อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีแสดงอยู่ในหน่วยใด เคมีกายภาพ

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีขึ้นอยู่กับปัจจัยต่อไปนี้:

1) ลักษณะของสารที่ทำปฏิกิริยา

2) พื้นผิวสัมผัสของรีเอเจนต์

3) ความเข้มข้นของสารตั้งต้น

4) อุณหภูมิ

5) การมีอยู่ของตัวเร่งปฏิกิริยา

อัตราของปฏิกิริยาที่ต่างกันยังขึ้นอยู่กับ:

ก) ขนาดของอินเทอร์เฟซเฟส (เมื่ออินเทอร์เฟซเฟสเพิ่มขึ้น อัตราของปฏิกิริยาที่ต่างกันจะเพิ่มขึ้น)

b) อัตราการจัดหาสารทำปฏิกิริยาไปยังส่วนต่อประสานเฟสและอัตราการกำจัดผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาจากนั้น

ปัจจัยที่ส่งผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี:

1. ลักษณะของรีเอเจนต์ ธรรมชาติของพันธะเคมีในสารประกอบและโครงสร้างของโมเลกุลมีบทบาทสำคัญ ตัวอย่างเช่น การปล่อยไฮโดรเจนด้วยสังกะสีจากสารละลายกรดไฮโดรคลอริกเกิดขึ้นเร็วกว่าสารละลายของกรดอะซิติกมาก เนื่องจากขั้วของพันธะ H-C1 นั้นมากกว่าพันธะ OH ในโมเลกุล CH 3 COOH ในอีกทางหนึ่ง คำเนื่องจากข้อเท็จจริงที่ว่า HCl - เป็นอิเล็กโทรไลต์ที่แข็งแกร่งและ CH 3 COOH เป็นอิเล็กโทรไลต์ที่อ่อนแอในสารละลายที่เป็นน้ำ

2. พื้นผิวสัมผัสของรีเอเจนต์ ยังไง พื้นผิวมากขึ้นเมื่อสัมผัสกับสารที่ทำปฏิกิริยา ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นเร็วยิ่งขึ้น พื้นที่ผิวของของแข็งสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการบดและสำหรับสารที่ละลายได้โดยการละลาย ปฏิกิริยาในสารละลายเกิดขึ้นเกือบจะในทันที

3. ความเข้มข้นของรีเอเจนต์ เพื่อให้ปฏิกิริยาเกิดขึ้น อนุภาคของสารที่ทำปฏิกิริยาในระบบที่เป็นเนื้อเดียวกันจะต้องชนกัน เมื่อเพิ่มขึ้น ความเข้มข้นของสารตั้งต้นความเร็วของปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าเมื่อปริมาณของสารต่อหน่วยปริมาตรเพิ่มขึ้น จำนวนการชนกันระหว่างอนุภาคของสารที่ทำปฏิกิริยาก็จะเพิ่มขึ้น จำนวนการชนจะเป็นสัดส่วนกับจำนวนอนุภาคของสารที่ทำปฏิกิริยาในปริมาตรของเครื่องปฏิกรณ์ เช่น ความเข้มข้นของโมล

การพึ่งพาเชิงปริมาณของอัตราการเกิดปฏิกิริยากับความเข้มข้นของสารตั้งต้นจะแสดงออกมา กฎแห่งการกระทำของมวลชน (Guldberg และ Waage, นอร์เวย์, 1867): อัตราของปฏิกิริยาเคมีเป็นสัดส่วนกับผลคูณของความเข้มข้นของสารที่ทำปฏิกิริยา

สำหรับปฏิกิริยา:

AA + บีบี ↔ ซีซี + ดีดี

อัตราการเกิดปฏิกิริยาตามกฎของการกระทำของมวลเท่ากับ:

υ = เค[ก]คุณ ·[บี]คุณข(9)

โดยที่ [A] และ [B] คือความเข้มข้นของสารตั้งต้น

เค-อัตราการเกิดปฏิกิริยาคงที่, ซึ่งเท่ากับอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่ความเข้มข้นของสารตั้งต้น [A] = [B] = 1 โมล/ลิตร

ค่าคงที่ของอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะขึ้นอยู่กับลักษณะของสารตั้งต้น อุณหภูมิ แต่ ไม่ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสาร

นิพจน์ (9) เรียกว่า สมการจลน์ของปฏิกิริยา สมการจลน์ประกอบด้วยความเข้มข้นของก๊าซและสารที่ละลาย แต่ไม่รวมถึงความเข้มข้นของสารที่เป็นของแข็ง:

2SO 2 (ก.) + O 2 (ก.) = 2SO 3 (ก.); υ = เค 2 · [O 2 ];

CuO (ทีวี) + H 2 (g) = Cu (ทีวี) + H 2 O (g); υ = เค.

เมื่อใช้สมการจลน์ คุณสามารถคำนวณว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อความเข้มข้นของสารตั้งต้นเปลี่ยนแปลงไป

อิทธิพลของตัวเร่งปฏิกิริยา

5. อุณหภูมิปฏิกิริยาทฤษฎีการชนแบบแอคทีฟ

เพื่อให้ปฏิกิริยาเคมีเบื้องต้นเกิดขึ้น อนุภาคที่ทำปฏิกิริยาจะต้องชนกัน อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ว่าการชนทุกครั้งจะส่งผลให้เกิดปฏิกิริยาเคมี ปฏิกิริยาทางเคมีเกิดขึ้นเมื่ออนุภาคเข้าใกล้ระยะห่างซึ่งสามารถกระจายความหนาแน่นของอิเล็กตรอนและการก่อตัวของพันธะเคมีใหม่ได้ อนุภาคที่มีปฏิกิริยาโต้ตอบต้องมีพลังงานเพียงพอที่จะเอาชนะแรงผลักที่เกิดขึ้นระหว่างเปลือกอิเล็กตรอนของพวกมัน

สถานะการเปลี่ยนผ่าน- สถานะของระบบที่การทำลายและการสร้างการเชื่อมต่อมีความสมดุล ระบบจะยังคงอยู่ในสถานะการเปลี่ยนผ่านในช่วงเวลาสั้นๆ (10–15 วินาที) พลังงานที่ต้องใช้เพื่อทำให้ระบบเข้าสู่สถานะการเปลี่ยนแปลงเรียกว่า พลังงานกระตุ้น. ในปฏิกิริยาหลายขั้นตอนที่มีสถานะการเปลี่ยนแปลงหลายสถานะ พลังงานกระตุ้นจะสอดคล้องกัน มูลค่าสูงสุดพลังงาน. หลังจากเอาชนะสถานะการเปลี่ยนแปลงแล้ว โมเลกุลจะกระจายอีกครั้งพร้อมกับการทำลายพันธะเก่าและการก่อตัวใหม่ หรือด้วยการเปลี่ยนแปลงของพันธะดั้งเดิม ทั้งสองทางเลือกเป็นไปได้เนื่องจากเกิดขึ้นพร้อมกับการปล่อยพลังงาน มีสารที่สามารถลดพลังงานกระตุ้นสำหรับปฏิกิริยาที่กำหนดได้

โมเลกุลที่ใช้งานอยู่ A 2 และ B 2 เมื่อมีการชนกันจะรวมกันเป็นสารเชิงซ้อนเชิงซ้อนระดับกลาง A 2 ... B 2 โดยอ่อนตัวลงแล้วแตกออก การเชื่อมต่อ A-Aและ B-B และการเสริมสร้างการเชื่อมต่อ A-B

“พลังงานกระตุ้น” ของปฏิกิริยาสำหรับการก่อตัวของ HI (168 กิโลจูล/โมล) นั้นน้อยกว่าพลังงานที่จำเป็นในการสลายพันธะในโมเลกุลเริ่มต้นของ Н2 และ I2 (571 กิโลจูล/โมล) โดยสมบูรณ์อย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้นเส้นทางปฏิกิริยาผ่านการก่อตัว คอมเพล็กซ์ที่ใช้งาน (เปิดใช้งาน)มีพลังมากกว่าเส้นทางผ่านการแตกของพันธะในโมเลกุลดั้งเดิมอย่างสมบูรณ์ ปฏิกิริยาส่วนใหญ่เกิดขึ้นจากการก่อตัวของสารเชิงซ้อนที่มีฤทธิ์ระดับกลาง หลักการของทฤษฎีแอคทีฟคอมเพล็กซ์ได้รับการพัฒนาโดย G. Eyring และ M. Polyani ในยุค 30 ของศตวรรษที่ 20

พลังงานกระตุ้นหมายถึงพลังงานจลน์ส่วนเกินของอนุภาคเทียบกับพลังงานเฉลี่ยที่จำเป็นสำหรับการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของอนุภาคที่ชนกัน ปฏิกิริยามีลักษณะเฉพาะด้วยพลังงานกระตุ้นที่แตกต่างกัน (อีก).ในกรณีส่วนใหญ่ พลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยาเคมีระหว่างโมเลกุลที่เป็นกลางจะอยู่ในช่วง 80 ถึง 240 กิโลจูล/โมล สำหรับคุณค่ากระบวนการทางชีวเคมี อีเอมักจะต่ำกว่า - สูงถึง 20 kJ/mol สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่ากระบวนการทางชีวเคมีส่วนใหญ่ดำเนินการผ่านขั้นตอนของสารเชิงซ้อนของเอนไซม์และสารตั้งต้น อุปสรรคด้านพลังงานจำกัดปฏิกิริยา ด้วยเหตุนี้ โดยหลักการแล้ว ปฏิกิริยาที่เป็นไปได้ (ด้วย ถาม< 0) практически всегда не протекают или замедляются. Реакции с энергией активации выше 120 кДж/моль настолько медленны, что их протекание трудно заметить.

เพื่อให้ปฏิกิริยาเกิดขึ้น โมเลกุลจะต้องมีทิศทางที่แน่นอนและมีพลังงานเพียงพอเมื่อชนกัน ความน่าจะเป็นของการวางแนวการชนที่เหมาะสมนั้นมีลักษณะเฉพาะ เอนโทรปีการเปิดใช้งาน ∆ส. การกระจายตัวของความหนาแน่นของอิเล็กตรอนในสารเชิงซ้อนเชิงรุกได้รับการสนับสนุนจากเงื่อนไขเมื่อโมเลกุล A 2 และ B 2 ถูกวางตัวเมื่อเกิดการชนกัน ดังแสดงในรูปที่ 1 3a ในขณะที่การวางแนวแสดงในรูปที่ 3 3b ความน่าจะเป็นที่จะเกิดปฏิกิริยายังน้อยกว่ามาก - ในรูป 3ค.

ข้าว. 3. การวางแนวของโมเลกุล A 2 และ B 2 ที่เป็นประโยชน์ (a) และไม่พึงประสงค์ (b, c) เมื่อชนกัน

สมการที่แสดงลักษณะการขึ้นต่อกันของอัตราและปฏิกิริยาต่ออุณหภูมิ พลังงานกระตุ้น และเอนโทรปีของการกระตุ้นมีรูปแบบดังนี้

(10)

ที่ไหน เค-ค่าคงที่ของอัตราการเกิดปฏิกิริยา

ก- เป็นการประมาณครั้งแรก จำนวนทั้งหมดการชนกันระหว่างโมเลกุลต่อหน่วยเวลา (วินาที) ต่อหน่วยปริมาตร

จ- ฐานของลอการิทึมธรรมชาติ

ร- ค่าคงที่ก๊าซสากล

ต- อุณหภูมิสัมบูรณ์;

อีเอ- พลังงานกระตุ้น;

∆ส- การเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีการเปิดใช้งาน

สมการ (11) ได้มาโดย Arrhenius ในปี 1889 ปัจจัยก่อนเลขชี้กำลัง กแปรผันตามจำนวนการชนกันระหว่างโมเลกุลทั้งหมดต่อหน่วยเวลา มิติของมันเกิดขึ้นพร้อมกับมิติของอัตราคงที่และขึ้นอยู่กับลำดับรวมของปฏิกิริยา

ผู้แสดงสินค้าเท่ากับสัดส่วนของการชนที่ใช้งานอยู่จากจำนวนทั้งหมดนั่นคือ โมเลกุลที่ชนกันจะต้องมีพลังงานอันตรกิริยาเพียงพอ ความน่าจะเป็นของการวางแนวที่ต้องการในขณะที่เกิดการชนนั้นเป็นสัดส่วนกับ

เมื่อพูดถึงกฎการออกฤทธิ์ของมวลสำหรับความเร็ว (9) มีการระบุไว้เป็นพิเศษว่าค่าคงที่ของอัตราเป็นค่าคงที่ซึ่งไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของรีเอเจนต์ สันนิษฐานว่าการเปลี่ยนแปลงทางเคมีทั้งหมดเกิดขึ้นที่อุณหภูมิคงที่ ในเวลาเดียวกัน อัตราการเปลี่ยนแปลงทางเคมีสามารถเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญตามอุณหภูมิที่ลดลงหรือเพิ่มขึ้น จากมุมมองของกฎการกระทำของมวล การเปลี่ยนแปลงความเร็วนี้เกิดจากการขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของอัตราคงที่ เนื่องจากความเข้มข้นของสารที่ทำปฏิกิริยาเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยเนื่องจากการขยายตัวทางความร้อนหรือการบีบอัดของของเหลว

ข้อเท็จจริงที่รู้จักกันดีที่สุดคืออัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น การพึ่งพาอุณหภูมิของความเร็วประเภทนี้เรียกว่า ปกติ (รูปที่ 3 ก) การพึ่งพาประเภทนี้เป็นลักษณะของปฏิกิริยาง่าย ๆ ทั้งหมด

ข้าว. 3. ประเภทของการขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี: a - ปกติ;

ข - ผิดปกติ; ค - เอนไซม์

อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนแปลงทางเคมีเป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้ว อัตรานี้จะลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น การขึ้นต่ออุณหภูมิของอัตราประเภทนี้เรียกว่า ผิดปกติ . ตัวอย่างคือปฏิกิริยาเฟสก๊าซของไนโตรเจน (II) ออกไซด์กับโบรมีน (รูปที่ 3 b)

สิ่งที่น่าสนใจเป็นพิเศษสำหรับแพทย์คือการขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของอัตราการเกิดปฏิกิริยาของเอนไซม์เช่น ปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับเอนไซม์ ปฏิกิริยาเกือบทั้งหมดที่เกิดขึ้นในร่างกายจัดอยู่ในกลุ่มนี้ ตัวอย่างเช่น เมื่อไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์สลายตัวต่อหน้าเอนไซม์คาตาเลส อัตราการสลายตัวจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ในช่วง 273-320 ถึงการพึ่งพาอุณหภูมิเป็นเรื่องปกติ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความเร็วจะเพิ่มขึ้น และเมื่ออุณหภูมิลดลง ความเร็วก็จะลดลง เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นเกิน 320 ถึงอัตราการสลายตัวของเปอร์ออกไซด์ลดลงอย่างผิดปกติอย่างมาก ภาพที่คล้ายกันเกิดขึ้นกับปฏิกิริยาของเอนไซม์อื่น ๆ (รูปที่ 3c)

จากสมการอาร์เรเนียสสำหรับ เคเป็นที่ชัดเจนว่าตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา ตอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีรวมอยู่ในเลขชี้กำลังซึ่งมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอย่างมาก การขึ้นอยู่กับอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันต่ออุณหภูมิสามารถแสดงได้โดยกฎ van't Hoff ตามที่ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นทุกๆ 10° อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้น 2-4 เท่าตัวเลขที่แสดงจำนวนครั้งที่อัตราของปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น 10° เรียกว่า ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของอัตราการเกิดปฏิกิริยา -γ.

กฎนี้แสดงออกมาทางคณิตศาสตร์ด้วยสูตรต่อไปนี้:

(12)

โดยที่ γ คือค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิซึ่งแสดงจำนวนครั้งที่อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น 10 0 คุณ 1 –เสื้อ 1 ; คุณ 2 –อัตราการเกิดปฏิกิริยาที่อุณหภูมิ ที2.

เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นในความก้าวหน้าทางคณิตศาสตร์ ความเร็วจะเพิ่มขึ้นในความก้าวหน้าทางเรขาคณิต

ตัวอย่างเช่น ถ้า γ = 2.9 เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น 100° อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้น 2.9 10 เท่า เช่น 40,000 ครั้ง การเบี่ยงเบนจากกฎนี้คือปฏิกิริยาทางชีวเคมีซึ่งความเร็วจะเพิ่มขึ้นหลายสิบเท่าโดยมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นเล็กน้อย กฎนี้ใช้ได้กับการประมาณคร่าวๆ เท่านั้น ปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับโมเลกุลขนาดใหญ่ (โปรตีน) มีลักษณะเฉพาะด้วยค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิที่สูง อัตราการสลายตัวของโปรตีน (อัลบูมินไข่) เพิ่มขึ้น 50 เท่า โดยอุณหภูมิจะเพิ่มขึ้น 10 °C หลังจากถึงค่าสูงสุดที่กำหนด (50-60 °C) อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะลดลงอย่างรวดเร็วอันเป็นผลมาจากการสูญเสียสภาพเนื่องจากความร้อนของโปรตีน

สำหรับปฏิกิริยาเคมีหลายชนิด ไม่ทราบกฎการออกฤทธิ์ของมวลสำหรับความเร็ว ในกรณีเช่นนี้ สามารถใช้นิพจน์เพื่ออธิบายการขึ้นต่ออุณหภูมิของอัตราการแปลงได้:

เลขชี้กำลังก่อน และด้วยไม่ได้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ แต่ขึ้นอยู่กับความเข้มข้น หน่วยวัดคือ โมล/ลิตร∙s

การพึ่งพาทางทฤษฎีทำให้สามารถคำนวณความเร็วล่วงหน้าที่อุณหภูมิใดก็ได้ หากทราบพลังงานกระตุ้นและเลขชี้กำลังก่อน ดังนั้นจึงทำนายอิทธิพลของอุณหภูมิต่ออัตราการเปลี่ยนรูปทางเคมี

ปฏิกิริยาที่ซับซ้อน

หลักการแห่งความเป็นอิสระทุกสิ่งที่กล่าวถึงข้างต้นเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาที่ค่อนข้างง่าย แต่ในวิชาเคมีมักพบปฏิกิริยาที่เรียกว่าปฏิกิริยาที่ซับซ้อน ปฏิกิริยาดังกล่าวรวมถึงปฏิกิริยาที่กล่าวถึงด้านล่าง เมื่อถอนตัว สมการจลนศาสตร์สำหรับปฏิกิริยาเหล่านี้จะใช้หลักการของความเป็นอิสระ: หากมีปฏิกิริยาหลายอย่างเกิดขึ้นในระบบ แต่ละปฏิกิริยาจะไม่ขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาอื่นๆ และอัตราของปฏิกิริยาจะเป็นสัดส่วนกับผลคูณของความเข้มข้นของสารตั้งต้น

ปฏิกิริยาคู่ขนาน- เป็นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นพร้อมๆ กันในหลายทิศทาง

การสลายตัวทางความร้อนของโพแทสเซียมคลอเรตเกิดขึ้นพร้อมกันในสองปฏิกิริยา:

ปฏิกิริยาต่อเนื่อง- สิ่งเหล่านี้เป็นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในหลายขั้นตอน. สิ่งเหล่านี้เป็นปฏิกิริยาส่วนใหญ่ในวิชาเคมี

.

ปฏิกิริยาคอนจูเกตหากปฏิกิริยาหลายอย่างเกิดขึ้นในระบบและการเกิดขึ้นของหนึ่งในนั้นเป็นไปไม่ได้หากไม่มีปฏิกิริยาอื่น ปฏิกิริยาเหล่านี้จะถูกเรียก ผัน และปรากฏการณ์นั้นเอง - โดยการเหนี่ยวนำ .

2HI + H 2 CrO 4 → ฉัน 2 + Cr 2 O 3 + H 2 O

ปฏิกิริยานี้แทบจะสังเกตไม่ได้ภายใต้สภาวะปกติ แต่ถ้าเติม FeO เข้าสู่ระบบ ปฏิกิริยาต่อไปนี้จะเกิดขึ้น:

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

และในเวลาเดียวกันก็เกิดปฏิกิริยาแรกขึ้น เหตุผลก็คือการก่อตัวของปฏิกิริยาที่สองของผลิตภัณฑ์ขั้นกลางที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาแรก:

FeO 2 + H 2 CrO 4 → Cr 2 O 3 + Fe 5+;

HI + Fe 5+ → Fe 2 O 3 + I 2 + H 2 O

การเหนี่ยวนำทางเคมี- ปรากฏการณ์ที่ปฏิกิริยาเคมีอย่างหนึ่ง (รอง) ขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาอื่น (หลัก)

เอ+ ใน- หลักปฏิกิริยา,

เอ+ซี- รองปฏิกิริยา,

แล้ว A คือตัวกระตุ้น ใน- ตัวเหนี่ยวนำ C - ตัวรับ

ในระหว่างการเหนี่ยวนำทางเคมี ความเข้มข้นของผู้เข้าร่วมปฏิกิริยาทั้งหมดจะลดลง ซึ่งต่างจากตัวเร่งปฏิกิริยา

ปัจจัยการเหนี่ยวนำกำหนดจากสมการต่อไปนี้:

.

ขึ้นอยู่กับขนาดของปัจจัยการเหนี่ยวนำ กรณีต่อไปนี้อาจเป็นไปได้

ฉัน > 0 - กระบวนการทำให้หมาด ๆ อัตราการเกิดปฏิกิริยาลดลงเมื่อเวลาผ่านไป

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

ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำมีความสำคัญเนื่องจากในบางกรณีพลังงานของปฏิกิริยาปฐมภูมิสามารถชดเชยพลังงานที่ใช้ในปฏิกิริยาทุติยภูมิได้ ด้วยเหตุนี้ จึงปรากฏว่าเป็นไปได้ทางอุณหพลศาสตร์ในการสังเคราะห์โปรตีนโดยการควบแน่นของกรดอะมิโน

ปฏิกิริยาลูกโซ่หากปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นพร้อมกับการก่อตัวของอนุภาคแอคทีฟ (ไอออน, อนุมูล) ซึ่งเมื่อเข้าสู่ปฏิกิริยาที่ตามมาทำให้เกิดอนุภาคแอคทีฟใหม่ ลำดับของปฏิกิริยานี้เรียกว่า ปฏิกิริยาลูกโซ่.

การก่อตัวของอนุมูลอิสระสัมพันธ์กับการใช้พลังงานเพื่อทำลายพันธะในโมเลกุล พลังงานนี้สามารถให้โมเลกุลได้โดยการส่องสว่าง การปล่อยประจุไฟฟ้า การให้ความร้อน การฉายรังสีด้วยนิวตรอน อนุภาค α- และ β ในการทำปฏิกิริยาลูกโซ่ที่อุณหภูมิต่ำ ตัวริเริ่มจะถูกนำเข้าไปในส่วนผสมของปฏิกิริยา - สารที่ก่อให้เกิดอนุมูลได้ง่าย: ไอโซเดียม, เปอร์ออกไซด์อินทรีย์, ไอโอดีน ฯลฯ

ปฏิกิริยาการเกิดไฮโดรเจนคลอไรด์จาก การเชื่อมต่อที่เรียบง่าย, เปิดใช้งานด้วยแสง

ปฏิกิริยาทั้งหมด:

เอช 2 + ซี1 2 2HC1

แต่ละขั้นตอน:

Сl 2 2Сl∙ การกระตุ้นด้วยแสงของคลอรีน (การเริ่มต้น)

Cl∙ + H 2 = การพัฒนาลูกโซ่ HCl + H∙

H∙ + Cl 2 = HCl + Cl∙ ฯลฯ

H∙ + Cl∙ = วงจรเปิด HCl

โดยที่ H∙ และ Cl∙ คืออนุภาคที่มีฤทธิ์ (อนุมูล)

ในกลไกการเกิดปฏิกิริยานี้สามารถจำแนกระยะเบื้องต้นได้สามกลุ่ม ประการแรกคือปฏิกิริยาโฟโตเคมี การเกิดนิวเคลียสของลูกโซ่. โมเลกุลของคลอรีนเมื่อดูดซับควอนตัมแสงจะแยกตัวออกเป็นอะตอมอิสระที่มีปฏิกิริยาสูง ดังนั้นในระหว่างการสร้างนิวเคลียสของโซ่จะเกิดการก่อตัวของอะตอมอิสระหรืออนุมูลอิสระจากโมเลกุลที่มีเวเลนซ์อิ่มตัว กระบวนการของนิวเคลียสลูกโซ่เรียกอีกอย่างว่า การเริ่มต้น. อะตอมของคลอรีนซึ่งมีอิเล็กตรอนไม่เท่ากันสามารถทำปฏิกิริยากับโมเลกุลไฮโดรเจนได้ เกิดเป็นโมเลกุลของไฮโดรเจนคลอไรด์และอะตอมไฮโดรเจน ในทางกลับกันอะตอมไฮโดรเจนจะมีปฏิกิริยากับโมเลกุลคลอรีนซึ่งเป็นผลมาจากการที่โมเลกุลไฮโดรเจนคลอไรด์และอะตอมคลอรีนเกิดขึ้นอีกครั้งเป็นต้น

กระบวนการเหล่านี้มีลักษณะเฉพาะด้วยการทำซ้ำของขั้นตอนพื้นฐานเดียวกัน (ลิงก์) และดำเนินการรักษาอนุมูลอิสระ นำไปสู่การใช้สารตั้งต้นและการก่อตัวของผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยา เรียกว่ากลุ่มปฏิกิริยาดังกล่าว ปฏิกิริยาของการพัฒนา (หรือการต่อเนื่อง) ของห่วงโซ่

ระยะของปฏิกิริยาลูกโซ่ที่เกิดการตายของอนุมูลอิสระเรียกว่า วงจรเปิด. การยุติแบบลูกโซ่สามารถเกิดขึ้นได้จากการรวมตัวกันของอนุมูลอิสระ หากพลังงานที่ปล่อยออกมาในระหว่างกระบวนการนี้สามารถถูกส่งไปยังวัตถุที่สาม: ผนังของหลอดเลือดหรือโมเลกุลของสิ่งเจือปนเฉื่อย (ระยะที่ 4, 5) นั่นคือเหตุผลว่าทำไมอัตราปฏิกิริยาลูกโซ่จึงมีความไวต่อการมีอยู่ของสิ่งเจือปน รูปร่างและขนาดของถัง โดยเฉพาะที่แรงดันต่ำ

จำนวนจุดเชื่อมต่อเบื้องต้นตั้งแต่วินาทีที่โซ่เริ่มขาดเรียกว่าความยาวของโซ่ ในตัวอย่างที่อยู่ระหว่างการพิจารณา จะมีการสร้างโมเลกุล HCl มากถึง 10 5 โมเลกุลสำหรับแต่ละควอนตัมของแสง

ปฏิกิริยาลูกโซ่ในระหว่างที่ไม่มีการ "คูณ" ของจำนวนอนุมูลอิสระเรียกว่า ไม่มีการแบ่งสาขา หรือ ปฏิกิริยาลูกโซ่อย่างง่าย . ในแต่ละขั้นตอนเบื้องต้นของกระบวนการลูกโซ่ที่ไม่แยกส่วน อนุมูลหนึ่งตัว “ให้กำเนิด” แก่หนึ่งโมเลกุลของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาและมีอนุมูลใหม่เพียงตัวเดียวเท่านั้น (รูปที่ 41)

ตัวอย่างอื่นๆ ของปฏิกิริยาลูกโซ่อย่างง่าย: a) การทำคลอรีนของพาราฟินไฮโดรคาร์บอน Cl∙ + CH 4 → CH 3 ∙ + HC1; CH 3 ∙ + Cl - → CH 3 Cl + Cl ∙ ฯลฯ b) ปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันแบบรุนแรงเช่นการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันของไวนิลอะซิเตตเมื่อมีเบนโซอิลเปอร์ออกไซด์ซึ่งสลายตัวเป็นอนุมูลได้ง่าย c) ปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนกับโบรมีนซึ่งเกิดขึ้นตามกลไกที่คล้ายคลึงกับปฏิกิริยาของคลอรีนกับไฮโดรเจน เพียงแต่มีสายโซ่สั้นกว่าเนื่องจากการดูดความร้อน

หากเป็นผลมาจากการเจริญเติบโตมีอนุภาคออกฤทธิ์ตั้งแต่สองตัวขึ้นไปปรากฏขึ้นแสดงว่าปฏิกิริยาลูกโซ่นี้จะแตกแขนงออกไป

ในปีพ. ศ. 2468 N. N. Semenov และผู้ทำงานร่วมกันของเขาค้นพบปฏิกิริยาที่มีระยะเบื้องต้นซึ่งเป็นผลมาจากการที่อนุภาคที่ใช้งานทางเคมีไม่ปรากฏ แต่มีอนุภาคที่ใช้งานทางเคมีหลายอะตอม - อะตอมหรืออนุมูล การปรากฏตัวของอนุมูลอิสระใหม่หลายตัวนำไปสู่การปรากฏของสายโซ่ใหม่หลายสาย เช่น สาขาโซ่หนึ่ง กระบวนการดังกล่าวเรียกว่าปฏิกิริยาลูกโซ่แยก (รูปที่ 42)

ตัวอย่างของกระบวนการลูกโซ่ที่มีการแตกแขนงสูงคือการออกซิเดชันของไฮโดรเจนที่ แรงกดดันต่ำและอุณหภูมิประมาณ 900°C กลไกการเกิดปฏิกิริยาสามารถเขียนได้ดังนี้

1. H 2 + O 2 OH∙ + OH∙ การเริ่มต้นลูกโซ่

2. การพัฒนาสายโซ่ OH∙ + H2 → H2O + H∙

3. H∙ + O 2 → OH∙ + O: การแยกสายโซ่

4. O: + H 2 → OH∙ +H∙

5. OH∙ +H 2 → H 2 O + H∙ ความต่อเนื่องของโซ่

6. Н∙ + Н∙ + ผนัง → Н 2 วงจรเปิดบนผนังของเรือ

7. H∙ + O 2 + M → HO 2 ∙ + M วงจรเปิดในระดับเสียง

M เป็นโมเลกุลเฉื่อย ราก HO 2 ∙ ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการชนสามครั้ง จะไม่ทำงานและไม่สามารถต่อสายโซ่ได้

ในขั้นตอนแรกของกระบวนการจะเกิดอนุมูลไฮดรอกซิลซึ่งช่วยให้เกิดการพัฒนาสายโซ่แบบง่าย ในขั้นตอนที่สาม อันเป็นผลมาจากอันตรกิริยากับโมเลกุลดั้งเดิมของหนึ่งอนุมูล จะเกิดอนุมูลสองตัวขึ้น และอะตอมของออกซิเจนจะมีวาเลนซ์อิสระสองตัว สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ถึงการแตกแขนงของโซ่

ผลจากการแตกแขนงของโซ่ อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในช่วงเวลาเริ่มต้น และกระบวนการจะจบลงด้วยการระเบิดของโซ่ อย่างไรก็ตาม ปฏิกิริยาลูกโซ่แบบกิ่งจะสิ้นสุดด้วยการระเบิดเฉพาะเมื่ออัตราการแตกกิ่งมากกว่าอัตราการสิ้นสุดของลูกโซ่ มิฉะนั้นกระบวนการจะช้า

เมื่อสภาวะของปฏิกิริยาเปลี่ยนแปลง (การเปลี่ยนแปลงของความดัน อุณหภูมิ องค์ประกอบของส่วนผสม ขนาดและสภาพของผนังของถังปฏิกิริยา ฯลฯ) การเปลี่ยนจากปฏิกิริยาช้าไปเป็นการระเบิดอาจเกิดขึ้นและในทางกลับกัน ดังนั้นในปฏิกิริยาลูกโซ่จึงมีสภาวะที่จำกัด (วิกฤติ) ที่เกิดประกายไฟของลูกโซ่ ซึ่งควรแยกแยะการจุดติดไฟด้วยความร้อนที่เกิดขึ้นในปฏิกิริยาคายความร้อนอันเป็นผลมาจากการให้ความร้อนที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องของส่วนผสมที่ทำปฏิกิริยาพร้อมการกำจัดความร้อนแบบอ่อน

ออกซิเดชันของไอระเหยของกำมะถัน, ฟอสฟอรัส, คาร์บอนมอนอกไซด์ (II), คาร์บอนไดซัลไฟด์ ฯลฯ เกิดขึ้นผ่านกลไกลูกโซ่ที่แตกแขนง

ทฤษฎีสมัยใหม่กระบวนการลูกโซ่ที่พัฒนาโดยผู้ได้รับรางวัล รางวัลโนเบล(1956) โดยนักวิชาการชาวโซเวียต N. N. Semenov และนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ Hinshelwood

ปฏิกิริยาลูกโซ่ควรแยกความแตกต่างจากปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยา แม้ว่าปฏิกิริยาหลังจะมีลักษณะเป็นวงจรเช่นกัน ที่สุด ความแตกต่างที่สำคัญปฏิกิริยาลูกโซ่จากตัวเร่งปฏิกิริยาคือด้วยกลไกลูกโซ่ ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นได้ในทิศทางของการเพิ่มพลังงานของระบบเนื่องจากปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเอง ตัวเร่งปฏิกิริยาไม่ก่อให้เกิดปฏิกิริยาที่เป็นไปไม่ได้ทางอุณหพลศาสตร์ นอกจากนี้ ในปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยานั้นไม่มีขั้นตอนของกระบวนการ เช่น การเกิดนิวเคลียสของลูกโซ่และการสิ้นสุดของลูกโซ่

ปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันกรณีพิเศษของปฏิกิริยาลูกโซ่คือปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชัน

การเกิดพอลิเมอไรเซชันเป็นกระบวนการที่ปฏิกิริยาของอนุภาคออกฤทธิ์ (อนุมูล, ไอออน) กับสารประกอบโมเลกุลต่ำ (โมโนเมอร์) มาพร้อมกับการเติมตามลำดับของหลังด้วยการเพิ่มความยาวของห่วงโซ่วัสดุ (ความยาวโมเลกุล) เช่นด้วย การก่อตัวของพอลิเมอร์

โมโนเมอร์เป็น สารประกอบอินทรีย์ตามกฎแล้วจะมีพันธะไม่อิ่มตัว (สองเท่า, สามเท่า) ในโมเลกุล

ขั้นตอนหลักของกระบวนการโพลีเมอไรเซชัน:

1. การเริ่มต้น(ภายใต้อิทธิพลของแสง ความร้อน ฯลฯ):

ตอบ: ก→ก" + ก"- การสลายตัวแบบโฮโมไลติกด้วยการก่อตัวของอนุมูล (อนุภาควาเลนซ์ที่ไม่อิ่มตัวที่ใช้งานอยู่)

ตอบ: บี→ เอ - + บี +- การสลายตัวแบบเฮเทอโรไลติกด้วยการก่อตัวของไอออน

2. ความสูงของโซ่: A" + M→ เช้า"

(หรือ เอ - + ม→ เช้า",หรือ ใน + + ม→ วีเอ็ม +).

3. วงจรเปิด: น" + น"→ โพลีเมอร์

(หรือ เช้า" + บี +→ โพลีเมอร์ วีเอ็ม + + เอ"→ โพลีเมอร์)

ความเร็วของกระบวนการลูกโซ่จะมากกว่าความเร็วของกระบวนการที่ไม่ใช่ลูกโซ่เสมอ

เราต้องเผชิญกับปฏิกิริยาทางเคมีต่างๆ อยู่ตลอดเวลา การเผาไหม้ ก๊าซธรรมชาติ, การเกิดสนิมของเหล็ก, การเปรี้ยวของนม - สิ่งเหล่านี้ไม่ใช่กระบวนการทั้งหมดที่ได้รับการศึกษาโดยละเอียด หลักสูตรของโรงเรียนเคมี.

ปฏิกิริยาบางอย่างใช้เวลาเพียงเสี้ยววินาทีจึงจะเกิดขึ้น ในขณะที่ปฏิกิริยาบางอย่างใช้เวลาหลายวันหรือหลายสัปดาห์

ลองระบุความขึ้นต่อกันของอัตราการเกิดปฏิกิริยากับอุณหภูมิ ความเข้มข้น และปัจจัยอื่นๆ ในแบบใหม่ มาตรฐานการศึกษาบน คำถามนี้มีการจัดสรรเวลาการสอนขั้นต่ำ การทดสอบของการสอบ Unified State ประกอบด้วยงานที่ขึ้นอยู่กับอัตราการเกิดปฏิกิริยากับอุณหภูมิ ความเข้มข้น และแม้แต่เสนอปัญหาในการคำนวณ นักเรียนมัธยมปลายหลายคนประสบปัญหาในการหาคำตอบสำหรับคำถามเหล่านี้ ดังนั้นเราจะวิเคราะห์หัวข้อนี้โดยละเอียด

ความเกี่ยวข้องของปัญหาที่อยู่ระหว่างการพิจารณา

ข้อมูลเกี่ยวกับอัตราการเกิดปฏิกิริยามีความสำคัญเชิงปฏิบัติและทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญ ตัวอย่างเช่น ในการผลิตสารและผลิตภัณฑ์โดยเฉพาะ ผลผลิตของอุปกรณ์และต้นทุนของสินค้าจะขึ้นอยู่กับมูลค่านี้โดยตรง

การจำแนกประเภทของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง

มีความสัมพันธ์โดยตรงระหว่างสถานะของการรวมตัวของส่วนประกอบเริ่มต้นและผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาที่ต่างกัน

ในวิชาเคมี ระบบมักจะหมายถึงสารหรือการรวมกันของสารเหล่านั้น

เนื้อเดียวกันถือเป็นระบบที่ประกอบด้วยเฟสเดียว (เหมือนกัน สถานะของการรวมตัว). ตัวอย่างเช่น เราสามารถพูดถึงส่วนผสมของก๊าซและของเหลวหลายชนิดได้

ระบบที่ต่างกันคือระบบที่สารที่ทำปฏิกิริยาอยู่ในรูปของก๊าซและของเหลว ของแข็งและก๊าซ

ไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับอัตราการเกิดปฏิกิริยากับอุณหภูมิเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับเฟสที่ใช้ส่วนประกอบต่างๆ ที่เข้าสู่ปฏิกิริยาที่วิเคราะห์ด้วย

องค์ประกอบที่เป็นเนื้อเดียวกันมีลักษณะเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นตลอดทั้งปริมาตรซึ่งช่วยปรับปรุงคุณภาพได้อย่างมาก

หากสารตั้งต้นอยู่ในสถานะเฟสที่แตกต่างกัน ปฏิกิริยาสูงสุดจะถูกสังเกตที่ส่วนต่อประสานเฟส ตัวอย่างเช่น เมื่อโลหะแอคทีฟถูกละลายในกรด การก่อตัวของผลิตภัณฑ์ (เกลือ) จะเกิดขึ้นเฉพาะบนพื้นผิวที่สัมผัสกันเท่านั้น

ความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ระหว่างความเร็วกระบวนการกับปัจจัยต่างๆ

สมการของการพึ่งพาอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีกับอุณหภูมิมีลักษณะอย่างไร สำหรับกระบวนการที่เป็นเนื้อเดียวกัน อัตราจะถูกกำหนดโดยปริมาณของสารที่ทำปฏิกิริยาหรือเกิดขึ้นระหว่างการทำปฏิกิริยาในปริมาตรของระบบต่อหน่วยเวลา

สำหรับกระบวนการที่ต่างกัน อัตราจะถูกกำหนดในแง่ของปริมาณของสารที่ทำปฏิกิริยาหรือผลิตในกระบวนการต่อหน่วยพื้นที่ในช่วงเวลาขั้นต่ำ

ปัจจัยที่ส่งผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี

ลักษณะของสารตั้งต้นก็เป็นสาเหตุหนึ่ง ความเร็วที่แตกต่างกันหลักสูตรของกระบวนการ ตัวอย่างเช่น, โลหะอัลคาไลที่ อุณหภูมิห้องก่อตัวเป็นด่างด้วยน้ำ และกระบวนการนี้มาพร้อมกับการปล่อยก๊าซไฮโดรเจนอย่างเข้มข้น โลหะมีตระกูล (ทอง แพลทินัม เงิน) ไม่สามารถผ่านกระบวนการดังกล่าวได้ไม่ว่าจะที่อุณหภูมิห้องหรือเมื่อถูกความร้อน

ลักษณะของสารตั้งต้นเป็นปัจจัยที่ต้องนำมาพิจารณาด้วย อุตสาหกรรมเคมีเพื่อปรับปรุงความสามารถในการทำกำไรของการผลิต

มีการเปิดเผยความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้นของรีเอเจนต์กับความเร็วของปฏิกิริยาเคมี ยิ่งสูงเท่าไรอนุภาคก็จะยิ่งชนกันมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้นกระบวนการจึงดำเนินไปเร็วขึ้น

กฎแห่งการกระทำมวลในรูปแบบทางคณิตศาสตร์อธิบายได้โดยตรง การพึ่งพาอาศัยกันตามสัดส่วนระหว่างความเข้มข้นของสารตั้งต้นกับความเร็วของกระบวนการ

คิดค้นขึ้นในช่วงกลางศตวรรษที่ 19 โดยนักเคมีชาวรัสเซีย N. N. Beketov สำหรับแต่ละกระบวนการ จะมีการกำหนดค่าคงที่ของปฏิกิริยา ซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับอุณหภูมิ ความเข้มข้น หรือธรรมชาติของสารตั้งต้น

เพื่อเร่งปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับสารที่เป็นของแข็ง คุณต้องบดให้เป็นผง

ในกรณีนี้พื้นที่ผิวจะเพิ่มขึ้นซึ่งส่งผลดีต่อความเร็วของกระบวนการ สำหรับ น้ำมันดีเซลพวกเขาใช้ระบบหัวฉีดพิเศษซึ่งเมื่อสัมผัสกับอากาศความเร็วของกระบวนการเผาไหม้ของส่วนผสมของไฮโดรคาร์บอนจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก

เครื่องทำความร้อน

การขึ้นอยู่กับอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีกับอุณหภูมิอธิบายได้โดยทฤษฎีจลน์ศาสตร์ของโมเลกุล ช่วยให้คุณสามารถคำนวณจำนวนการชนกันระหว่างโมเลกุลรีเอเจนต์ภายใต้เงื่อนไขบางประการ หากคุณติดอาวุธด้วยข้อมูลดังกล่าว ภายใต้สภาวะปกติ กระบวนการทั้งหมดควรดำเนินการทันที

แต่หากพิจารณาแล้ว ตัวอย่างที่เฉพาะเจาะจงการขึ้นอยู่กับอัตราการเกิดปฏิกิริยาต่ออุณหภูมิปรากฎว่าสำหรับการโต้ตอบจำเป็นต้องหยุดพักก่อน พันธะเคมีระหว่างอะตอมจึงเกิดสารใหม่ขึ้นมาได้ มันต้องการ ต้นทุนที่สำคัญพลังงาน. อัตราปฏิกิริยาต่ออุณหภูมิขึ้นอยู่กับอะไร? พลังงานกระตุ้นเป็นตัวกำหนดความเป็นไปได้ของการแตกของโมเลกุลซึ่งเป็นพลังงานที่กำหนดลักษณะความเป็นจริงของกระบวนการอย่างแม่นยำ มีหน่วยเป็น kJ/mol

หากพลังงานไม่เพียงพอ การชนกันก็จะไม่เกิดผล จึงไม่เกิดโมเลกุลใหม่ตามมาด้วย

การแสดงกราฟิก

การขึ้นอยู่กับอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีกับอุณหภูมิสามารถแสดงเป็นกราฟได้ เมื่อถูกความร้อน จำนวนการชนกันระหว่างอนุภาคจะเพิ่มขึ้น ซึ่งจะช่วยเร่งปฏิกิริยากัน

กราฟอัตราการเกิดปฏิกิริยาเทียบกับอุณหภูมิมีลักษณะอย่างไร พลังงานของโมเลกุลจะถูกพล็อตในแนวนอน และจำนวนอนุภาคที่มีพลังงานสูงจะถูกระบุในแนวตั้ง พลังงานสำรอง. กราฟคือเส้นโค้งที่ใช้ตัดสินความเร็วของการโต้ตอบหนึ่งๆ ได้

ยิ่งความแตกต่างของพลังงานจากค่าเฉลี่ยมาก จุดของเส้นโค้งก็จะยิ่งอยู่ห่างจากค่าสูงสุด และเปอร์เซ็นต์ของโมเลกุลที่น้อยลงก็มีพลังงานสำรองดังกล่าว

ประเด็นสำคัญ

เป็นไปได้ไหมที่จะเขียนสมการการขึ้นต่อของอัตราการเกิดปฏิกิริยาคงที่กับอุณหภูมิ? การเพิ่มขึ้นนี้สะท้อนให้เห็นในการเพิ่มความเร็วของกระบวนการ การพึ่งพาอาศัยกันนี้มีลักษณะเฉพาะด้วยค่าบางอย่างที่เรียกว่าค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของอัตรากระบวนการ

สำหรับอันตรกิริยาใดๆ จะเปิดเผยการขึ้นต่อกันของค่าคงที่อัตราการเกิดปฏิกิริยากับอุณหภูมิ หากเพิ่มขึ้น 10 องศา ความเร็วของกระบวนการจะเพิ่มขึ้น 2-4 เท่า

การพึ่งพาอัตราการเกิดปฏิกิริยาเอกพันธ์ต่ออุณหภูมิสามารถแสดงได้ในรูปแบบทางคณิตศาสตร์

สำหรับปฏิกิริยาส่วนใหญ่ที่อุณหภูมิห้อง ค่าสัมประสิทธิ์จะอยู่ในช่วงตั้งแต่ 2 ถึง 4 ตัวอย่างเช่น ด้วยค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ 2.9 อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น 100 องศาจะทำให้กระบวนการเร็วขึ้นเกือบ 50,000 เท่า

การขึ้นอยู่กับอัตราการเกิดปฏิกิริยากับอุณหภูมิสามารถอธิบายได้ง่ายด้วยพลังงานกระตุ้นที่แตกต่างกัน มันมีค่าต่ำสุดในระหว่างกระบวนการไอออนิก ซึ่งจะถูกกำหนดโดยปฏิกิริยาของแคตไอออนและแอนไอออนเท่านั้น การทดลองจำนวนมากบ่งชี้ถึงการเกิดปฏิกิริยาดังกล่าวในทันที

ที่ มูลค่าสูงพลังงานกระตุ้น การชนกันระหว่างอนุภาคเพียงเล็กน้อยเท่านั้นที่จะนำไปสู่การมีปฏิสัมพันธ์ ที่พลังงานกระตุ้นโดยเฉลี่ย สารตั้งต้นจะมีปฏิกิริยาโต้ตอบที่อัตราเฉลี่ย

งานที่ขึ้นอยู่กับอัตราการเกิดปฏิกิริยาต่อความเข้มข้นและอุณหภูมิจะพิจารณาเฉพาะในระดับการศึกษาระดับสูงเท่านั้นและมักทำให้เกิดปัญหาร้ายแรงสำหรับเด็ก

การวัดความเร็วของกระบวนการ

กระบวนการเหล่านั้นที่ต้องใช้พลังงานกระตุ้นที่สำคัญเกี่ยวข้องกับการแตกครั้งแรกหรือการอ่อนตัวลงของพันธะระหว่างอะตอมในสารตั้งต้น ในกรณีนี้พวกมันจะเปลี่ยนไปสู่สถานะขั้นกลางที่เรียกว่าคอมเพล็กซ์ที่เปิดใช้งาน มันเป็นสถานะที่ไม่เสถียรและสลายตัวเป็นผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาค่อนข้างเร็วกระบวนการนี้มาพร้อมกับการปล่อยพลังงานเพิ่มเติม

ในรูปแบบที่ง่ายที่สุด สารเชิงซ้อนที่ถูกกระตุ้นคือโครงร่างของอะตอมที่มีพันธะเก่าอ่อนลง

สารยับยั้งและตัวเร่งปฏิกิริยา

ให้เราวิเคราะห์การขึ้นต่อกันของอัตราการเกิดปฏิกิริยาของเอนไซม์กับอุณหภูมิของตัวกลาง สารดังกล่าวทำหน้าที่เป็นตัวเร่งกระบวนการ

พวกเขาเองไม่ใช่ผู้เข้าร่วมในการโต้ตอบ จำนวนของพวกเขายังคงไม่เปลี่ยนแปลงหลังจากกระบวนการเสร็จสิ้น แม้ว่าตัวเร่งปฏิกิริยาจะช่วยเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยา แต่ในทางกลับกัน สารยับยั้งกลับทำให้กระบวนการนี้ช้าลง

สาระสำคัญของสิ่งนี้อยู่ที่การก่อตัวของสารประกอบระดับกลางซึ่งเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงความเร็วของกระบวนการ

บทสรุป

ปฏิกิริยาทางเคมีต่างๆ เกิดขึ้นทุกนาทีในโลก จะสร้างการพึ่งพาอัตราการเกิดปฏิกิริยากับอุณหภูมิได้อย่างไร? สมการอาร์เรเนียสเป็นคำอธิบายทางคณิตศาสตร์เกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างค่าคงที่อัตราและอุณหภูมิ มันให้แนวคิดเกี่ยวกับคุณค่าของพลังงานกระตุ้นซึ่งสามารถทำลายหรือทำให้พันธะระหว่างอะตอมในโมเลกุลอ่อนลงและการกระจายตัวของอนุภาคลงในสารเคมีใหม่ได้

ด้วยทฤษฎีจลน์ศาสตร์ระดับโมเลกุล ทำให้สามารถทำนายความน่าจะเป็นของอันตรกิริยาระหว่างส่วนประกอบเริ่มต้นและคำนวณอัตราของกระบวนการได้ ปัจจัยที่ส่งผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยามีความสำคัญอย่างยิ่ง ได้แก่ การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ เปอร์เซ็นต์ความเข้มข้นของสารที่มีปฏิกิริยา พื้นที่ผิวสัมผัส การมีอยู่ของตัวเร่งปฏิกิริยา (สารยับยั้ง) ตลอดจนลักษณะของส่วนประกอบที่มีปฏิกิริยากัน

อัตราของปฏิกิริยาเคมีเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารที่ทำปฏิกิริยาตัวใดตัวหนึ่งต่อหน่วยเวลาโดยมีปริมาตรคงที่ของระบบ

โดยทั่วไป ความเข้มข้นจะแสดงเป็นโมล/ลิตร และเวลาเป็นวินาทีหรือนาที ตัวอย่างเช่น หากความเข้มข้นเริ่มต้นของสารตัวทำปฏิกิริยาตัวใดตัวหนึ่งคือ 1 โมล/ลิตร และหลังจาก 4 วินาทีนับจากจุดเริ่มต้นของปฏิกิริยากลายเป็น 0.6 โมล/ลิตร ดังนั้น อัตราการเกิดปฏิกิริยาเฉลี่ยจะเท่ากับ (1-0.6) /4=0, 1 โมล/(l*s)

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเฉลี่ยคำนวณโดยสูตร:

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีขึ้นอยู่กับ:

ลักษณะของสารที่ทำปฏิกิริยา

สารที่มีพันธะมีขั้วในสารละลายจะมีปฏิกิริยาโต้ตอบกันเร็วขึ้น ซึ่งอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าสารดังกล่าวก่อให้เกิดไอออนในสารละลายที่มีปฏิกิริยาระหว่างกันได้ง่าย

สารที่มีพันธะโควาเลนต์ไม่มีขั้วและขั้วต่ำจะทำปฏิกิริยาในอัตราที่ต่างกัน ขึ้นอยู่กับกิจกรรมทางเคมีของสารเหล่านั้น

H 2 + F 2 = 2HF (ไปเร็วมากเมื่อมีการระเบิดที่อุณหภูมิห้อง)

H 2 + Br 2 = 2HBr (ไปช้าๆ แม้โดนความร้อน)

ค่าการสัมผัสพื้นผิวของสารที่ทำปฏิกิริยา (สำหรับต่างกัน)

ความเข้มข้นของสารตั้งต้น

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลคูณของความเข้มข้นของสารตั้งต้นที่เพิ่มขึ้นด้วยกำลังของสัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์

อุณหภูมิ

การขึ้นต่อกันของอัตราการเกิดปฏิกิริยากับอุณหภูมิถูกกำหนดโดยกฎ Van't Hoff:

โดยมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นทุกๆ 10 0 อัตราการเกิดปฏิกิริยาส่วนใหญ่เพิ่มขึ้น 2-4 เท่า

การมีอยู่ของตัวเร่งปฏิกิริยา

ตัวเร่งปฏิกิริยาคือสารที่เปลี่ยนอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี

ปรากฏการณ์ของการเปลี่ยนแปลงอัตราการเกิดปฏิกิริยาเมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยาเรียกว่า การเร่งปฏิกิริยา

ความดัน

เมื่อความดันเพิ่มขึ้น อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้น (สำหรับเนื้อเดียวกัน)

คำถามหมายเลข 26 กฎแห่งการกระทำของมวล อัตราคงที่ พลังงานกระตุ้น.

กฎแห่งการกระทำของมวล

อัตราที่สารทำปฏิกิริยากันขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสาร

อัตราคงที่

สัมประสิทธิ์สัดส่วนในสมการจลน์ของปฏิกิริยาเคมีซึ่งแสดงการขึ้นต่อกันของอัตราการเกิดปฏิกิริยาต่อความเข้มข้น

อัตราคงที่ขึ้นอยู่กับลักษณะของสารตั้งต้นและอุณหภูมิ แต่ไม่ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารเหล่านั้น

พลังงานกระตุ้น.

พลังงานที่ต้องส่งให้กับโมเลกุล (อนุภาค) ของสารที่ทำปฏิกิริยาเพื่อเปลี่ยนให้กลายเป็นสารออกฤทธิ์

พลังงานกระตุ้นขึ้นอยู่กับลักษณะของสารตั้งต้นและการเปลี่ยนแปลงเมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยา

การเพิ่มความเข้มข้นจะเพิ่มจำนวนโมเลกุลทั้งหมดและอนุภาคออกฤทธิ์ตามลำดับ

คำถามหมายเลข 27 ปฏิกิริยาย้อนกลับและไม่สามารถย้อนกลับได้ สมดุลเคมี ค่าคงที่สมดุล หลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์

ปฏิกิริยาที่ดำเนินการในทิศทางเดียวและจบลงด้วยการเปลี่ยนแปลงสารตั้งต้นไปเป็นสารสุดท้ายโดยสมบูรณ์เรียกว่าไม่สามารถย้อนกลับได้

ปฏิกิริยาผันกลับได้คือปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นพร้อมกันในสองทิศทางที่ตรงกันข้ามกัน

ในสมการของปฏิกิริยาที่พลิกกลับได้ ลูกศรสองอันที่ชี้ไปในทิศทางตรงกันข้ามจะถูกวางไว้ระหว่างด้านซ้ายและด้านขวา ตัวอย่างของปฏิกิริยาดังกล่าวคือการสังเคราะห์แอมโมเนียจากไฮโดรเจนและไนโตรเจน:

3H 2 + N 2 = 2NH 3

ปฏิกิริยาที่ไม่สามารถย้อนกลับได้คือปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น:

ผลิตภัณฑ์ที่เป็นผลจะตกตะกอนหรือถูกปล่อยออกมาเป็นก๊าซ ตัวอย่างเช่น

BaCl 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 + 2HCl

นา 2 CO 3 + 2HCl = 2NaCl + CO 2 + H 2 O

การก่อตัวของน้ำ:

HCl + NaOH = H2O + NaCl

ปฏิกิริยาที่ผันกลับได้จะไม่ถึงจุดสิ้นสุดและสิ้นสุดที่การก่อตั้ง สมดุลเคมี.

สมดุลเคมีคือสถานะของระบบสารที่ทำปฏิกิริยาซึ่งมีอัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าและปฏิกิริยาย้อนกลับเท่ากัน

สถานะของสมดุลเคมีได้รับอิทธิพลจากความเข้มข้นของสารที่ทำปฏิกิริยา อุณหภูมิ และความดันของก๊าซ เมื่อพารามิเตอร์ตัวใดตัวหนึ่งมีการเปลี่ยนแปลง สมดุลทางเคมีจะหยุดชะงัก

ค่าคงที่สมดุล

พารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดที่แสดงลักษณะของปฏิกิริยาเคมีแบบพลิกกลับได้คือค่าคงที่สมดุล K หากเราเขียนลงไปสำหรับปฏิกิริยาย้อนกลับที่พิจารณา A + D C + D เงื่อนไขสำหรับความเท่าเทียมกันของอัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับในสถานะสมดุล - k1[ A]เท่ากับ[B]เท่ากับ = k2[C]เท่ากับ[ D]เท่ากับ โดยที่ [C]เท่ากับ[D]เท่ากับ/[A]เท่ากับ[B]เท่ากับ = k1/k2 = K ดังนั้นค่าของ K จึงเรียกว่า ค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาเคมี

ดังนั้น ที่สมดุล อัตราส่วนของความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยาต่อผลคูณของความเข้มข้นของสารตั้งต้นจะคงที่หากอุณหภูมิคงที่ (ค่าคงที่อัตรา k1 และ k2 ดังนั้น ค่าคงที่สมดุล K จึงขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ แต่ไม่ได้ ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารตั้งต้น) หากโมเลกุลของสารตั้งต้นหลายโมเลกุลมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาและโมเลกุลหลายโมเลกุลของผลิตภัณฑ์ (หรือผลิตภัณฑ์) เกิดขึ้น ความเข้มข้นของสารในการแสดงออกของค่าคงที่สมดุลจะเพิ่มขึ้นเป็นกำลังที่สอดคล้องกับสัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์ของสารเหล่านั้น ดังนั้นสำหรับปฏิกิริยา 3H2 + N2 2NH3 นิพจน์สำหรับค่าคงที่สมดุลจะเขียนเป็น K = 2 เท่ากับ/3 เท่ากัน วิธีการที่อธิบายไว้สำหรับการหาค่าคงที่สมดุลตามอัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับนั้นไม่สามารถใช้ในกรณีทั่วไปได้ เนื่องจากสำหรับปฏิกิริยาที่ซับซ้อนมักจะไม่แสดงการพึ่งพาอัตราความเข้มข้น สมการง่ายๆหรือไม่ทราบแน่ชัด อย่างไรก็ตาม ในอุณหพลศาสตร์ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าสูตรสุดท้ายของค่าคงที่สมดุลนั้นถูกต้อง

สำหรับสารประกอบที่เป็นก๊าซ สามารถใช้ความดันแทนความเข้มข้นเมื่อเขียนค่าคงที่สมดุล แน่นอนว่าค่าตัวเลขของค่าคงที่อาจเปลี่ยนแปลงได้หากจำนวนโมเลกุลของก๊าซทางด้านขวาและด้านซ้ายของสมการไม่เท่ากัน

ปินซิป เลอ ชาเตอลิเยร์

หากอิทธิพลภายนอกใดๆ ถูกนำไปใช้กับระบบที่อยู่ในสมดุล ความสมดุลก็จะเลื่อนไปทางปฏิกิริยาที่ต่อต้านอิทธิพลนี้

ความสมดุลทางเคมีได้รับผลกระทบจาก:

การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่ปฏิกิริยาดูดความร้อน เมื่ออุณหภูมิลดลง สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่ปฏิกิริยาคายความร้อน

การเปลี่ยนแปลงความกดดัน เมื่อความดันเพิ่มขึ้น สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่จำนวนโมเลกุลที่ลดลง เมื่อความดันลดลง สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่การเพิ่มจำนวนโมเลกุล

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีคือการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารตั้งต้นต่อหน่วยเวลา

ในปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกัน พื้นที่ปฏิกิริยาหมายถึงปริมาตรของถังปฏิกิริยา และในปฏิกิริยาต่างกัน หมายถึงพื้นผิวที่เกิดปฏิกิริยา ความเข้มข้นของสารที่ทำปฏิกิริยามักจะแสดงเป็น โมล/ลิตร - จำนวนโมลของสารในสารละลาย 1 ลิตร

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีขึ้นอยู่กับลักษณะของสารตั้งต้น ความเข้มข้น อุณหภูมิ ความดัน พื้นผิวสัมผัสของสารและธรรมชาติของสาร และการมีอยู่ของตัวเร่งปฏิกิริยา

ความเข้มข้นของสารที่เพิ่มขึ้นซึ่งเกิดปฏิกิริยาทางเคมีทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีเพิ่มขึ้น สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากปฏิกิริยาเคมีทั้งหมดเกิดขึ้นระหว่างอนุภาคที่ทำปฏิกิริยาจำนวนหนึ่ง (อะตอม โมเลกุล ไอออน) ยิ่งอนุภาคเหล่านี้มีปริมาตรของพื้นที่ปฏิกิริยามากเท่าใด การชนกันและปฏิกิริยาทางเคมีก็จะเกิดขึ้นบ่อยขึ้นเท่านั้น ปฏิกิริยาเคมีสามารถเกิดขึ้นได้จากการกระทำเบื้องต้นอย่างน้อยหนึ่งครั้ง (การชน) จากสมการปฏิกิริยา เราสามารถเขียนนิพจน์ของการขึ้นต่อกันของอัตราการเกิดปฏิกิริยากับความเข้มข้นของสารตั้งต้นได้ หากมีเพียงโมเลกุลเดียวเท่านั้นที่มีส่วนร่วมในการกระทำเบื้องต้น (ระหว่างปฏิกิริยาการสลายตัว) การพึ่งพาอาศัยกันจะมีรูปแบบดังต่อไปนี้:

โวลต์= k*[ก]

นี่คือสมการของปฏิกิริยาโมเลกุลเดี่ยว เมื่อโมเลกุลที่แตกต่างกันสองตัวมีปฏิสัมพันธ์กันในการกระทำเบื้องต้น การพึ่งพาอาศัยกันจะมีรูปแบบ:

โวลต์= k*[ก]*[ข]

ปฏิกิริยานี้เรียกว่าชีวโมเลกุล ในกรณีที่โมเลกุลทั้งสามชนกัน นิพจน์นี้ใช้ได้:

โวลต์= k*[ก]*[ข]*[ค]

ปฏิกิริยานี้เรียกว่าไตรโมเลกุล การกำหนดสัมประสิทธิ์:

โวลต์ — ปฏิกิริยาความเร็ว

[A], [B], [C] คือความเข้มข้นของสารที่ทำปฏิกิริยา

k—สัมประสิทธิ์สัดส่วน; เรียกว่าค่าคงที่อัตราการเกิดปฏิกิริยา

ถ้าความเข้มข้นของสารตั้งต้นเท่ากับ 1 (1 โมล/ลิตร) หรือผลคูณของสารตั้งต้นเท่ากับ 1 แล้ว วี = k.. อัตราคงที่ขึ้นอยู่กับลักษณะของสารตั้งต้นและอุณหภูมิ การขึ้นต่อกันของอัตราของปฏิกิริยาอย่างง่าย (เช่น ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นจากการกระทำเบื้องต้นครั้งหนึ่ง) กับความเข้มข้น อธิบายโดยกฎแห่งการกระทำของมวล: อัตราของปฏิกิริยาเคมีเป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลคูณของความเข้มข้นของสารตั้งต้นที่เพิ่มขึ้นด้วยกำลังของสัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์

ตัวอย่างเช่น ลองดูปฏิกิริยา 2NO + O 2 = 2NO 2

ในนั้น โวลต์= k* 2 *

ในกรณีที่สมการของปฏิกิริยาเคมีไม่สอดคล้องกับการกระทำเบื้องต้น แต่สะท้อนถึงความสัมพันธ์ระหว่างมวลของสารที่ทำปฏิกิริยากับสารที่เกิดขึ้นเท่านั้น พลังของความเข้มข้นจะไม่เท่ากับ ค่าสัมประสิทธิ์ที่ปรากฏหน้าสูตรของสารที่เกี่ยวข้องในสมการปฏิกิริยา สำหรับปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในหลายระยะ อัตราของปฏิกิริยาจะถูกกำหนดโดยอัตราของระยะที่ช้าที่สุด (จำกัด)

การขึ้นอยู่กับอัตราการเกิดปฏิกิริยากับความเข้มข้นของสารตั้งต้นนี้ใช้ได้กับก๊าซและปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในสารละลาย ปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับของแข็งไม่เป็นไปตามกฎการออกฤทธิ์ของมวล เนื่องจากอันตรกิริยาของโมเลกุลเกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานเท่านั้น ดังนั้นความเร็ว ปฏิกิริยาที่ต่างกันขึ้นอยู่กับขนาดและลักษณะของพื้นผิวสัมผัสของเฟสปฏิกิริยาด้วย ยิ่งพื้นผิวมีขนาดใหญ่เท่าไร ปฏิกิริยาก็จะยิ่งเกิดขึ้นเร็วขึ้นเท่านั้น

ผลของอุณหภูมิต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี

ผลกระทบของอุณหภูมิต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีถูกกำหนดโดยกฎ Van't Hoff: โดยมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นทุกๆ 10 ° C อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น 2-4 เท่าในทางคณิตศาสตร์ กฎนี้แสดงโดยสมการต่อไปนี้:

วี t2= วี t1*ก(t2-t1)/10

ที่ไหน วี t1และ วี t2 —อัตราการเกิดปฏิกิริยาที่อุณหภูมิ t2 และ t1; g - ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของปฏิกิริยา - ตัวเลขแสดงจำนวนครั้งที่อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นทุกๆ 10 ° C. การพึ่งพาอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีกับอุณหภูมิอย่างมีนัยสำคัญดังกล่าวอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าการก่อตัวของสารใหม่ไม่ได้เกิดขึ้นทุกครั้งที่มีการชนกันของโมเลกุลที่ทำปฏิกิริยา เฉพาะโมเลกุลเหล่านั้น (โมเลกุลที่ทำงานอยู่) เท่านั้นที่ทำปฏิกิริยาโต้ตอบซึ่งมีพลังงานเพียงพอที่จะทำลายพันธะในอนุภาคดั้งเดิม ดังนั้นแต่ละปฏิกิริยาจึงมีลักษณะเป็นอุปสรรคด้านพลังงาน โมเลกุลต้องการเพื่อเอาชนะมัน พลังงานกระตุ้น -พลังงานส่วนเกินบางส่วนที่โมเลกุลต้องมีเพื่อที่จะชนกับโมเลกุลอื่นทำให้เกิดการก่อตัวของสารใหม่ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น จำนวนโมเลกุลที่ทำงานอยู่จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ส่งผลให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วตามกฎของแวนท์ ฮอฟฟ์ พลังงานกระตุ้นสำหรับปฏิกิริยาแต่ละอย่างขึ้นอยู่กับลักษณะของตัวทำปฏิกิริยา

ทฤษฎีการชนแบบแอคทีฟช่วยให้เราสามารถอธิบายอิทธิพลของปัจจัยบางประการต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีได้ บทบัญญัติหลักของทฤษฎีนี้:

• ปฏิกิริยาเกิดขึ้นเมื่ออนุภาคของสารตั้งต้นที่มีพลังงานจำนวนหนึ่งชนกัน
• ยิ่งมีอนุภาคของสารตั้งต้นมากเท่าไร ยิ่งอยู่ใกล้กันมากเท่าไร ก็ยิ่งมีแนวโน้มที่จะชนกันและทำปฏิกิริยามากขึ้นเท่านั้น
• การชนที่มีประสิทธิภาพเท่านั้นที่จะทำให้เกิดปฏิกิริยา เช่น ส่วนที่ "ความสัมพันธ์เก่า" ถูกทำลายหรืออ่อนแอลง ดังนั้น "ความสัมพันธ์ใหม่" จึงเกิดขึ้นได้ อนุภาคจะต้องมีพลังงานเพียงพอ
• เรียกว่าพลังงานส่วนเกินขั้นต่ำที่จำเป็นสำหรับการชนกันของอนุภาคของสารตั้งต้นอย่างมีประสิทธิภาพ พลังงานกระตุ้น Ea
• กิจกรรม สารเคมีแสดงออกด้วยพลังงานกระตุ้นต่ำของปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับพวกมัน ยิ่งพลังงานกระตุ้นต่ำ อัตราการเกิดปฏิกิริยาก็จะยิ่งสูงขึ้นตัวอย่างเช่น ในปฏิกิริยาระหว่างแคตไอออนและแอนไอออน พลังงานกระตุ้นต่ำมาก ดังนั้นปฏิกิริยาดังกล่าวจึงเกิดขึ้นเกือบจะในทันที

อิทธิพลของตัวเร่งปฏิกิริยา

หนึ่งในที่สุด วิธีที่มีประสิทธิภาพอิทธิพลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี-การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา ถึง ตัวช่วยแก้ไข -เหล่านี้เป็นสารที่เปลี่ยนอัตราการเกิดปฏิกิริยา แต่ในตอนท้ายของกระบวนการพวกมันเองยังคงองค์ประกอบและมวลไม่เปลี่ยนแปลง กล่าวอีกนัยหนึ่ง ในขณะที่เกิดปฏิกิริยา ตัวเร่งปฏิกิริยาจะมีส่วนร่วมในกระบวนการทางเคมี แต่เมื่อสิ้นสุดปฏิกิริยา รีเอเจนต์จะเปลี่ยน องค์ประกอบทางเคมีกลายเป็นผลิตภัณฑ์และตัวเร่งปฏิกิริยาก็ถูกปลดปล่อยออกมาในรูปแบบเดิม โดยทั่วไป บทบาทของตัวเร่งปฏิกิริยาคือการเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยา แม้ว่าตัวเร่งปฏิกิริยาบางตัวจะชะลอกระบวนการมากกว่าที่จะเร่งให้เร็วขึ้นก็ตาม ปรากฏการณ์การเร่งปฏิกิริยาเคมีเนื่องจากมีตัวเร่งปฏิกิริยาเรียกว่า การเร่งปฏิกิริยา,และการชะลอตัว - การยับยั้ง

สารบางชนิดไม่มีผลในการเร่งปฏิกิริยา แต่การเติมสารเหล่านี้จะเพิ่มความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาของตัวเร่งปฏิกิริยาได้อย่างมาก สารดังกล่าวมีชื่อเรียกว่า โปรโมเตอร์. สารอื่นๆ (สารพิษจากตัวเร่งปฏิกิริยา) จะไปลดหรือขัดขวางการทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยาโดยสิ้นเชิง กระบวนการนี้เรียกว่า พิษของตัวเร่งปฏิกิริยา.

ตัวเร่งปฏิกิริยามีสองประเภท: เป็นเนื้อเดียวกันและ ต่างกัน. ที่ การเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันสารตั้งต้น ผลิตภัณฑ์ และตัวเร่งปฏิกิริยาจะก่อตัวเป็นเฟสเดียว (ก๊าซหรือของเหลว) ในกรณีนี้ไม่มีส่วนต่อประสานระหว่างตัวเร่งปฏิกิริยากับสารตั้งต้น

ลักษณะเฉพาะ การเร่งปฏิกิริยาต่างกันคือตัวเร่งปฏิกิริยา (โดยปกติจะเป็นของแข็ง) อยู่ในสถานะเฟสที่แตกต่างจากสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยา ปฏิกิริยานี้มักจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวของของแข็ง

ในการเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกัน ผลิตภัณฑ์ขั้นกลางจะเกิดขึ้นระหว่างตัวเร่งปฏิกิริยาและตัวทำปฏิกิริยาอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาที่มีพลังงานกระตุ้นต่ำกว่า ในการเร่งปฏิกิริยาแบบเฮเทอโรจีนัส อัตราการเพิ่มขึ้นของอธิบายได้โดยการดูดซับของสารตั้งต้นบนพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยา เป็นผลให้ความเข้มข้นเพิ่มขึ้นและอัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น

กรณีพิเศษของการเร่งปฏิกิริยาคือ การเร่งปฏิกิริยาอัตโนมัติความหมายของมันคือว่า กระบวนการทางเคมีเร่งด้วยผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาตัวใดตัวหนึ่ง