Մենք մշտապես բախվում ենք տարբեր քիմիական փոխազդեցությունների հետ: Բնական գազի այրումը, երկաթի ժանգոտումը, կաթի թթվացումը հեռու են այն բոլոր գործընթացներից, որոնք մանրամասն ուսումնասիրվում են դպրոցական քիմիայի դասընթացում։
Որոշ ռեակցիաներ տևում են վայրկյանների կոտորակներ, մինչդեռ որոշ փոխազդեցություններ տևում են օրեր կամ շաբաթներ:
Փորձենք բացահայտել ռեակցիայի արագության կախվածությունը ջերմաստիճանից, կոնցենտրացիայից և այլ գործոններից: Կրթական նոր չափորոշիչում այս հարցի համար հատկացվում է ուսման նվազագույն ժամանակ։ Միասնական պետական քննության թեստերում առաջադրանքներ կան ռեակցիայի արագության կախվածության ջերմաստիճանից, կոնցենտրացիայից, առաջարկվում են նույնիսկ հաշվարկային առաջադրանքներ։ Ավագ դպրոցի աշակերտներից շատերը որոշակի դժվարություններ են ունենում այս հարցերի պատասխանները գտնելու հարցում, ուստի մենք մանրամասն կվերլուծենք այս թեման:
Քննարկվող հարցի արդիականությունը
Ռեակցիայի արագության մասին տեղեկատվությունը մեծ գործնական և գիտական նշանակություն ունի: Օրինակ՝ տվյալից նյութերի և արտադրանքի կոնկրետ արտադրության մեջարժեքը ուղղակիորեն կախված է սարքավորումների կատարողականությունից, ապրանքների արժեքից:
Շարունակվող ռեակցիաների դասակարգում
Կա ուղղակի կապ քիմիական գործընթացի ընթացքում առաջացած սկզբնական բաղադրիչների և արտադրանքի ագրեգացման վիճակի միջև՝ տարասեռ փոխազդեցություններ:
Համակարգը սովորաբար քիմիայում հասկացվում է որպես նյութ կամ դրանց համակցություն:
Համասեռ համակարգն այն համակարգն է, որը բաղկացած է մեկ փուլից (միևնույն ագրեգացման վիճակը): Որպես օրինակ կարելի է նշել գազերի, մի քանի տարբեր հեղուկների խառնուրդ։
Հետերոգենը համակարգ է, որտեղ ռեակտիվները լինում են գազերի և հեղուկների, պինդ մարմինների և գազերի տեսքով:
Կա ոչ միայն ռեակցիայի արագության կախվածությունը ջերմաստիճանից, այլև այն փուլից, որում օգտագործվում են վերլուծված փոխազդեցության մեջ ներգրավված բաղադրիչները:
Համասեռ կազմը բնութագրվում է գործընթացի հոսքով ամբողջ ծավալով, ինչը զգալիորեն բարելավում է դրա որակը։
Եթե սկզբնական նյութերը գտնվում են տարբեր փուլային վիճակներում, ապա այս դեպքում առավելագույն փոխազդեցությունը դիտվում է փուլային սահմանում: Օրինակ, երբ ակտիվ մետաղը լուծվում է թթվի մեջ, արտադրանքի (աղի) առաջացումը նկատվում է միայն դրանց շփման մակերեսի վրա։
Մաթեմատիկական կապ գործընթացի արագության և տարբեր գործոնների միջև
Ինչպիսի՞ն է քիմիական ռեակցիայի արագության հավասարումը ջերմաստիճանի համեմատ: Միատարր գործընթացի համար դրույքաչափը որոշվում է քանակովնյութ, որը փոխազդում է կամ առաջանում է ռեակցիայի ժամանակ՝ համակարգի ծավալով ժամանակի միավորով։
Հետերոգեն գործընթացի համար արագությունը որոշվում է գործընթացում արձագանքող կամ արտադրվող նյութի քանակի միջոցով մեկ միավորի մակերեսի վրա նվազագույն ժամանակահատվածում:
Քիմիական ռեակցիայի արագության վրա ազդող գործոններ
Արձագանքող նյութերի բնույթը գործընթացների տարբեր արագությունների պատճառներից մեկն է: Օրինակ՝ ալկալիական մետաղները ջրի հետ սենյակային ջերմաստիճանում ալկալիներ են առաջացնում, և այդ գործընթացը ուղեկցվում է գազային ջրածնի ինտենսիվ էվոլյուցիայի հետ։ Ազնիվ մետաղները (ոսկի, պլատին, արծաթ) ի վիճակի չեն նման գործընթացների ո՛չ սենյակային ջերմաստիճանում, ո՛չ էլ տաքացման ժամանակ։
Ռեակտիվների բնույթը գործոն է, որը հաշվի է առնվում քիմիական արդյունաբերության մեջ՝ արտադրության շահութաբերությունը բարձրացնելու համար։
Բացահայտվել է կապը ռեագենտների կոնցենտրացիայի և քիմիական ռեակցիայի արագության միջև։ Որքան բարձր լինի, այնքան ավելի շատ մասնիկներ կբախվեն, հետևաբար գործընթացն ավելի արագ կշարունակվի։
Զանգվածների գործողության օրենքը մաթեմատիկական ձևով նկարագրում է ուղիղ համեմատական հարաբերություն մեկնարկային նյութերի կոնցենտրացիայի և գործընթացի արագության միջև:
Ձևակերպվել է XIX դարի կեսերին ռուս քիմիկոս Ն. Ն. Բեկետովի կողմից։ Յուրաքանչյուր գործընթացի համար որոշվում է ռեակցիայի հաստատուն, որը կապված չէ ջերմաստիճանի, կոնցենտրացիայի կամ ռեակտիվների բնույթի հետ:
ԴեպիՊինդ նյութի հետ կապված ռեակցիան արագացնելու համար հարկավոր է այն մանրացնել և վերածել փոշի։
Այս դեպքում մակերեսի մակերեսը մեծանում է, ինչը դրական է ազդում պրոցեսի արագության վրա։ Դիզելային վառելիքի համար օգտագործվում է ներարկման հատուկ համակարգ, որի շնորհիվ օդի հետ շփվելիս զգալիորեն մեծանում է ածխաջրածինների խառնուրդի այրման արագությունը։
Ջեռուցում
Քիմիական ռեակցիայի արագության կախվածությունը ջերմաստիճանից բացատրվում է մոլեկուլային կինետիկ տեսությամբ։ Այն թույլ է տալիս որոշակի պայմաններում հաշվարկել ռեագենտների մոլեկուլների բախումների քանակը։ Նման տեղեկություններով զինված, նորմալ պայմաններում բոլոր գործընթացները պետք է ընթանան անմիջապես։
Բայց եթե դիտարկենք ռեակցիայի արագության ջերմաստիճանից կախվածության կոնկրետ օրինակ, ապա կստացվի, որ փոխազդեցության համար անհրաժեշտ է նախ կոտրել ատոմների միջև քիմիական կապերը՝ դրանցից նոր նյութեր առաջացնելու համար։ Սա պահանջում է զգալի քանակությամբ էներգիա: Ո՞րն է ռեակցիայի արագության կախվածությունը ջերմաստիճանից: Ակտիվացման էներգիան որոշում է մոլեկուլների խզման հնարավորությունը, այն բնութագրում է գործընթացների իրականությունը։ Դրա միավորներն են կՋ/մոլ։
Եթե էներգիան անբավարար է, ապա բախումն անարդյունավետ կլինի, ուստի այն չի ուղեկցվում նոր մոլեկուլի ձևավորմամբ։
Գրաֆիկական ներկայացում
Քիմիական ռեակցիայի արագության կախվածությունը ջերմաստիճանից կարելի է ներկայացնել գրաֆիկորեն: Երբ տաքացվում է, մասնիկների միջև բախումների թիվը մեծանում է, ինչը նպաստում է փոխազդեցության արագացմանը։
Ինչպիսի՞ն է ռեակցիայի արագությունը համեմատած ջերմաստիճանի գրաֆիկի տեսքը: Մոլեկուլների էներգիան գծագրվում է հորիզոնական, իսկ բարձր էներգիայի պաշար ունեցող մասնիկների թիվը՝ ուղղահայաց։ Գրաֆիկը կոր է, որը կարող է օգտագործվել որոշակի փոխազդեցության արագությունը գնահատելու համար:
Որքան մեծ է էներգիայի տարբերությունը միջինից, այնքան կորի կետը հեռու է առավելագույնից, և մոլեկուլների ավելի փոքր տոկոսն ունի այդպիսի էներգիայի պաշար:
Կարևոր ասպեկտներ
Հնարավո՞ր է գրել ռեակցիայի արագության հաստատունի ջերմաստիճանից կախվածության հավասարում: Դրա աճն արտահայտվում է գործընթացի արագության բարձրացմամբ։ Նման կախվածությունը բնութագրվում է որոշակի արժեքով, որը կոչվում է գործընթացի արագության ջերմաստիճանի գործակից:
Ցանկացած փոխազդեցության դեպքում բացահայտվել է ռեակցիայի արագության հաստատունի կախվածությունը ջերմաստիճանից: Եթե այն բարձրացվի 10 աստիճանով, պրոցեսի արագությունը մեծանում է 2-4 անգամ։
Համասեռ ռեակցիաների արագության կախվածությունը ջերմաստիճանից կարելի է ներկայացնել մաթեմատիկական տեսքով:
Սենյակային ջերմաստիճանում փոխազդեցությունների մեծ մասի համար գործակիցը գտնվում է 2-ից 4-ի սահմաններում: Օրինակ՝ 2.9 ջերմաստիճանի գործակցի դեպքում ջերմաստիճանի 100 աստիճանով բարձրացումը արագացնում է գործընթացը գրեթե 50000 անգամ:
Ռեակցիայի արագության կախվածությունը ջերմաստիճանից կարելի է հեշտությամբ բացատրել ակտիվացման էներգիայի տարբեր արժեքներով: Այն ունի նվազագույն արժեք իոնային պրոցեսների ժամանակ, որոնք որոշվում են միայն կատիոնների և անիոնների փոխազդեցությամբ։ Բազմաթիվ փորձեր վկայում են նման ռեակցիաների ակնթարթային առաջացման մասին։
Երբ ակտիվացման էներգիան բարձր է, մասնիկների միջև միայն փոքր թվով բախումներ կհանգեցնեն փոխազդեցության իրականացմանը: Միջին ակտիվացման էներգիայի դեպքում ռեակտիվները փոխազդում են միջին արագությամբ:
Կենտրոնացումից և ջերմաստիճանից ռեակցիայի արագության կախվածության վերաբերյալ առաջադրանքները դիտարկվում են միայն կրթության ավագ մակարդակում, ինչը հաճախ լուրջ դժվարություններ է առաջացնում երեխաների համար:
Գործընթացի արագության չափում
Այն գործընթացները, որոնք պահանջում են ակտիվացման զգալի էներգիա, ներառում են սկզբնական նյութերի ատոմների միջև կապերի նախնական խզում կամ թուլացում: Այս դեպքում դրանք անցնում են որոշակի միջանկյալ վիճակի, որը կոչվում է ակտիվացված համալիր։ Այն անկայուն վիճակ է, բավականին արագ քայքայվում է ռեակցիայի արտադրանքի, գործընթացն ուղեկցվում է լրացուցիչ էներգիայի արտազատմամբ։
Ակտիվացված կոմպլեքսն իր ամենապարզ ձևով թուլացած հին կապերով ատոմների կոնֆիգուրացիա է:
ինհիբիտորներ և կատալիզատորներ
Վերլուծենք ֆերմենտային ռեակցիայի արագության կախվածությունը միջին ջերմաստիճանից։ Նման նյութերը գործում են որպես արագացուցիչներգործընթաց։
Նրանք իրենք էլ փոխգործակցության մասնակից չեն, գործընթացի ավարտից հետո նրանց թիվը մնում է անփոփոխ։ Եթե կատալիզատորները մեծացնում են ռեակցիայի արագությունը, ապա ինհիբիտորները, ընդհակառակը, դանդաղեցնում են այս գործընթացը։
Սրա էությունը միջանկյալ միացությունների առաջացումն է, որի արդյունքում նկատվում է գործընթացի արագության փոփոխություն։
Եզրակացություն
Աշխարհում ամեն րոպե տեղի են ունենում տարբեր քիմիական փոխազդեցություններ: Ինչպե՞ս հաստատել ռեակցիայի արագության կախվածությունը ջերմաստիճանից: Արենիուսի հավասարումը արագության հաստատունի և ջերմաստիճանի միջև կապի մաթեմատիկական բացատրությունն է։ Այն պատկերացում է տալիս ակտիվացման էներգիայի այն արժեքների մասին, որոնց դեպքում հնարավոր է մոլեկուլներում ատոմների միջև կապերի ոչնչացումը կամ թուլացումը, մասնիկների բաշխումը նոր քիմիական նյութերի մեջ։
Մոլեկուլյար-կինետիկ տեսության շնորհիվ հնարավոր է կանխատեսել սկզբնական բաղադրիչների փոխազդեցության հավանականությունը, հաշվարկել գործընթացի արագությունը։ Այն գործոններից, որոնք ազդում են ռեակցիայի արագության վրա, առանձնահատուկ նշանակություն ունեն ջերմաստիճանի ինդեքսի փոփոխությունը, փոխազդող նյութերի տոկոսային կոնցենտրացիան, շփման մակերեսը, կատալիզատորի (ինհիբիտորի) առկայությունը, ինչպես նաև փոխազդող բաղադրիչների բնույթը։.
