อัตราการเกิดปฏิกิริยาการทำให้เป็นกลาง อัตราของปฏิกิริยาเคมีและปัจจัยที่ขึ้นอยู่กับ: ลักษณะของสารที่ทำปฏิกิริยา, ความเข้มข้น, อุณหภูมิของปฏิกิริยาเคมี, พื้นผิวสัมผัสของสารที่ทำปฏิกิริยา, ตัวเร่งปฏิกิริยา

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

ระบบที่ประกอบด้วยเฟสเดียว (สถานะการรวมกลุ่มเดียวกัน) ถือเป็นระบบที่เป็นเนื้อเดียวกัน ตัวอย่างเช่น เราสามารถพูดถึงส่วนผสมของก๊าซและของเหลวหลายชนิดได้

ระบบที่ต่างกันคือระบบที่สารที่ทำปฏิกิริยาอยู่ในรูปของก๊าซและของเหลว ของแข็งและก๊าซ

ไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับอัตราการเกิดปฏิกิริยากับอุณหภูมิเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับเฟสที่ใช้ส่วนประกอบต่างๆ ที่เข้าสู่ปฏิกิริยาที่วิเคราะห์ด้วย

องค์ประกอบที่เป็นเนื้อเดียวกันมีลักษณะเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นตลอดทั้งปริมาตรซึ่งช่วยปรับปรุงคุณภาพได้อย่างมาก

หากสารตั้งต้นอยู่ในสถานะเฟสที่แตกต่างกัน ปฏิกิริยาสูงสุดจะถูกสังเกตที่ส่วนต่อประสานเฟส ตัวอย่างเช่น เมื่อโลหะแอคทีฟถูกละลายในกรด การก่อตัวของผลิตภัณฑ์ (เกลือ) จะเกิดขึ้นเฉพาะบนพื้นผิวที่สัมผัสกันเท่านั้น

ความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ระหว่างความเร็วกระบวนการกับปัจจัยต่างๆ

สมการความเร็วมีลักษณะอย่างไร? ปฏิกิริยาเคมีอุณหภูมิเหรอ? 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

ที่พลังงานกระตุ้นสูง การชนกันระหว่างอนุภาคเพียงเล็กน้อยเท่านั้นที่จะทำให้เกิดปฏิกิริยาโต้ตอบ ที่พลังงานกระตุ้นโดยเฉลี่ย สารตั้งต้นจะมีปฏิกิริยาโต้ตอบที่อัตราเฉลี่ย

งานที่ขึ้นอยู่กับอัตราการเกิดปฏิกิริยาต่อความเข้มข้นและอุณหภูมิจะพิจารณาเฉพาะในระดับการศึกษาระดับสูงเท่านั้นและมักทำให้เกิดปัญหาร้ายแรงสำหรับเด็ก

การวัดความเร็วของกระบวนการ

กระบวนการเหล่านั้นที่ต้องใช้พลังงานกระตุ้นที่สำคัญเกี่ยวข้องกับการแตกครั้งแรกหรือการอ่อนตัวลงของพันธะระหว่างอะตอมในสารตั้งต้น ในกรณีนี้พวกมันจะเปลี่ยนไปสู่สถานะขั้นกลางที่เรียกว่าคอมเพล็กซ์ที่เปิดใช้งาน มันเป็นสถานะที่ไม่เสถียรและสลายตัวเป็นผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาค่อนข้างเร็วกระบวนการนี้มาพร้อมกับการปล่อยพลังงานเพิ่มเติม

ในรูปแบบที่ง่ายที่สุด สารเชิงซ้อนที่ถูกกระตุ้นคือโครงร่างของอะตอมที่มีพันธะเก่าอ่อนลง

สารยับยั้งและตัวเร่งปฏิกิริยา

ให้เราวิเคราะห์การขึ้นต่อกันของอัตราการเกิดปฏิกิริยาของเอนไซม์กับอุณหภูมิของตัวกลาง สารดังกล่าวทำหน้าที่เป็นตัวเร่งกระบวนการ

พวกเขาเองไม่ใช่ผู้เข้าร่วมในการโต้ตอบ จำนวนของพวกเขายังคงไม่เปลี่ยนแปลงหลังจากกระบวนการเสร็จสิ้น แม้ว่าตัวเร่งปฏิกิริยาจะช่วยเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยา แต่ในทางกลับกัน สารยับยั้งกลับทำให้กระบวนการนี้ช้าลง

สาระสำคัญของสิ่งนี้อยู่ที่การก่อตัวของสารประกอบระดับกลางซึ่งเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงความเร็วของกระบวนการ

บทสรุป

ปฏิกิริยาทางเคมีต่างๆ เกิดขึ้นทุกนาทีในโลก จะสร้างการพึ่งพาอัตราการเกิดปฏิกิริยากับอุณหภูมิได้อย่างไร? สมการอาร์เรเนียสเป็นคำอธิบายทางคณิตศาสตร์เกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างค่าคงที่อัตราและอุณหภูมิ มันให้แนวคิดเกี่ยวกับคุณค่าของพลังงานกระตุ้นซึ่งการทำลายหรือทำให้พันธะระหว่างอะตอมในโมเลกุลอ่อนลงเป็นไปได้การกระจายตัวของอนุภาคไปสู่สิ่งใหม่ สารเคมี.

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

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี- การเปลี่ยนแปลงปริมาณของสารที่ทำปฏิกิริยาอย่างใดอย่างหนึ่งต่อหน่วยเวลาในหน่วยพื้นที่ปฏิกิริยา

ความเร็วของปฏิกิริยาเคมีขึ้นอยู่กับปัจจัยต่อไปนี้:

• ลักษณะของสารที่ทำปฏิกิริยา
• ความเข้มข้นของสารตั้งต้น
• พื้นผิวสัมผัสของสารที่ทำปฏิกิริยา (ในปฏิกิริยาที่ต่างกัน)
• อุณหภูมิ;
• การกระทำของตัวเร่งปฏิกิริยา

ทฤษฎีการชนแบบแอคทีฟช่วยให้เราสามารถอธิบายอิทธิพลของปัจจัยบางประการต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีได้ บทบัญญัติหลักของทฤษฎีนี้:

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

อิทธิพลของความเข้มข้นของสารตั้งต้นต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา

เมื่อความเข้มข้นของสารตั้งต้นเพิ่มขึ้น อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้น เพื่อให้ปฏิกิริยาเกิดขึ้น อนุภาคเคมีสองตัวจะต้องมารวมกัน ดังนั้นอัตราการเกิดปฏิกิริยาจึงขึ้นอยู่กับจำนวนการชนกันระหว่างอนุภาคเหล่านั้น การเพิ่มจำนวนอนุภาคในปริมาตรที่กำหนดจะนำไปสู่การชนบ่อยขึ้นและอัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น

การเพิ่มขึ้นของอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในเฟสก๊าซจะเป็นผลมาจากความดันที่เพิ่มขึ้นหรือปริมาตรที่ครอบครองโดยส่วนผสมลดลง

จากข้อมูลการทดลองในปี พ.ศ. 2410 นักวิทยาศาสตร์ชาวนอร์เวย์ K. Guldberg และ P. Waage และเป็นอิสระจากพวกเขาในปี พ.ศ. 2408 นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย N.I. เบเคตอฟได้กำหนดกฎพื้นฐานของจลนศาสตร์เคมีขึ้น การขึ้นอยู่กับอัตราการเกิดปฏิกิริยากับความเข้มข้นของสารตั้งต้น -

กฎแห่งการกระทำมวล (LMA):

อัตราของปฏิกิริยาเคมีเป็นสัดส่วนกับผลคูณของความเข้มข้นของสารที่ทำปฏิกิริยา ซึ่งมีกำลังเท่ากับค่าสัมประสิทธิ์ของสารในสมการปฏิกิริยา (“มวลประสิทธิผล” เป็นคำพ้องความหมาย แนวคิดที่ทันสมัย"ความเข้มข้น")

เอเอ+บีบี =ซีซี +ดีดีที่ไหน เค– อัตราการเกิดปฏิกิริยาคงที่

ZDM ดำเนินการเฉพาะกับปฏิกิริยาเคมีเบื้องต้นที่เกิดขึ้นในขั้นตอนเดียวเท่านั้น หากปฏิกิริยาเกิดขึ้นตามลำดับผ่านหลายขั้นตอน ความเร็วรวมของกระบวนการทั้งหมดจะถูกกำหนดโดยส่วนที่ช้าที่สุด

นิพจน์สำหรับความเร็ว หลากหลายชนิดปฏิกิริยา

ZDM หมายถึงปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกัน หากปฏิกิริยาต่างกัน (รีเอเจนต์จะต่างกัน สถานะของการรวมตัว) จากนั้นสมการ ZDM จะรวมเฉพาะรีเอเจนต์ที่เป็นของเหลวหรือก๊าซเท่านั้น และไม่รวมของแข็ง ซึ่งส่งผลต่อค่าคงที่อัตรา k เท่านั้น

โมเลกุลของปฏิกิริยาคือจำนวนโมเลกุลขั้นต่ำที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการทางเคมีเบื้องต้น ขึ้นอยู่กับความเป็นโมเลกุล ปฏิกิริยาเคมีเบื้องต้นแบ่งออกเป็นโมเลกุล (A →) และสองโมเลกุล (A + B →); ปฏิกิริยาไตรโมเลกุลมีน้อยมาก

อัตราการเกิดปฏิกิริยาต่างกัน

• ขึ้นอยู่กับ พื้นที่ผิวสัมผัสระหว่างสาร, เช่น. ระดับการบดของสารและความสมบูรณ์ของการผสมรีเอเจนต์
• ตัวอย่างคือการเผาไม้ ท่อนไม้ทั้งหมดจะเผาไหม้ในอากาศค่อนข้างช้า หากคุณเพิ่มพื้นผิวสัมผัสระหว่างไม้กับอากาศ โดยแยกท่อนไม้ออกเป็นชิ้นๆ อัตราการเผาไหม้จะเพิ่มขึ้น
• เหล็กที่ลุกติดไฟได้เองจะถูกเทลงบนแผ่นกระดาษกรอง ในช่วงฤดูใบไม้ร่วง อนุภาคเหล็กจะร้อนและจุดไฟเผากระดาษ

ผลกระทบของอุณหภูมิต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา

ในศตวรรษที่ 19 Van't Hoff นักวิทยาศาสตร์ชาวดัตช์ค้นพบการทดลองว่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น 10 o C อัตราของปฏิกิริยาหลายอย่างจะเพิ่มขึ้น 2-4 เท่า

กฎของแวนต์ ฮอฟฟ์

สำหรับอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นทุกๆ 10 4 C อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้น 2-4 เท่า

ที่นี่ γ (ตัวอักษรกรีก "แกมมา") - ที่เรียกว่าค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิหรือค่าสัมประสิทธิ์ van't Hoff รับค่าตั้งแต่ 2 ถึง 4

สำหรับแต่ละปฏิกิริยาเฉพาะ ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิจะถูกกำหนดโดยการทดลอง มันแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าอัตราของปฏิกิริยาเคมีที่กำหนด (และค่าคงที่ของอัตรา) จะเพิ่มขึ้นเป็นจำนวนเท่าใดเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นทุกๆ 10 องศา

กฎของแวนต์ ฮอฟฟ์ใช้ในการประมาณการเปลี่ยนแปลงของค่าคงที่อัตราการเกิดปฏิกิริยาเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นหรือลดลง ความสัมพันธ์ที่แม่นยำยิ่งขึ้นระหว่างค่าคงที่ของอัตราและอุณหภูมิถูกกำหนดโดยนักเคมีชาวสวีเดน Svante Arrhenius:

ยังไง มากกว่า E ปฏิกิริยาเฉพาะดังนั้น น้อย(ที่อุณหภูมิที่กำหนด) จะเป็นอัตราคงที่ k (และอัตรา) ของปฏิกิริยานี้ การเพิ่มขึ้นของ T ส่งผลให้อัตราคงที่เพิ่มขึ้น ซึ่งอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิทำให้จำนวนโมเลกุล "มีพลัง" เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วซึ่งสามารถเอาชนะสิ่งกีดขวางการกระตุ้น Ea ได้

ผลของตัวเร่งปฏิกิริยาต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา

คุณสามารถเปลี่ยนอัตราการเกิดปฏิกิริยาได้โดยใช้สารพิเศษที่เปลี่ยนกลไกการเกิดปฏิกิริยาและกำหนดทิศทางไปตามเส้นทางที่มีพลังมากขึ้นด้วยพลังงานกระตุ้นที่ต่ำกว่า

ตัวเร่งปฏิกิริยา- สิ่งเหล่านี้คือสารที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเคมีและเพิ่มความเร็ว แต่เมื่อสิ้นสุดปฏิกิริยาพวกมันยังคงไม่เปลี่ยนแปลงทั้งในเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณ

สารยับยั้ง– สารที่ทำให้ปฏิกิริยาเคมีช้าลง

เรียกว่าการเปลี่ยนอัตราของปฏิกิริยาเคมีหรือทิศทางโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา การเร่งปฏิกิริยา .

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

การเพิ่มความเข้มข้นเพิ่มขึ้น จำนวนทั้งหมดโมเลกุลและอนุภาคออกฤทธิ์ตามลำดับ

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

หัวข้อของตัวประมวลผลการตรวจสอบ Unified State:ปฏิกิริยาความเร็ว มันขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ

อัตราของปฏิกิริยาเคมีแสดงให้เห็นว่าปฏิกิริยานั้นเกิดขึ้นได้เร็วแค่ไหน ปฏิสัมพันธ์เกิดขึ้นเมื่ออนุภาคชนกันในอวกาศ ในกรณีนี้ ปฏิกิริยาจะไม่เกิดขึ้นทุกครั้งที่ชนกัน แต่จะเกิดขึ้นเมื่ออนุภาคมีพลังงานที่เหมาะสมเท่านั้น

ปฏิกิริยาความเร็ว – จำนวนการชนกันเบื้องต้นของอนุภาคที่มีปฏิกิริยาโต้ตอบซึ่งสิ้นสุดด้วยการเปลี่ยนแปลงทางเคมีต่อหน่วยเวลา

การกำหนดอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีสัมพันธ์กับสภาวะที่เกิดขึ้น หากเกิดปฏิกิริยา เป็นเนื้อเดียวกัน- เช่น. ผลิตภัณฑ์และรีเอเจนต์อยู่ในเฟสเดียวกัน - ดังนั้นอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีจึงถูกกำหนดเป็นการเปลี่ยนแปลงของสารต่อหน่วยเวลา:

υ = ΔC / Δt

หากมีสารรีเอเจนต์หรือผลิตภัณฑ์เข้า ขั้นตอนที่แตกต่างกันและการชนกันของอนุภาคจะเกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานเท่านั้น จากนั้นจะเรียกว่าปฏิกิริยา ต่างกันและความเร็วถูกกำหนดโดยการเปลี่ยนแปลงปริมาณของสารต่อหน่วยเวลาต่อหน่วยของพื้นผิวปฏิกิริยา:

υ = Δν / (S·Δt)

จะทำให้อนุภาคชนกันบ่อยขึ้นได้อย่างไร เช่น ยังไง เพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี?

1. วิธีที่ง่ายที่สุดคือการเพิ่มขึ้น อุณหภูมิ . ดังที่คุณคงทราบจากหลักสูตรฟิสิกส์ อุณหภูมิเป็นตัววัดพลังงานจลน์เฉลี่ยในการเคลื่อนที่ของอนุภาคของสาร ถ้าเราเพิ่มอุณหภูมิ อนุภาคของสสารใด ๆ ก็เริ่มเคลื่อนที่เร็วขึ้นและชนกันบ่อยขึ้น

อย่างไรก็ตาม เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีจะเพิ่มขึ้น สาเหตุหลักมาจากจำนวนการชนที่มีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น จำนวนอนุภาคออกฤทธิ์ที่สามารถเอาชนะกำแพงพลังงานของปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ถ้าเราลดอุณหภูมิลง อนุภาคจะเริ่มเคลื่อนที่ช้าลง จำนวนอนุภาคที่ทำงานอยู่จะลดลง และจำนวนการชนที่มีประสิทธิผลต่อวินาทีจะลดลง ดังนั้น, เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีจะเพิ่มขึ้น และเมื่ออุณหภูมิลดลงก็จะลดลง.

บันทึก! กฎนี้ใช้ได้ผลเหมือนกันกับปฏิกิริยาเคมีทั้งหมด (รวมถึงปฏิกิริยาคายความร้อนและปฏิกิริยาดูดความร้อน) อัตราการเกิดปฏิกิริยาไม่ขึ้นกับผลกระทบจากความร้อน อัตราการเกิดปฏิกิริยาคายความร้อนจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น และลดลงเมื่ออุณหภูมิลดลง อัตราของปฏิกิริยาดูดความร้อนยังเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นและลดลงเมื่ออุณหภูมิลดลง

ยิ่งไปกว่านั้น ย้อนกลับไปในศตวรรษที่ 19 นักฟิสิกส์ชาวดัตช์ Van't Hoff ได้ทำการทดลองว่าปฏิกิริยาส่วนใหญ่จะเพิ่มความเร็วของพวกมันประมาณเท่าๆ กัน (ประมาณ 2-4 เท่า) เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น 10 o C กฎของ Van't Hoff มีเสียงดังนี้: การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ 10 o C ทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีเพิ่มขึ้น 2-4 เท่า (ค่านี้เรียกว่าค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของอัตราปฏิกิริยาเคมี γ) ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิที่แน่นอนถูกกำหนดไว้สำหรับแต่ละปฏิกิริยา

ที่นี่ โวลต์ 2 - อัตราการเกิดปฏิกิริยาที่อุณหภูมิ T 2, v 1 - อัตราการเกิดปฏิกิริยาที่อุณหภูมิ T 1, γ — ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของอัตราการเกิดปฏิกิริยา, ค่าสัมประสิทธิ์แวนต์ฮอฟฟ์

ในบางสถานการณ์ ไม่สามารถเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาโดยใช้อุณหภูมิได้เสมอไป เนื่องจาก สารบางชนิดสลายตัวเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น สารหรือตัวทำละลายบางชนิดระเหยเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น เป็นต้น กล่าวคือ เงื่อนไขของกระบวนการถูกละเมิด

2. ความเข้มข้น คุณยังสามารถเพิ่มจำนวนการชนกันที่มีผลได้โดยการเปลี่ยนแปลง ความเข้มข้น สารตั้งต้น . มักใช้กับก๊าซและของเหลวเพราะว่า ในก๊าซและของเหลว อนุภาคจะเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วและผสมกันอย่างแข็งขัน ยิ่งความเข้มข้นของสารที่ทำปฏิกิริยา (ของเหลว ก๊าซ) มากเท่าไร จำนวนที่มากขึ้นการชนที่มีประสิทธิภาพและอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีก็จะสูงขึ้น

ซึ่งเป็นรากฐาน จำนวนมากการทดลองในปี พ.ศ. 2410 ในงานของนักวิทยาศาสตร์ชาวนอร์เวย์ P. Guldenberg และ P. Waage และในปี พ.ศ. 2408 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย N.I. Beketov ได้รับกฎพื้นฐานของจลนพลศาสตร์เคมี โดยกำหนดอัตราการขึ้นต่อปฏิกิริยาเคมีกับความเข้มข้นของสารตั้งต้น:

อัตราของปฏิกิริยาเคมีเป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลคูณของความเข้มข้นของสารที่ทำปฏิกิริยาซึ่งมีกำลังเท่ากับค่าสัมประสิทธิ์ของสารในสมการของปฏิกิริยาเคมี

สำหรับปฏิกิริยาเคมีในรูปแบบ: aA + bB = cC + dD กฎแห่งการกระทำของมวลเขียนได้ดังนี้:

โดยที่ v คืออัตราของปฏิกิริยาเคมี

ซี เอ และ ซีบี — ความเข้มข้นของสาร A และ B ตามลำดับ โมล/ลิตร

เค – ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วน, ค่าคงที่อัตราการเกิดปฏิกิริยา

ตัวอย่างเช่นสำหรับปฏิกิริยาการเกิดแอมโมเนีย:

ยังไม่มีข้อความ 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3

กฎแห่งการกระทำมวลชนมีลักษณะดังนี้:

ค่าคงที่อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะแสดงความเร็วที่สารจะทำปฏิกิริยาหากความเข้มข้นของสารเป็น 1 โมล/ลิตร หรือผลคูณของสารนั้นเท่ากับ 1 อัตราคงที่ของปฏิกิริยาเคมีขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและไม่ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารที่ทำปฏิกิริยา

กฎแห่งการกระทำของมวลไม่ได้คำนึงถึงความเข้มข้นของของแข็งเพราะว่า ตามกฎแล้วพวกมันจะทำปฏิกิริยาบนพื้นผิว และจำนวนอนุภาคที่ทำปฏิกิริยาต่อหน่วยพื้นผิวจะไม่เปลี่ยนแปลง

ในกรณีส่วนใหญ่ ปฏิกิริยาเคมีประกอบด้วยขั้นตอนง่ายๆ หลายขั้นตอน ซึ่งในกรณีนี้สมการของปฏิกิริยาเคมีจะแสดงเฉพาะสมการสรุปหรือสมการสุดท้ายของกระบวนการที่เกิดขึ้นเท่านั้น ในกรณีนี้คืออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี ในลักษณะที่ซับซ้อนขึ้นอยู่กับ (หรือไม่ขึ้นอยู่กับ) ความเข้มข้นของสารตั้งต้น ตัวกลาง หรือตัวเร่งปฏิกิริยา ดังนั้นรูปแบบที่แน่นอนของสมการจลน์จึงถูกกำหนดโดยการทดลอง หรือขึ้นอยู่กับการวิเคราะห์กลไกปฏิกิริยาที่นำเสนอ โดยทั่วไป อัตราของปฏิกิริยาเคมีที่ซับซ้อนจะถูกกำหนดโดยอัตราของขั้นตอนที่ช้าที่สุด ( ขั้นตอนการจำกัด).

3. ความกดดันสำหรับก๊าซความเข้มข้นจะขึ้นอยู่กับโดยตรง ความดัน. เมื่อความดันเพิ่มขึ้น ความเข้มข้นของก๊าซจะเพิ่มขึ้น นิพจน์ทางคณิตศาสตร์การพึ่งพาอาศัยกันนี้ (สำหรับ ก๊าซในอุดมคติ) - สมการ Mendeleev-Clapeyron:

พีวี = νRT

ดังนั้นหากในบรรดาสารตั้งต้นมีสารที่เป็นก๊าซอยู่ด้วยแล้วเมื่อใด เมื่อความดันเพิ่มขึ้น อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีจะเพิ่มขึ้น เมื่อความดันลดลง อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีจะลดลง .

ตัวอย่างเช่น.อัตราการเกิดปฏิกิริยาของการหลอมรวมของมะนาวกับซิลิคอนออกไซด์จะเปลี่ยนไปอย่างไร:

CaCO 3 + SiO 2 ↔ CaSiO 3 + CO 2

เมื่อความดันเพิ่มขึ้น?

คำตอบที่ถูกต้องคือ - ไม่ใช่เลย เพราะ... ไม่มีก๊าซในหมู่รีเอเจนต์ และแคลเซียมคาร์บอเนตเป็นเกลือแข็ง ไม่ละลายในน้ำ ซิลิคอนออกไซด์เป็นของแข็ง ก๊าซของผลิตภัณฑ์จะเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ แต่ ผลิตภัณฑ์ไม่ส่งผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาโดยตรง

อีกวิธีหนึ่งในการเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีคือการกำหนดให้มันไปตามเส้นทางอื่น โดยแทนที่อันตรกิริยาโดยตรง เช่น ของสาร A และ B ด้วยชุดของปฏิกิริยาตามลำดับด้วยสารตัวที่สาม K ซึ่งต้องการพลังงานน้อยกว่ามาก ( มีอุปสรรคพลังงานกระตุ้นต่ำกว่า) และเกิดขึ้นในสภาวะที่กำหนดเร็วกว่าปฏิกิริยาโดยตรง สารที่ ๓ นี้เรียกว่า ตัวเร่ง .

- สิ่งเหล่านี้เป็นสารเคมีที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเคมีที่เปลี่ยนความเร็วและทิศทาง แต่ ไม่สิ้นเปลืองระหว่างการทำปฏิกิริยา (เมื่อสิ้นสุดปฏิกิริยา จะไม่เปลี่ยนแปลงทั้งปริมาณหรือองค์ประกอบ) กลไกโดยประมาณสำหรับการทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับปฏิกิริยาประเภท A + B สามารถเลือกได้ดังนี้:

เอ+เค=เอเค

AK + B = AB + เค

กระบวนการเปลี่ยนอัตราการเกิดปฏิกิริยาเมื่อทำปฏิกิริยากับตัวเร่งปฏิกิริยาเรียกว่า การเร่งปฏิกิริยา. ตัวเร่งปฏิกิริยามีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเมื่อจำเป็นต้องเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาหรือกำหนดทิศทางไปตามเส้นทางเฉพาะ

ขึ้นอยู่กับสถานะเฟสของตัวเร่งปฏิกิริยา การเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันและต่างกันจะแตกต่างกัน

การเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกัน – นี่คือเมื่อสารตั้งต้นและตัวเร่งปฏิกิริยาอยู่ในเฟสเดียวกัน (แก๊ส สารละลาย) ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันโดยทั่วไปคือกรดและเบส เอมีนอินทรีย์ ฯลฯ

การเร่งปฏิกิริยาแบบต่างกัน - นี่คือช่วงที่สารตั้งต้นและตัวเร่งปฏิกิริยาอยู่ในเฟสที่ต่างกัน ตามกฎแล้วตัวเร่งปฏิกิริยาที่ต่างกันคือสารที่เป็นของแข็ง เพราะ ปฏิกิริยาระหว่างตัวเร่งปฏิกิริยาดังกล่าวเกิดขึ้นบนพื้นผิวของสารเท่านั้น ข้อกำหนดที่สำคัญสำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาคือพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ ตัวเร่งปฏิกิริยาที่แตกต่างกันนั้นมีลักษณะที่มีความพรุนสูงซึ่งจะเพิ่มพื้นที่ผิวของตัวเร่งปฏิกิริยา ดังนั้นพื้นที่ผิวรวมของตัวเร่งปฏิกิริยาบางตัวบางครั้งถึง 500 ตารางเมตรต่อตัวเร่งปฏิกิริยา 1 กรัม ให้พื้นที่ขนาดใหญ่และความพรุน ปฏิสัมพันธ์ที่มีประสิทธิภาพด้วยรีเอเจนต์ ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ต่างกัน ได้แก่ โลหะ ซีโอไลต์ - แร่ธาตุที่เป็นผลึกของกลุ่มอะลูมิโนซิลิเกต (สารประกอบของซิลิคอนและอะลูมิเนียม) และอื่นๆ

ตัวอย่างการเร่งปฏิกิริยาต่างกัน – การสังเคราะห์แอมโมเนีย:

ยังไม่มีข้อความ 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3

เหล็กที่มีรูพรุนซึ่งมีสารเจือปน Al 2 O 3 และ K 2 O ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา

ตัวเร่งปฏิกิริยาจะไม่ถูกใช้ในระหว่างปฏิกิริยาเคมี แต่สารอื่น ๆ สะสมบนพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยา ผูกมัดศูนย์กลางที่ใช้งานอยู่ของตัวเร่งปฏิกิริยาและปิดกั้นการทำงานของมัน ( สารพิษเร่งปฏิกิริยา). ต้องกำจัดพวกมันออกเป็นประจำโดยสร้างตัวเร่งปฏิกิริยาขึ้นมาใหม่

ในปฏิกิริยาทางชีวเคมี ตัวเร่งปฏิกิริยามีประสิทธิภาพมาก - เอนไซม์. ตัวเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ออกฤทธิ์อย่างมีประสิทธิภาพและเลือกสรรได้สูง โดยสามารถเลือกได้ 100% น่าเสียดายที่เอนไซม์ไวต่ออุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ความเป็นกรดของสิ่งแวดล้อม และปัจจัยอื่นๆ มาก ดังนั้นจึงมีข้อจำกัดหลายประการสำหรับการนำไปใช้ใน ระดับอุตสาหกรรมกระบวนการเร่งปฏิกิริยาด้วยเอนไซม์

ไม่ควรสับสนกับตัวเร่งปฏิกิริยา ผู้ริเริ่มกระบวนการและ สารยับยั้ง. ตัวอย่างเช่นการฉายรังสีอัลตราไวโอเลตเป็นสิ่งจำเป็นในการเริ่มต้นปฏิกิริยารุนแรงของมีเทนคลอรีน นี่ไม่ใช่ตัวเร่งปฏิกิริยา ปฏิกิริยารุนแรงบางอย่างเกิดขึ้นจากอนุมูลเปอร์ออกไซด์ สิ่งเหล่านี้ไม่ใช่ตัวเร่งปฏิกิริยาด้วย

สารยับยั้ง- สารเหล่านี้เป็นสารที่ทำให้ปฏิกิริยาเคมีช้าลง สารยับยั้งสามารถบริโภคและมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเคมีได้ ในกรณีนี้ สารยับยั้งไม่ใช่ตัวเร่งปฏิกิริยา ในทางกลับกัน โดยหลักการแล้วการเร่งปฏิกิริยาแบบย้อนกลับนั้นเป็นไปไม่ได้ - ไม่ว่าในกรณีใดปฏิกิริยาจะพยายามไปตามเส้นทางที่เร็วที่สุด

5. พื้นที่สัมผัสของสารที่ทำปฏิกิริยา สำหรับปฏิกิริยาที่ต่างกัน วิธีหนึ่งในการเพิ่มจำนวนการชนที่มีประสิทธิภาพคือการเพิ่ม พื้นที่ผิวของปฏิกิริยา . ยังไง พื้นที่ขนาดใหญ่พื้นผิวสัมผัสของเฟสการทำปฏิกิริยา ยิ่งอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีต่างกันมากขึ้นเท่านั้น ผงสังกะสีจะละลายในกรดได้เร็วกว่าสังกะสีแบบเม็ดที่มีมวลเท่ากัน

ในอุตสาหกรรมเพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวสัมผัสของสารที่ทำปฏิกิริยาพวกเขาใช้ วิธีฟลูอิไดซ์เบด. ตัวอย่างเช่นในการผลิตกรดซัลฟิวริกโดยวิธีลาเดือด จะมีการเผาไพไรต์

6. ลักษณะของสารตั้งต้น . อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีหรือสิ่งอื่นๆ ที่เท่ากันก็ได้รับอิทธิพลจากเช่นกัน คุณสมบัติทางเคมี, เช่น. ลักษณะของสารที่ทำปฏิกิริยา สารออกฤทธิ์น้อยจะมีอุปสรรคในการกระตุ้นสูงกว่า และทำปฏิกิริยาช้ากว่าสารออกฤทธิ์มากกว่า สารออกฤทธิ์จะมีพลังงานกระตุ้นต่ำกว่า และเข้าสู่ปฏิกิริยาเคมีได้ง่ายกว่าและบ่อยกว่ามาก

ที่พลังงานกระตุ้นต่ำ (น้อยกว่า 40 กิโลจูล/โมล) ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วและง่ายดาย ส่วนสำคัญของการชนกันระหว่างอนุภาคจะสิ้นสุดลงด้วยการเปลี่ยนแปลงทางเคมี ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนไอออนเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วภายใต้สภาวะปกติ

ที่พลังงานกระตุ้นการทำงานสูง (มากกว่า 120 กิโลจูล/โมล) การชนเพียงเล็กน้อยเท่านั้นที่ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมี อัตราของปฏิกิริยาดังกล่าวมีน้อยมาก ตัวอย่างเช่น ไนโตรเจนในทางปฏิบัติแล้วไม่มีปฏิกิริยากับออกซิเจนที่ สภาวะปกติ.

ที่พลังงานกระตุ้นโดยเฉลี่ย (จาก 40 ถึง 120 กิโลจูล/โมล) อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเป็นค่าเฉลี่ย ปฏิกิริยาดังกล่าวยังเกิดขึ้นภายใต้สภาวะปกติแต่ไม่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วจนสามารถสังเกตได้ด้วยตาเปล่า ปฏิกิริยาดังกล่าวรวมถึงปฏิกิริยาระหว่างโซเดียมกับน้ำ ปฏิกิริยาของเหล็กด้วย กรดไฮโดรคลอริกและอื่น ๆ.

สารที่มีความคงตัวภายใต้สภาวะปกติมักจะมี ค่าสูงพลังงานกระตุ้น

แนวคิดเรื่อง "ความเร็ว" พบได้บ่อยในวรรณกรรม จากฟิสิกส์เป็นที่ทราบกันดีว่ายิ่งวัตถุมีระยะห่างมากเท่าใด (บุคคล รถไฟ ยานอวกาศ) ในช่วงเวลาหนึ่งความเร็วของร่างกายนี้จะยิ่งสูงขึ้น

จะวัดความเร็วของปฏิกิริยาเคมีที่ “ไปไหนเลย” และไม่ครอบคลุมระยะทางได้อย่างไร? ในการตอบคำถามนี้คุณต้องค้นหาอะไร เสมอการเปลี่ยนแปลงใน ใดๆปฏิกิริยาเคมี? เนื่องจากปฏิกิริยาเคมีใดๆ ก็ตามเป็นกระบวนการเปลี่ยนสาร สารเดิมจึงหายไปและกลายเป็นผลิตภัณฑ์ที่เกิดปฏิกิริยา ดังนั้น ในระหว่างปฏิกิริยาเคมี ปริมาณของสารจะเปลี่ยนแปลงอยู่เสมอ จำนวนอนุภาคของสารตั้งต้นจะลดลง ดังนั้น ความเข้มข้น (C).

งานสอบ Unified Stateอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีแปรผันตามการเปลี่ยนแปลง:

1. ความเข้มข้นของสารต่อหน่วยเวลา
2. ปริมาณของสารต่อหน่วยปริมาตร
3. มวลของสารต่อหน่วยปริมาตร
4. ปริมาตรของสารระหว่างการทำปฏิกิริยา

ตอนนี้เปรียบเทียบคำตอบของคุณกับคำตอบที่ถูกต้อง:

อัตราของปฏิกิริยาเคมีเท่ากับการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารตั้งต้นต่อหน่วยเวลา

ที่ไหน ค 1และ ตั้งแต่ 0- ความเข้มข้นของสารตั้งต้นและสารตั้งต้นตามลำดับ เสื้อ 1และ เสื้อ 2- เวลาของการทดลอง ระยะเวลาสุดท้ายและช่วงเริ่มต้น ตามลำดับ

คำถาม.คุณคิดว่าค่าใดมากกว่า: ค 1หรือ ตั้งแต่ 0? เสื้อ 1หรือ เสื้อ 0?

เนื่องจากสารตั้งต้นมักถูกใช้ในปฏิกิริยาที่กำหนดเสมอ

ดังนั้นอัตราส่วนของปริมาณเหล่านี้จึงเป็นลบเสมอ และความเร็วไม่สามารถเป็นปริมาณที่เป็นลบได้ ดังนั้นเครื่องหมายลบจึงปรากฏในสูตรซึ่งบ่งบอกความเร็วไปพร้อมๆ กัน ใดๆปฏิกิริยาเมื่อเวลาผ่านไป (ภายใต้สภาวะคงที่) จะเกิดขึ้นเสมอ ลดลง.

ดังนั้น อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีคือ:

คำถามเกิดขึ้น: ควรวัดความเข้มข้นของสารตั้งต้น (C) ในหน่วยใด และเพราะเหตุใด คุณต้องเข้าใจว่าเงื่อนไขคืออะไรจึงจะตอบได้ หลักเพื่อให้ปฏิกิริยาเคมีใดๆ เกิดขึ้น

เพื่อให้อนุภาคเกิดปฏิกิริยา อย่างน้อยพวกมันจะต้องชนกัน นั่นเป็นเหตุผล ยิ่งจำนวนอนุภาค* (จำนวนโมล) ต่อหน่วยปริมาตรยิ่งมาก ยิ่งชนกันบ่อยเท่าไร ความน่าจะเป็นของปฏิกิริยาเคมีก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น.

* อ่านว่า "โมล" คืออะไรในบทที่ 29.1

ดังนั้นเมื่อทำการวัดความเร็ว กระบวนการทางเคมีใช้ ความเข้มข้นของฟันกรามสารในการทำปฏิกิริยาผสม

ความเข้มข้นทางโมลของสารจะแสดงว่ามีสารจำนวนกี่โมลที่มีอยู่ในสารละลาย 1 ลิตร

ดังนั้น ยิ่งความเข้มข้นของโมลของสารที่ทำปฏิกิริยามากเท่าใด อนุภาคต่อหน่วยปริมาตรก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น พวกมันก็จะชนกันบ่อยขึ้น และอัตราของปฏิกิริยาเคมีก็จะยิ่งสูงขึ้น (สิ่งอื่นๆ ทั้งหมดเท่ากัน) ดังนั้นกฎพื้นฐานของจลนศาสตร์เคมี (นี่คือศาสตร์แห่งอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี) จึงเป็น กฎแห่งการกระทำของมวลชน.

อัตราของปฏิกิริยาเคมีเป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลคูณของความเข้มข้นของสารตั้งต้น

สำหรับปฏิกิริยาประเภท A + B →... ในทางคณิตศาสตร์กฎนี้สามารถแสดงได้ดังนี้:

หากปฏิกิริยามีความซับซ้อนมากขึ้น เช่น 2A + B → หรือที่เหมือนกัน A + A + B → ... จากนั้น

ดังนั้นเลขชี้กำลังจึงปรากฏในสมการความเร็ว « สอง» ซึ่งสอดคล้องกับสัมประสิทธิ์ 2 ในสมการปฏิกิริยา สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม สมการที่ซับซ้อนตามกฎแล้ว จะไม่มีการใช้เลขชี้กำลังขนาดใหญ่ นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าความน่าจะเป็นของการชนพร้อมกันของโมเลกุล A สามโมเลกุลและโมเลกุล B สองโมเลกุลพร้อมกันนั้นมีน้อยมาก ดังนั้นปฏิกิริยาหลายอย่างจึงเกิดขึ้นในหลายขั้นตอน ในระหว่างที่อนุภาคไม่เกินสามอนุภาคชนกัน และแต่ละขั้นตอนของกระบวนการดำเนินไปด้วยความเร็วที่แน่นอน ความเร็วนี้และ สมการจลนศาสตร์ความเร็วของมันถูกกำหนดโดยการทดลอง

สมการอัตราปฏิกิริยาเคมีข้างต้น (3) หรือ (4) ใช้ได้เฉพาะกับ เป็นเนื้อเดียวกันปฏิกิริยาเช่น สำหรับปฏิกิริยาดังกล่าวเมื่อสารที่ทำปฏิกิริยาไม่ได้ถูกแยกออกจากพื้นผิว ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาเกิดขึ้นในสารละลายที่เป็นน้ำ และสารตั้งต้นทั้งสองละลายได้สูงในน้ำหรือส่วนผสมของก๊าซใดๆ

เป็นอีกเรื่องหนึ่งเมื่อมันเกิดขึ้น ต่างกันปฏิกิริยา. ในกรณีนี้มีส่วนต่อประสานระหว่างสารที่ทำปฏิกิริยา เช่น คาร์บอนไดออกไซด์ แก๊สทำปฏิกิริยากับน้ำ สารละลายด่าง ในกรณีนี้ โมเลกุลของก๊าซใดๆ ก็ตามมีแนวโน้มที่จะเกิดปฏิกิริยาเท่ากัน เนื่องจากโมเลกุลเหล่านี้เคลื่อนที่อย่างรวดเร็วและวุ่นวาย แล้วอนุภาคของสารละลายของเหลวล่ะ? อนุภาคเหล่านี้เคลื่อนที่ช้ามาก และอนุภาคอัลคาไลที่อยู่ "ด้านล่าง" แทบไม่มีโอกาสทำปฏิกิริยากับ คาร์บอนไดออกไซด์หากไม่ได้คนสารละลายตลอดเวลา เฉพาะอนุภาคเหล่านั้นที่ "อยู่บนพื้นผิว" เท่านั้นที่จะทำปฏิกิริยา ดังนั้นสำหรับ ต่างกันปฏิกิริยา -

อัตราการเกิดปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับขนาดของพื้นผิวส่วนต่อประสาน ซึ่งจะเพิ่มขึ้นตามการเจียร

ดังนั้นบ่อยครั้งที่สารที่ทำปฏิกิริยาถูกบดขยี้ (เช่นละลายในน้ำ) อาหารจะถูกเคี้ยวให้ละเอียดและในระหว่างขั้นตอนการปรุงอาหาร - บดผ่านเครื่องบดเนื้อ ฯลฯ ผลิตภัณฑ์อาหารที่ไม่ได้บดนั้นไม่ได้เกิดขึ้นจริง ย่อยได้!

ดังนั้นด้วย ความเร็วสูงสุด(สิ่งอื่นๆ ที่เท่าเทียมกัน) ปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันเกิดขึ้นในสารละลายและระหว่างก๊าซ (หากก๊าซเหล่านี้ทำปฏิกิริยาที่สภาวะแวดล้อม) และในสารละลายที่โมเลกุลตั้งอยู่ "ใกล้เคียง" และการบดจะเหมือนกับในก๊าซ (และยิ่งกว่านั้นอีก !) - ความเร็วปฏิกิริยาจะสูงขึ้น

งานสอบ Unified Stateปฏิกิริยาใดเกิดขึ้นในอัตราที่เร็วที่สุดที่อุณหภูมิห้อง:

1. คาร์บอนกับออกซิเจน
2. เหล็กด้วยกรดไฮโดรคลอริก
3. เหล็กด้วยสารละลายกรดอะซิติก
4. สารละลายของกรดอัลคาไลและกรดซัลฟิวริก

ในกรณีนี้ คุณต้องค้นหาว่ากระบวนการใดเป็นเนื้อเดียวกัน

ควรสังเกตว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีระหว่างก๊าซหรือ ปฏิกิริยาที่ต่างกันซึ่งก๊าซมีส่วนร่วมก็ขึ้นอยู่กับความดันเช่นกัน เนื่องจากเมื่อความดันเพิ่มขึ้น ก๊าซจะถูกบีบอัดและความเข้มข้นของอนุภาคจะเพิ่มขึ้น (ดูสูตร 2) อัตราการเกิดปฏิกิริยาที่ไม่เกี่ยวข้องกับก๊าซจะไม่ได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงของความดัน

งานสอบ Unified Stateอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีระหว่างสารละลายกรดกับเหล็กจะไม่ได้รับผลกระทบ

1. ความเข้มข้นของกรด
2. บดเหล็ก
3. อุณหภูมิปฏิกิริยา
4. แรงกดดันเพิ่มขึ้น

สุดท้าย ความเร็วของปฏิกิริยายังขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาของสารด้วย ตัวอย่างเช่น ถ้าออกซิเจนทำปฏิกิริยากับสารหนึ่ง สารอื่นๆ จะเท่ากัน อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะสูงกว่าเมื่อสารชนิดเดียวกันทำปฏิกิริยากับไนโตรเจน ความจริงก็คือปฏิกิริยาของออกซิเจนสูงกว่าไนโตรเจนอย่างเห็นได้ชัด เราจะดูสาเหตุของปรากฏการณ์นี้ในส่วนถัดไปของบทช่วยสอน (บทที่ 14)

งานสอบ Unified Stateปฏิกิริยาเคมีระหว่างกรดไฮโดรคลอริกกับ

1. ทองแดง;
2. เหล็ก;
3. แมกนีเซียม;
4. สังกะสี

ควรสังเกตว่าไม่ใช่การชนกันของโมเลกุลทุกครั้งจะทำให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมี (ปฏิกิริยาเคมี) ในก๊าซที่ผสมระหว่างไฮโดรเจนและออกซิเจน ภายใต้สภาวะปกติ จะเกิดการชนกันหลายพันล้านครั้งต่อวินาที แต่สัญญาณแรกของปฏิกิริยา (หยดน้ำ) จะปรากฏขึ้นในขวดหลังจากผ่านไปไม่กี่ปีเท่านั้น ในกรณีเช่นนี้พวกเขาบอกว่าเกิดปฏิกิริยา ในทางปฏิบัติไม่ได้ผล. แต่เธอ เป็นไปได้ไม่อย่างนั้นจะอธิบายความจริงที่ว่าเมื่อส่วนผสมนี้ถูกให้ความร้อนถึง 300 °C ขวดจะเกิดหมอกขึ้นอย่างรวดเร็ว และที่อุณหภูมิ 700 °C จะเกิดการระเบิดร้ายแรง! ไม่ใช่เพื่ออะไรที่ส่วนผสมของไฮโดรเจนและออกซิเจนเรียกว่า "ก๊าซระเบิด"

คำถาม.ทำไมคุณถึงคิดว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อถูกความร้อน?

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นเนื่องจากประการแรก จำนวนการชนกันของอนุภาคจะเพิ่มขึ้น และประการที่สอง จำนวนของการชนกัน คล่องแคล่วการชนกัน มันเป็นการชนกันของอนุภาคที่นำไปสู่การมีปฏิสัมพันธ์กัน เพื่อให้การชนกันเกิดขึ้น อนุภาคจะต้องมีพลังงานจำนวนหนึ่ง

พลังงานที่อนุภาคต้องมีเพื่อให้เกิดปฏิกิริยาเคมีเรียกว่าพลังงานกระตุ้น

พลังงานนี้ถูกใช้ไปกับการเอาชนะแรงผลักกันระหว่างอิเล็กตรอนชั้นนอกของอะตอมและโมเลกุล และกับการทำลายพันธะเคมี "เก่า"

คำถามเกิดขึ้น: จะเพิ่มพลังงานของอนุภาคที่ทำปฏิกิริยาได้อย่างไร? คำตอบนั้นง่าย - เพิ่มอุณหภูมิเนื่องจากเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นความเร็วในการเคลื่อนที่ของอนุภาคจะเพิ่มขึ้นและด้วยเหตุนี้พลังงานจลน์ของพวกมันจึงเพิ่มขึ้น

กฎ แวนท์ ฮอฟฟ์*:

อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นทุกๆ 10 องศา อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้น 2-4 เท่า

แวนท์-ฮอฟฟ์ เจค็อบ เฮนดริก(30/08/1852–03/1/1911) - นักเคมีชาวดัตช์ หนึ่งในผู้ก่อตั้ง เคมีกายภาพและสเตอริโอเคมี รางวัลโนเบลในวิชาเคมีหมายเลข 1 (1901)

ควรสังเกตว่ากฎนี้ (ไม่ใช่กฎหมาย!) ถูกสร้างขึ้นโดยการทดลองสำหรับปฏิกิริยาที่ "สะดวก" สำหรับการวัด กล่าวคือ สำหรับปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นไม่เร็วเกินไปหรือช้าเกินไป และที่อุณหภูมิที่ผู้ทดลองเข้าถึงได้ (ไม่มากเกินไป สูงและไม่ต่ำเกินไป)

คำถาม. คุณคิดว่าอะไรคือวิธีที่เร็วที่สุดในการปรุงมันฝรั่ง: ต้มหรือทอดในน้ำมัน

เพื่อให้เข้าใจความหมายของปรากฏการณ์ที่อธิบายไว้ได้อย่างถูกต้อง คุณสามารถเปรียบเทียบโมเลกุลที่ทำปฏิกิริยากับกลุ่มนักเรียนที่กำลังจะกระโดดสูงได้ หากได้รับสิ่งกีดขวางสูง 1 เมตร นักเรียนจะต้องวิ่งขึ้น (เพิ่ม "อุณหภูมิ") เพื่อเอาชนะสิ่งกีดขวาง อย่างไรก็ตาม จะมีนักเรียน (“โมเลกุลที่ไม่ใช้งาน”) อยู่เสมอซึ่งจะไม่สามารถเอาชนะอุปสรรคนี้ได้

จะทำอย่างไร? หากคุณยึดมั่นในหลักการ: “คนฉลาดไม่ยอมปีนภูเขา คนฉลาดจะเลี่ยงภูเขา” คุณก็ควรลดสิ่งกีดขวางลงเหลือ 40 ซม. จากนั้นนักเรียนคนใดก็ตามจะสามารถเอาชนะ สิ่งกีดขวาง ในระดับโมเลกุลหมายถึง: เพื่อที่จะเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยา จำเป็นต้องลดพลังงานกระตุ้นในระบบที่กำหนด.

ในกระบวนการทางเคมีจริง ฟังก์ชันนี้ดำเนินการโดยตัวเร่งปฏิกิริยา

ตัวเร่งเป็นสารที่เปลี่ยนอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีในขณะที่ยังเหลืออยู่ ไม่เปลี่ยนแปลงไปสู่จุดสิ้นสุดของปฏิกิริยาเคมี

ตัวเร่ง มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเคมี การทำปฏิกิริยากับสารตั้งต้นตั้งแต่หนึ่งชนิดขึ้นไป ในกรณีนี้จะเกิดสารประกอบตัวกลางขึ้นและพลังงานกระตุ้นจะเปลี่ยนไป หากสารตัวกลางมีความกระตือรือร้นมากขึ้น (แอคทีฟคอมเพล็กซ์) พลังงานกระตุ้นจะลดลงและอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้น

ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาระหว่าง SO 2 และ O 2 เกิดขึ้นช้ามากภายใต้สภาวะปกติ ในทางปฏิบัติไม่ได้ผล. แต่เมื่อไม่มี NO อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว หมายเลขแรก เร็วมากทำปฏิกิริยากับ O2:

ทำให้เกิดไนโตรเจนไดออกไซด์ เร็วทำปฏิกิริยากับซัลเฟอร์ (IV) ออกไซด์:

ภารกิจที่ 5.1จากตัวอย่างนี้ แสดงว่าสารใดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาและสารใดเป็นสารเชิงซ้อนที่มีฤทธิ์

ในทางกลับกัน ถ้ามีสารประกอบแฝงเกิดขึ้น พลังงานกระตุ้นอาจเพิ่มขึ้นมากจนแทบไม่เกิดปฏิกิริยาขึ้นภายใต้สภาวะเหล่านี้ ตัวเร่งปฏิกิริยาดังกล่าวเรียกว่า สารยับยั้ง.

ในทางปฏิบัติ มีการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาทั้งสองประเภท ตัวเร่งปฏิกิริยาอินทรีย์ที่พิเศษมาก - เอนไซม์- มีส่วนร่วมในกระบวนการทางชีวเคมีทั้งหมด: การย่อยอาหาร, การหดตัวของกล้ามเนื้อ, การหายใจ ชีวิตไม่สามารถดำรงอยู่ได้หากไม่มีเอนไซม์!

สารยับยั้งจำเป็นในการปกป้องผลิตภัณฑ์โลหะจากการกัดกร่อนที่มีไขมัน ผลิตภัณฑ์อาหารจากการเกิดออกซิเดชัน (กลิ่นหืน) ยาบางชนิดยังมีสารยับยั้งที่ยับยั้งการทำงานที่สำคัญของจุลินทรีย์และทำลายพวกมันด้วย

การเร่งปฏิกิริยาอาจเป็นเนื้อเดียวกันหรือต่างกัน ตัวอย่างของการเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันคือผลของ NO (นี่คือตัวเร่งปฏิกิริยา) ต่อการเกิดออกซิเดชันของซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ตัวอย่างของการเร่งปฏิกิริยาแบบต่างกันคือการกระทำของทองแดงที่ได้รับความร้อนกับแอลกอฮอล์:

ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นในสองขั้นตอน:

งาน 5.2พิจารณาว่าสารใดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในกรณีนี้? เหตุใดตัวเร่งปฏิกิริยาประเภทนี้จึงเรียกว่าต่างกัน

ในทางปฏิบัติมักใช้การเร่งปฏิกิริยาแบบต่างกันโดยที่สารที่เป็นของแข็งทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา: โลหะ, ออกไซด์ของพวกมัน ฯลฯ บนพื้นผิวของสารเหล่านี้จะมีจุดพิเศษ (โหนด ตาข่ายคริสตัล) ซึ่งปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยาเกิดขึ้นจริง หากจุดเหล่านี้ถูกปกคลุมไปด้วยสารแปลกปลอม การเร่งปฏิกิริยาจะหยุดลง สารนี้เรียกว่าเป็นอันตรายต่อตัวเร่งปฏิกิริยา พิษเร่งปฏิกิริยา. สารอื่นๆ - โปรโมเตอร์- ในทางตรงกันข้าม พวกมันช่วยเพิ่มกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยา

ตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถเปลี่ยนทิศทางของปฏิกิริยาเคมีได้ กล่าวคือ โดยการเปลี่ยนตัวเร่งปฏิกิริยา คุณจะได้ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาที่แตกต่างกัน ดังนั้นจากแอลกอฮอล์ C 2 H 5 OH ต่อหน้าสังกะสีและอลูมิเนียมออกไซด์จึงสามารถรับบิวทาไดอีนได้และเมื่อมีกรดซัลฟิวริกเข้มข้นก็สามารถรับเอทิลีนได้

ดังนั้นในระหว่างปฏิกิริยาเคมี พลังงานของระบบจึงเปลี่ยนแปลงไป หากในระหว่างเกิดปฏิกิริยา พลังงานถูกปล่อยออกมาในรูปของความร้อน ถามกระบวนการนี้เรียกว่า คายความร้อน:

สำหรับ สิ้นสุดกระบวนการทางความร้อน ความร้อนถูกดูดซับเช่น ผลกระทบจากความร้อน ถาม< 0 .

งาน 5.3พิจารณาว่ากระบวนการใดที่นำเสนอเป็นแบบคายความร้อนและกระบวนการใดเป็นแบบดูดความร้อน:

สมการของปฏิกิริยาเคมีในข้อใด ผลความร้อนเรียกว่าสมการเทอร์โมเคมีของปฏิกิริยา ในการสร้างสมการดังกล่าว จำเป็นต้องคำนวณผลกระทบทางความร้อนต่อสารตั้งต้น 1 โมล

งาน.เมื่อเผาแมกนีเซียม 6 กรัม จะปล่อยความร้อนออกมา 153.5 กิโลจูล เขียนสมการเทอร์โมเคมีสำหรับปฏิกิริยานี้

สารละลาย.มาสร้างสมการสำหรับปฏิกิริยาและระบุสูตรที่ได้รับข้างต้น:

เมื่อสร้างสัดส่วนแล้วเราจะพบผลทางความร้อนที่ต้องการของปฏิกิริยา:

สมการอุณหเคมีสำหรับปฏิกิริยานี้คือ:

งานดังกล่าวได้รับมอบหมายในการมอบหมายงาน ส่วนใหญ่ ตัวเลือกการสอบ Unified State! ตัวอย่างเช่น.

งานสอบ Unified Stateตามสมการปฏิกิริยาเทอร์โมเคมี

ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาเมื่อเผามีเทน 8 กรัมเท่ากับ:

การย้อนกลับของกระบวนการทางเคมี หลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์

* เลอ ชาเตลิเยร์ อองรี หลุยส์(8.10.1850–17.09.1936) - นักเคมีกายภาพและนักโลหะวิทยาชาวฝรั่งเศส กำหนดกฎทั่วไปของการกระจัดสมดุล (1884)

ปฏิกิริยาสามารถย้อนกลับหรือย้อนกลับไม่ได้

กลับไม่ได้เหล่านี้เป็นปฏิกิริยาที่ไม่มีเงื่อนไขใด ๆ ที่สามารถเกิดกระบวนการย้อนกลับได้

ตัวอย่างของปฏิกิริยาดังกล่าว ได้แก่ ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเมื่อนมเปรี้ยวหรือเมื่อถูกไฟไหม้ ทอดอร่อย. พลาดได้ไง เนื้อสับกลับผ่านเครื่องบดเนื้อ (และรับเนื้ออีกครั้ง) ก็เป็นไปไม่ได้ที่จะ "คืนสภาพ" เนื้อชิ้นหรือทำนมสด

แต่ลองถามตัวเองด้วยคำถามง่ายๆ: กระบวนการนี้ไม่สามารถย้อนกลับได้หรือไม่?

เพื่อที่จะตอบคำถามนี้ ลองจำไว้ว่าเป็นไปได้ไหมที่จะดำเนินการย้อนกลับ? ใช่! การสลายตัวของหินปูน (ชอล์ก) เพื่อให้ได้ ปูนขาว CaO ใช้ในระดับอุตสาหกรรม:

ดังนั้นปฏิกิริยาจึงสามารถย้อนกลับได้เนื่องจากมีเงื่อนไขอยู่ ทั้งคู่กระบวนการ:

นอกจากนี้ยังมีเงื่อนไขตามนั้น ความเร็วของปฏิกิริยาไปข้างหน้าเท่ากับความเร็วของปฏิกิริยาย้อนกลับ.

ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้จะเกิดความสมดุลทางเคมี ในเวลานี้ปฏิกิริยาไม่หยุด แต่จำนวนอนุภาคที่ได้รับจะเท่ากับจำนวนอนุภาคที่สลายตัว นั่นเป็นเหตุผล ในสภาวะสมดุลเคมี ความเข้มข้นของอนุภาคที่ทำปฏิกิริยาจะไม่เปลี่ยนแปลง. ตัวอย่างเช่น สำหรับกระบวนการของเราในช่วงเวลาสมดุลทางเคมี

เครื่องหมายหมายถึง ความเข้มข้นของความสมดุล

คำถามเกิดขึ้นจะเกิดอะไรขึ้นกับสมดุลหากอุณหภูมิเพิ่มขึ้นหรือลดลงหรือเงื่อนไขอื่น ๆ เปลี่ยนไป? คำถามนี้ตอบได้ด้วยการรู้ หลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์:

หากคุณเปลี่ยนเงื่อนไข (t, p, c) ที่ระบบอยู่ในสภาวะสมดุล ความสมดุลจะเปลี่ยนไปสู่กระบวนการที่ ต่อต้านการเปลี่ยนแปลง.

กล่าวอีกนัยหนึ่ง ระบบสมดุลจะต่อต้านอิทธิพลจากภายนอกเสมอ เช่นเดียวกับเด็กตามอำเภอใจที่ทำ "ตรงกันข้าม" จะต่อต้านเจตจำนงของพ่อแม่

ลองดูตัวอย่าง ปล่อยให้เกิดความสมดุลในปฏิกิริยาที่ทำให้เกิดแอมโมเนีย:

คำถาม.จำนวนโมลของก๊าซที่ทำปฏิกิริยาเท่ากันก่อนและหลังปฏิกิริยาหรือไม่? หากปฏิกิริยาเกิดขึ้นในปริมาตรปิด เมื่อใดที่ความดันจะมากกว่า: ก่อนหรือหลังปฏิกิริยา

เห็นได้ชัดว่า กระบวนการนี้เกิดขึ้นพร้อมกับจำนวนโมเลกุลของก๊าซที่ลดลงซึ่งหมายถึง ความดันลดลงระหว่างปฏิกิริยาโดยตรง ใน ย้อนกลับปฏิกิริยา - ตรงกันข้ามกับความดันในส่วนผสม เพิ่มขึ้น.

ลองถามตัวเองดูว่าจะเกิดอะไรขึ้นหากอยู่ในระบบนี้ เพิ่มขึ้นความดัน? ตามหลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์ ปฏิกิริยาที่ “ทำตรงกันข้าม” จะเกิดขึ้นต่อไป กล่าวคือ ลดลงความดัน. นี่เป็นปฏิกิริยาโดยตรง: โมเลกุลของก๊าซน้อยลง - ความดันน้อยลง

ดังนั้น, ที่เพิ่มขึ้น ความดัน สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่กระบวนการทางตรง โดยที่ความดันลดลง เมื่อจำนวนโมเลกุลลดลงก๊าซ

งานสอบ Unified Stateที่ เพิ่มขึ้นการเปลี่ยนแปลงสมดุลของความดัน ขวาในระบบ:

หากเป็นผลจากปฏิกิริยา จำนวนโมเลกุลก๊าซไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงของความดันจึงไม่ส่งผลต่อตำแหน่งสมดุล

งานสอบ Unified Stateการเปลี่ยนแปลงของความดันส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงของสมดุลในระบบ:

ตำแหน่งสมดุลของปฏิกิริยานี้และปฏิกิริยาอื่นๆ ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารที่ทำปฏิกิริยา: โดยการเพิ่มความเข้มข้นของสารตั้งต้นและลดความเข้มข้นของสารที่เกิดขึ้น เราจะเปลี่ยนสมดุลไปสู่ปฏิกิริยาโดยตรงเสมอ (ไปทางขวา)

งานสอบ Unified State

จะเลื่อนไปทางซ้ายเมื่อ:

1. ความดันโลหิตเพิ่มขึ้น
2. อุณหภูมิลดลง
3. เพิ่มความเข้มข้นของ CO
4. ลดความเข้มข้นของ CO

กระบวนการสังเคราะห์แอมโมเนียเป็นแบบคายความร้อนซึ่งก็คือพร้อมกับการปลดปล่อยความร้อนนั่นคือ อุณหภูมิสูงขึ้นในส่วนผสม

คำถาม.ความสมดุลของระบบนี้จะเปลี่ยนไปอย่างไรเมื่อใด อุณหภูมิลดลง?

เราก็เถียงเหมือนกัน บทสรุป: เมื่อลดลง อุณหภูมิ สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่การก่อตัวของแอมโมเนีย เนื่องจากความร้อนจะถูกปล่อยออกมาในปฏิกิริยานี้ และอุณหภูมิเพิ่มขึ้น

คำถาม.อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่ออุณหภูมิลดลง

แน่นอนว่าเมื่ออุณหภูมิลดลง อัตราของปฏิกิริยาทั้งสองจะลดลงอย่างรวดเร็ว กล่าวคือ คุณจะต้องรอเป็นเวลานานมากจึงจะสร้างสมดุลที่ต้องการได้ จะทำอย่างไร? ในกรณีนี้ก็จำเป็น ตัวเร่ง. แม้ว่าเขา ไม่ส่งผลต่อตำแหน่งสมดุลแต่เร่งให้เกิดภาวะนี้ขึ้น

งานสอบ Unified Stateสมดุลเคมีในระบบ

จะเปลี่ยนไปสู่การก่อตัวของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาเมื่อ:

1. ความดันโลหิตเพิ่มขึ้น
2. อุณหภูมิเพิ่มขึ้น
3. ความดันลดลง
4. การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา

ข้อสรุป

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีขึ้นอยู่กับ:

• ธรรมชาติของอนุภาคที่ทำปฏิกิริยา
• ความเข้มข้นหรือพื้นที่ส่วนต่อประสานของสารตั้งต้น
• อุณหภูมิ;
• การปรากฏตัวของตัวเร่งปฏิกิริยา

ความสมดุลเกิดขึ้นเมื่ออัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้าเท่ากับอัตราของกระบวนการย้อนกลับ ในกรณีนี้ความเข้มข้นสมดุลของสารตั้งต้นจะไม่เปลี่ยนแปลง สถานะของสมดุลเคมีขึ้นอยู่กับเงื่อนไขและเป็นไปตามหลักการของเลอชาเตอลิเยร์