas kimia.

Kadar tindak balas kimia. Hukum tindakan massa. Keseimbangan kimia.

7.2. Kadar tindak balas kimia

Cabang kimia yang mengkaji kadar dan mekanisme tindak balas kimia ialah cabang kimia fizikal dan dipanggil kinetik kimia.

Kelajuan tindak balas kimia ialah perubahan dalam jumlah bahan per unit masa per unit isipadu sistem tindak balas (untuk tindak balas homogen) atau per unit luas permukaan (untuk tindak balas heterogen).

Oleh itu, jika isipadu	atau kawasan	antara muka
tidak berubah, maka ungkapan untuk kadar tindak balas kimia mempunyai bentuk:


hom o

Nisbah perubahan dalam jumlah bahan kepada isipadu sistem boleh ditafsirkan sebagai perubahan dalam kepekatan bahan tertentu.

Perhatikan bahawa untuk reagen, ungkapan untuk kadar tindak balas kimia ditulis dengan tanda tolak, kerana kepekatan reagen berkurangan, dan kadar tindak balas kimia sebenarnya adalah nilai positif.

Kesimpulan selanjutnya adalah berdasarkan pertimbangan fizikal mudah yang menganggap tindak balas kimia sebagai akibat daripada interaksi beberapa zarah.

Elementary (atau mudah) ialah tindak balas kimia yang berlaku dalam satu peringkat. Jika terdapat beberapa peringkat, maka tindak balas tersebut dipanggil tindak balas kompleks, atau komposit, atau kasar.

Pada tahun 1867, ia telah dicadangkan untuk menerangkan kadar tindak balas kimia hukum tindakan massa: kadar tindak balas kimia asas adalah berkadar dengan kepekatan bahan tindak balas dalam kuasa pekali stoikiometrik.n A +m B P,

A, B – bahan tindak balas, P – produk, n, m – pekali.

W =k n m

Pekali k dipanggil pemalar kadar tindak balas kimia,

mencirikan sifat zarah yang berinteraksi dan tidak bergantung kepada kepekatan zarah.

Kadar tindak balas kimia. Hukum tindakan massa. Keseimbangan kimia. Kuantiti n dan m dipanggil susunan tindak balas mengikut bahan A dan B masing-masing, dan

jumlah mereka (n +m) – susunan tindak balas.

Untuk tindak balas asas, susunan tindak balas boleh menjadi 1, 2 dan 3.

Tindak balas asas dengan tertib 1 dipanggil monomolekul, dengan tertib 2 - dwimolekul, dengan tertib 3 - trimolekul, berdasarkan bilangan molekul yang terlibat. Tindak balas asas di atas urutan ketiga tidak diketahui - pengiraan menunjukkan bahawa pertemuan serentak empat molekul pada satu titik adalah peristiwa yang terlalu luar biasa.

Oleh kerana tindak balas kompleks terdiri daripada jujukan tindak balas asas tertentu, kadarnya boleh dinyatakan dari segi kadar setiap peringkat tindak balas. Oleh itu, untuk tindak balas yang kompleks susunannya boleh menjadi apa-apa, termasuk pecahan atau sifar ( pesanan sifar tindak balas menunjukkan bahawa tindak balas berlaku pada kadar yang tetap dan tidak bergantung kepada kepekatan zarah bertindak balas W = k).

Peringkat paling perlahan proses yang kompleks biasanya dipanggil peringkat menghadkan kadar.

Bayangkan bahawa sejumlah besar molekul pergi ke panggung wayang percuma, tetapi terdapat seorang pemeriksa di pintu masuk yang memeriksa umur setiap molekul. Oleh itu, aliran bahan memasuki pintu pawagam, dan molekul memasuki dewan pawagam satu demi satu, i.e. Sangat perlahan.

Contoh tindak balas tertib pertama asas ialah proses pereputan terma atau radioaktif dengan sewajarnya, pemalar kadar k mencirikan sama ada kebarangkalian terputusnya ikatan kimia atau kebarangkalian pereputan per unit masa.

Terdapat banyak contoh tindak balas tertib kedua asas - ini adalah cara tindak balas yang paling biasa bagi kita - zarah A berlanggar dengan zarah B, beberapa jenis transformasi berlaku dan sesuatu berlaku di sana (perhatikan bahawa produk dalam teori tidak menjejaskan apa-apa - semua perhatian diberikan hanya kepada zarah yang bertindak balas).

Sebaliknya, terdapat beberapa tindak balas peringkat ketiga asas, kerana agak jarang untuk tiga zarah bertemu secara serentak.

Sebagai ilustrasi, mari kita lihat kuasa ramalan kinetik kimia.

Kadar tindak balas kimia. Hukum tindakan massa. Keseimbangan kimia.

Persamaan kinetik tertib pertama

(bahan tambahan ilustrasi)

Mari kita pertimbangkan tindak balas tertib pertama homogen, pemalar kadar yang sama dengan k, kepekatan awal bahan A adalah sama dengan [A]0.

Mengikut definisi, kadar tindak balas kimia homogen adalah sama dengan

K[A]

perubahan kepekatan per unit masa. Setelah bahan A -

reagen, letakkan tanda tolak.

Persamaan sedemikian dipanggil pembezaan (ada

terbitan)

[A]

Untuk menyelesaikannya, kami memindahkan kuantiti ke sebelah kiri

kepekatan, dan pada masa yang betul.

Jika terbitan dua fungsi adalah sama, maka fungsi itu sendiri

hendaklah berbeza tidak lebih daripada pemalar.

Untuk penyelesaian persamaan yang diberikan ambil kamiran sebelah kiri (over

kepekatan) dan bahagian kanan (dalam masa). Supaya tidak menakutkan

ln[ A ] = −kt +C

pendengar, kami akan menghadkan diri kami kepada jawapan.

Simbol ln ialah logaritma semula jadi, i.e. nombor b sedemikian rupa

= [A],e = 2.71828…

ln[ A ]- ln0 = - kt

Pemalar C didapati daripada keadaan awal:

pada t = 0 kepekatan awal ialah [A]0

[A]

Logaritma kali -

ini adalah kuasa nombor, kami menggunakan sifat kuasa

[A]0

e a− b=

Sekarang mari kita buang logaritma jahat (lihat definisi

logaritma 6-7 baris lebih tinggi),

Mengapa kita menaikkan nombor?

kepada kuasa sebelah kiri persamaan dan sebelah kanan persamaan.

[A]

E−kt

Darab dengan [A]0

[A]0

Persamaan kinetik tertib pertama.

[ A ]= 0 × e − kt

berdasarkan

persamaan kinetik yang diperolehi bagi yang pertama

pesan barangkali

dikira

kepekatan bahan

pada bila bila masa

Untuk tujuan kursus kami kesimpulan ini adalah untuk tujuan maklumat sahaja, untuk menunjukkan kepada anda penggunaan radas matematik untuk mengira kemajuan tindak balas kimia. Akibatnya, seorang ahli kimia yang cekap tidak boleh tidak mengetahui matematik. Belajar matematik!

Kadar tindak balas kimia. Hukum tindakan massa. Keseimbangan kimia. Kepekatan bahan tindak balas dan produk berbanding masa boleh diplot secara kualitatif dengan cara berikut(Sebagai contoh tindak balas yang tidak dapat dipulihkan Susunan pertama)

Faktor yang mempengaruhi kelajuan tindak balas

1. Sifat bahan tindak balas

Sebagai contoh, kadar tindak balas bahan berikut: H2 SO4, CH3 COOH, H2 S, CH3 OH - dengan ion hidroksida akan berbeza-beza bergantung kepada kekuatan Ikatan H-O. Untuk menilai kekuatan sambungan yang diberikan, anda boleh menggunakan nilai relatif caj positif pada atom hidrogen: lebih besar cas, lebih mudah tindak balas akan berlaku.

2. Suhu

Pengalaman hidup memberitahu kita bahawa kadar tindak balas bergantung pada suhu dan meningkat dengan peningkatan suhu. Sebagai contoh, proses pengasam susu berlaku lebih cepat pada suhu bilik berbanding di dalam peti sejuk.

Mari beralih kepada ungkapan matematik hukum tindakan massa.

W =k n m

sekali sebelah kiri ungkapan ini (kadar tindak balas) bergantung pada suhu, oleh itu, bahagian kanan ungkapan juga bergantung pada suhu. Dalam kes ini, kepekatan, tentu saja, tidak bergantung pada suhu: sebagai contoh, susu mengekalkan kandungan lemaknya sebanyak 2.5% di dalam peti sejuk dan pada suhu bilik. Kemudian, seperti yang pernah Sherlock Holmes katakan, penyelesaian yang tinggal adalah yang betul, tidak kira betapa peliknya: pemalar kadar bergantung pada suhu!

Kadar tindak balas kimia. Hukum tindakan massa. Keseimbangan kimia. Kebergantungan pemalar kadar tindak balas pada suhu dinyatakan menggunakan persamaan Arrhenius:

− Ea

k = k0 eRT,

di mana

R = 8.314 J mol-1 K-1 – pemalar gas sejagat,

E a ialah tenaga pengaktifan tindak balas (lihat di bawah), ia secara konvensional dianggap bebas daripada suhu;

k 0 ialah faktor pra-eksponen (iaitu faktor yang datang sebelum eksponen), nilainya juga hampir bebas daripada suhu dan ditentukan, pertama sekali, mengikut susunan tindak balas.

Oleh itu, nilai k0 adalah lebih kurang 1013 s-1 untuk tindak balas tertib pertama, 10 -10 l mol-1 s-1 untuk tindak balas tertib kedua,

untuk tindak balas tertib ketiga – 10 -33 l2 mol-2 s-1. Ia tidak perlu mengingati nilai-nilai ini.

Nilai tepat k0 untuk setiap tindak balas ditentukan secara eksperimen.

Konsep tenaga pengaktifan menjadi jelas daripada rajah berikut. Malah, tenaga pengaktifan ialah tenaga yang mesti ada pada zarah yang bertindak balas agar tindak balas berlaku.

Selain itu, jika kita memanaskan sistem, maka tenaga zarah meningkat (graf putus-putus), manakala keadaan peralihan (≠) kekal pada tahap yang sama. Perbezaan tenaga antara keadaan peralihan dan bahan tindak balas (tenaga pengaktifan) berkurangan, dan kadar tindak balas mengikut persamaan Arrhenius meningkat.

Kadar tindak balas kimia. Hukum tindakan massa. Keseimbangan kimia. Sebagai tambahan kepada persamaan Arrhenius, terdapat persamaan Van't Hoff, yang

mencirikan pergantungan kadar tindak balas pada suhu melalui pekali suhu γ:

Pekali suhu γ menunjukkan berapa kali kadar tindak balas kimia akan meningkat apabila suhu berubah sebanyak 10o.

Persamaan Van't Hoff:

T 2− T 1

W (T 2 )= W (T 1 )× γ10

Biasanya, pekali γ berada dalam julat dari 2 hingga 4. Atas sebab ini, ahli kimia sering menggunakan anggaran bahawa peningkatan suhu sebanyak 20o membawa kepada peningkatan dalam kadar tindak balas dengan susunan magnitud (iaitu, 10 kali ganda).

Kadar tindak balas kimia bergantung kepada faktor berikut:

1) Sifat bahan bertindak balas.

2) Permukaan sentuhan reagen.

3) Kepekatan bahan tindak balas.

4) Suhu.

5) Kehadiran pemangkin.

Kadar tindak balas heterogen juga bergantung kepada:

a) saiz antara muka fasa (dengan peningkatan antara muka fasa, kadar tindak balas heterogen meningkat);

b) kadar bekalan bahan bertindak balas kepada antara muka fasa dan kadar penyingkiran hasil tindak balas daripadanya.

Faktor yang mempengaruhi kadar tindak balas kimia:

1. Sifat reagen. Sifat ikatan kimia dalam sebatian dan struktur molekulnya memainkan peranan penting. Sebagai contoh, pembebasan hidrogen oleh zink daripada larutan asid hidroklorik berlaku lebih cepat daripada larutan asid asetik, kerana kekutuban ikatan H-C1 lebih besar daripada Sambungan O-N dalam molekul CH 3 COOH, dengan kata lain, disebabkan oleh fakta bahawa HCl - elektrolit yang kuat, dan CH 3 COOH ialah elektrolit lemah dalam larutan akueus.

2. Permukaan sentuhan reagen. Lebih besar permukaan sentuhan bahan bertindak balas, lebih cepat tindak balas berlaku. Luas permukaan pepejal boleh ditingkatkan dengan mengisarnya, dan untuk bahan larut dengan melarutkannya. Tindak balas dalam larutan berlaku hampir serta-merta.

3. Kepekatan reagen. Untuk interaksi berlaku, zarah bahan bertindak balas dalam sistem homogen mesti berlanggar. Apabila meningkat kepekatan bahan tindak balas kelajuan tindak balas meningkat. Ini dijelaskan oleh fakta bahawa apabila jumlah bahan per unit isipadu meningkat, bilangan perlanggaran antara zarah bahan bertindak balas meningkat. Bilangan perlanggaran adalah berkadar dengan bilangan zarah bahan bertindak balas dalam isipadu reaktor, iaitu, kepekatan molarnya.

Kebergantungan kuantitatif kadar tindak balas pada kepekatan bahan tindak balas dinyatakan hukum tindakan massa (Guldberg dan Waage, Norway, 1867): kadar tindak balas kimia adalah berkadar dengan hasil kepekatan bahan bertindak balas.

Untuk tindak balas:

aA + bB ↔ cC + dD

kadar tindak balas mengikut hukum tindakan jisim adalah sama dengan:

υ = k[A]υ a ·[B]υ b,(9)

dengan [A] dan [B] ialah kepekatan bahan permulaan;

k-pemalar kadar tindak balas, yang sama dengan kadar tindak balas pada kepekatan bahan tindak balas [A] = [B] = 1 mol/l.

Pemalar kadar tindak balas bergantung kepada sifat bahan tindak balas, suhu, tetapi tidak bergantung kepada kepekatan bahan.

Ungkapan (9) dipanggil persamaan kinetik tindak balas. Persamaan kinetik termasuk kepekatan gas dan bahan terlarut, tetapi tidak termasuk kepekatan bahan pepejal:

2SO 2 (g) + O 2 (g) = 2SO 3 (g); υ = k 2 · [O 2];

CuO (tv.) + H 2 (g) = Cu (tv.) + H 2 O (g); υ = k.

Menggunakan persamaan kinetik, anda boleh mengira bagaimana kadar tindak balas berubah apabila kepekatan bahan tindak balas berubah.

Pengaruh pemangkin.

5. Suhu tindak balas. Teori perlanggaran aktif

Agar tindakan asas interaksi kimia berlaku, zarah-zarah yang bertindak balas mesti berlanggar antara satu sama lain. Walau bagaimanapun, tidak setiap perlanggaran menghasilkan tindak balas kimia. Interaksi kimia berlaku apabila zarah menghampiri jarak di mana pengagihan semula ketumpatan elektron dan pembentukan ikatan kimia baru mungkin. Zarah-zarah yang berinteraksi mesti mempunyai tenaga yang mencukupi untuk mengatasi daya tolakan yang timbul di antara kulit elektronnya.

Keadaan peralihan- keadaan sistem di mana pemusnahan dan penciptaan sambungan seimbang. Sistem kekal dalam keadaan peralihan untuk masa yang singkat (10–15 s). Tenaga yang mesti dibelanjakan untuk membawa sistem ke dalam keadaan peralihan dipanggil tenaga pengaktifan. Dalam tindak balas berbilang langkah yang merangkumi beberapa keadaan peralihan, tenaga pengaktifan sepadan dengan nilai tertinggi tenaga. Selepas mengatasi keadaan peralihan, molekul berselerak lagi dengan pemusnahan ikatan lama dan pembentukan yang baru atau dengan transformasi ikatan asal. Kedua-dua pilihan adalah mungkin, kerana ia berlaku dengan pembebasan tenaga. Terdapat bahan yang boleh mengurangkan tenaga pengaktifan untuk tindak balas yang diberikan.

Molekul aktif A 2 dan B 2 apabila berlanggar bergabung menjadi kompleks aktif perantaraan A 2 ... B 2 dengan melemahkan dan kemudian memecahkan ikatan A-A dan B-B dan pengukuhan ikatan A-B.

"Tenaga pengaktifan" tindak balas untuk pembentukan НI (168 kJ/mol) adalah jauh lebih rendah daripada tenaga yang diperlukan untuk memecahkan sepenuhnya ikatan dalam molekul awal Н2 dan I2 (571 kJ/mol). Oleh itu, laluan tindak balas melalui pembentukan kompleks aktif (diaktifkan). bertenaga lebih baik daripada laluan melalui pemecahan lengkap ikatan dalam molekul asal. Sebahagian besar tindak balas berlaku melalui pembentukan kompleks aktif perantaraan. Prinsip-prinsip teori kompleks aktif telah dibangunkan oleh G. Eyring dan M. Polyani pada 30-an abad ke-20.

Tenaga pengaktifan mewakili lebihan tenaga kinetik zarah berbanding dengan tenaga purata yang diperlukan untuk transformasi kimia zarah berlanggar. Tindak balas dicirikan oleh tenaga pengaktifan yang berbeza (E a). Dalam kebanyakan kes, tenaga pengaktifan tindak balas kimia antara molekul neutral berkisar antara 80 hingga 240 kJ/mol. Untuk proses biokimia nilai E a selalunya lebih rendah - sehingga 20 kJ/mol. Ini dijelaskan oleh fakta bahawa sebahagian besar proses biokimia diteruskan melalui peringkat kompleks enzim-substrat. Halangan tenaga mengehadkan tindak balas. Terima kasih kepada ini, pada dasarnya tindak balas yang mungkin(pada Q< 0) практически всегда не протекают или замедляются. Реакции с энергией активации выше 120 кДж/моль настолько медленны, что их протекание трудно заметить.

Untuk tindak balas berlaku, molekul mesti berorientasikan dengan cara tertentu dan mempunyai tenaga yang mencukupi apabila ia berlanggar. Kebarangkalian orientasi perlanggaran yang betul dicirikan oleh entropi pengaktifan ∆S a. Pengagihan semula ketumpatan elektron dalam kompleks aktif disukai oleh keadaan apabila, apabila perlanggaran, molekul A 2 dan B 2 berorientasikan, seperti ditunjukkan dalam Rajah. 3a, sedangkan dengan orientasi yang ditunjukkan dalam Rajah. 3b, kebarangkalian tindak balas adalah lebih kurang - dalam Rajah. 3c.

nasi. 3. Orientasi yang menguntungkan (a) dan tidak menguntungkan (b, c) molekul A 2 dan B 2 apabila berlanggar

Persamaan yang mencirikan pergantungan kadar dan tindak balas pada suhu, tenaga pengaktifan dan entropi pengaktifan mempunyai bentuk:

(10)

di mana k- pemalar kadar tindak balas;

A- kepada anggaran pertama, jumlah bilangan perlanggaran antara molekul per unit masa (saat) per unit isipadu;

e- asas logaritma semula jadi;

R- pemalar gas sejagat;

T- suhu mutlak;

E a- tenaga pengaktifan;

∆S a- perubahan dalam entropi pengaktifan.

Persamaan (11) telah diterbitkan oleh Arrhenius pada tahun 1889. Faktor pra-eksponen A berkadar dengan jumlah perlanggaran antara molekul per unit masa. Dimensinya bertepatan dengan dimensi pemalar kadar dan bergantung kepada jumlah susunan tindak balas.

Pempamer sama dengan pecahan perlanggaran aktif daripada mereka jumlah nombor, iaitu molekul yang berlanggar mesti mempunyai tenaga interaksi yang mencukupi. Kebarangkalian orientasi yang diingini pada masa impak adalah berkadar dengan .

Apabila membincangkan undang-undang tindakan jisim untuk kelajuan (9), ia telah dinyatakan secara khusus bahawa pemalar kadar ialah nilai malar yang tidak bergantung kepada kepekatan reagen. Diandaikan bahawa semua perubahan kimia berlaku pada suhu malar. Pada masa yang sama, kadar perubahan kimia boleh berubah dengan ketara dengan penurunan atau peningkatan suhu. Dari sudut pandangan undang-undang tindakan jisim, perubahan kelajuan ini disebabkan oleh pergantungan suhu pemalar kadar, kerana kepekatan bahan bertindak balas hanya berubah sedikit disebabkan oleh pengembangan haba atau pemampatan cecair.

Paling baik fakta yang diketahui ialah peningkatan dalam kadar tindak balas dengan peningkatan suhu. Jenis ini pergantungan suhu kelajuan dipanggil biasa (Gamb. 3 a). Jenis pergantungan ini adalah ciri semua tindak balas mudah.

nasi. 3. Jenis pergantungan suhu kadar tindak balas kimia: a - normal;

b - tidak normal; c - enzimatik

Walau bagaimanapun, transformasi kimia kini terkenal, kadar yang berkurangan dengan peningkatan suhu jenis pergantungan suhu ini dipanggil tidak normal . Contohnya ialah tindak balas fasa gas nitrogen (II) oksida dengan bromin (Rajah 3 b).

Minat istimewa bagi doktor ia mewakili pergantungan suhu kelajuan tindak balas enzimatik, iaitu tindak balas yang melibatkan enzim. Hampir semua tindak balas yang berlaku dalam badan tergolong dalam kelas ini. Sebagai contoh, apabila hidrogen peroksida terurai dengan kehadiran enzim katalase, kadar penguraian bergantung pada suhu. Dalam julat 273-320 KEPADA Pergantungan suhu adalah normal. Apabila suhu meningkat, kelajuan meningkat, dan apabila suhu menurun, ia berkurangan. Apabila suhu meningkat melebihi 320 KEPADA terdapat penurunan anomali yang tajam dalam kadar penguraian peroksida. Gambar yang serupa berlaku untuk tindak balas enzim yang lain (Rajah 3c).

Daripada persamaan Arrhenius untuk k adalah jelas bahawa, sejak T termasuk dalam eksponen, kadar tindak balas kimia adalah sangat sensitif terhadap perubahan suhu. Kebergantungan kadar tindak balas homogen pada suhu boleh dinyatakan dengan peraturan van't Hoff, mengikut mana dengan setiap kenaikan suhu 10°, kadar tindak balas meningkat sebanyak 2-4 kali; nombor yang menunjukkan berapa kali kadar tindak balas yang diberikan meningkat dengan peningkatan suhu sebanyak 10° dipanggil pekali suhu kadar tindak balas -γ.

Peraturan ini dinyatakan secara matematik dengan formula berikut:

(12)

di mana γ ialah pekali suhu, yang menunjukkan berapa kali kadar tindak balas meningkat apabila suhu meningkat sebanyak 10 0; υ 1 –t 1 ; υ 2 – kadar tindak balas pada suhu t2.

Apabila suhu meningkat janjang aritmetik kelajuan meningkat secara geometri.

Sebagai contoh, jika γ = 2.9, maka dengan peningkatan suhu sebanyak 100° kadar tindak balas meningkat sebanyak 2.9 10 kali ganda, i.e. 40 ribu kali. Penyimpangan dari peraturan ini adalah tindak balas biokimia, kelajuannya meningkat berpuluh-puluh kali ganda dengan sedikit peningkatan suhu. Peraturan ini hanya sah untuk anggaran kasar. Tindak balas yang melibatkan molekul besar (protein) dicirikan oleh pekali suhu yang besar. Kadar denaturasi protein (albumin telur) meningkat 50 kali ganda dengan peningkatan suhu sebanyak 10 °C. Selepas mencapai maksimum tertentu (50-60 °C), kadar tindak balas berkurangan secara mendadak akibat daripada denaturasi haba protein.

Bagi kebanyakan tindak balas kimia, hukum tindakan jisim untuk kelajuan tidak diketahui. Dalam kes sedemikian, ungkapan boleh digunakan untuk menerangkan pergantungan suhu bagi kadar penukaran:

Pra-eksponen Dan dengan tidak bergantung pada suhu, tetapi bergantung pada kepekatan. Unit ukuran ialah mol/l∙s.

Kebergantungan teori membolehkan kelajuan dikira terlebih dahulu pada sebarang suhu jika tenaga pengaktifan dan pra-eksponen diketahui. Oleh itu, pengaruh suhu ke atas kadar perubahan kimia diramalkan.

Reaksi kompleks

Prinsip kemerdekaan. Semua yang dibincangkan di atas berkaitan dengan tindak balas yang agak mudah, tetapi dalam kimia apa yang dipanggil tindak balas kompleks sering ditemui. Reaksi sedemikian termasuk yang dibincangkan di bawah. Apabila menarik diri persamaan kinetik Untuk tindak balas ini prinsip kemerdekaan digunakan: Jika beberapa tindak balas berlaku dalam sistem, maka setiap satu daripadanya adalah bebas daripada yang lain dan kadarnya adalah berkadar dengan hasil darab kepekatan bahan tindak balasnya.

Tindak balas selari- Ini adalah tindak balas yang berlaku serentak dalam beberapa arah.

Penguraian terma kalium klorat berlaku serentak dalam dua tindak balas:

Tindak balas berurutan- Ini adalah tindak balas yang berlaku dalam beberapa peringkat. Ini adalah majoriti tindak balas dalam kimia.

Tindak balas konjugat. Jika beberapa tindak balas berlaku dalam sistem dan kejadian salah satu daripadanya adalah mustahil tanpa yang lain, maka tindak balas ini dipanggil berkonjugasi , dan fenomena itu sendiri - secara induksi .

2HI + H 2 CrO 4 → I 2 + Cr 2 O 3 + H 2 O.

Tindak balas ini boleh dikatakan tidak diperhatikan dalam keadaan biasa, tetapi jika FeO ditambah ke dalam sistem, tindak balas berikut berlaku:

FeO + H 2 CrO 4 → Fe 2 O 3 + Cr 2 O 3 + H 2 O

dan pada masa yang sama tindak balas pertama berlaku. Sebabnya ialah pembentukan dalam tindak balas kedua produk perantaraan yang terlibat dalam tindak balas pertama:

FeO 2 + H 2 CrO 4 → Cr 2 O 3 + Fe 5+;

HI + Fe 5+ → Fe 2 O 3 + I 2 + H 2 O.

Induksi kimia- fenomena di mana satu tindak balas kimia (sekunder) bergantung kepada yang lain (utama).

A+ DALAM- utama reaksi,

A+C- menengah reaksi,

maka A ialah pengaktif, DALAM- induktor, C - penerima.

Semasa induksi kimia, berbeza dengan pemangkinan, kepekatan semua peserta tindak balas berkurangan.

Faktor induksi ditentukan daripada persamaan berikut:

Bergantung pada magnitud faktor induksi, kes berikut adalah mungkin.

saya > 0 - proses redaman. Kadar tindak balas berkurangan dari semasa ke semasa.

saya < 0 - ускоряющийся процесс. Скорость реакции увеличивается со временем.

Fenomena aruhan adalah penting kerana dalam beberapa kes tenaga tindak balas primer boleh mengimbangi tenaga yang digunakan dalam tindak balas sekunder. Atas sebab ini, sebagai contoh, ternyata secara termodinamik mungkin untuk mensintesis protein melalui polikondensasi asid amino.

Tindak balas rantai. Jika tindak balas kimia diteruskan dengan pembentukan zarah aktif (ion, radikal), yang, memasuki tindak balas seterusnya, menyebabkan kemunculan zarah aktif baru, maka urutan tindak balas ini dipanggil. tindakbalas berantai.

Pembentukan radikal bebas dikaitkan dengan perbelanjaan tenaga untuk memecahkan ikatan dalam molekul. Tenaga ini boleh disalurkan kepada molekul melalui pencahayaan, nyahcas elektrik, pemanasan, penyinaran dengan neutron, zarah α- dan β. Untuk menjalankan tindak balas berantai pada suhu rendah, pemula dimasukkan ke dalam campuran bertindak balas - bahan yang mudah membentuk radikal: wap natrium, peroksida organik, iodin, dsb.

Tindak balas pembentukan hidrogen klorida daripada sambungan mudah, diaktifkan oleh cahaya.

Jumlah tindak balas:

H 2 + C1 2 2HC1.

Peringkat individu:

Сl 2 2Сl∙ pengaktifan foto klorin (permulaan)

Cl∙ + H 2 = pembangunan rantai HCl + H∙

H∙ + Cl 2 = HCl + Cl∙, dsb.

H∙ + Cl∙ = litar terbuka HCl

Di sini H∙ dan Cl∙ ialah zarah aktif (radikal).

Dalam mekanisme tindak balas ini, tiga kumpulan peringkat asas boleh dibezakan. Yang pertama ialah tindak balas fotokimia nukleasi rantai. Molekul klorin, setelah menyerap kuantum cahaya, berpecah menjadi atom bebas dengan tinggi kereaktifan. Oleh itu, semasa nukleasi rantai, pembentukan atom bebas atau radikal daripada molekul tepu valens berlaku. Proses nukleasi rantai juga dipanggil permulaan. Atom klorin, yang mempunyai elektron tidak berpasangan, boleh bertindak balas dengan hidrogen molekul, membentuk molekul hidrogen klorida dan hidrogen atom. Hidrogen atom, seterusnya, berinteraksi dengan molekul klorin, akibatnya molekul hidrogen klorida dan klorin atom terbentuk semula, dsb.

Proses-proses ini, dicirikan oleh pengulangan peringkat asas yang sama (pautan) dan meneruskan dengan pemeliharaan radikal bebas, membawa kepada penggunaan bahan permulaan dan pembentukan produk tindak balas. Kumpulan tindak balas sedemikian dipanggil tindak balas perkembangan (atau kesinambungan) rantaian.

Pentas tindakbalas berantai, di mana kematian radikal bebas berlaku dipanggil litar terbuka. Penamatan rantai boleh berlaku akibat penggabungan semula radikal bebas, jika tenaga yang dikeluarkan semasa proses ini boleh diberikan kepada beberapa badan ketiga: dinding vesel atau molekul kekotoran lengai (peringkat 4, 5). Itulah sebabnya kadar tindak balas berantai sangat sensitif terhadap kehadiran kekotoran, kepada bentuk dan saiz kapal, terutamanya pada tekanan rendah.

Bilangan pautan asas dari saat rantai mula putus dipanggil panjang rantai. Dalam contoh yang sedang dipertimbangkan, sehingga 10 5 molekul HCl terbentuk untuk setiap kuantum cahaya.

Tindak balas berantai di mana tiada "pendaraban" bilangan radikal bebas dipanggil tidak bercabang atau tindak balas berantai yang mudah . Dalam setiap peringkat asas yang tidak bercabang proses rantai satu radikal "melahirkan" satu molekul hasil tindak balas dan hanya satu radikal baru (Rajah 41).

Contoh lain tindak balas rantai mudah: a) pengklorinan hidrokarbon parafin Cl∙ + CH 4 → CH 3 ∙ + HC1; CH 3 ∙ + Cl - → CH 3 Cl + Cl ∙ dsb.; b) tindak balas pempolimeran radikal, sebagai contoh, pempolimeran vinil asetat dengan kehadiran benzoil peroksida, yang mudah terurai menjadi radikal; c) interaksi hidrogen dengan bromin, yang berlaku mengikut mekanisme yang serupa dengan tindak balas klorin dengan hidrogen, hanya dengan panjang rantai yang lebih pendek kerana endotermiknya.

Jika, akibat daripada tindakan pertumbuhan, dua atau lebih zarah aktif muncul, maka tindak balas rantai ini bercabang.

Pada tahun 1925, N. N. Semenov dan rakan-rakannya menemui tindak balas yang mengandungi peringkat asas, akibatnya bukan satu, tetapi beberapa zarah aktif kimia - atom atau radikal - muncul. Kemunculan beberapa radikal bebas baru membawa kepada kemunculan beberapa rantai baru, i.e. satu cabang rantai. Proses sedemikian dipanggil tindak balas rantai bercabang (Rajah 42).

Contoh proses rantai yang sangat bercabang ialah pengoksidaan hidrogen di tekanan rendah dan suhu kira-kira 900°C. Mekanisme tindak balas boleh ditulis seperti berikut.

1. H 2 + O 2 OH∙ + OH∙ permulaan rantai

2. OH∙ + H2 → H2O + H∙ perkembangan rantai

3. H∙ + O 2 → OH∙ + O: bercabang rantai

4. O: + H 2 → OH∙ +H∙

5. OH∙ +H 2 → H 2 O + H∙ kesinambungan rantai

6. Н∙ + Н∙ + dinding → Н 2 litar terbuka pada dinding kapal

7. H∙ + O 2 + M → HO 2 ∙ + M litar terbuka dalam isipadu.

M ialah molekul lengai. Radikal HO 2 ∙, yang terbentuk semasa perlanggaran tiga kali ganda, tidak aktif dan tidak boleh meneruskan rantai.

Pada peringkat pertama proses, radikal hidroksil terbentuk, yang memastikan pembangunan rantai mudah. Pada peringkat ketiga, akibat interaksi dengan molekul asal satu radikal, dua radikal terbentuk, dan atom oksigen mempunyai dua valensi bebas. Ini memastikan percabangan rantai.

Hasil daripada percabangan rantai, kadar tindak balas meningkat dengan cepat dalam tempoh masa awal, dan proses itu berakhir dengan letupan penyalaan rantai. Walau bagaimanapun, tindak balas rantai bercabang berakhir dengan letupan hanya apabila kadar cawangan lebih besar daripada kadar penamatan rantai. DALAM sebaliknya prosesnya lambat.

Apabila keadaan tindak balas berubah (perubahan dalam tekanan, suhu, komposisi campuran, saiz dan keadaan dinding bekas tindak balas, dsb.), peralihan daripada tindak balas perlahan kepada letupan mungkin berlaku dan sebaliknya. Oleh itu, dalam tindak balas rantai terdapat keadaan yang mengehadkan (kritikal) di mana pencucuhan rantai berlaku, dari mana pencucuhan terma yang berlaku dalam tindak balas eksotermik akibat pemanasan yang sentiasa meningkat bagi campuran bertindak balas dengan penyingkiran haba yang lemah harus dibezakan.

Mengikut mekanisme rantai bercabang, pengoksidaan wap sulfur, fosforus, karbon monoksida (II), karbon disulfida, dan lain-lain berlaku.

Teori moden proses rantaian yang dibangunkan oleh pemenang hadiah Nobel (1956) Ahli akademik Soviet N. N. Semenov dan saintis Inggeris Hinshelwood.

Tindak balas rantai harus dibezakan daripada tindak balas pemangkin, walaupun tindak balas yang kedua juga bersifat kitaran. Perbezaan paling ketara antara tindak balas rantai dan tindak balas pemangkin ialah dengan mekanisme rantai, tindak balas boleh mengalir ke arah meningkatkan tenaga sistem akibat tindak balas spontan. Mangkin tidak menyebabkan tindak balas yang mustahil secara termodinamik. Di samping itu, dalam tindak balas pemangkin tidak terdapat peringkat proses seperti nukleasi rantai dan penamatan rantai.

Tindak balas pempolimeran. Satu kes khas tindak balas berantai ialah tindak balas pempolimeran.

Pempolimeran adalah proses di mana tindak balas zarah aktif (radikal, ion) dengan sebatian molekul rendah (monomer) disertai dengan penambahan berurutan yang terakhir dengan peningkatan panjang rantai bahan (panjang molekul), iaitu, dengan pembentukan polimer.

Monomer adalah sebatian organik, sebagai peraturan, mengandungi ikatan tak tepu (berganda, tiga kali ganda) dalam molekul.

Peringkat utama proses pempolimeran:

1. Permulaan(di bawah pengaruh cahaya, haba, dll.):

A: A→A" + A"- penguraian homolitik dengan pembentukan radikal (zarah valens-tak tepu aktif).

A: B→ A - + B +- penguraian heterolitik dengan pembentukan ion.

2. Ketinggian rantai: A" + M→ pagi"

(atau A - + M→ pagi", atau DALAM + + M→ VM +).

3. Litar terbuka: AM" + AM"→ polimer

(atau AM" + B +→ polimer, VM + + A"→ polimer).

Kelajuan proses rantai sentiasa lebih tinggi daripada proses bukan rantai.

Kinetik– sains kadar tindak balas kimia.

Kadar tindak balas kimia– bilangan perbuatan asas interaksi kimia mengalir seunit masa seunit isipadu (homogen) atau seunit permukaan (heterogen).

Kelajuan tindak balas sebenar:

2. Faktor yang mempengaruhi kadar tindak balas kimia

Untuk tindak balas homogen, heterogen:

1) kepekatan bahan bertindak balas;

2) suhu;

3) pemangkin;

4) perencat.

Hanya untuk heterogen:

1) kadar bekalan bahan bertindak balas ke antara muka fasa;

2) luas permukaan.

Faktor utama ialah sifat bahan tindak balas - sifat ikatan antara atom dalam molekul bahan tindak balas.

NO 2 – nitrogen oksida (IV) – ekor musang, CO – karbon monoksida, karbon monoksida.

Jika mereka teroksida dengan oksigen, maka dalam kes pertama tindak balas akan berlaku serta-merta, sebaik sahaja anda membuka penutup kapal, dalam kes kedua tindak balas dilanjutkan dari masa ke masa.

Kepekatan bahan tindak balas akan dibincangkan di bawah.

Opalescence biru menunjukkan momen pemendakan sulfur semakin tinggi kepekatan, semakin tinggi kelajuan.

nasi. 10

Semakin tinggi kepekatan Na 2 S 2 O 3, semakin sedikit masa tindak balas yang diambil. Graf (Rajah 10) menunjukkan secara langsung pergantungan berkadar. Kebergantungan kuantitatif kadar tindak balas pada kepekatan bahan bertindak balas dinyatakan oleh LMA (hukum tindakan jisim), yang menyatakan: kadar tindak balas kimia adalah berkadar terus dengan hasil kepekatan bahan bertindak balas.

Jadi, hukum asas kinetik ialah undang-undang yang ditubuhkan secara empirik: kadar tindak balas adalah berkadar dengan kepekatan bahan tindak balas, contoh: (iaitu untuk tindak balas)

Untuk tindak balas ini H 2 + J 2 = 2HJ – kadar boleh dinyatakan dalam sebutan perubahan dalam kepekatan mana-mana bahan. Jika tindak balas berjalan dari kiri ke kanan, maka kepekatan H 2 dan J 2 akan berkurangan, dan kepekatan HJ akan meningkat apabila tindak balas berlangsung. Untuk kelajuan serta merta tindak balas boleh ditulis sebagai:

kurungan segi empat sama menunjukkan kepekatan.

Makna fizikal k– molekul berada dalam gerakan berterusan, berlanggar, terbang berasingan, dan mengenai dinding kapal. Agar tindak balas kimia membentuk HJ berlaku, molekul H2 dan J2 mesti berlanggar. Bilangan perlanggaran sedemikian akan menjadi lebih besar, lebih banyak lebih banyak molekul H 2 dan J 2 terkandung dalam isipadu, iaitu, semakin besar nilai [H 2 ] dan . Tetapi molekul bergerak dengan pada kelajuan yang berbeza, dan jumlah tenaga kinetik kedua-dua molekul yang berlanggar akan berbeza. Jika molekul terpantas H 2 dan J 2 berlanggar, tenaga mereka boleh menjadi sangat tinggi sehingga molekul pecah menjadi atom iodin dan hidrogen, yang terbang berasingan dan kemudian berinteraksi dengan molekul lain H 2 + J 2 > 2H+2J, kemudian H + J 2 > HJ + J. Jika tenaga molekul yang berlanggar kurang, tetapi cukup tinggi untuk melemahkan ikatan H – H dan J – J, tindak balas pembentukan hidrogen iodida akan berlaku:

Bagi kebanyakan molekul yang berlanggar, tenaga adalah kurang daripada yang diperlukan untuk melemahkan ikatan dalam H 2 dan J 2. Molekul sedemikian akan "senyap" berlanggar dan juga "senyap" bersurai, kekal seperti semula, H 2 dan J 2. Oleh itu, bukan semua, tetapi hanya sebahagian daripada perlanggaran membawa kepada tindak balas kimia. Pekali perkadaran (k) menunjukkan bilangan perlanggaran berkesan yang membawa kepada tindak balas perlanggaran pada kepekatan [H 2 ] = 1 mol. Magnitud k–kelajuan const. Bagaimanakah kelajuan boleh tetap? Ya, kelajuan seragam pergerakan rectilinear dipanggil pemalar kuantiti vektor, sama dengan nisbah pergerakan badan dalam mana-mana tempoh masa dengan nilai selang ini. Tetapi molekul bergerak secara huru-hara, maka bagaimanakah kelajuannya boleh menjadi const? Tetapi kelajuan tetap hanya boleh dilakukan pada suhu tetap. Dengan peningkatan suhu, bahagian molekul cepat yang perlanggaran membawa kepada tindak balas meningkat, iaitu, pemalar kadar meningkat. Tetapi peningkatan dalam pemalar kadar tidak terhad. Pada suhu tertentu, tenaga molekul akan menjadi sangat besar sehingga hampir semua perlanggaran bahan tindak balas akan berkesan. Apabila dua molekul cepat berlanggar, tindak balas terbalik akan berlaku.

Suatu saat akan tiba apabila kadar pembentukan 2HJ dari H 2 dan J 2 dan penguraian akan sama, tetapi ini sudah menjadi keseimbangan kimia. Kebergantungan kadar tindak balas pada kepekatan bahan tindak balas boleh dikesan menggunakan tindak balas tradisional interaksi larutan natrium tiosulfat dengan larutan asid sulfurik.

Na 2 S 2 O 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + H 2 S 2 O 3, (1)

H 2 S 2 O 3 = Sv+H 2 O+SO 2 ^. (2)

Tindak balas (1) berlaku hampir serta-merta. Kadar tindak balas (2) bergantung pada suhu malar pada kepekatan bahan tindak balas H 2 S 2 O 3 . Ini betul-betul tindak balas yang kami perhatikan - dalam kes ini, kelajuan diukur mengikut masa dari permulaan penyelesaian untuk bergabung sehingga kemunculan opalescence. Dalam artikel L. M. Kuznetsova Tindak balas natrium tiosulfat dengan asid hidroklorik diterangkan. Dia menulis bahawa apabila larutan disalirkan, opalescence (kekeruhan) berlaku. Tetapi kenyataan ini L.M. Kuznetsova tersilap kerana opalescence dan kekeruhan adalah dua perkara yang berbeza. Opalescence (daripada opal dan Latin escentia– akhiran bermaksud kesan lemah) – penyerakan cahaya oleh media keruh kerana ketidakhomogenan optiknya. Penyebaran cahaya– sisihan sinar cahaya yang merambat dalam medium ke semua arah dari arah asal. Zarah-zarah koloid mampu menyebarkan cahaya (kesan Tyndall-Faraday) - ini menerangkan opalescence, kekeruhan sedikit larutan koloid. Apabila menjalankan eksperimen ini, perlu mengambil kira opalescence biru, dan kemudian pembekuan penggantungan koloid sulfur. Ketumpatan penggantungan yang sama diperhatikan oleh hilangnya sebarang corak (contohnya, grid di bahagian bawah cawan) diperhatikan dari atas melalui lapisan larutan. Masa dikira menggunakan jam randik dari saat penyaliran.

Larutan Na 2 S 2 O 3 x 5H 2 O dan H 2 SO 4.

Yang pertama disediakan dengan melarutkan 7.5 g garam dalam 100 ml H 2 O, yang sepadan dengan kepekatan 0.3 M. Untuk menyediakan larutan H 2 SO 4 dengan kepekatan yang sama, anda perlu mengukur 1.8 ml H 2 SO 4 (k), ? = = 1.84 g/cm 3 dan larutkan dalam 120 ml H 2 O. Tuangkan larutan Na 2 S 2 O 3 yang telah disediakan ke dalam tiga gelas: 60 ml pada gelas pertama, 30 ml pada gelas kedua, 10 ml pada gelas ketiga. Tambahkan 30 ml H 2 O suling ke dalam gelas kedua, dan 50 ml pada gelas ketiga. Oleh itu, dalam ketiga-tiga gelas akan terdapat 60 ml cecair, tetapi pada yang pertama kepekatan garam adalah bersyarat = 1, dalam kedua - ½, dan dalam ketiga - 1/6. Selepas larutan disediakan, tuangkan 60 ml larutan H 2 SO 4 ke dalam gelas pertama dengan larutan garam dan hidupkan jam randik, dsb. Memandangkan kadar tindak balas berkurangan dengan pencairan larutan Na 2 S 2 O 3, ia boleh ditentukan sebagai kuantiti yang berkadar songsang dengan masa v = 1/? dan bina graf, memplot kepekatan pada paksi absis, dan kadar tindak balas pada paksi ordinat. Kesimpulan daripada ini ialah kadar tindak balas bergantung kepada kepekatan bahan. Data yang diperolehi disenaraikan dalam Jadual 3. Eksperimen ini boleh dilakukan menggunakan buret, tetapi ini memerlukan banyak latihan daripada pelaku, kerana graf mungkin tidak betul.

Jadual 3

Kelajuan dan masa tindak balas

Undang-undang Guldberg-Waage disahkan - profesor kimia Gulderg dan saintis muda Waage).

Mari kita pertimbangkan faktor seterusnya– suhu.

Apabila suhu meningkat, kadar kebanyakan tindak balas kimia meningkat. Kebergantungan ini diterangkan oleh peraturan Van't Hoff: "Untuk setiap kenaikan suhu 10 °C, kadar tindak balas kimia meningkat sebanyak 2 hingga 4 kali ganda."

di mana ? – pekali suhu menunjukkan berapa kali kadar tindak balas meningkat apabila suhu meningkat sebanyak 10 °C;

v 1 – kadar tindak balas pada suhu t 1 ;

v 2 – kadar tindak balas pada suhu t2.

Sebagai contoh, tindak balas pada 50 °C mengambil masa dua minit, berapa lama masa yang diperlukan untuk proses itu selesai pada 70 °C jika pekali suhu ? = 2?

t 1 = 120 s = 2 min; t 1 = 50 °C; t 2 = 70°C.

Walaupun sedikit peningkatan dalam suhu menyebabkan peningkatan mendadak dalam kadar tindak balas perlanggaran aktif molekul. Menurut teori pengaktifan, hanya molekul yang tenaganya lebih besar daripada tenaga purata molekul dengan jumlah tertentu mengambil bahagian dalam proses tersebut. Tenaga berlebihan ini adalah tenaga pengaktifan. Makna fizikalnya ialah tenaga yang diperlukan untuk perlanggaran aktif molekul (penyusunan semula orbit). Bilangan zarah aktif, dan oleh itu kadar tindak balas, meningkat dengan suhu mengikut undang-undang eksponen, mengikut persamaan Arrhenius, yang mencerminkan pergantungan pemalar kadar pada suhu

di mana A - Pekali perkadaran Arrhenius;

k– Pemalar Boltzmann;

E A – tenaga pengaktifan;

R – pemalar gas;

T- suhu.

Mangkin ialah bahan yang mempercepatkan kadar tindak balas tanpa dimakan.

Pemangkinan– fenomena perubahan kadar tindak balas dengan kehadiran mangkin. Terdapat pemangkinan homogen dan heterogen. homogen– jika reagen dan mangkin berada dalam keadaan terkumpul yang sama. Heterogen– jika reagen dan mangkin berada dalam keadaan pengagregatan yang berbeza. Mengenai pemangkinan, lihat secara berasingan (selanjutnya).

Perencat– bahan yang melambatkan kadar tindak balas.

Faktor seterusnya ialah luas permukaan. Semakin besar luas permukaan bahan tindak balas, semakin besar kelajuannya. Mari kita lihat contoh kesan tahap serakan pada kadar tindak balas.

CaCO 3 – marmar. Mari kita rendam marmar berjubin dalam mandi garam asid HCl, tunggu lima minit, ia akan larut sepenuhnya.

Marmar serbuk - kami akan melakukan prosedur yang sama dengannya, ia akan larut dalam masa tiga puluh saat.

Persamaan untuk kedua-dua proses adalah sama.

CaCO 3 (s) + HCl (g) = CaCl 2 (s) + H 2 O (l) + CO 2 (g) ^.

Jadi, apabila menambah marmar serbuk, masa adalah kurang daripada semasa menambah marmar papak, untuk jisim yang sama.

Dengan peningkatan dalam permukaan antara muka, kadar tindak balas heterogen meningkat.

Tindak balas kimia berlaku pada kadar yang berbeza. Sebahagian daripada mereka selesai sepenuhnya dalam pecahan kecil sesaat, yang lain dijalankan dalam beberapa minit, jam, hari; tindak balas diketahui yang memerlukan beberapa tahun untuk berlaku. Di samping itu, tindak balas yang sama boleh diteruskan dengan cepat dalam beberapa keadaan, contohnya, pada suhu tinggi, dan perlahan-lahan di bawah yang lain, sebagai contoh, semasa penyejukan; Selain itu, perbezaan dalam kelajuan tindak balas yang sama boleh menjadi sangat besar.

Apabila mempertimbangkan kadar tindak balas kimia, adalah perlu untuk membezakan antara tindak balas yang berlaku dalam sistem homogen (tindak balas homogen) dan tindak balas yang berlaku dalam sistem heterogen (tindak balas heterogen).

DEFINISI

Sistem dalam kimia adalah kebiasaan untuk memanggil bahan atau koleksi bahan yang dimaksudkan. Dalam kes ini, sistem itu ditentang persekitaran luaran- bahan yang mengelilingi sistem.

Terdapat sistem homogen dan heterogen. homogen sistem yang terdiri daripada satu fasa dipanggil heterogen- sistem yang terdiri daripada beberapa fasa. fasa ialah sebahagian daripada sistem yang dipisahkan daripada bahagian lain oleh antara muka, semasa peralihan yang mana sifat berubah secara mendadak.

Contoh sistem homogen ialah mana-mana campuran gas 9semua gas pada tidak terlalu tekanan tinggi larut selama-lamanya antara satu sama lain) atau larutan beberapa bahan dalam satu pelarut.

Contoh sistem heterogen termasuk sistem berikut: air dengan ais, larutan tepu dengan sedimen, arang batu dan sulfur dalam suasana udara.

Jika tindak balas berlaku dalam sistem homogen, maka ia berlaku sepanjang keseluruhan isipadu sistem ini. Jika tindak balas berlaku antara bahan membentuk sistem heterogen, maka ia hanya boleh berlaku pada antara muka antara fasa membentuk sistem. Dalam hal ini, kadar tindak balas homogen dan kadar tindak balas heterogen ditakrifkan secara berbeza.

DEFINISI

Kelajuan tindak balas homogen ialah jumlah bahan yang bertindak balas atau terbentuk semasa tindak balas per unit masa per unit isipadu sistem.

Kelajuan tindak balas heterogen ialah jumlah bahan yang bertindak balas atau terbentuk semasa tindak balas per unit masa per unit luas permukaan fasa.

Kedua-dua definisi ini boleh ditulis dalam bentuk matematik. Mari kita perkenalkan tatatanda berikut: υ homogen - kadar tindak balas dalam sistem homogen; υ h etero gen - kadar tindak balas dalam sistem heterogen n - bilangan mol mana-mana bahan yang terhasil daripada tindak balas; V ialah isipadu sistem; t-masa; S ialah luas permukaan fasa di mana tindak balas berlaku; Δ - tanda kenaikan (Δn = n 2 -n 1; Δt = t 2 -t 1). Kemudian

υ homogen = Δn / (V× Δt);

υ heterogen = Δn / (S× Δt).

Yang pertama daripada persamaan ini boleh dipermudahkan. Nisbah jumlah bahan (n) kepada isipadu (V) sistem ialah kepekatan molar (c) bahan: c=n/V, dari mana Δc=Δn/V dan akhirnya:

υ homogen = Δc / Δt.

Contoh penyelesaian masalah

CONTOH 1

Senaman

Buat formula dua oksida besi jika pecahan jisim besi di dalamnya ialah 77.8% dan 70.0%.

Penyelesaian

Mari kita cari pecahan jisim dalam setiap oksida kuprum:

ω 1 (O) = 100% - ω 1 (Fe) = 100% - 77.8% = 22.2%;

ω 2 (O) = 100% - ω 2 (Fe) = 100% - 70.0% = 30.0%.

Mari kita nyatakan bilangan mol unsur yang termasuk dalam sebatian dengan "x" (besi) dan "y" (oksigen). Kemudian, nisbah molar akan kelihatan seperti ini (nilai relatif jisim atom, diambil daripada jadual berkala DI. Mendeleev dibundarkan kepada nombor bulat):

x:y = ω 1 (Fe)/Ar(Fe) : ω 1 (O)/Ar(O);

x:y = 77.8/56: 22.2/16;

x:y = 1.39: 1.39 = 1:1.

Ini bermakna formula oksida besi pertama ialah FeO.

x:y = ω 2 (Fe)/Ar(Fe) : ω 2 (O)/Ar(O);

x:y = 70/56: 30/16;

x:y = 1.25: 1.875 = 1: 1.5 = 2: 3.

Ini bermakna formula oksida besi kedua ialah Fe 2 O 3.

Jawab

FeO, Fe2O3

CONTOH 2

Senaman

Tulis formula bagi sebatian hidrogen, iodin dan oksigen jika pecahan jisim unsur di dalamnya ialah: ω(H) = 2.2%, ω(I) = 55.7%, ω(O) = 42.1%.

Penyelesaian

Pecahan jisim unsur X dalam molekul komposisi NX dikira menggunakan formula berikut:

ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%.

Mari kita nyatakan bilangan mol unsur yang termasuk dalam sebatian sebagai "x" (hidrogen), "y" (iodin), "z" (oksigen). Kemudian, nisbah molar akan kelihatan seperti ini (nilai jisim atom relatif yang diambil daripada Jadual Berkala D.I. Mendeleev dibundarkan kepada nombor bulat):

x:y:z = ω(H)/Ar(H) : ω(I)/Ar(I) : ω(O)/Ar(O);

x:y:z= 2.2/1: 55.7/127: 42.1/16;

x:y:z= 2.2: 0.44: 2.63 = 5: 1: 6.

Ini bermakna formula bagi sebatian hidrogen, iodin dan oksigen ialah H 5 IO 6 .

Jawab

H5IO6