تصنيف التفاعلات الكيميائية. بدء المواد المنشط نواتج التفاعل المعقدة
تعريف
تفاعل كيميائييسمى تحويل المواد الذي يوجد فيه تغيير في تكوينها و (أو) هيكلها.
في أغلب الأحيان ، تُفهم التفاعلات الكيميائية على أنها عملية تحويل المواد الأولية (الكواشف) إلى مواد نهائية (منتجات).
تتم كتابة التفاعلات الكيميائية باستخدام معادلات كيميائية تحتوي على صيغ المواد الأولية ونواتج التفاعل. وفقا للقانون الحفظ الشامل، عدد ذرات كل عنصر في الجزأين الأيمن والأيسر معادلة كيميائيةبالتساوي. عادة ، تتم كتابة صيغ المواد الأولية على الجانب الأيسر من المعادلة ، وتكتب صيغ المنتجات على اليمين. يتم تحقيق المساواة في عدد ذرات كل عنصر في الجزأين الأيمن والأيسر من المعادلة بوضع معاملات متكافئة صحيحة أمام صيغ المواد.
قد تحتوي المعادلات الكيميائية معلومة اضافيةحول سمات التفاعل: درجة الحرارة ، والضغط ، والإشعاع ، وما إلى ذلك ، والتي يشار إليها بالرمز المقابل أعلاه (أو "تحت") علامة يساوي.
يمكن تصنيف جميع التفاعلات الكيميائية في عدة فئات لها خصائص معينة.
تصنيف التفاعلات الكيميائية حسب عدد وتركيب المواد الأولية والنتيجة
وفقًا لهذا التصنيف ، يتم تقسيم التفاعلات الكيميائية إلى تفاعلات الجمع ، التحلل ، الاستبدال ، التبادل.
نتيجة ل تفاعلات مركبةمن مادتين أو أكثر (معقدة أو بسيطة) ، يتم تكوين مادة جديدة واحدة. في نظرة عامةستبدو معادلة مثل هذا التفاعل الكيميائي كما يلي:
علي سبيل المثال:
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O \ u003d Ca (HCO 3) 2
SO 3 + H 2 O \ u003d H 2 SO 4
2Mg + O 2 \ u003d 2MgO.
2 FeCl 2 + Cl 2 = 2 FeCl 3
تكون التفاعلات المركبة في معظم الحالات طاردة للحرارة ، أي تتدفق مع إطلاق الحرارة. إذا كان رد الفعل ينطوي مواد بسيطة، فغالبًا ما تكون هذه التفاعلات هي الأكسدة والاختزال (ORD) ، أي تحدث مع تغير في حالات أكسدة العناصر. من المستحيل أن نقول بشكل لا لبس فيه ما إذا كان يمكن أن يُعزى تفاعل المركب بين المواد المعقدة إلى الإجمالي.
يتم تصنيف التفاعلات التي تتكون فيها عدة مواد جديدة أخرى (معقدة أو بسيطة) من مادة معقدة واحدة على أنها تفاعلات التحلل. بشكل عام ، ستبدو معادلة تفاعل التحلل الكيميائي كما يلي:
علي سبيل المثال:
كربونات الكالسيوم 3 CaO + CO 2 (1)
2H 2 O \ u003d 2H 2 + O 2 (2)
CuSO 4 × 5H 2 O \ u003d CuSO 4 + 5H 2 O (3)
النحاس (OH) 2 \ u003d CuO + H 2 O (4)
H 2 SiO 3 \ u003d SiO 2 + H 2 O (5)
2SO 3 \ u003d 2SO 2 + O 2 (6)
(NH 4) 2 Cr 2 O 7 \ u003d Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2 O (7)
تستمر معظم تفاعلات التحلل بالتسخين (1،4،5). التحلل بواسطة التيار الكهربائي ممكن (2). يستمر تحلل الهيدرات والأحماض وقواعد وأملاح الأحماض المحتوية على الأكسجين (1 ، 3 ، 4 ، 5 ، 7) دون تغيير حالات أكسدة العناصر ، أي لا تنطبق ردود الفعل هذه على الإجمالي. تشمل تفاعلات التحلل OVR تحلل الأكاسيد والأحماض والأملاح التي تتكون من العناصر الموجودة فيها درجات أعلىأكسدة (6).
تم العثور على تفاعلات التحلل أيضًا في الكيمياء العضوية، ولكن تحت أسماء أخرى - التكسير (8) ، نزع الهيدروجين (9):
ج 18 ح 38 \ u003d س 9 س 18 + ج 9 ح 20 (8)
C 4 H 10 \ u003d C 4 H 6 + 2H 2 (9)
في تفاعلات الاستبدالتتفاعل مادة بسيطة مع مادة معقدة مكونة مادة جديدة بسيطة وجديدة. بشكل عام ، ستبدو معادلة تفاعل الاستبدال الكيميائي كما يلي:
علي سبيل المثال:
2Al + Fe 2 O 3 \ u003d 2Fe + Al 2 O 3 (1)
Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 (2)
2KBr + Cl 2 \ u003d 2KCl + Br 2 (3)
2KSlO 3 + l 2 = 2KlO 3 + Cl 2 (4)
CaCO 3 + SiO 2 \ u003d CaSiO 3 + CO 2 (5)
Ca 3 (RO 4) 2 + ZSiO 2 = ZCaSiO 3 + P 2 O 5 (6)
CH 4 + Cl 2 = CH 3 Cl + هيدروكلورايد (7)
تفاعلات الاستبدال هي في الغالب تفاعلات الأكسدة والاختزال (1 - 4 ، 7). أمثلة تفاعلات التحلل التي لا يوجد فيها تغيير في حالات الأكسدة قليلة (5 ، 6).
تبادل ردود الفعلتسمى التفاعلات التي تحدث بين المواد المعقدة ، والتي يتبادلون فيها الأجزاء المكونة. عادة ما يستخدم هذا المصطلح للتفاعلات التي تنطوي على أيونات في محلول مائي. بشكل عام ، ستبدو معادلة تفاعل التبادل الكيميائي كما يلي:
AB + CD = AD + CB
علي سبيل المثال:
CuO + 2HCl \ u003d CuCl 2 + H 2 O (1)
هيدروكسيد الصوديوم + حمض الهيدروكلوريك \ u003d NaCl + H 2 O (2)
NaHCO 3 + HCl \ u003d NaCl + H 2 O + CO 2 (3)
AgNO 3 + KBr = AgBr ↓ + KNO 3 (4)
CrCl 3 + ZNaOH = Cr (OH) 3 ↓ + ZNaCl (5)
تفاعلات التبادل ليست الأكسدة والاختزال. حالة خاصةتفاعلات التبادل هذه هي تفاعلات معادلة (تفاعلات تفاعل الأحماض مع القلويات) (2). تستمر تفاعلات التبادل في الاتجاه الذي تتم فيه إزالة مادة واحدة على الأقل من مجال التفاعل في شكل مادة غازية (3) ، أو راسب (4 ، 5) أو مركب سيئ الفصل ، وغالبًا ما يكون الماء (1 ، 2) ).
تصنيف التفاعلات الكيميائية حسب التغيرات في حالات الأكسدة
اعتمادًا على التغيير في حالات الأكسدة للعناصر التي تتكون منها المواد المتفاعلة ونواتج التفاعل ، تنقسم جميع التفاعلات الكيميائية إلى الأكسدة والاختزال (1 ، 2) وتلك التي تحدث دون تغيير حالة الأكسدة (3 ، 4).
2Mg + CO 2 \ u003d 2MgO + C (1)
ملغ 0 - 2e \ u003d مغ 2+ (مختزل)
C 4+ + 4e \ u003d C 0 (عامل مؤكسد)
FeS 2 + 8HNO 3 (conc) = Fe (NO 3) 3 + 5NO + 2H 2 SO 4 + 2H 2 O (2)
Fe 2+ -e \ u003d Fe 3+ (مختزل)
N 5+ + 3e \ u003d N 2+ (عامل مؤكسد)
AgNO 3 + HCl \ u003d AgCl ↓ + HNO 3 (3)
Ca (OH) 2 + H 2 SO 4 = CaSO 4 ↓ + H 2 O (4)
تصنيف التفاعلات الكيميائية بالتأثير الحراري
اعتمادًا على ما إذا كانت الحرارة (الطاقة) يتم إطلاقها أو امتصاصها أثناء التفاعل ، يتم تقسيم جميع التفاعلات الكيميائية بشروط إلى exo - (1 ، 2) و ماص للحرارة (3) ، على التوالي. كمية الحرارة (الطاقة) المنبعثة أو الممتصة أثناء التفاعل تسمى حرارة التفاعل. إذا كانت المعادلة تشير إلى كمية الحرارة المنبعثة أو الممتصة ، فإن هذه المعادلات تسمى حرارية كيميائية.
N 2 + 3H 2 = 2NH 3 +46.2 كيلوجول (1)
2Mg + O 2 \ u003d 2MgO + 602.5 kJ (2)
N 2 + O 2 \ u003d 2NO - 90.4 كيلو جول (3)
تصنيف التفاعلات الكيميائية حسب اتجاه التفاعل
وفقًا لاتجاه التفاعل ، هناك عمليات قابلة للعكس (عمليات كيميائية ، تكون منتجاتها قادرة على التفاعل مع بعضها البعض في نفس الظروف التي يتم فيها الحصول عليها ، مع تكوين مواد البداية) ولا رجعة فيها (العمليات الكيميائية ، المنتجات التي لا يمكن أن تتفاعل مع بعضها البعض مع تكوين المواد الأولية).
بالنسبة لردود الفعل القابلة للعكس ، تتم كتابة المعادلة بشكل عام على النحو التالي:
أ + ب ↔ أب
علي سبيل المثال:
CH 3 COOH + C 2 H 5 OH ↔ H 3 COOS 2 H 5 + H 2 O
من أمثلة التفاعلات التي لا رجعة فيها التفاعلات التالية:
2KSlO 3 → 2KSl + ZO 2
ج 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O
يمكن أن تكون الأدلة على عدم رجوع التفاعل بمثابة نواتج تفاعل لمادة غازية أو راسب أو مركب منخفض التفكك ، وغالبًا ما يكون الماء.
تصنيف التفاعلات الكيميائية بوجود عامل مساعد
من وجهة النظر هذه ، يتم تمييز التفاعلات التحفيزية وغير التحفيزية.
المحفز هو مادة تسرع التفاعل الكيميائي. التفاعلات التي تنطوي على محفزات تسمى الحفازة. بعض ردود الفعل مستحيلة بشكل عام بدون وجود محفز:
2H 2 O 2 \ u003d 2H 2 O + O 2 (محفز MnO 2)
في كثير من الأحيان ، يعمل أحد منتجات التفاعل كمحفز يعمل على تسريع هذا التفاعل (التفاعلات التحفيزية التلقائية):
MeO + 2HF \ u003d MeF 2 + H 2 O ، حيث Me هو معدن.
أمثلة على حل المشكلات
مثال 1
يمكن أيضًا أن تتفاعل مواد البدء الصلبة مع بعضها البعض أثناء الفصل المكاني. في هذا الصدد ، على عكس تفاعلات المرحلة الصلبة التقليدية ، ليس من الضروري استخدام مواد البدء بكميات متكافئة. سيكون للمنتج النهائي ، بغض النظر عن نسبة المواد الأولية ، تركيبة متكافئة.
لا تؤثر مواد البدء الصلبة ومنتجات التفاعل على تحول التوازن الكيميائي غير المتجانس.
يمكن أيضًا أن تتفاعل مواد البدء الصلبة مع بعضها البعض أثناء الفصل المكاني. في هذا الصدد ، ممتاز سيكون للمنتج النهائي ، بغض النظر عن نسبة المواد الأولية ، تركيبة متكافئة.
يمكن تسريع التفاعلات بين مواد البدء الصلبة بسبب حقيقة أن المواد الصلبة مرتبطة ببعضها البعض من خلال تفاعل النقل. يمكن توقع أن هذا المبدأ سينتقل إلى تفاعلات عديدة بين المواد الصلبة. في الوقت نفسه ، من المفيد بشكل خاص أن يتم اختيار تفاعلات النقل المناسبة على أساس المفاهيم النظرية البسيطة.
لا يتغير التركيب الحبيبي للجسيمات المحملة لمادة البداية الصلبة والنظام الهيدروديناميكي للعملية.
فقط تلك الجزيئات من مادة البداية الصلبة AI التي تدخل مراكز الامتزاز المليئة بالمادة AZ تشارك في التفاعل الكيميائي.
وهكذا ، فإن تكوين المصهور مع الإمداد المستمر للمواد الأولية الصلبة يتحدد بنسبة PiSy / p2sH ، وفي نروىنرقطع من الجير والكربون ، نحصل على تركيبة مختلفة من الذوبان.
للحصول على مستخلص مائي ، يتم غلي 50-80 مجم من مادة البداية الصلبة لعدة دقائق مع 3 مل من الماء ، والتي يتم تجديدها بالتنقيط مع تبخير المحلول. قد يحتوي المستخلص المائي الذي يحتوي على تفاعل محايد (مستخلص مائي محايد) على كاتيونات متداخلة يجب إزالتها بالصودا بنفس الطريقة التي يتم بها إذا كان الكائن قيد الدراسة سائلًا (انظر ص. السائل القلوي (بعد عمل الصودا) وفصل الرواسب تلقي المحلول الجاهز.
منحنيات معدل الوقت لتحلل أكسالات الفضة. D110 C. تشير النقاط إلى نتائج التجارب دون انقطاع ، وتشير الدوائر إلى التجربة بفواصل مدتها 60 دقيقة. (/ و 30 دقيقة. (/ /. تُظهر مثل هذه التجارب في نفس الوقت أن الخلط البسيط لمادة البداية الصلبة مع منتج صلب قد لا يكون كافيًا لاكتشاف عمل التحفيز الذاتي لهذا الأخير.
المواد الكيميائية- العملية التكنولوجية، حيث يتم نفخ مواد البداية الغازية من خلال الفتحات الموجودة في قاع الجهاز ، ويبدو أن مواد البداية الصلبة الموجودة فيه تغلي ، حيث تكون طوال الوقت في حالة تعليق. في هذه الحالة ، تستمر التفاعلات في الطبقة المميعة نفسها.
الكيمياء هي عملية تكنولوجية يتم فيها نفخ المواد البادئة الغازية من خلال الفتحات الموجودة في قاع الجهاز ، ويبدو أن المواد الأولية الصلبة فيه تغلي ، حيث تكون طوال الوقت في حالة تعليق. في هذه الحالة ، تستمر التفاعلات في الطبقة المميعة نفسها.
المنحنيات النموذجية a f (t من عملية التفكك الحراري للمواد الصلبة. تم تقديم التفسيرات في النص. عند وصف مسار التفكك الحراري ، غالبًا ما يعتمد معدل التفاعل على تكوين الطور الصلب ، معبراً عنه بدرجة التحول (التحلل) أ لمادة البداية الصلبة ، في الشكل VIII-12 يظهر أكثر الاعتماد المميز لـ a على زمن التفاعل.
في الجدول. 22 يلخص البيانات التي تتعلق بإمكانية العثور على الأنيونات في الكسور التحليلية الموصوفة أعلاه ، الناتجة عن تحضير محلول من مادة البداية الصلبة المراد تحليلها.
في تجفيف ثنائي هيدرات أكسالات المنغنيز الذي تمت دراسته من وجهة نظر نظرية فولمر ، والتي من أجلها تم إثبات تكوين منتج غير متبلور وتبلوره اللاحق عن طريق حيود الأشعة السينية ، لوحظ نمو نوى لمنتج صلب غير متبلور حتى قبل تكوين منتج بلوري ، والذي يثبت الخصائص التحفيزية الخاصة للواجهة: مادة أولية صلبة / منتج صلب وللتصوير الشعاعي حالة غير متبلورة. ومع ذلك ، قد يكون تبلور منتج غير متبلور ذا أهمية في شرح اعتماد المعدل على ضغط البخار أثناء تحلل الهيدرات المتبلورة. في هذه الحالات ، يمكن أن يؤدي تكوين طبقة منتج غير متبلورة يصعب اختراقها إلى جزيئات الماء إلى انخفاض معدل التفاعل.
قدم - تدفق المواد الصلبة التي تدخل الجهاز ، كجم / ساعة ؛ Fg (0) - تدفق المواد الغازية إلى الجهاز ، كجم / ساعة ؛ Fg - تدفق المادة الغازية التي تدخل في تفاعل كيميائي ، كجم / ساعة ؛ Fr هو الحجم الذي تشغله الطور الغازي في حجم تفاعل الجهاز ، م 3 ؛ GT هو وزن مادة البدء الصلبة في حجم تفاعل الجهاز ، كجم ؛ GT هو وزن مادة البداية الغازية في حجم تفاعل الجهاز ، كجم ؛ с q - التركيز المكافئ للمادة الأولية الغازية في حجم تفاعل الجهاز ، كجم / م 8 ؛ أ هو معامل القياس المتكافئ للانتقال من تدفق المادة Fm إلى التدفق Fg ؛ & g، / cg - معاملات التفريغ للمراحل الصلبة والغازية ، لتر / ساعة ؛ K هو ثابت معدل التفاعل ؛ F (p) - دالة تعكس ترتيب التفاعل ؛ X - تنسيق الإخراج (درجة الحرارة) ؛ Ta هو ثابت الوقت للنموذج الحراري لحجم تفاعل الجهاز ؛ K7 - معامل تضخيم النموذج الحراري لحجم تفاعل الجهاز.
تم تسخين خليط من 5 1 جم من cyclopentadienyl manganese tricarbonyl ، و 13 7 جم من ثلاثي كلوريد الفوسفور ، و 4 25 جم من كلوريد الألومنيوم و 15 مل من أيزوبنتان مع التقليب القوي ، وحفظه عند درجة حرارة 45-50 درجة مئوية لمدة 3 ساعات. قبل التسخين ، يكون الخليط عبارة عن تعليق لمواد البدء الصلبة في محلول أصفر.
من المهم تحديد الأيونات الغائبة في العينة. الاختبارات الأولية) يتم إجراؤها بشكل أساسي باستخدام مواد البدء الصلبة ، ويتم تبخير الحلول.
في كثير من الأحيان معدل الانحلال مصدر الموادغير مهم جدًا أو أن منتج التفاعل قابل للذوبان بشكل طفيف لدرجة أن المرحلة الجديدة تترسب بكثافة على المرحلة الأصلية ونتيجة لذلك شكل خارجييكرر شكل المادة الأصلية. تسمى هذه التحولات التي تحدث في واجهة مادة البداية الصلبة وتؤدي إلى إنتاج منتجات نهائية صلبة تفاعلات توبوكيليك بالمعنى الضيق للكلمة. على عكس التفاعلات التي تحدث في حجم المحلول ، فإن درجة تشتت نواتج التفاعل في هذه الحالة تشبه تشتت مواد البداية. لذلك فإن الطريقة الكيميائية العليا للنظر إليها هي طريقة خاصة - ولكنها قابلة للتطبيق في وصف المحفزات ، والتعزيز الكهربائي للمعادن وفي مسائل التآكل.
إذا كان ضغط البخار يفضل التفاعل بين المواد الصلبة ، فيجب توقع نفس الشيء من تفاعلات النقل الكيميائي. ما هي الفرص التي توفرها تفاعلات النقل كوسيلة للتفاعل بين مواد البدء الصلبة.
في تفاعلات المرحلة الصلبة ، يمكن أن يبدأ التحول فقط في الجزء الأكبر من المرحلة ثم يتطور في الواجهة بين المرحلتين الجديدة والقديمة. مثل هذه التفاعلات ، حيث تمر منطقة التحويل أو الجبهة على طول الواجهة بين مادة البداية الصلبة والمنتج الصلب ، تسمى توبوكيميائية. مثال على هذه التفاعلات هو تجوية الهيدرات البلورية. كما لاحظ فاراداي ذلك جيدًا بلورات صافية Cu2SO4 - 5H2O لا تفقد الماء في الهواء الجاف لفترة طويلة. من ناحية أخرى ، إذا تم تطبيق خدش على سطحها أو حدث كسر ، فإن الجفاف السريع للبلورة يبدأ فورًا ، والذي ينتشر دائمًا من المنطقة التالفة.
حقيقة أن العديد من الأنيونات يمكن اكتشافها بشكل جزئي لا تعني أن اكتشاف الأنيونات مهمة أسهل من اكتشاف الكاتيونات. حتى مع العدد المحدود من الأنيونات التي تمت دراستها في هذا الكتاب المدرسي ، فإن التحليل يعرض صعوبات كبيرة إذا أعطيت الدراسة مادة بداية صلبة غير قابلة للذوبان في الماء. تخضع هذه المادة للعلاج بالصودا (مستخلص الصودا) ، والذي يرتبط بعدد من المضاعفات في العمل.
عند كتابة ردود الفعل بين محاليل الإلكتروليت ، في كل مرة تحتاج إلى تخيل ما إذا كان هناك أي سبب يتعارض مع المسار الفعلي لتفاعل معين. على سبيل المثال ، إذا كان محلول الإلكتروليت يتفاعل مع المواد الصلبة وفي نفس الوقت يكون أحد المنتجات ضعيف الذوبان ، فيمكن أن يتوقف التفاعل بسرعة بسبب حقيقة أن طبقة من نفس منتج التفاعل الصلب تتشكل على سطح المادة الصلبة بدء المواد ، مما يمنع حدوثها مرة أخرى. هذا هو السبب من أجل الحصول على نشبعمن خلال تأثير الحمض على الرخام ، يأخذون حمض الهيدروكلوريك ، وليس حمض الكبريتيك ، لأنه في حالة حامض الكبريتيك ، يتم تغطية الرخام بسرعة بطبقة من الجبس (CaSO4 - 2H2O) ولا يستمر التفاعل عمليًا.
يستخدم مفاعل الطبقة المميعة لتفاعل البزموت مع الفلور. تتميز تقنية تصنيع الطبقة المميعة المستعارة من التقنية بالمزايا التالية: التأسيس السريع للتوازن الحراري في خليط التفاعل ، وعدم تلبيد منتجات التفاعل الصلب ، والتبادل الحراري الجيد مع جدران الأنبوب ، ومساحة السطح الكبيرة لمواد البدء الصلبة وبالتالي سريع التحويل.
بالنسبة لنظام r - t ، يتم تحقيق زيادة في سطح التلامس بين المراحل عن طريق طحن المرحلة الصلبة. يتم ملامسة المادة الغازية لمادة البداية المسحوقة بعدة طرق ، على سبيل المثال ، يتم وضع الجسيمات الصلبة للمادة على أرفف المفاعل ، ويتحرك تدفق الغاز فوق الرفوف. في حالات أخرى ، يتم رش مادة أولية صلبة مقسمة بدقة إلى تيار من مادة البداية الغازية في حجم مجوف ؛ وبالتالي ، يتم حرق الوقود المسحوق في أفران الغلايات البخارية.
في العمليات الصناعية السريعة ، عادةً ما تستمر التفاعلات في مخاليط المواد الصلبة بمعدلات أسرع بآلاف المرات مما يمكن أن يكون ممكنًا مع التفاعل المباشر للأطوار الصلبة. يكون سمك طبقة المنتج الناتج متماثلًا تقريبًا على كامل سطح الحبوب المغطاة به. يفسر ذلك حقيقة أن التفاعلات التي تحدث بين مواد البدء الصلبة تستمر فعليًا بمشاركة الأطوار الغازية أو السائلة.
عند تطوير كيمياء تفاعلات الحالة الصلبة ، غالبًا ما أثيرت المناقشات حول مسألة ما إذا كانت المواد الصلبة يمكن أن تتفاعل مع بعضها البعض دون مشاركة سائل أو غاز. تم حل هذه المشكلة الآن لصالح وجود تفاعلات المرحلة الصلبة البحتة. من المثير للاهتمام ، مع ذلك ، أنه يمكن إظهاره على سلسلة كاملة من التحولات بمواد بداية صلبة والتي ، مع ذلك ، تشارك بعض الطور السائل أو الغازي كوسيط تفاعل. ومع ذلك ، يجب تجنب التعميمات في هذا المجال - على العكس من ذلك ، من الضروري التحقيق تجريبيًا في حالة النظام في كل حالة فردية. تعامل Budnikov و Ginstling مع هذه الدراسات بتفصيل خاص.
إذا كان من الممكن حل مشكلة المادة الأولية لتكوين النفط والغاز ككل ، فإن مشكلة آلية تكوين النفط والغاز ، وهي المشكلة الرئيسية ، لا تزال بحاجة إلى حل بالتفصيل. القواسم المشتركة في التكوين المواد العضويةوالصخور الرسوبية والهيدروكربونات (HC) حجة مهمة لصالح مصدر للغلاف الحيوي للنفط والغاز. دور الطاقة الحرارية (التسخين) للحصول على الهيدروكربونات السائلة والغازية من مادة البداية الصلبة واضح أيضًا. مكنت هذه الظروف من إنشاء مفهوم حول مراكز توليد الهيدروكربونات وصياغة أفكار حول المراحل الرئيسية لتكوين الغاز والنفط ، والتي أصبحت منتشرة في جميع أنحاء العالم.
معدل التفاعلات التي تحدث دون مشاركة المراحل الغازية والسائلة منخفض جدًا بحيث لا يمكن أن يكون لها أهمية عملية كبيرة في العمليات الصناعية السريعة. ولكن من الناحية العملية ، عادةً ما تستمر التفاعلات في مخاليط المواد الصلبة بمعدلات أعلى بآلاف المرات مما يمكن أن يكون ممكنًا مع التفاعل المباشر للمواد الصلبة. يكون سمك طبقة المنتج الناتج متماثلًا تقريبًا على كامل سطح الحبوب المغطاة به. يفسر ذلك حقيقة أن التفاعلات التي تحدث بين مواد البدء الصلبة تستمر فعليًا بمشاركة الأطوار الغازية أو السائلة.
معدل حدوث مثل هذه التفاعلات دون مشاركة المراحل الغازية والسائلة منخفض للغاية بحيث لا يمكن أن يكون لها أهمية عملية كبيرة في العمليات الصناعية السريعة التي يتم إجراؤها ، على وجه الخصوص ، في إنتاج الأملاح. عادة ما تستمر التفاعلات في مخاليط المواد الصلبة بمعدلات أسرع بآلاف المرات مما يمكن أن يكون ممكنًا مع التفاعل المباشر للمواد الصلبة. يكون سمك طبقة المنتج الناتج متماثلًا تقريبًا على كامل سطح الحبوب المغطاة به. يفسر ذلك حقيقة أن التفاعلات التي تحدث بين مواد البدء الصلبة تستمر فعليًا بمشاركة الأطوار الغازية أو السائلة.
معدل التفاعلات التي تحدث دون مشاركة المراحل الغازية والسائلة منخفض جدًا بحيث لا يمكن أن يكون لها أهمية عملية كبيرة في العمليات الصناعية السريعة. ولكن من الناحية العملية ، عادةً ما تستمر التفاعلات في مخاليط المواد الصلبة بمعدلات أكبر بآلاف المرات ، أو مما يمكن أن يكون ممكنًا مع التفاعل المباشر للمواد الصلبة. يكون سمك طبقة المنتج الناتج متماثلًا تقريبًا على كامل سطح الحبوب المغطاة به. يفسر ذلك حقيقة أن التفاعلات التي تحدث بين مواد البدء الصلبة تستمر فعليًا بمشاركة الأطوار الغازية أو السائلة.
إنه لأمر لا يصدق أن هذه الضغوط الضاغطة ، فيما يتعلق بها أجسام صلبةأقوى من التوتر ، فقد وصلت إلى القيمة اللازمة لتدمير البلورات المجهرية. تجارب مباشرة لدراسة اعتماد معدل تحلل برمنجنات البوتاسيوم على حجم السطح ، وهو عكسياً. هذا يدل على أن التجزئة في حد ذاته ليس دائمًا سبب التسارع الملحوظ للتفاعل. إن تفسير تسريع تفاعل المواد الصلبة من خلال وجود تفاعلات متفرعة المتسلسلة يصادف أيضًا بعض الصعوبات. تختلف الظروف في الطور الصلب اختلافًا كبيرًا عن تلك الموجودة في الطور الغازي أو السائل في عدم تجانسها. في حالة وجود آلية السلسلة ، يظل هذا التفاعل مقيدًا بالواجهة بين مادة البداية الصلبة ومنتج التفاعل. وبالتالي ، حتى في وجود آلية متسلسلة ، يُطرح السؤال عن الأسباب خصائص خاصةالواجهات: أصل صلب / منتج صلب.
2. مواد البدايةوالطرق التجريبية
2.1. مواد البدء وتحليلها
تم إدخال الفوسفور والفلور والليثيوم في صورة فوسفات ثنائي هيدروجين الأمونيوم المجفف عند 100 درجة مئوية ، وتجفيف فلوريد الليثيوم وكربونات الليثيوم عند 200 درجة مئوية. تم تكليس أكسيد النيكل التفاعلي (رمادي ، غير متكافئ) عند 900 درجة مئوية للتحويل إلى NiO متكافئ أخضر. تم استخدام أكسيد الكوبالت التفاعلي (+2) في شكل غير محسوب (أثبت تحليل طور الأشعة السينية أن هذا هو بالفعل CoO ، وليس Co 3 O 4). تم أيضًا اختبار الكواشف الأخرى لإدخال معادن انتقالية: كربونات الكوبالت والمنغنيز ، وخلات النيكل ، وكذلك أكسالات المنغنيز والحديد (+2) المترسبة من المحاليل المائية. لإجراء هذا الجزء من التجارب ، تم أخذ أملاح قابلة للذوبان: كبريتات الحديد (+2) وكلوريد المنغنيز (+2) ، وتم إذابتهما في ماء مقطر ساخن ، وأضيف إليهما محلول ساخن من أكسالات الأمونيوم. بعد التبريد ، تم ترشيح الرواسب على قمع بوشنر ، وغسلها بالماء المقطر حتى يتم إزالة أيونات الكبريتات أو الكلوريد ، وتجفيفها عند درجة حرارة الغرفةبضعة ايام.
ليس هناك ما يقين من أن هذه الكربونات والأكسالات والأسيتات تتوافق تمامًا مع الصيغ المثالية: أثناء التخزين ، أو فقدان أو اكتساب الماء ، والتحلل المائي ، والأكسدة ممكنة. لذلك ، كان من الضروري تحليلها. للقيام بذلك ، تم تكليس ثلاث عينات متوازية من كل مادة أولية إلى وزن ثابت ووزنها على شكل أكاسيد. تم اختيار درجة حرارة التكليس على أساس بيانات الأدبيات حول ثبات أشكال الوزن: للحصول على Fe 2 O 3 ، NiO - 900 درجة مئوية ، للحصول على Co 3 O 4 و Mn 2 O 3-750 درجة مئوية.
2.2. تنفيذ التوليفات
عندما يتم تسخين فلوريد الليثيوم مع ثنائي هيدرو فوسفات الأمونيوم ، فمن الممكن تطاير فلوريد الهيدروجين. لذلك ، يكاد يكون تنفيذ التوليف في مرحلة واحدة ممكنًا. تحتاج أولاً إلى الحصول على LiMPO 4 ، وبعد ذلك فقط الإزالة الكاملةالماء ، يمكنك إضافة فلوريد الليثيوم.
وهكذا يمكن التمييز بين مرحلتين.
(1) 2NH 4 H 2 PO 4 + Li 2 CO 3 + 2MO ® 2 LiMPO 4 + 2NH 3 + CO 2 + 2H 2 O.
هنا ، MO هو إما أكسيد (NiO ، CoO) أو مركب يتحلل إلى أكسيد.
(2) LiMPO 4 + LiF ® Li 2 MPO 4 F
تم خلط عينات المواد وطحنها في ملاط يشب إلى كتلة متجانسة كاملة ، ثم ضغطت الأقراص ، وحفظها في درجة حرارة 150-170 درجة مئوية لمدة ساعتين لإزالة معظم المكونات المتطايرة (إذا تم تسخينها على الفور إلى المزيد درجات حرارة عالية، ثم يحدث الذوبان وينزعج تجانس القرص). ثم تم رفع درجة الحرارة تدريجيًا ، وطحن الخليط بشكل دوري ، حتى يتم الحصول على LiMPO 4 النقي تقريبًا. تم إطلاق النار إما في فرن دثر، أو في جو خامل في فرن أنبوب.
بسبب عدم وجود غازات خاملة في الاسطوانات ، يجب الحصول على النيتروجين عن طريق تسخين محلول مائي من كلوريد الأمونيوم ونتريت الباريوم. تم توصيل القارورة ، التي حدث فيها التفاعل الرئيسي لإنتاج النيتروجين (تفاعل طارد للحرارة ، تسخين طفيف) ، بغسالتين بمحلول كبريتات ثنائي كرومات البوتاسيوم لاحتجاز الشوائب المحتملة من الأمونيا وأكسيد النيتريك ، متبوعًا بأنبوب متوهج به مسامي. حبيبات نحاسية للتنقية من الأكسجين وأكاسيد النيتروجين ، ثم مع هلام السيليكا للتجفيف الخام وغسلتين بحمض الكبريتيك المركز من أجل التقاط أكثر اكتمالاً لبخار الماء. تم توصيل هذه الغسالات بأنبوب يحتوي على خليط مضغوط من المواد في قوارب النيكل. أولاً ، تم تمرير ثلاثة أضعاف حجم النيتروجين من خلال الإعداد لإزالة الهواء ، وعندها فقط بدأ التسخين. بعد اكتمال الحرق ، تم تبريد العينات في تيار من النيتروجين لمنع أكسدة الهواء.
تم فحص المنتجات عن طريق تحليل طور الأشعة السينية وانتقل إلى المرحلة الثانية من التجارب ؛ لهذا ، تم طحن الأقراص التي تم الحصول عليها بوزن محسوب من فلوريد الليثيوم ، وبعد الضغط ، استمر إطلاق النار إما في فرن مفل أو في خامل الغلاف الجوي في فرن الأنبوب وفقًا للتقنية التي تم النظر فيها بالفعل. لضمان ارتباط أكثر اكتمالا بالفوسفات ، تم إدخال فلوريد الليثيوم في زيادة قدرها خمسة بالمائة. هذه الزيادة هي 0.7 بالوزن فقط. ٪ من الخليط وأقل معنويًا من خليط الفوسفات غير المتفاعل.
2.3 التصوير الشعاعي
تم إجراء تحليل طور الأشعة السينية على مقياس حيود DRON-2.0 في إشعاع كا النحاسي. هذا الإشعاع ليس مناسبًا جدًا للمركبات التي يوجد فيها الحديد وخاصة الكوبالت ، حيث يتم امتصاصه بقوة بواسطة ذرات هذه العناصر ويثير إشعاع الأشعة السينية الخاص بها. نتيجة لذلك ، تضعف الحدود القصوى للحيود وتزداد الخلفية بشكل حاد. لذلك ، تقل حساسية تحليل الطور ، ويقل عدد الانعكاسات المرصودة ، وتتدهور دقة قياسها بسبب تقلبات الشدة القوية. للتغلب على هذه الصعوبات ، يجب على المرء استخدام أنبوب الأشعة السينية مع أنود مختلف ، على سبيل المثال ، الكوبالت (ولكن بعد ذلك ستظهر نفس المشاكل مع مركبات المنغنيز) أو تثبيت أحادي اللون على شعاع منعرج. لكن لم تكن لدينا مثل هذه الفرصة ، لذلك ، من أجل تقليل الأخطاء الإحصائية ، كان لا بد من تكرار إطلاق مركب الكوبالت عدة مرات.
استخدم تحليل المرحلة قاعدة بيانات حيود مسحوق PDF-2.
جيالحمم 6
حركية الكيميائية. التوازن الكيميائي.
6.1.المواد الكيميائيةحركية.
حركية الكيميائية- فرع الكيمياء الذي يدرس معدلات وآليات العمليات الكيميائية ، وكذلك اعتمادها على عوامل مختلفة.
دراسة الخواص الحركية تفاعلات كيميائيةيسمح لكلا من تحديد آليات العمليات الكيميائية والتحكم في العمليات الكيميائية في تنفيذها العملي.
أي عملية كيميائية هي تحويل المواد المتفاعلة إلى منتجات تفاعل:
المواد المتفاعلة ← الحالة الانتقالية ← منتجات التفاعل.
الكواشف (مصدر المواد) - المواد التي تدخل في عملية التفاعل الكيميائي.
منتجات التفاعل- المواد المتكونة في نهاية عملية التحول الكيميائي. في العمليات القابلة للانعكاس ، تكون نواتج التفاعل الأمامي هي المواد المتفاعلة للتفاعل العكسي.
ردود فعل لا رجوع فيها- ردود الفعل تجري في ظل ظروف معينة في اتجاه واحد تقريبًا (يُشار إليها بالعلامة →).
علي سبيل المثال:
كربونات الكالسيوم 3 → CaO + CO 2
ردود فعل عكسية- ردود الفعل تسير في وقت واحد في اتجاهين متعاكسين (يشار إليها بعلامة).
حالة انتقالية (مجمع نشط) - هذه هي حالة النظام الكيميائي ، وهي وسيطة بين مواد البدء (الكواشف) ونواتج التفاعل. في هذه الحالة ، تنكسر الروابط الكيميائية القديمة وتتشكل روابط كيميائية جديدة. علاوة على ذلك ، يتم تحويل المركب المنشط إلى منتجات تفاعل.
معظم التفاعلات الكيميائية مركب ويتكون من عدة مراحل تسمى ردود الفعل الأولية .
رد فعل أولي- عمل واحد من التكوين أو التمزق رابطة كيميائية. تحدد مجموعة التفاعلات الأولية التي يتكون منها تفاعل كيميائي آلية التفاعل الكيميائي.
تشير معادلة التفاعل الكيميائي عادةً إلى الحالة الأولية للنظام (المواد الأولية) وحالته النهائية (منتجات التفاعل). في الوقت نفسه ، يمكن أن تكون الآلية الفعلية للتفاعل الكيميائي معقدة للغاية وتشمل سطر كاملردود الفعل الأولية. التفاعلات الكيميائية المعقدة قابل للانعكاس ، متوازي ، تسلسلي و تفاعلات أخرى متعددة الخطوات (سلسلة من ردود الفعل , ردود الفعل المقترنة إلخ.).
إذا كانت معدلات المراحل المختلفة للتفاعل الكيميائي تختلف اختلافًا كبيرًا ، فإن معدل التفاعل المعقد ككل يتحدد بمعدل أبطأ مراحله. تسمى هذه المرحلة (رد الفعل الأولي) مرحلة الحد.
اعتمادًا على حالة طور المواد المتفاعلة ، هناك نوعان من التفاعلات الكيميائية: متجانسو غير متجانسة.
مرحلةجزء من نظام يختلف في المادية و الخواص الكيميائيةعن أجزاء أخرى من النظام ويفصل بينها الواجهة. تسمى أنظمة المرحلة الواحدة أنظمة متجانسة، من عدة مراحل - غير متجانسة. يمكن أن يكون الهواء أحد الأمثلة على النظام المتجانس ، وهو عبارة عن خليط من المواد (النيتروجين والأكسجين ، إلخ) الموجودة في نفس الطور الغازي. تعليق الطباشير (صلب) في الماء (سائل) مثال على نظام مرحلتين غير متجانس.
وفقًا لذلك ، يتم استدعاء التفاعلات التي تكون فيها المواد المتفاعلة في نفس المرحلة ردود فعل متجانسة. يحدث تفاعل المواد في مثل هذه التفاعلات في جميع أنحاء الحجم الكامل لمساحة التفاعل.
تشمل التفاعلات غير المتجانسة التفاعلات التي تحدث عند حدود الطور. مثال على التفاعل غير المتجانس هو تفاعل الزنك (الطور الصلب) مع محلول حمض الهيدروكلوريك (الطور السائل). في النظام غير المتجانس ، يحدث التفاعل دائمًا عند السطح البيني بين مرحلتين ، حيث يمكن أن تتصادم المواد المتفاعلة في مراحل مختلفة مع بعضها البعض هنا فقط.
عادة ما يتم تمييز التفاعلات الكيميائية من خلال الجزيئية, هؤلاء. وفقًا لعدد الجزيئات المشاركة في كل فعل أولي من التفاعل . على هذا الأساس ، تتميز التفاعلات أحادية الجزيء وثنائية الجزيء وثلاثي الجزيئية.
جزيئي تسمى التفاعلات التي يكون فيها الفعل الأولي عبارة عن تحول كيميائي لجزيء واحد ، علي سبيل المثال:
ثنائي الجزيء اعتبر التفاعلات التي يحدث فيها الفعل الأولي عند اصطدام جزيئين ، على سبيل المثال:
في ثلاثي الجزيئات التفاعلات ، يتم تنفيذ فعل أولي مع الاصطدام المتزامن لثلاثة جزيئات ، على سبيل المثال:
إن تصادم أكثر من ثلاثة جزيئات في نفس الوقت غير محتمل تقريبًا ، وبالتالي لا تحدث تفاعلات ذات جزيئات أكبر في الممارسة العملية.
يمكن أن تختلف معدلات التفاعلات الكيميائية بشكل كبير. يمكن أن تستمر التفاعلات الكيميائية ببطء شديد ، بشكل عام فترات جيولوجية، مثل التجوية الصخور، وهو تحول الألومينوسيليكات:
K 2 O Al 2 O 3 6SiO 2 + CO 2 + 2H 2 O → K 2 CO 3 + 4SiO 2 + Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O.
أورثوكلاز - الكوارتز الفلسبار البوتاس. الكاولين الرمل (طين)
تستمر بعض التفاعلات على الفور تقريبًا ، على سبيل المثال ، انفجار مسحوق أسود ، وهو خليط من الفحم والكبريت والنترات:
3C + S + 2KNO 3 = N 2 + 3CO 2 + K 2 S.
معدل التفاعل الكيميائي هو مقياس كمي لشدة حدوثه.
على العموم تحت سرعة تفاعل كيميائي فهم عدد التفاعلات الأولية التي تحدث لكل وحدة زمنية في وحدة مساحة التفاعل.
نظرًا لأن مساحة التفاعل بالنسبة للعمليات المتجانسة هي حجم وعاء التفاعل ، إذن
لردود الفعل المتجانسةمع يتم تحديد معدل التفاعل الكيميائي بواسطة كمية المادة التي تفاعلت لكل وحدة زمنية لكل وحدة حجم.
بالنظر إلى أن كمية المادة الموجودة في حجم معين تميز تركيز المادة ، إذن
معدل التفاعل هو قيمة توضح التغير في التركيز المولي لإحدى المواد لكل وحدة زمنية.
إذا ، عند حجم ودرجة حرارة ثابتة ، ينخفض تركيز أحد المواد المتفاعلة من مع 1 ل مع 2 لفترة من الزمن من ر 1 ل ر 2 ، ووفقًا للتعريف ، فإن معدل التفاعل لفترة زمنية معينة (متوسط معدل التفاعل) يساوي:
عادة ، للتفاعلات المتجانسة ، أبعاد المعدل الخامس[مول / لتر].
منذ التفاعلات غير المتجانسة ، يكون مساحة التفاعل السطحية ، حيث يحدث التفاعل ، ثم بالنسبة للتفاعلات الكيميائية غير المتجانسة ، يشير معدل التفاعل إلى مساحة الوحدة من السطح التي يحدث فيها التفاعل. وفقًا لذلك ، يكون لمتوسط معدل التفاعل غير المتجانس الشكل:
أين سهي مساحة السطح التي يحدث فيها التفاعل.
إن أبعاد معدل التفاعلات غير المتجانسة هو [مول / لتر ث م 2].
يعتمد معدل التفاعل الكيميائي على عدد من العوامل:
طبيعة المتفاعلات.
تركيزات المواد المتفاعلة
الضغط (ل أنظمة الغاز);
درجة حرارة النظام
مساحة السطح (للأنظمة غير المتجانسة) ؛
وجود عامل مساعد في النظام وعوامل أخرى.
نظرًا لأن كل تفاعل كيميائي هو نتيجة تصادم الجسيمات ، فإن الزيادة في التركيز (عدد الجسيمات في حجم معين) تؤدي إلى تصادمات أكثر تكرارًا ، ونتيجة لذلك ، إلى زيادة معدل التفاعل. إن اعتماد معدل التفاعلات الكيميائية على التركيزات المولية للمواد المتفاعلة موصوف في القانون الأساسي للحركية الكيميائية - قانون التمثيل الجماهيري ، الذي صاغه N.N. Beketov في عام 1865 وفي عام 1867 من قبل K.M. Guldberg و P. Waage.
قانون التمثيل الجماهيرييقرأ: معدل التفاعل الكيميائي الأولي عند درجة حرارة ثابتة يتناسب طرديا مع ناتج التركيزات المولية للمواد المتفاعلة بقوى تساوي معاملاتها المتكافئة.
تسمى المعادلة التي تعبر عن اعتماد معدل التفاعل على تركيز كل مادة المعادلة الحركية للتفاعل .
وتجدر الإشارة إلى أن قانون العمل الجماهيري قابل للتطبيق بالكامل فقط على أبسط ردود الفعل المتجانسة. إذا استمر رد الفعل على عدة مراحل ، فإن القانون صالح لكل مرحلة من المراحل ، و يتم تحديد معدل العملية الكيميائية المعقدة من خلال معدل أبطأ تفاعل ، وهومرحلة الحد العمليه بالكامل.
في الحالة العامة ، إذا دخل تفاعل أولي في وقت واحد رجزيئات المادة لكنو نجزيئات المادة في:
ملكن + نفي = مع,
ثم معادلة معدل التفاعل (المعادلة الحركية)يشبه:
أين كهو معامل التناسب الذي يسمى معدل ثابت تفاعل كيميائي؛ [ لكن لكن; [ب] هو التركيز المولي لمادة ما ب; مو نهي معاملات متكافئة في معادلة التفاعل.
لفهم المعنى المادي لثابت معدل التفاعل ، في المعادلات أعلاه لتركيز المواد المتفاعلة [ لكن] = 1 مول / لتر و [ في] = 1 مول / لتر (أو تساوي ناتجها بالوحدة) ، ثم:
ومن ثم فمن الواضح أن معدل رد الفعل ثابت k يساوي عدديًا معدل التفاعل الذي تكون فيه تركيزات المواد المتفاعلة (أو ناتجها في المعادلات الحركية) مساوية للوحدة.
معدل رد الفعل ثابت كيعتمد على طبيعة المواد المتفاعلة ودرجة الحرارة ، ولكنه لا يعتمد على قيمة تركيز المواد المتفاعلة.
بالنسبة للتفاعلات غير المتجانسة ، لا يتم تضمين تركيز الطور الصلب في التعبير عن معدل التفاعل الكيميائي.
على سبيل المثال ، في تفاعل تخليق الميثان:
إذا استمر التفاعل في الطور الغازي ، فإن التغيير في الضغط في النظام يكون له تأثير كبير على معدله ، لأن التغيير في الضغط في الطور الغازي يؤدي إلى تغيير نسبي في التركيز. وبالتالي ، تؤدي الزيادة في الضغط إلى زيادة تناسبية في التركيز ، وانخفاض في الضغط ، على التوالي ، يقلل من تركيز المادة المتفاعلة الغازية.
التغيير في الضغط ليس له أي تأثير عمليًا على تركيز المواد السائلة والصلبة (الحالة المكثفة للمادة) ولا يؤثر على معدل التفاعلات التي تحدث في المراحل السائلة أو الصلبة.
يتم إجراء التفاعلات الكيميائية بسبب تصادم جزيئات المواد المتفاعلة. ومع ذلك ، ليس كل تصادم للجسيمات المتفاعلة فعال ، بمعنى آخر. يؤدي إلى تكوين منتجات التفاعل. فقط الجسيمات ذات الطاقة العالية الجسيمات النشطة قادرة على إجراء تفاعل كيميائي. مع زيادة درجة الحرارة ، تزداد الطاقة الحركية للجسيمات ويزداد عدد الجسيمات النشطة ، وبالتالي يزداد معدل العمليات الكيميائية.
يتم تحديد اعتماد معدل التفاعل على درجة الحرارة حكم فانت هوف : لكل 10 درجة مئوية زيادة في درجة الحرارة ، يزيد معدل التفاعل الكيميائي مرتين إلى أربع مرات.
الخامس 1 هو معدل التفاعل عند درجة الحرارة الأولية للنظام ر 1 , الخامس 2 هو معدل التفاعل عند درجة الحرارة النهائية للنظام ر 2 ,
γ هو معامل درجة حرارة التفاعل (معامل فان هوف) ، يساوي 2 ÷ 4.
إن معرفة قيمة معامل درجة الحرارة يجعل من الممكن حساب التغير في معدل التفاعل مع زيادة درجة الحرارة من تي 1 ل تي 2. في هذه الحالة ، يمكنك استخدام الصيغة:
من الواضح ، مع ارتفاع درجة الحرارة ، المتوالية العدديةيزيد معدل التفاعل أضعافا مضاعفة. يكون تأثير درجة الحرارة على معدل التفاعل أكبر المزيد من القيمةمعامل درجة حرارة التفاعل ز.
وتجدر الإشارة إلى أن قاعدة van't Hoff تقريبية وقابلة للتطبيق فقط من أجل التقييم التقريبي لتأثير التغيرات الصغيرة في درجات الحرارة على معدل التفاعل.
يمكن توفير الطاقة اللازمة لمواصلة التفاعلات تأثيرات مختلفة(الدفء والضوء كهرباء, أشعة الليزروالبلازما والإشعاع المشع ، ضغط مرتفعإلخ.).
يمكن تصنيف ردود الفعل إلى الحرارية ، الضوئية الكيميائية ، الكهروكيميائية ، الإشعاع الكيميائي مع كل هذه التأثيرات ، تزداد نسبة الجزيئات النشطة ، التي لها طاقة تساوي أو تزيد الحد الأدنى من الطاقة المطلوبة لهذا التفاعل E دقيقة.
عندما تصطدم الجزيئات النشطة ، يسمى ب المنشط المركب ، حيث يتم إعادة توزيع الذرات.
الطاقة المطلوبة لزيادة متوسط طاقة جزيئات المواد المتفاعلة إلى طاقة المركب المنشط تسمى طاقة التنشيط Ea.
يمكن اعتبار طاقة التنشيط على أنها بعض الطاقة الإضافية التي يجب أن تكتسبها جزيئات المادة المتفاعلة للتغلب على شيء معين حاجز الطاقة . وهكذا ، E أ راعلى الفرق بين متوسط طاقة الجسيمات المتفاعلة هالمرجع وطاقة المجمع المنشط هدقيقة. يتم تحديد طاقة التنشيط حسب طبيعة المواد المتفاعلة. المعنى هـ أمن 0 إلى 400 كيلو جول. إذا كانت القيمة هـ أيتجاوز 150 كيلوجول ، ثم لا تستمر هذه التفاعلات عمليًا عند درجات حرارة قريبة من المعيار.
يمكن تمثيل التغيير في طاقة النظام أثناء التفاعل بيانياً باستخدام مخطط الطاقة التالي (الشكل 6.1).
|
أرز. 6.1 مخطط الطاقة لتفاعل طارد للحرارة:
المرجع E هو متوسط طاقة المواد الأولية ؛ E prod هو متوسط طاقة نواتج التفاعل ؛ E min هي طاقة المركب المنشط ؛ الفعل E - طاقة التنشيط ؛ ΔH p - التأثير الحراري لتفاعل كيميائي
يمكن أن نرى من مخطط الطاقة أن الفرق بين قيم الطاقة لنواتج التفاعل وطاقة المواد الأولية سيكون التأثير الحراري للتفاعل.
هبز. - E المرجع. \ u003d ΔH ص.
بالنسبة الى معادلة أرهينيوسكلما زادت قيمة طاقة التنشيط هالفعل ، كلما زاد معدل ثابت للتفاعل الكيميائي كحسب درجة الحرارة:
ه- طاقة التنشيط (J / mol) ،
ص هو ثابت الغاز العالمي ،
تيهي درجة الحرارة في K ،
لكن- ثابت أرهينيوس ،
ه= 2.718 - قاعدة اللوغاريتمات الطبيعية.
المحفزات- هذه هي المواد التي تزيد من معدل التفاعل الكيميائي. يتفاعلون مع الكواشف لتشكيل وسيط مركب كيميائيويتم تحريرها في نهاية التفاعل. يسمى تأثير المحفزات على التفاعلات الكيميائيةالحفز.
على سبيل المثال ، لا يُظهر مزيج من مسحوق الألمنيوم واليود البلوري في درجة حرارة الغرفة أي علامات ملحوظة للتفاعل ، ولكن قطرة ماء كافية لإحداث تفاعل عنيف:
يميز الحفز المتجانس (يشكل المحفز نظامًا متجانسًا مع المواد المتفاعلة ، على سبيل المثال ، خليط غازي) و غير متجانسة الحفز (يكون المحفز والمتفاعلات في مراحل مختلفة وتحدث العملية التحفيزية عند السطح البيني).
لشرح آلية الحفز المتجانس الأكثر انتشاراتم الاستلام النظرية الوسيطة (اقترحه الباحث الفرنسي سباتييه وطور في أعمال العالم الروسي ن.د. زيلينسكي). وفقًا لهذه النظرية ، فإن العملية البطيئة ، مثل التفاعل:
في وجود محفز ، فإنه يتقدم بسرعة ، ولكن على مرحلتين. في المرحلة الأولى من العملية ، يتم تكوين مركب وسيط لأحد المواد المتفاعلة مع محفز قطة.
المرحلة الأولى:
أ + كات = أ. ∙. قطة.
يشكل المركب الناتج في المرحلة الثانية مركبًا نشطًا مع كاشف آخر [ أ. كات] ، والذي يتحول إلى المنتج النهائي ABمع تجديد المحفز كات.
المرحلة الثانية:
أ. ∙. كات + ب = = أ ب + كات.
يؤدي التفاعل الوسيط للمحفز مع الكواشف إلى توجيه العملية إلى طريق جديد، تتميز بانخفاض حاجز الطاقة. هكذا، ترتبط آلية عمل المحفزات بانخفاض طاقة التنشيط للتفاعل بسبب تكوين مركبات وسيطة.
مثال على ذلك هو رد فعل بطيء:
2SO 2 + O 2 \ u003d 2SO 3 ببطء.
في طريقة النيتروز الصناعية لإنتاج حامض الكبريتيك ، يتم استخدام أكسيد النيتريك (II) كمحفز ، مما يسرع التفاعل بشكل كبير:
يستخدم التحفيز غير المتجانس على نطاق واسع في عمليات تكرير النفط. المحفزات هي البلاتين ، النيكل ، أكسيد الألومنيوم ، إلخ. الهدرجة زيت نباتييعمل على محفز نيكل (نيكل على تراب دياتومي) ، إلخ.
مثال على التحفيز غير المتجانس هو أكسدة SO 2 إلى SO 3 على محفز V 2 O 5 في إنتاج حمض الكبريتيك بواسطة طريقة التلامس.
تسمى المواد التي تزيد من نشاط المحفز المروجين (أو المنشطات). في هذه الحالة ، قد لا يكون للمروجين أنفسهم خصائص تحفيزية.
السموم التحفيزية - المواد الغريبةفي خليط التفاعل ، مما يؤدي إلى فقدان جزئي أو كامل لنشاط المحفز. لذا ، فإن آثار الفوسفور والزرنيخ تسبب خسارة سريعةنشاط محفز V 2 O 5 في أكسدة SO 2 إلى SO 3.
يتم تنفيذ العديد من أهم الصناعات الكيميائية ، مثل إنتاج حامض الكبريتيك ، والأمونيا ، وحمض النيتريك ، والمطاط الصناعي ، وعدد من البوليمرات ، وما إلى ذلك ، في وجود المحفزات.
يتم تسريع التفاعلات الكيميائية الحيوية في الكائنات الحية النباتية والحيوانية محفزات بيوكيميائية – الانزيمات.
حاد من الممكن إبطاء مسار العمليات الكيميائية غير المرغوب فيها عن طريق إضافة مواد خاصة إلى وسط التفاعل - مثبطات. على سبيل المثال ، يتم استخدام طرق مختلفة على نطاق واسع لتأخير العمليات غير المرغوب فيها لتآكل المعادن. مثبطات تآكل المعادن .
6.1.1. أسئلة لضبط النفس من المعرفة النظرية
حول موضوع "الحركية الكيميائية"
1. ماذا تدرس الخواص الحركية الكيميائية؟
2. ما هو المفهوم الشائع لمصطلح "الكواشف"؟
3. ما هو المفهوم الشائع لمصطلح "نواتج التفاعل"؟
4. كيف تتم الإشارة إلى العمليات القابلة للعكس في التفاعلات الكيميائية؟
5. ما هو المفهوم الشائع لمصطلح "المركب النشط"؟
6. ما هو رد الفعل الأولي؟
7. ما هي ردود الفعل التي تعتبر معقدة؟
8. ما هي مرحلة من ردود الفعل تسمى المرحلة المحددة؟
9. تحديد مفهوم "المرحلة"؟
10. ما هي الأنظمة التي تعتبر متجانسة؟
11. ما هي الأنظمة التي تعتبر غير متجانسة؟
12. أعط أمثلة على الأنظمة المتجانسة.
13. أعط أمثلة للأنظمة غير المتجانسة.
14. ما الذي يعتبر "جزيئية" التفاعل؟
15. ما المقصود بمصطلح "معدل التفاعل الكيميائي"؟
16. أعط أمثلة على ردود الفعل السريعة والبطيئة.
17. ما المقصود بمصطلح "معدل التفاعل الكيميائي المتجانس"؟
18. ما المقصود بمصطلح "معدل التفاعل الكيميائي غير المتجانس"؟
19. ما هي العوامل التي تحدد معدل التفاعل الكيميائي؟
20. صياغة القانون الأساسي للخواص الحركية الكيميائية.
21. ما هو ثابت معدل التفاعلات الكيميائية؟
22. ما هي العوامل التي يعتمد عليها معدل ثابت التفاعلات الكيميائية؟
23. ما هو تركيز المواد غير المدرجة في المعادلة الحركية للتفاعلات الكيميائية؟
24. كيف يعتمد معدل التفاعل الكيميائي على الضغط؟
25. كيف يعتمد معدل التفاعل الكيميائي على درجة الحرارة؟
26. كيف تتم صياغة قاعدة Van't Hoff؟
27. ما هو "معامل درجة حرارة تفاعل كيميائي"؟
28. تعريف مصطلح "تنشيط الطاقة".
29. إعطاء تعريف لمفهوم "محفز تفاعل كيميائي"؟
30. ما هو الحفز المتجانس؟
31. ما هو التحفيز غير المتجانسة؟
32. كيف يتم شرح آلية عمل عامل حفاز في الحفز المتجانس؟
33. أعط أمثلة على التفاعلات التحفيزية.
34. ما هي الانزيمات؟
35. ما هي المروجين؟
6.1.2. أمثلة على حل المشكلات النموذجية
حول موضوع "الحركية الكيميائية"
مثال 1. يعتمد معدل التفاعل على مساحة سطح ملامسة المواد المتفاعلة:
1) حامض الكبريتيك بمحلول كلوريد الباريوم ،
2) احتراق الهيدروجين في الكلور.
3) حامض الكبريتيك بمحلول هيدروكسيد البوتاسيوم ،
4) احتراق الحديد في الأكسجين.
يعتمد معدل التفاعلات غير المتجانسة على مساحة سطح التلامس للمواد المتفاعلة. من بين ردود الفعل المذكورة أعلاه ، رد الفعل غير المتجانس ، أي يتميز بوجود أطوار مختلفة ، هو تفاعل احتراق الحديد (المرحلة الصلبة) في الأكسجين (الطور الغازي).
إجابه. 3.
مثال 2كيف سيتغير معدل التفاعل؟
2H 2 (g) + O 2 (G) \ u003d 2H 2 O (g)
عندما يتضاعف تركيز المواد الأولية؟
دعونا نكتب المعادلة الحركية للتفاعل ، والتي تحدد اعتماد معدل التفاعل على تركيز المواد المتفاعلة:
الخامس 1 = ك [ح 2] 2 [2].
إذا زادت تركيزات المواد الأولية بمقدار مرتين ، فستأخذ المعادلة الحركية الشكل:
الخامس 2 = ك (2 [ح 2]) 2 2 [О 2] = 8 ك [ح 2] 2 [О 2] ، أي
مع زيادة تركيز المواد الأولية بمعامل اثنين ، زاد معدل هذا التفاعل بمعامل 8.
إجابه. ثمانية.
مثال 3كيف سيتغير معدل التفاعل إذا تم تقليل الضغط الكلي في نظام CH 4 (G) + 2O 2 (G) \ u003d CO 2 (G) + 2H 2 O (G) بمقدار 5 مرات؟
وفقًا للمعادلة الحركية للتفاعل ، سيتم تحديد معدل هذا التفاعل من خلال:
الخامس 1 = ك[CH 4] [O 2] 2.
إذا تم تقليل الضغط بمعامل خمسة ، فإن تركيز كل مادة من المواد الغازية سينخفض أيضًا بمعامل خمسة. ستكون المعادلة الحركية للتفاعل في ظل هذه الظروف كما يلي:
يمكن تحديد أن معدل التفاعل انخفض بمقدار 125 مرة.
إجابه. 125.
مثال 4كيف سيتغير معدل التفاعل الذي يتميز بمعامل درجة حرارة التفاعل 3 إذا ارتفعت درجة الحرارة في النظام من 20 إلى 60 درجة مئوية؟
قرار. وفقًا لقاعدة فانت هوف
مع زيادة درجة الحرارة بمقدار 40 درجة مئوية ، زاد معدل هذا التفاعل بمقدار 81 مرة
إجابه. 81.
6.1.3. أسئلة وتمارين للإعداد الذاتي
معدل التفاعلات الكيميائية
1. اعتمادًا على الحالة الفيزيائية للمواد المتفاعلة ، تنقسم التفاعلات الكيميائية إلى:
1) طاردة للحرارة وممتصة للحرارة ،
2) قابل للعكس ولا رجوع فيه ،
3) الحفاز وغير التحفيزي ،
4) متجانسة وغير متجانسة.
2. حدد عدد أو مجموع الأرقام الشرطية التي يتم بموجبها تقديم ردود الفعل المتجانسة:
3. حدد عدد أو مجموع الأرقام الشرطية ، والتي بموجبها يتم إعطاء التعبيرات التي يمكن استخدامها لحساب معدل التفاعل المتجانس:
4. يمكن أن تكون وحدة قياس معدل التفاعل المتجانس:
1) مول / لتر ،
3) مول / لتر ،
4) لتر / مول ق.
5. أشر إلى عدد أو مجموع الأرقام الشرطية التي بموجبها يتم إعطاء التعبيرات العادلة. أثناء تفاعل متجانس
لكن + 2ب® 2 ج + د:
1) التركيز لكنو فيتتناقص
2) التركيز معيزيد أسرع من التركيز د,
4) التركيز فيينخفض أسرع من التركيز لكن,
8) يظل معدل التفاعل ثابتًا.
6. ما هو الرقم الذي يوضح الخط الذي يعكس بشكل صحيح التغيير في وقت تركيز المادة المتكونة في التفاعل:
|
|
|
|
|
|
|
|
7. تغيير في وقت تركيز مادة البداية في التفاعل حتى النهاية ، حقمنحنى يصف:
|
|
|
|
|
|
9. حدد عدد أو مجموع الأرقام الشرطية التي يتم إعطاء التفاعلات بموجبها ، ومعدلها لا تعتمدعلى أي مادة يتم حسابها؟
10. حدد عدد أو مجموع الأرقام الشرطية ، والتي بموجبها يتم إعطاء العوامل التي تؤثر على معدل التفاعل:
1) طبيعة المتفاعلات ،
2) تركيز المواد المتفاعلة ،
4) درجة حرارة نظام التفاعل ،
8) وجود محفز في نظام التفاعل.
11. يحدد القانون الأساسي للحركية الكيميائية اعتماد معدل التفاعل على:
1) درجات حرارة المواد المتفاعلة ،
2) تركيزات المواد المتفاعلة ،
3) طبيعة المتفاعلات ،
4) وقت رد الفعل.
12. حدد عدد أو مجموع الأرقام الشرطية التي بموجبها يتم إعطاء البيانات الصحيحة. حركية الكيميائية:
1) قسم الفيزياء ،
2) يدرس معدل التفاعل الكيميائي ،
4) يستخدم قانون العمل الجماهيري ،
8) يدرس اعتماد معدل التفاعلات على شروط حدوثها.
13. Ya.Kh. فانت هوف:
1) الفائز الأول جائزة نوبلفي الكيمياء،
2) درس اعتماد معدل التفاعل على درجة الحرارة ،
4) درس اعتماد معدل التفاعل على تركيز المواد ،
8) صاغ قانون العمل الجماهيري.
14. في ظل نفس الظروف ، يستمر التفاعل بشكل أسرع:
1) Ca + H 2 O ®
3) مغ + ح 2 يا ®
4) Zn + H 2 O ®
15. معدل تطور الهيدروجين هو الأعلى في التفاعل:
1) Zn + HCl (محلول 5٪) ®
2) Zn + HCl (محلول 10٪) ®
3) Zn + HCl (محلول 15٪) ®
4) الزنك + حمض الهيدروكلوريك (محلول 30٪) ®
16. تركيز المادة المتفاعلة لا يؤثرعلى معدل التفاعل ، إذا تم تناول هذه المادة في التفاعل في:
1) الحالة الصلبة ،
2) الحالة الغازية ،
3) الحالة المنحلة.
17. احسب متوسط السرعةالتفاعل أ + ب = ج (مول / لتر × ث) ، إذا كان من المعروف أن التركيز الأولي A كان 0.8 مول / لتر ، وبعد 10 ثوانٍ أصبح 0.6 مول / لتر.
1) 0,2, 2) 0,01, 3) 0,1, 4) 0,02.
18. كم مول / لتر انخفض تركيزات المادتين A و B في التفاعل أ + 2ب® 3 جإذا كان معروفًا أنه خلال نفس الوقت يتم التركيز معبنسبة 4.5 مول / لتر؟
د معميلادي معب
19. احسب متوسط معدل التفاعل 2CO + O 2 ® 2CO 2 (جزيء / لتر × ث) ، إذا كان من المعروف أن التركيز الأولي لـ CO كان 0.60 مول / لتر ، وبعد 10 ثوانٍ أصبح 0.15 مول / لتر. بكم مول / لتر تغير تركيز ثاني أكسيد الكربون خلال هذه الفترة الزمنية؟
3) 0,045; 0,045,
20. كم درجة يجب تسخين النظام بحيث يزداد معدل التفاعل الذي يحدث فيه بمقدار 2-4 مرات؟
1) 150, 2) 10, 3) 200, 4) 50.
21. معدل التفاعل عند 20 درجة مئوية هو 0.2 مول / لتر × ثانية. حدد معدل التفاعل عند 60 درجة مئوية (مول / لتر × ث) إذا كان معامل درجة حرارة معدل التفاعل 3.
1) 16,2, 2) 32,4, 3) 8,1, 4) 4,05.
22. الاعتماد التجريبي لمعدل التفاعل على درجة الحرارة حقيعكس المعادلة:
23. معدل التفاعل عند 20 درجة مئوية هو 0.08 مول / لتر × ثانية. احسب معدل التفاعل عند 0 درجة مئوية (مول / لتر × ثانية) إذا كان معامل درجة الحرارة لمعدل التفاعل هو 2.
1) 0,16, 2) 0,04, 3) 0,02, 4) 0,002.
24. كم مرة سيزداد معدل التفاعل بزيادة درجة الحرارة بمقدار 40 درجة مئوية ، إذا كان معامل درجة الحرارة لمعدل التفاعل 3؟
1) 64, 2) 243, 3) 81, 4) 27.
25. كم درجة يجب رفع درجة الحرارة بحيث يزيد معدل التفاعل بمقدار 64 مرة إذا كان معامل درجة الحرارة لمعدل التفاعل 4؟
1) 60, 2) 81, 3) 27, 4) 30.
26. احسب معامل درجة الحرارة لمعدل التفاعل ، إذا كان معروفًا أنه عندما ترتفع درجة الحرارة بمقدار 50 درجة مئوية ، يزداد معدل التفاعل بمقدار 32 مرة.
1) 3, 2) 2, 3) 4, 4) 2,5.
27- يعود سبب الزيادة في معدل التفاعل مع زيادة درجة الحرارة إلى زيادة:
1) سرعة حركة الجزيئات ،
2) عدد الاصطدامات بين الجزيئات ،
3) نسب الجزيئات النشطة ،
4) استقرار جزيئات نواتج التفاعل.
28. حدد عدد أو مجموع الأرقام الشرطية ، التي ترد التفاعلات بموجبها ، والتي يكون MnO 2 محفزًا لها:
1) 2KClO 3 ® 2KCl + 3O 2 ،
2) 2Al + 3I 2 ® 2AlI 3 ،
4) 2 س 2 س 2 ® 2 س 2 س + س 2 ،
8) 2SO 2 + O 2 ® 2SO 3.
29. حدد عدد أو مقدار الأرقام الشرطية التي بموجبها يتم إعطاء الإجابات الصحيحة. بمساعدة التفاعلات التحفيزية في الصناعة ، تتلقى:
1) حمض الهيدروكلوريك ،
2) حامض الكبريتيك ،
4) الأمونيا ،
8) حامض النيتريك.
30. حدد عدد أو مقدار الأرقام الشرطية التي بموجبها يتم إعطاء الإجابات الصحيحة. عامل حفاز:
1) يشارك في التفاعل ،
2) تستخدم فقط في الحالة الصلبة ،
4) لا تستهلك أثناء التفاعل ،
8) يحتوي بالضرورة في تركيبته على ذرة فلز.
31. حدد عدد أو مقدار الأرقام الشرطية التي بموجبها يتم إعطاء الإجابات الصحيحة. يتم استخدام ما يلي كمحفزات:
32 - المواد التي تقلل من نشاط المحفز تسمى:
1) المروجين ،
2) المجددات ،
3) مثبطات ،
4) السموم التحفيزية.
33. عامل حفاز ليستفاعل:
1) (ج 6 س 10 س 5) ن + ن®H2O ن C6H12O6 ،
السليلوز
2) 2SO 2 + O 2 ® 2SO 3 ،
3) 3H 2 + N 2 ® 2NH 3 ،
4) NH 3 + HCl ® NH 4 Cl.
34- تحت أي رقم تعطى معادلة الحفز المتجانس:
35. آلية عمل المحفز يعكس البيان بشكل صحيح. عامل حفاز:
1) زيادة الطاقة الحركيةالجسيمات الأولية ، يزيد من عدد اصطداماتها ،
2) تتشكل بمركبات وسيطة من المواد الأولية التي يمكن تحويلها بسهولة إلى مواد نهائية ،
3) دون التفاعل مع مواد البداية ، يوجه التفاعل على طول مسار جديد ،
4) إنقاص الطاقة الحركية للجسيمات الأولية ، يزيد من عدد اصطداماتها.
36- يتمثل دور المروج في التفاعل الحفاز في أنه:
1) يقلل من نشاط المحفز ،
2) يزيد من نشاط المحفز ،
3) يقود التفاعل في الاتجاه المطلوب ،
4) يحمي المحفز من السموم التحفيزية.
37. الإنزيمات:
1) المحفزات البيولوجية ،
2) لها طبيعة بروتينية ،
4) لا تختلف في خصوصية العمل ،
8) تسريع العمليات الكيميائية الحيوية في الكائنات الحية.
38. رد الفعل غير متجانس:
39. حدد عدد أو مقدار الأرقام الشرطية التي بموجبها يتم إعطاء الإجابات الصحيحة. لزيادة معدل حرق الفحم: C + O 2 ® CO 2 ، يجب عليك:
1) زيادة تركيز O 2 ،
2) زيادة تركيز الفحم ،
4) طحن الفحم ،
8) زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون.
40. إذا تم إدخال المادة المتفاعلة A في التفاعل: غاز t + X ® في الحالة الصلبة ، يتأثر معدل التفاعل بما يلي:
1) التركيز أ ،
2) مساحة سطح التلامس A مع X ،
4) الكتلة المولية أ ،
8) تركيز المادة X.
41. أبعاد معدل التفاعل غير المتجانس هو:
1) مول / لتر ، 2) مول / سم 3 × ث ،
3) مول / لتر × ق 4) مول / سم 2 × ثانية.
42. حدد عدد أو مقدار الأرقام الشرطية التي بموجبها ترد الإجابات الصحيحة. يتم استخدام مبدأ القاعدة المميعة:
1) لزيادة سطح التلامس من الكواشف ،
2) عند إطلاق البيريت ،
4) أثناء التكسير التحفيزي للمنتجات البترولية ،
8) لتجديد نشاط المحفز.
43. الأقل
1) Na + H 2 O ® 2) Ca + H 2 O ®
3) K + H 2 O ® 4) Mg + H 2 O ®
44. يبين الرسم البياني مخططات الطاقة للتفاعلات غير التحفيزية والحفازة لتحلل اليود الهيدروجين. يعكس التغيير في طاقة التنشيط قطاع الطاقة:
1) ب, 2) ج, 3) د, 4) ب-ج.
45. أعظمطاقة التنشيط هي التفاعل الموصوف في المخطط:
1) AgNO 3 + KCl ® AgCl + KNO 3 ،
2) BaCl 2 + K 2 SO 4 ® BaSO 4 + 2KCl ،
3) 2Na + 2H 2 O ® 2NaOH + 2H 2 ،
6.2 التوازن الكيميائي.
جنبًا إلى جنب مع التفاعلات الكيميائية التي لا رجعة فيها عمليًا:
СaCl 2 + 2AgNO 3 \ u003d Ca (NO 3) 2 + 2AgCl ↓ وغيرها.
تُعرف العديد من العمليات عندما لا يصل التحول الكيميائي إلى نهايته ، ولكن يظهر خليط توازن لجميع المشاركين ونواتج التفاعل ، والتي توجد على الجانبين الأيسر والأيمن من معادلة تفاعل القياس المتكافئ. لذلك ، في ظل الظروف القياسية ، يكون النظام قابلاً للعكس:
ضع في اعتبارك ميزات تدفق العمليات القابلة للعكس في مثال نظام له شكل عام بشكل عام:
شريطة أن تستمر التفاعلات المباشرة ← والعكسية في مرحلة واحدة ، وفقًا لقانون العمل الجماعي ، فإن قيم السرعات المباشرة ( الخامسعلى التوالي) والعكس ( الخامس arr) التفاعلات موصوفة بالمعادلات الحركية التالية:
أين كمباشرة و كثوابت المعدل ، على التوالي ، للتفاعلات المباشرة والعكسية.
في اللحظة الأولى من الزمن (انظر الشكل 6.2) ، يكون لتركيزات المواد الأولية [A] و [B] ، وبالتالي معدل التفاعل المباشر ، قيمة قصوى. تركيزات نواتج التفاعل [C] و [D] ومعدل التفاعل العكسي في اللحظة الأولية تساوي الصفر. أثناء التفاعل ، تنخفض تركيزات المواد المتفاعلة ، مما يؤدي إلى انخفاض معدل التفاعل الأمامي. تزداد تركيزات نواتج التفاعل ، وبالتالي معدل التفاعل العكسي. أخيرًا ، هناك نقطة تصبح فيها معدلات التفاعلات الأمامية والعكسية متساوية.
حالة النظام التي الخامس مباشرة = الخامس آر اتصل التوازن الكيميائي. هذا التوازن متحرك ، نظرًا لأن التفاعل ثنائي الاتجاه يحدث في النظام - بشكل مباشر ( أو ب- الكواشف ، جو د- المنتجات) والعكس صحيح ( أو ب- المنتجات ، C و د- الكواشف) الاتجاهات.
الخامس آر.
وقت رد الفعل
أرز. 6.2 الاعتماد على معدلات ردود الفعل الأمامية والعكسية
من وقت حدوثها.
في نظام قابل للانعكاس في حالة توازن ، يتم استدعاء تركيزات جميع المشاركين في العملية تركيزات التوازن, لأن كلا من ردود الفعل الأمامية والعكسية تستمر باستمرار وبنفس المعدل.
يمكن اشتقاق خاصية كمية للتوازن الكيميائي باستخدام المناسب المعادلات الحركية :
نظرًا لأن ثوابت معدل التفاعلات عند درجة حرارة ثابتة ثابتة ، فإن النسبة ستكون أيضًا ثابتة
اتصل ثابت التوازن الكيميائي. من خلال معادلة الأجزاء الصحيحة من المعادلات الحركية للتفاعلات المباشرة والعكسية ، يمكننا الحصول على:
أين ك صهو ثابت التوازن الكيميائي معبرًا عنه من حيث تركيزات التوازن للمشاركين في التفاعل.
ثابت التوازن الكيميائي هو نسبة ناتج تركيزات التوازن لمنتجات التفاعل إلى ناتج تركيزات التوازن لمواد البداية في قوى معاملاتها المتكافئة.
على سبيل المثال ، لرد فعل عكسي
التعبيرات الخاصة بثابت التوازن لها الشكل:
إذا تم تضمين مرحلتين أو أكثر في عملية التحول الكيميائي ، فيجب أن يأخذ التعبير عن ثابت التوازن في الاعتبار فقط تلك المراحل التي تحدث فيها تغييرات في تركيزات الكواشف. على سبيل المثال ، في التعبير عن ثابت التوازن للنظام
إجمالي عدد مولات المواد الغازية قبل وبعد التفاعل يظل ثابتًا ولا يتغير الضغط في النظام. التوازن في هذا النظام لا يتغير مع الضغط.
تأثير تغير درجة الحرارة على تحول التوازن الكيميائي.
في كل تفاعل قابل للعكس ، يتوافق أحد الاتجاهين مع عملية طاردة للحرارة ، والآخر يتوافق مع عملية ماصة للحرارة. لذلك في تفاعل تخليق الأمونيا ، يكون التفاعل الأمامي طاردًا للحرارة ، ويكون التفاعل العكسي ماصًا للحرارة.
1) تركيزات H 2 و N 2 و NH 3 لا تتغير بمرور الوقت ،
3) عدد جزيئات NH 3 المتحللة لكل وحدة زمنية يساوي نصف العدد الإجمالي لجزيئات H 2 و N 2 المتكونة خلال هذا الوقت ،
4) الرقم الإجمالييتم تحويل جزيئات H 2 و N 2 إلى NH 3 لكل وحدة زمنية مساوية لعدد جزيئات NH 3 المتكونة خلال نفس الوقت.
49. حدد عدد أو مجموع الأرقام الشرطية التي بموجبها ترد الإجابات الصحيحة. التوازن الكيميائي في النظام: 2SO 2 + O 2 2SO 3 ˂0 سينتهك:
1) تخفيض الضغط في النظام ،
2) التدفئة ،
4) زيادة تركيز الأكسجين.
50. حدد عدد أو مجموع الأرقام الشرطية التي بموجبها ترد الإجابات الصحيحة. لتحويل التوازن في النظام N 2 + 3H 2 2NH 3 ˂0 إلى اليسار ، من الضروري:
1) أدخل H 2 في النظام ،
2) إزالة NH 3 من النظام ،
4) زيادة الضغط ،
8) زيادة درجة الحرارة.
51. لتحويل توازن التفاعل 2SO 2 + O 2 2SO 3 ˂0 إلى اليمين ، من الضروري:
1) تسخين النظام ،
2) أدخل O 2 في النظام ،
4) أدخل SO 3 في النظام ،
8) تقليل الضغط في النظام.
52. قاعدة (مبدأ) لو شاتيلير غير مطابقبيان:
1) تؤدي الزيادة في درجة الحرارة إلى تحوّل التوازن نحو تفاعل ماص للحرارة ؛
2) يؤدي خفض درجة الحرارة إلى تحويل التوازن نحو تفاعل طارد للحرارة ؛
3) تؤدي الزيادة في الضغط إلى تحوّل التوازن نحو تفاعل يؤدي إلى زيادة الحجم ؛
N 2 + O 2 ˂0.2H 2 O (بخار) ، 2NH 3 قط. 3H2 + N2. ب،
2) ك 1 ح = ك 2 2 ,
67. على ثابت التوازن ( ك) يؤثر على:
1) الضغط ،
2) درجة الحرارة ،
3) التركيز ،
4) محفز.
تم اضافة العمل الى الموقع: 2015-05-05">24. "> "> علامات التفاعلات العكوسة والتي لا رجعة فيها. معايير التوازن. ثابت التوازن. مبدأ لو شاتيليه.
؛ اللون: # 000000 ؛ الخلفية: #ffffff "> 1. يسمى رد الفعل؛ اللون: # 000000 ؛ الخلفية: #ffffff "> قابل للعكس؛ color: # 000000؛ background: #ffffff "> ، إذا كان اتجاهه يعتمد على تركيزات المواد المشاركة في التفاعل. على سبيل المثال ، N؛ محاذاة عمودية: فرعي ؛ اللون: # 000000 ؛ الخلفية: #ffffff "> 2؛ اللون: # 000000 ؛ الخلفية: #ffffff "> + 3H؛ محاذاة عمودية: فرعي ؛ اللون: # 000000 ؛ الخلفية: #ffffff "> 2؛ اللون: # 000000 ؛ الخلفية: #ffffff "> = 2NH؛ محاذاة عمودية: فرعي ؛ اللون: # 000000 ؛ الخلفية: #ffffff "> 3؛ اللون: # 000000 ؛ الخلفية: #ffffff "> بتركيز منخفض من الأمونيا في خليط الغازوتركيزات عالية من النيتروجين والهيدروجين ، تتشكل الأمونيا ؛ على العكس من ذلك ، عند وجود تركيز عالٍ من الأمونيا ، تتحلل ، ويذهب التفاعل في الاتجاه المعاكس. عند الانتهاء من تفاعل عكسي ، أي عند الوصول إلى التوازن الكيميائي ، يحتوي النظام على كل من مواد البداية ونواتج التفاعل.
؛ color: # 000000؛ background: #ffffff "> ردود أفعال لا رجعة فيها؛ color: # 000000؛ background: #ffffff "> - التفاعلات التي يتم فيها تحويل المواد المأخوذة بالكامل إلى منتجات تفاعل لا تتفاعل مع بعضها البعض في ظل ظروف معينة ، على سبيل المثال؛ الخلفية: #ffffff ">، ؛ اللون: # 000000 ؛ الخلفية: #ffffff "> حرق؛ الخلفية: #ffffff "> ؛ color: # 000000؛ background: #ffffff "> الهيدروكربونات؛ الخلفية: #ffffff ">، ؛ color: # 000000؛ الخلفية: #ffffff "> التعليم؛ color: # 000000؛ background: #ffffff "> فصل منخفض؛ الخلفية: #ffffff "> ؛ color: # 000000؛ background: #ffffff "> المركبات ، الترسيب ، تكون المواد الغازية.
"> التوازن الكيميائي"> - حالة النظام التي يكون فيها معدل التفاعل المباشر ("xml: lang =" en-US "lang =" en-US "> V.؛ محاذاة رأسية: فرعي "> 1 ">) يساوي معدل رد الفعل العكسي ("xml: lang =" en-US "lang =" en-US "> V.؛ محاذاة رأسية: فرعي "> 2 في حالة التوازن الكيميائي ، تبقى تركيزات المواد دون تغيير ، وللتوازن الكيميائي صفة ديناميكية: التفاعلات المباشرة والعكسية لا تتوقف عند التوازن.
"> تتميز حالة التوازن الكيميائي كميًا بثابت التوازن ، وهي نسبة ثوابت الخط المستقيم ("xml: lang =" en-US "lang =" en-US "> K.؛ محاذاة عمودية: فرعي "> 1">) وعكس ( "xml: lang =" en-US "lang =" en-US "> K.؛ محاذاة عمودية: sub "> 2">) ردود الفعل.
"xml: lang =" en-US "lang =" en-US "> K = K.؛ محاذاة عمودية: sub "xml: lang =" en-US "lang =" en-US "> 1 /"xml: lang =" en-US "lang =" en-US "> K.؛ محاذاة عمودية: sub "xml: lang =" en-US "lang =" en-US "> 2"xml: lang =" en-US "lang =" en-US "> = ([C]؛ محاذاة عمودية: super "xml: lang =" en-US "lang =" en-US "> c"xml: lang =" en-US "lang =" en-US "> [D]؛ محاذاة عمودية: super "xml: lang =" en-US "lang =" en-US "> d"xml: lang =" en-US "lang =" en-US ">) / ([A]؛ محاذاة عمودية: super "xml: lang =" en-US "lang =" en-US "> a"xml: lang =" en-US "lang =" en-US "> [B]؛ محاذاة عمودية: super "xml: lang =" en-US "lang =" en-US "> b"xml: lang =" en-US "lang =" en-US ">)
"> يعتمد ثابت التوازن على درجة حرارة وطبيعة المواد المتفاعلة. فكلما زاد ثابت التوازن ، زاد إزاحة التوازن نحو تكوين نواتج التفاعل المباشر.
"> تحول التوازن الكيميائي.
\ u003e 1. تغيير في تركيز المادة المتفاعلة
- "\ u003e زيادة نهاية نوبات إدخال المرجع إلى اليمين
- "> ستؤدي الزيادة في المنتجات إلى تحويل التوازن إلى اليسار
"> 2. الضغط (للغازات فقط)
- "> زيادة الضغط. ينقل التوازن إلى الداخل في الداخلتحتل حجمًا أصغر.
- \ u003e يؤدي انخفاض الضغط إلى تحريك التوازن نحو v-v الذي يشغل حجمًا أكبر
"> 3. درجة الحرارة.
- "> لزيادة p-th طاردة للحرارة. يتحول T إلى اليسار
- "> بالنسبة للحرارة الماصة للحرارة ، تتحول الزيادة في T إلى اليمين.
- "> لا تؤثر المواد الحفازة على التوازن الكيميائي ، ولكنها تعمل فقط على تسريع بدئه
"> مبدأ Le Chatelier"> إذا تأثر نظام في حالة توازن ديناميكي بأي شكل من الأشكال ، فسيتم الحصول على رد الفعل الذي يمنع هذا التأثير في الغالب
"xml: lang =" en-US "lang =" en-US "> N2 + O2↔NO + ∆H
"xml: lang =" en-US "lang =" en-US "> → t◦ →
"xml: lang =" en-US "lang =" en-US "> ↓ ← ↓ t◦ ←
"xml: lang =" en-US "lang =" en-US "> ← p-