معدل التفاعل هو قيمة توضح التغير في تركيز المواد المتفاعلة خلال فترة زمنية. لتقدير حجمها ، من الضروري تغيير الشروط الأولية للعملية.
تفاعلات متجانسة
معدل التفاعل بين بعض المركبات التي تكون في نفس الشكل الكلي يعتمد على حجم المواد المأخوذة. من وجهة نظر رياضية ، من الممكن التعبير عن العلاقة بين معدل عملية متجانسة والتغير في التركيز لكل وحدة زمنية.
مثال على مثل هذا التفاعل هو أكسدة أكسيد النيتريك (2) لأكسيد النيتريك (4).
عمليات غير متجانسة
يتميز معدل التفاعل لبدء المواد في حالات التجميع المختلفة بعدد مولات كواشف البدء لكل وحدة مساحة لكل وحدة زمنية.
التفاعلات غير المتجانسة هي سمة للأنظمة التي لها حالات تجميعية مختلفة.
تلخيصًا ، نلاحظ أن معدل التفاعل يوضح التغيير في عدد مولات الكواشف الأولية (منتجات التفاعل) لـالفترة الزمنية ، لكل واجهة وحدة أو لكل وحدة حجم.
تركيز
لنأخذ بعين الاعتبار العوامل الرئيسية التي تؤثر على معدل التفاعل. لنبدأ بالتركيز. يتم التعبير عن هذا الاعتماد من خلال قانون العمل الجماهيري. هناك علاقة تناسبية مباشرة بين ناتج تراكيز المواد التي تتفاعل ، والتي تؤخذ من حيث معاملاتها الكيميائية الفراغية ، وسرعة التفاعل.
ضع في اعتبارك المعادلة aA + bB=cC + dD ، حيث A ، B ، C ، D عبارة عن سوائل أو غازات. للعملية المذكورة أعلاه ، يمكن كتابة المعادلة الحركية مع الأخذ بعين الاعتبار معامل التناسب ، الذي له قيمته الخاصة لكل تفاعل.
كسبب رئيسي لزيادة السرعة ، يمكن للمرء أن يلاحظ زيادة في عدد تصادمات الجسيمات المتفاعلة لكل وحدة حجم.
درجة الحرارة
ضع في اعتبارك تأثير درجة الحرارة على معدل التفاعل. العمليات التي تحدث في أنظمة متجانسة ممكنة فقط عندما تصطدم الجسيمات. ولكن لا تؤدي جميع الاصطدامات إلى تكوين نواتج التفاعل. فقط في حالة زيادة طاقة الجسيمات. عندما يتم تسخين الكواشف ، لوحظ زيادة في الطاقة الحركية للجسيمات ، ويزداد عدد الجزيئات النشطة ، وبالتالي ، لوحظ زيادة في معدل التفاعل. يتم تحديد العلاقة بين مؤشر درجة الحرارة ومعدل العملية من خلال قاعدة van't Hoff: تؤدي كل زيادة في درجة الحرارة بمقدار 10 درجة مئوية إلى زيادة معدل العملية بمقدار 2-4 مرات.
محفز
بالنظر إلى العوامل التي تؤثر على معدل التفاعل ، دعونا نركز على المواد التي يمكن أن تزيد من سرعة العملية ، أي على المحفزات. اعتمادًا على حالة تراكم المحفز والمواد المتفاعلة ، يتم تمييز عدة أنواع من الحفز:
- شكل متجانس ، حيث يكون للمتفاعلات والمحفز نفس حالة التجميع ؛
- غير متجانسة عندما تكون المواد المتفاعلة والمحفز في نفس المرحلة.
يمكن تمييز النيكل والبلاتين والروديوم والبلاديوم كأمثلة على المواد التي تسرع التفاعلات.
المثبطات هي مواد تعمل على إبطاء التفاعل.
منطقة الاتصال
ما الذي يحدد معدل التفاعل أيضًا؟ تنقسم الكيمياء إلى عدة أقسام ، يتعامل كل منها مع مراعاة بعض العمليات والظواهر. يدرس مقرر الكيمياء الفيزيائية العلاقة بين منطقة التلامس وسرعة العملية.
من أجل زيادة مساحة التلامس للكواشف ، يتم سحقها إلى حجم معين. يحدث التفاعل الأسرع في المحاليل ، وهذا هو سبب إجراء العديد من التفاعلات في وسط مائي.
عند طحن المواد الصلبة ، يجب مراعاة القياس. على سبيل المثال ، عندما يتم تحويل البيريت (كبريتات الحديد) إلى غبار ، يتم تلبيد جزيئاته في فرن ، مما يؤثر سلبًا على معدل عملية أكسدة هذا المركب ، وينخفض مردود ثاني أكسيد الكبريت.
الكواشف
دعونا نحاول فهم كيفية تحديد معدل التفاعل اعتمادًا على الكواشف التي تتفاعل؟ على سبيل المثال ، المعادن النشطة الموجودة في سلسلة Beketov الكهروكيميائية قبل الهيدروجين قادرة على التفاعل مع المحاليل الحمضية ، وتلك التي بعد H2ليس لديها مثل هذه القدرة. يكمن سبب هذه الظاهرة في النشاط الكيميائي للمعادن.
الضغط
كيف يرتبط معدل التفاعل بهذه القيمة؟ الكيمياء علم وثيق الصلة بالفيزياء ، لذا فإن الاعتماد يتناسب طرديًا ، ويتم تنظيمه بواسطة قوانين الغاز. هناك علاقة مباشرة بين الكميات. ولفهم القانون الذي يحدد معدل التفاعل الكيميائي ، من الضروري معرفة حالة التجميع وتركيز الكواشف.
أنواع السرعات في الكيمياء
من المعتاد تحديد القيم اللحظية والمتوسطة. يتم تعريف متوسط معدل التفاعل الكيميائي على أنه الفرق في تركيزات المواد المتفاعلة خلال فترة زمنية.
تكون القيمة التي يتم الحصول عليها سالبة عندما ينخفض التركيز ، وتكون موجبة عندما يزداد تركيز منتجات التفاعل.
القيمة الحقيقية (اللحظية) هي مثل هذه النسبة في وحدة زمنية معينة.
في نظام SI ، يتم التعبير عن معدل العملية الكيميائية في [mol × m-3× s-1]
مشاكل في الكيمياء
دعونا نلقي نظرة على بعض الأمثلة على المشاكل المتعلقة بتحديد السرعة.
مثال 1. Inيخلط الكلور والهيدروجين في وعاء ثم يسخن الخليط. بعد 5 ثوانٍ ، اكتسب تركيز كلوريد الهيدروجين قيمة 0.05 مول / ديسيتر3. احسب متوسط معدل تكوين كلوريد الهيدروجين (مول / ديسيمتر3ث).
من الضروري تحديد التغيير في تركيز كلوريد الهيدروجين بعد 5 ثوانٍ من التفاعل ، وطرح القيمة الأولية من التركيز النهائي:
C (HCl)=c2 - c1=0.05 - 0=0.05 مول / دسم3.
احسب متوسط معدل تكوين كلوريد الهيدروجين:
V=0.05 / 5=0.010 مول / دسم3× ث.
مثال 2. في وعاء بحجم 3 dm3، تحدث العملية التالية:
C2H2+ 2H2=C2 H6.
الكتلة الأولية للهيدروجين هي 1 جم. بعد ثانيتين من بدء التفاعل ، اكتسبت كتلة الهيدروجين قيمة 0.4 جم. احسب متوسط معدل إنتاج الإيثان (mol / dm 3× ق).
يتم تعريف كتلة الهيدروجين التي تفاعلت على أنها الفرق بين القيمة الأولية والعدد النهائي. إنه 1 - 0.4=0.6 (جم). لتحديد عدد مولات الهيدروجين ، من الضروري تقسيمه على الكتلة المولية لغاز معين: n \u003d 0.6 / 2 \u003d 0.3 mol. وفقًا للمعادلة ، يتكون 1 مول من الإيثان من 2 مول من الهيدروجين ، وبالتالي ، من 0.3 مول من H2نحصل على 0.15 مول من الإيثان.
تحديد تركيز الهيدروكربون الناتج ، نحصل على 0.05 مول / ديسيمتر3. ثم يمكنك حساب متوسط معدل تكوينها:=0.025 مول / دسم3× ث.
الخلاصة
عوامل مختلفة تؤثر على معدل التفاعل الكيميائي: طبيعة المواد المتفاعلة (طاقة التنشيط) ، تركيزها ، وجود محفز ، درجة الطحن ، الضغط ، نوع الإشعاع.
في النصف الثاني من القرن التاسع عشر ، اقترح الأستاذ ن. ن. بيكيتوف أن هناك علاقة بين كتل الكواشف الأولية ومدة العملية. تم تأكيد هذه الفرضية في قانون العمل الجماعي ، الذي تم وضعه عام 1867 بواسطة الكيميائيين النرويجيين: P. Wage و K. Guldberg.
الكيمياء الفيزيائية تدرس آلية وسرعة العمليات المختلفة. أبسط العمليات التي تحدث في مرحلة واحدة تسمى العمليات أحادية الجزيء. تتضمن التفاعلات المعقدة عدة تفاعلات متسلسلة أولية ، لذلك يتم اعتبار كل مرحلة على حدة.
من أجل الحصول على أقصى إنتاجية لمنتجات التفاعل بأقل تكاليف للطاقة ، من المهم مراعاة العوامل الرئيسية التي تؤثر على مسار العملية.
على سبيل المثال ، لتسريع عملية تحلل الماء إلى مواد بسيطة ، هناك حاجة إلى محفز ، يؤدي دوره أكسيد المنغنيز (4).
جميع الفروق الدقيقة المرتبطة باختيار الكواشف ، واختيار الضغط ودرجة الحرارة الأمثل ، وتركيز الكواشف تعتبر في الحركية الكيميائية.
