Ռեակցիայի արագությունը արժեք է, որը ցույց է տալիս ռեակտիվների կոնցենտրացիայի փոփոխությունը որոշակի ժամանակահատվածում: Դրա չափը գնահատելու համար անհրաժեշտ է փոխել գործընթացի սկզբնական պայմանները։
Համասեռ փոխազդեցություններ
Որոշ միացությունների միջև ռեակցիայի արագությունը, որոնք գտնվում են նույն ագրեգատային ձևով, կախված է վերցված նյութերի ծավալից: Մաթեմատիկական տեսանկյունից հնարավոր է արտահայտել համասեռ պրոցեսի արագության և միավոր ժամանակի մեջ կոնցենտրացիայի փոփոխության հարաբերությունը։
Նման փոխազդեցության օրինակ է ազոտի օքսիդի (2) օքսիդացումը ազոտի օքսիդի (4):
Հետերոգեն գործընթացներ
Ելակետային նյութերի ռեակցիայի արագությունը ագրեգացման տարբեր վիճակներում բնութագրվում է մեկնարկային ռեակտիվների մոլերի քանակով մեկ միավորի վրա մեկ միավոր ժամանակում:
Համասեռ փոխազդեցությունները բնորոշ են համակարգերին, որոնք ունեն տարբեր ագրեգատային վիճակներ:
Ամփոփելով՝ մենք նշում ենք, որ ռեակցիայի արագությունը ցույց է տալիս սկզբնական ռեակտիվների (ռեակցիայի արտադրանքի) մոլերի քանակի փոփոխությունը.ժամանակաշրջան, մեկ միավորի միջերես կամ մեկ միավորի ծավալ:
Համակենտրոնացում
Դիտարկենք ռեակցիայի արագության վրա ազդող հիմնական գործոնները: Սկսենք կենտրոնացումից։ Նման կախվածությունն արտահայտվում է զանգվածային գործողության օրենքով։ Կա ուղիղ համեմատական կապ փոխազդող նյութերի կոնցենտրացիաների արտադրյալի միջև՝ հաշվի առնելով դրանց ստերեոքիմիական գործակիցները, և ռեակցիայի արագությունը:
Դիտարկենք aA + bB=cC + dD հավասարումը, որտեղ A, B, C, D հեղուկներ կամ գազեր են: Վերոնշյալ գործընթացի համար կինետիկ հավասարումը կարելի է գրել՝ հաշվի առնելով համաչափության գործակիցը, որն ունի իր արժեքը յուրաքանչյուր փոխազդեցության համար։
Որպես արագության բարձրացման հիմնական պատճառ՝ կարելի է նշել արձագանքող մասնիկների բախումների քանակի աճը միավոր ծավալով։
Ջերմաստիճան
Դիտարկենք ջերմաստիճանի ազդեցությունը ռեակցիայի արագության վրա: Գործընթացները, որոնք տեղի են ունենում միատարր համակարգերում, հնարավոր են միայն մասնիկների բախման դեպքում: Բայց ոչ բոլոր բախումները հանգեցնում են ռեակցիայի արտադրանքի ձևավորմանը: Միայն այն դեպքում, երբ մասնիկներն ունեն ավելացած էներգիա։ Ռեակտիվները տաքացնելիս նկատվում է մասնիկների կինետիկ էներգիայի ավելացում, ակտիվ մոլեկուլների թիվը, հետևաբար՝ նկատվում է ռեակցիայի արագության աճ։ Ջերմաստիճանի ինդեքսի և գործընթացի արագության միջև կապը որոշվում է Վան Հոֆի կանոնով. ջերմաստիճանի յուրաքանչյուր բարձրացում 10°C-ով հանգեցնում է գործընթացի արագության 2-4 անգամ ավելացման:
Կատալիզատոր
Հաշվի առնելով ռեակցիայի արագության վրա ազդող գործոնները, եկեք կենտրոնանանք այն նյութերի վրա, որոնք կարող են մեծացնել գործընթացի արագությունը, այսինքն՝ կատալիզատորների վրա։ Կախված կատալիզատորի և ռեակտիվների ագրեգացման վիճակից՝ առանձնանում են կատալիզի մի քանի տեսակներ՝.
- միատարր ձև, որի դեպքում ռեակտիվները և կատալիզատորն ունեն նույն ագրեգացման վիճակը;
- տարասեռ է, երբ ռեակտիվները և կատալիզատորը նույն փուլում են:
Նիկելը, պլատինը, ռոդիումը, պալադիումը կարելի է առանձնացնել որպես փոխազդեցությունն արագացնող նյութերի օրինակներ։
Արգելակիչները նյութեր են, որոնք դանդաղեցնում են ռեակցիան:
Կոնտակտային տարածք
Էլ ի՞նչն է որոշում ռեակցիայի արագությունը: Քիմիան բաժանված է մի քանի բաժինների, որոնցից յուրաքանչյուրը վերաբերում է որոշակի գործընթացների և երևույթների դիտարկմանը։ Ֆիզիկական քիմիայի դասընթացը ուսումնասիրում է շփման տարածքի և գործընթացի արագության միջև կապը:
Ռեագենտների շփման տարածքը մեծացնելու համար դրանք մանրացնում են որոշակի չափի։ Ամենաարագ փոխազդեցությունը տեղի է ունենում լուծույթներում, այդ իսկ պատճառով շատ ռեակցիաներ իրականացվում են ջրային միջավայրում։
Պինդ մարմինները մանրացնելիս պետք է պահպանել չափումը: Օրինակ, երբ պիրիտը (երկաթի սուլֆիտը) վերածվում է փոշու, նրա մասնիկները սինթեզվում են վառարանում, ինչը բացասաբար է անդրադառնում այս միացության օքսիդացման արագության վրա, և ծծմբի երկօքսիդի ելքը նվազում է։
Ռեագենտներ
Փորձենք հասկանալ, թե ինչպես կարելի է որոշել ռեակցիայի արագությունը՝ կախված նրանից, թե որ ռեագենտներն են փոխազդում: Օրինակ, ակտիվ մետաղները, որոնք գտնվում են Բեկետովի էլեկտրաքիմիական շարքում ջրածնից առաջ, ունակ են փոխազդելու թթվային լուծույթների հետ, իսկ նրանք, որոնք H2-ից հետո են, նման հատկություն չունեն։ Այս երեւույթի պատճառը մետաղների տարբեր քիմիական ակտիվության մեջ է։
Ճնշում
Ինչպե՞ս է արձագանքման արագությունը կապված այս արժեքի հետ: Քիմիան գիտություն է, որը սերտորեն կապված է ֆիզիկայի հետ, ուստի կախվածությունը ուղիղ համեմատական է, այն կարգավորվում է գազային օրենքներով։ Մեծությունների միջև ուղղակի կապ կա։ Իսկ հասկանալու համար, թե որ օրենքով է որոշվում քիմիական ռեակցիայի արագությունը, անհրաժեշտ է իմանալ ագրեգացման վիճակը և ռեագենտների կոնցենտրացիան։
Արագությունների տեսակները քիմիայում
Ընդունված է առանձնացնել ակնթարթային և միջին արժեքները։ Քիմիական փոխազդեցության միջին արագությունը սահմանվում է որպես ռեակտիվների կոնցենտրացիաների տարբերություն որոշակի ժամանակահատվածում:
Ստացված արժեքը բացասական է, երբ կոնցենտրացիան նվազում է, դրական է, երբ փոխազդեցության արտադրանքի կոնցենտրացիան մեծանում է:
Ճշմարիտ (ակնթարթային) արժեքը ժամանակի որոշակի միավորի նման հարաբերակցությունն է:
SI համակարգում քիմիական գործընթացի արագությունն արտահայտվում է [mol×m-3×s-1]-ով:.
Խնդիրներ քիմիայում
Եկեք դիտենք արագության որոշման հետ կապված խնդիրների մի քանի օրինակ:
Օրինակ 1. InՔլորն ու ջրածինը խառնում են տարայի մեջ, ապա խառնուրդը տաքացնում են։ 5 վայրկյանից հետո քլորաջրածնի կոնցենտրացիան ձեռք է բերել 0,05 մոլ/դմ3 արժեք: Հաշվել քլորաջրածնի առաջացման միջին արագությունը (մոլ/դմ3 վրկ):
Անհրաժեշտ է որոշել քլորաջրածնի կոնցենտրացիայի փոփոխությունը փոխազդեցությունից 5 վայրկյան հետո՝ սկզբնական արժեքը հանելով վերջնական կոնցենտրացիայից:
C(HCl)=c2 - c1=0.05 - 0=0.05 մոլ/դմ3.
Հաշվարկել քլորաջրածնի առաջացման միջին արագությունը՝
V=0,05/5=0,010 մոլ/դմ3 ×վ.
Օրինակ 2. 3 դմ ծավալով անոթում3 տեղի է ունենում հետևյալ գործընթացը.
C2H2 + 2H2=C2 H6.
Ջրածնի սկզբնական զանգվածը 1 գ է։ Փոխազդեցության մեկնարկից երկու վայրկյան անց ջրածնի զանգվածը ձեռք է բերել 0,4 գ արժեք։ Հաշվե՛ք էթանի արտադրության միջին արագությունը (մոլ/դմ 3×s).
Ջրածնի զանգվածը, որը արձագանքել է, սահմանվում է որպես սկզբնական արժեքի և վերջնական թվի տարբերություն: Այն կազմում է 1 - 0,4=0,6 (գ): Ջրածնի մոլերի քանակը որոշելու համար անհրաժեշտ է այն բաժանել տվյալ գազի մոլային զանգվածով՝ n \u003d 0,6/2 \u003d 0,3 մոլ: Համաձայն հավասարման՝ 2 մոլ ջրածնից առաջանում է 1 մոլ էթան, հետևաբար 0,3 մոլ H2 ստանում ենք 0,15 մոլ էթան։։
Ստացված ածխաջրածնի կոնցենտրացիան որոշում ենք, ստանում ենք 0,05 մոլ/դմ3։ Այնուհետև կարող եք հաշվարկել դրա ձևավորման միջին արագությունը՝=0,025 մոլ/դմ3 ×s.
Եզրակացություն
Քիմիական փոխազդեցության արագության վրա ազդում են տարբեր գործոններ՝ արձագանքող նյութերի բնույթը (ակտիվացման էներգիա), դրանց կոնցենտրացիան, կատալիզատորի առկայությունը, մանրացման աստիճանը, ճնշումը, ճառագայթման տեսակը։
Տասնիններորդ դարի երկրորդ կեսին, պրոֆեսոր Ն. Ն. Բեկետովը առաջարկեց, որ կապ կա նախնական ռեակտիվների զանգվածների և գործընթացի տևողության միջև: Այս վարկածը հաստատվել է զանգվածային գործողության օրենքում, որը ստեղծվել է 1867 թվականին նորվեգացի քիմիկոսների՝ Պ. Ուեյգի և Կ. Գուլդբերգի կողմից:
Ֆիզիկական քիմիան ուսումնասիրում է տարբեր գործընթացների մեխանիզմն ու արագությունը։ Ամենապարզ գործընթացները, որոնք տեղի են ունենում մեկ փուլում, կոչվում են մոնոմոլեկուլային գործընթացներ: Բարդ փոխազդեցությունները ներառում են մի քանի տարրական հաջորդական փոխազդեցություններ, ուստի յուրաքանչյուր փուլ դիտարկվում է առանձին:
Նվազագույն էներգիայի ծախսերով ռեակցիայի արտադրանքի առավելագույն բերքատվություն ստանալու համար կարևոր է հաշվի առնել գործընթացի ընթացքի վրա ազդող հիմնական գործոնները։
Օրինակ՝ ջրի տարրալուծման գործընթացը պարզ նյութերի արագացնելու համար անհրաժեշտ է կատալիզատոր, որի դերը կատարում է մանգանի օքսիդը (4):.
Քիմիական կինետիկայի մեջ դիտարկվում են բոլոր նրբերանգները, որոնք կապված են ռեագենտների ընտրության, օպտիմալ ճնշման և ջերմաստիճանի ընտրության, ռեագենտների կոնցենտրացիայի հետ:
