Reaktsiya tezligi reaktivlardan birining molyar kontsentratsiyasining o'zgarishi bilan aniqlanadi:

V = ± ((C 2 - C 1) / (t 2 - t 1)) = ± (DC / Dt)

Bu erda C 1 va C 2 mos ravishda t 1 va t 2 vaqtlarida moddalarning molyar kontsentratsiyasi (belgi (+) - tezlik reaktsiya mahsuloti bilan aniqlansa, (-) belgisi - boshlang'ich modda bilan).

Reaktsiyalar reaksiyaga kirishuvchi moddalar molekulalari to'qnashganda sodir bo'ladi. Uning tezligi to'qnashuvlar soni va ularning transformatsiyaga olib kelishi ehtimoli bilan belgilanadi. To'qnashuvlar soni reaksiyaga kirishayotgan moddalarning konsentratsiyasi bilan, reaktsiya ehtimoli esa to'qnashuvchi molekulalarning energiyasi bilan belgilanadi.
Kimyoviy reaksiyalar tezligiga ta'sir etuvchi omillar.
1. Reaksiyaga kiruvchi moddalarning tabiati. Xarakter katta rol o'ynaydi kimyoviy bog'lanishlar va reaktiv molekulalarining tuzilishi. Reaktsiyalar kamroq kuchli bog'lanishlarni yo'q qilish va kuchliroq bog'langan moddalarni hosil qilish yo'nalishida boradi. Shunday qilib, H 2 va N 2 molekulalaridagi aloqalarni uzish yuqori energiya talab qiladi; bunday molekulalar biroz reaktivdir. Yuqori qutbli molekulalarda (HCl, H 2 O) aloqalarni uzish kamroq energiya talab qiladi va reaksiya tezligi ancha yuqori. Elektrolitlar eritmalaridagi ionlar orasidagi reaksiyalar deyarli bir zumda sodir bo'ladi.
Misollar
Ftor vodorod bilan portlovchi reaksiyaga kirishadi xona harorati, brom vodorod bilan sekin va qizdirilganda reaksiyaga kirishadi.
Kaltsiy oksidi suv bilan kuchli reaksiyaga kirishib, issiqlikni chiqaradi; mis oksidi - reaksiyaga kirishmaydi.

2. Konsentratsiya. Konsentratsiyaning oshishi bilan (birlik hajmdagi zarralar soni) reaksiyaga kirishuvchi moddalar molekulalarining to'qnashuvi tez-tez sodir bo'ladi - reaktsiya tezligi oshadi.
Ommaviy harakatlar qonuni (K. Guldberg, P. Waage, 1867)
Tezlik kimyoviy reaksiya reaksiyaga kirishuvchi moddalar kontsentratsiyasining mahsulotiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir.

AA + bB +. . . ® . . .

• [A] a [B] b. . .

Reaksiya tezligi konstantasi k reaksiyaga kirishuvchi moddalarning tabiatiga, haroratga va katalizatorga bog'liq, lekin reaksiyaga kirishuvchi moddalar konsentratsiyasiga bog'liq emas.
Tezlik konstantasining fizik ma'nosi shundan iboratki, u reaktivlarning birlik konsentratsiyasidagi reaksiya tezligiga teng.
Geterogen reaksiyalar uchun qattiq fazaning konsentratsiyasi reaksiya tezligini ifodalashga kiritilmaydi.

3. Harorat. Haroratning har 10°C oshishida reaksiya tezligi 2-4 marta ortadi (van't-Xoff qoidasi). Harorat t 1 dan t 2 gacha ko'tarilganda, reaktsiya tezligining o'zgarishini quyidagi formula yordamida hisoblash mumkin:

(bu yerda Vt 2 va Vt 1 mos ravishda t 2 va t 1 haroratlarda reaksiya tezligi; g bu reaksiyaning harorat koeffitsienti).
Van't Xoff qoidasi faqat tor harorat oralig'ida qo'llaniladi. Arrhenius tenglamasi aniqroq:

• e -Ea/RT

Qayerda
A - reaksiyaga kirishuvchi moddalarning tabiatiga qarab doimiy;
R - universal gaz doimiysi;

Ea - faollashtirish energiyasi, ya'ni. to'qnashuv kimyoviy transformatsiyaga olib kelishi uchun to'qnashuvchi molekulalar ega bo'lishi kerak bo'lgan energiya.
Kimyoviy reaksiyaning energiya diagrammasi.

A - reaktivlar, B - faollashtirilgan kompleks(o'tish holati), C - mahsulotlar.
Faollashtirish energiyasi Ea qanchalik yuqori bo'lsa, harorat oshishi bilan reaksiya tezligi shunchalik ko'p ortadi.

4. Reaksiyaga kirishuvchi moddalarning aloqa yuzasi. Geterogen tizimlar uchun (moddalar har xil bo'lganda agregatsiya holatlari), kontakt yuzasi qanchalik katta bo'lsa, reaktsiya tezroq sodir bo'ladi. Qattiq jismlarning sirt maydoni ularni maydalash, eruvchan moddalar uchun esa ularni eritish orqali oshirilishi mumkin.

5. Kataliz. Reaksiyalarda ishtirok etuvchi va uning tezligini oshiradigan, reaksiya oxirida o‘zgarmagan holda qoladigan moddalar katalizatorlar deyiladi. Katalizatorlarning ta'sir qilish mexanizmi oraliq birikmalar hosil bo'lishi tufayli reaktsiyaning faollashuv energiyasining kamayishi bilan bog'liq. At bir hil kataliz reaktivlar va katalizator bir fazani tashkil qiladi (bir xil yig'ilish holatida), heterojen kataliz - turli bosqichlar(turli yig'ilish holatlarida). Ba'zi hollarda istalmagan kimyoviy jarayonlarning paydo bo'lishini reaktsiya muhitiga inhibitorlarni qo'shish orqali keskin sekinlashtirish mumkin ("hodisa"). salbiy kataliz").

Kimyoviy reaksiya tezligi deganda tizimning doimiy hajmi bilan reaksiyaga kirishuvchi moddalardan birining konsentratsiyasining vaqt birligida o'zgarishi tushuniladi.

Odatda konsentratsiya mol/l da, vaqt esa soniya yoki daqiqalarda ifodalanadi. Agar, masalan, reaksiyaga kirishuvchi moddalardan birining dastlabki konsentratsiyasi 1 mol/l bo‘lsa va reaksiya boshlanganidan 4 soniya o‘tgach, u 0,6 mol/l ga aylangan bo‘lsa, reaksiyaning o‘rtacha tezligi (1-0,6) ga teng bo‘ladi. /4=0, 1 mol/(l*s).

O'rtacha reaktsiya tezligi quyidagi formula bo'yicha hisoblanadi:

Kimyoviy reaksiya tezligi quyidagilarga bog'liq:

Reaksiyaga kiruvchi moddalarning tabiati.

Eritmalarda qutbli aloqaga ega bo'lgan moddalar tezroq o'zaro ta'sir qiladi, bu bunday moddalarning bir-biri bilan osongina o'zaro ta'sir qiladigan eritmalarda ionlar hosil qilishi bilan izohlanadi.

Qutbsiz va past qutbli kovalent bog'lanishga ega bo'lgan moddalar bilan reaksiyaga kirishadi turli tezliklarda, bu ularning kimyoviy faolligiga bog'liq.

H 2 + F 2 = 2HF (xona haroratida portlash bilan juda tez ketadi)

H 2 + Br 2 = 2HBr (qizdirilganda ham sekin ketadi)

Reaksiyaga kiruvchi moddalarning sirt bilan aloqa qilish qiymatlari (heterojen uchun)

Reaktivlarning kontsentratsiyasi

Reaksiya tezligi reaksiyaga kirishuvchi moddalar kontsentratsiyasining stexiometrik koeffitsientlari kuchiga ko'tarilgan mahsulotiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir.

Haroratlar

Reaksiya tezligining haroratga bog‘liqligi Vant-Xoff qoidasi bilan aniqlanadi:

har 10 uchun haroratning oshishi bilan 0 ko'pchilik reaksiyalar tezligi 2-4 marta ortadi.

Katalizatorning mavjudligi

Katalizatorlar kimyoviy reaksiyalar tezligini o'zgartiruvchi moddalardir.

Katalizator ishtirokida reaksiya tezligining o'zgarishi hodisasi deyiladi kataliz.

Bosim

Bosim ortishi bilan reaksiya tezligi oshadi (bir hil uchun)

Savol № 26. Ommaviy harakatlar qonuni. Tezlik doimiysi. Faollashtirish energiyasi.

Ommaviy harakatlar qonuni.

moddalarning bir-biri bilan reaksiyaga kirishish tezligi ularning konsentratsiyasiga bog'liq

Tezlik doimiysi.

kimyoviy reaksiyaning kinetik tenglamasida reaksiya tezligining konsentratsiyaga bog‘liqligini ifodalovchi proportsionallik koeffitsienti

Tezlik konstantasi reaktivlarning tabiatiga va haroratga bog'liq, lekin ularning konsentratsiyasiga bog'liq emas.

Faollashtirish energiyasi.

reaksiyaga kirishuvchi moddalar molekulalariga (zarralariga) ularni faol moddalarga aylantirish uchun berilishi kerak bo'lgan energiya

Faollanish energiyasi reaktivlarning tabiatiga va katalizator ishtirokidagi o'zgarishlarga bog'liq.

Konsentratsiyaning ortishi ortadi umumiy soni molekulalar va shunga mos ravishda faol zarralar.

Savol № 27. Qaytariladigan va qaytarilmas reaksiyalar. Kimyoviy muvozanat, muvozanat konstantasi. Le Chatelier printsipi.

Faqat bir yo'nalishda davom etadigan va boshlang'ich moddalarning yakuniy moddalarga to'liq aylanishi bilan yakunlanadigan reaktsiyalar qaytarilmas deyiladi.

Qaytariladigan reaktsiyalar bir vaqtning o'zida ikkita qarama-qarshi yo'nalishda sodir bo'ladigan reaktsiyalardir.

Qaytariladigan reaktsiyalar tenglamalarida chap va o'ng tomonlar orasiga qarama-qarshi yo'nalishga qaratilgan ikkita o'q qo'yilgan. Bunday reaksiyaga vodorod va azotdan ammiakning sintezi misol bo'la oladi:

3H 2 + N 2 = 2NH 3

Qaytarib bo'lmaydigan reaktsiyalar - bu sodir bo'ladigan reaktsiyalar:

Olingan mahsulotlar gaz shaklida cho'kadi yoki chiqariladi, masalan:

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

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

Suv shakllanishi:

HCl + NaOH = H2O + NaCl

Qaytariladigan reaktsiyalar tugamaydi va o'rnatish bilan tugaydi kimyoviy muvozanat.

Kimyoviy muvozanat - reaksiyaga kirishuvchi moddalar tizimining to'g'ridan-to'g'ri va teskari reaktsiyalar tezligi teng bo'lgan holati.

Kimyoviy muvozanat holatiga reaksiyaga kirishuvchi moddalar kontsentratsiyasi, harorat, gazlar uchun esa bosim ta'sir qiladi. Ushbu parametrlardan biri o'zgarganda kimyoviy muvozanat buziladi.

Muvozanat konstantasi.

Qaytariladigan kimyoviy reaksiyani tavsiflovchi eng muhim parametr muvozanat konstantasi K hisoblanadi. Agar ko'rib chiqilayotgan qaytar reaksiya uchun A + D C + D muvozanat holatidagi to'g'ri va teskari reaksiyalar tezligining tengligi shartini yozsak - k1[ A]teng[B]teng = k2[C]teng[ D]teng, bundan [C]teng[D]teng/[A]teng[B]teng = k1/k2 = K, u holda K ning qiymati deyiladi. kimyoviy reaksiyaning muvozanat konstantasi.

Shunday qilib, muvozanat holatida, agar harorat doimiy bo'lsa, reaksiya mahsulotlari konsentratsiyasining reaktivlar konsentratsiyasi mahsulotiga nisbati o'zgarmas bo'ladi (tezlik konstantalari k1 va k2 va shuning uchun K muvozanat konstantasi haroratga bog'liq, lekin emas. reaktivlarning kontsentratsiyasiga bog'liq). Agar reaksiyada bir nechta boshlang'ich moddalar molekulalari ishtirok etsa va mahsulotning (yoki mahsulotning) bir nechta molekulalari hosil bo'lsa, muvozanat konstantasi ifodasidagi moddalar kontsentratsiyasi ularning stexiometrik koeffitsientlariga mos keladigan kuchlarga ko'tariladi. Demak, 3H2 + N2 2NH3 reaksiyasi uchun muvozanat konstantasi ifodasi K = 2 teng/3 teng deb yoziladi. To'g'ridan-to'g'ri va teskari reaktsiyalar tezligiga asoslangan muvozanat konstantasini olishning tavsiflangan usuli umumiy holatda qo'llanilmaydi, chunki murakkab reaktsiyalar uchun tezlikning konsentratsiyaga bog'liqligi odatda ifodalanmaydi. oddiy tenglama yoki butunlay noma'lum. Biroq, termodinamikada muvozanat konstantasining yakuniy formulasi to'g'ri ekanligi isbotlangan.

Gazsimon birikmalar uchun muvozanat konstantasini yozishda konsentratsiyalar o'rniga bosimdan foydalanish mumkin; Shubhasiz, agar tenglamaning o'ng va chap tomonidagi gazsimon molekulalar soni bir xil bo'lmasa, konstantaning raqamli qiymati o'zgarishi mumkin.

Pincip Le Chatelier.

Muvozanatda bo'lgan tizimga har qanday tashqi ta'sir qo'llanilsa, u holda muvozanat bu ta'sirga qarshi bo'lgan reaktsiya tomon siljiydi.

Kimyoviy muvozanatga quyidagilar ta'sir qiladi:

Harorat o'zgarishi. Haroratning oshishi bilan muvozanat endotermik reaksiya tomon siljiydi. Harorat pasayganda, muvozanat ekzotermik reaksiya tomon siljiydi.

Bosimning o'zgarishi. Bosim ortishi bilan muvozanat molekulalar sonining kamayishi tomon siljiydi. Bosim pasayganda, muvozanat molekulalar sonini ko'paytirish tomon siljiydi.

Ba'zi kimyoviy reaktsiyalar deyarli bir zumda sodir bo'ladi (kislorod-vodorod aralashmasining portlashi, suvli eritmada ion almashinuvi reaktsiyalari), boshqalari tez (moddalarning yonishi, ruxning kislota bilan o'zaro ta'siri), boshqalari esa sekin (temirning zanglashi, organik qoldiqlarning chirishi) ). Ma'lumki, reaktsiyalar shunchalik sekinki, odam ularni sezmaydi. Masalan, granitning qum va loyga aylanishi ming yillar davomida sodir bo'ladi.

Boshqacha qilib aytganda, kimyoviy reaktsiyalar har xil bo'lishi mumkin tezlik.

Lekin bu nima reaktsiya tezligi? Bu qanday aniq ta'rif berilgan miqdorning va eng muhimi, uning matematik ifodasi?

Reaksiya tezligi - bir hajm birligida vaqt birligidagi modda miqdorining o'zgarishi. Matematik jihatdan bu ifoda quyidagicha yoziladi:

Qayerda n 1 Van 2 - hajmlar tizimidagi mos ravishda t 1 va t 2 vaqtidagi moddaning miqdori (mol) V.

Tezlik ifodasi oldida qanday ortiqcha yoki minus belgisi (±) paydo bo'lishi biz moddaning - mahsulot yoki reaktivning miqdori o'zgarishini ko'rib chiqayotganimizga bog'liq.

Shubhasiz, reaksiya davomida reaktivlar sarflanadi, ya'ni ularning miqdori kamayadi, shuning uchun reagentlar uchun ifoda (n 2 - n 1) har doim noldan kichik qiymatga ega. Tezlik salbiy qiymat bo'lishi mumkin emasligi sababli, bu holda siz ifoda oldiga minus belgisini qo'yishingiz kerak.

Agar reaktiv emas, balki mahsulot miqdorining o'zgarishiga qarasak, tezlikni hisoblash uchun ifodadan oldin minus belgisi talab qilinmaydi, chunki bu holda ifoda (n 2 - n 1) har doim ijobiy bo'ladi, chunki reaksiya natijasida mahsulot miqdori faqat ortishi mumkin.

Moddalar miqdori nisbati n moddaning bu miqdori joylashgan hajmga molyar konsentratsiya deyiladi BILAN:

Shunday qilib, molyar konsentratsiya tushunchasidan va uning matematik ifodasidan foydalanib, reaktsiya tezligini aniqlashning yana bir variantini yozishimiz mumkin:

Reaktsiya tezligi - bir birlik vaqt ichida sodir bo'lgan kimyoviy reaktsiya natijasida moddaning molyar kontsentratsiyasining o'zgarishi:

Reaksiya tezligiga ta'sir qiluvchi omillar

Muayyan reaktsiyaning tezligini nima aniqlayotganini va unga qanday ta'sir qilishni bilish ko'pincha juda muhimdir. Masalan, neftni qayta ishlash sanoati tom ma'noda vaqt birligi uchun mahsulotning har bir qo'shimcha yarim foizi uchun uradi. Axir, qayta ishlangan neftning katta miqdorini hisobga olsak, hatto yarim foiz ham katta moliyaviy yillik foyda keltiradi. Ba'zi hollarda ba'zi reaktsiyalarni, xususan, metallarning korroziyasini sekinlashtirish juda muhimdir.

Xo'sh, reaktsiya tezligi nimaga bog'liq? Bu, g'alati darajada, juda ko'p turli parametrlarga bog'liq.

Bu masalani tushunish uchun, birinchi navbatda, kimyoviy reaksiya natijasida nima sodir bo'lishini tasavvur qilaylik, masalan:

A + B → C + D

Yuqorida yozilgan tenglama A va B moddalar molekulalari bir-biri bilan toʻqnashib, C va D moddalar molekulalarini hosil qilish jarayonini aks ettiradi.

Ya'ni, shubhasiz, reaktsiya sodir bo'lishi uchun, hech bo'lmaganda, boshlang'ich moddalar molekulalarining to'qnashuvi kerak. Shubhasiz, agar biz birlik hajmdagi molekulalar sonini ko'paytirsak, to'qnashuvlar soni xuddi gavjum avtobusda yo'lovchilar bilan to'qnashuvingizning chastotasi yarmi bo'sh avtobusga nisbatan ko'payadi.

Boshqa so'zlar bilan aytganda, reaksiya tezligi reaktivlar konsentratsiyasi ortishi bilan ortadi.

Agar reaktivlarning bir yoki bir nechtasi gaz bo'lsa, reaktsiya tezligi bosim oshishi bilan ortadi, chunki gaz bosimi har doim uning tarkibiy molekulalarining kontsentratsiyasiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir.

Biroq, zarrachalarning to'qnashuvi reaktsiyaning yuzaga kelishi uchun zarur, ammo umuman etarli emas. Gap shundaki, hisob-kitoblarga ko'ra, reaksiyaga kirishuvchi moddalar molekulalarining o'rtacha konsentratsiyasida to'qnashuvlari soni shunchalik ko'pki, barcha reaktsiyalar bir zumda sodir bo'lishi kerak. Biroq, amalda bu sodir bo'lmaydi. Nima bo'ldi?

Gap shundaki, reaktiv molekulalarning har bir to'qnashuvi samarali bo'lishi shart emas. Ko'pgina to'qnashuvlar elastik - molekulalar to'p kabi bir-biridan sakrab tushadi. Reaksiya sodir bo'lishi uchun molekulalar etarli kinetik energiyaga ega bo'lishi kerak. Reaksiya sodir bo'lishi uchun reaksiyaga kirishuvchi moddalar molekulalari ega bo'lishi kerak bo'lgan minimal energiya aktivlanish energiyasi deb ataladi va E a bilan belgilanadi. dan tashkil topgan tizimda katta miqdor molekulalar, molekulalarning energiya bo'yicha taqsimlanishi mavjud, ularning ba'zilari past energiyaga ega, ba'zilari yuqori va o'rta energiyaga ega. Bu barcha molekulalardan molekulalarning faqat kichik bir qismi aktivlanish energiyasidan kattaroq energiyaga ega.

Fizika kursidan ma'lumki, harorat aslida moddani tashkil etuvchi zarrachalarning kinetik energiyasining o'lchovidir. Ya'ni, moddani tashkil etuvchi zarrachalar qanchalik tez harakat qilsa, uning harorati shunchalik yuqori bo'ladi. Shunday qilib, aniqki, haroratni oshirish orqali biz asosan oshib boramiz kinetik energiya molekulalar, buning natijasida energiya Ea dan ortiq bo'lgan molekulalarning ulushi ortadi va ularning to'qnashuvi kimyoviy reaktsiyaga olib keladi.

Fakt ijobiy ta'sir Reaksiya tezligi bo'yicha harorat 19-asrda golland kimyogari Van't Xoff tomonidan empirik tarzda aniqlangan. O'z tadqiqotlariga asoslanib, u hali ham o'z nomini olgan qoidani ishlab chiqdi va u quyidagicha bo'ladi:

Har qanday kimyoviy reaktsiyaning tezligi haroratning 10 darajaga ko'tarilishi bilan 2-4 barobar ortadi.

Matematik displey ushbu qoidadan quyidagicha yozilgan:

Qayerda V 2 Va V 1 mos ravishda t 2 va t 1 haroratlardagi tezlik va g reaksiyaning harorat koeffitsienti bo'lib, uning qiymati ko'pincha 2 dan 4 gacha bo'lgan oraliqda joylashgan.

Ko'pincha yordamida ko'plab reaktsiyalarning tezligini oshirish mumkin katalizatorlar.

Katalizatorlar - iste'mol qilinmasdan reaktsiyaning borishini tezlashtiradigan moddalar.

Ammo katalizatorlar reaksiya tezligini qanday oshiradi?

E a faollashuv energiyasi haqida eslaylik. Katalizator bo'lmaganda energiya faollashuv energiyasidan past bo'lgan molekulalar bir-biri bilan o'zaro ta'sir qila olmaydi. Tajribali gid ekspeditsiyani to'g'ridan-to'g'ri tog'dan emas, balki aylanma yo'llar yordamida yo'naltirganidek, katalizatorlar reaktsiya bo'ylab harakatlanish yo'lini o'zgartiradilar, buning natijasida hatto tepaga ko'tarilish uchun etarli kuchga ega bo'lmagan hamrohlar ham. tog' uning boshqa tomoniga o'tish mumkin bo'ladi.

Reaksiya jarayonida katalizator iste'mol qilinmasligiga qaramay, u reagentlar bilan oraliq birikmalar hosil qilib, unda faol ishtirok etadi, lekin reaktsiya oxirida u o'zining dastlabki holatiga qaytadi.

Reaksiya tezligiga ta'sir qiluvchi yuqoridagi omillarga qo'shimcha ravishda, agar reaksiyaga kirishuvchi moddalar o'rtasida interfeys mavjud bo'lsa (heterojen reaktsiya), reaktsiya tezligi reaktivlarning aloqa maydoniga ham bog'liq bo'ladi. Misol uchun, xlorid kislotaning suvli eritmasi bo'lgan probirkaga tushirilgan alyuminiy metall granulasini tasavvur qiling. Alyuminiy oksidlanmaydigan kislotalar bilan reaksiyaga kirisha oladigan faol metalldir. BILAN xlorid kislotasi Reaksiya tenglamasi quyidagicha:

2Al + 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2

Alyuminiy qattiq moddadir, ya'ni xlorid kislota bilan reaksiya faqat uning yuzasida sodir bo'ladi. Shubhasiz, agar biz avval alyuminiy granulasini folga solib, sirt maydonini oshirsak, biz shu bilan ta'minlaymiz. Ko'proq alyuminiy atomlari kislota bilan reaksiyaga kirishishi mumkin. Natijada reaktsiya tezligi oshadi. Xuddi shunday, qattiq jismning sirt maydonini ko'paytirishga uni kukunga maydalash orqali erishish mumkin.

Shuningdek, qattiq jismning gazsimon yoki suyuq modda bilan reaksiyaga kirishishidagi geterogen reaksiya tezligiga aralashtirish ko'pincha ijobiy ta'sir ko'rsatadi, bu aralashtirish natijasida reaksiya mahsulotlarining to'plangan molekulalari reaksiyadan chiqib ketishi bilan bog'liq. zonasi va reaktiv molekulalarning yangi qismi "o'tkaziladi".

Va nihoyat, reaktsiya tezligiga va reagentlarning tabiatiga katta ta'sir ko'rsatishini ham ta'kidlash kerak. Masalan, ishqoriy metall davriy sistemada qanchalik past bo'lsa, u suv, ftor, barcha galogenlar orasida tezroq reaksiyaga kirishadi, vodorod gazi bilan tezroq reaksiyaga kirishadi va hokazo.

Yuqoridagilarning barchasini umumlashtirgan holda, reaktsiya tezligi quyidagi omillarga bog'liq:

1) reagentlar konsentratsiyasi: qanchalik yuqori bo'lsa, reaktsiya tezligi shunchalik yuqori bo'ladi

2) harorat: harorat oshishi bilan har qanday reaksiya tezligi ortadi

3) reaksiyaga kirishuvchi moddalarning aloqa maydoni: dan kattaroq maydon reaktivlar bilan aloqa qilish, reaksiya tezligi shunchalik yuqori bo'ladi

4) aralashtirish, agar qattiq va suyuqlik yoki gaz o'rtasida reaksiya sodir bo'lsa, aralashtirish uni tezlashtirishi mumkin.

Kontseptsiyani aniqlashda kimyoviy reaksiya tezligi bir jinsli va geterogen reaksiyalarni farqlash kerak. Agar reaksiya bir hil tizimda, masalan, eritma yoki gazlar aralashmasida sodir bo'lsa, u tizimning butun hajmida sodir bo'ladi. Gomogen reaksiya tezligi- tizimning birlik hajmida reaksiyaga kirishadigan yoki reaksiya natijasida hosil bo'lgan moddaning miqdori. Moddaning mollari sonining u tarqalgan hajmga nisbati moddaning molyar kontsentratsiyasi bo'lganligi sababli, bir hil reaksiya tezligini ham aniqlash mumkin. har qanday moddalarning kontsentratsiyasining birlik vaqtiga o'zgarishi: dastlabki reagent yoki reaksiya mahsuloti. Hisoblash natijasi reaktiv yoki mahsulotga asoslangan bo'lishidan qat'i nazar, har doim ijobiy bo'lishini ta'minlash uchun formulada "±" belgisi qo'llaniladi:

Reaksiyaning tabiatiga qarab, vaqt SI tizimi talab qiladigan soniyalarda emas, balki daqiqalar yoki soatlarda ham ifodalanishi mumkin. Reaksiya jarayonida uning tezligining kattaligi doimiy emas, balki doimiy ravishda o'zgaradi: u kamayadi, chunki boshlang'ich moddalarning konsentratsiyasi pasayadi. Yuqoridagi hisob ma'lum vaqt oralig'idagi reaksiya tezligining o'rtacha qiymatini beradi Dt = t 2 – t 1. Haqiqiy (lahzali) tezlik D nisbati moyil bo'lgan chegara sifatida aniqlanadi BILAN/ Dt da Dt → 0, ya'ni haqiqiy tezlik konsentratsiyaning vaqtga nisbatan hosilasiga teng.

Tenglamasida birlikdan farq qiluvchi stexiometrik koeffitsientlar mavjud bo'lgan reaktsiya uchun turli moddalar uchun ifodalangan tezlik qiymatlari bir xil emas. Masalan, A + 3B = D + 2E reaktsiyasi uchun A moddaning sarfi bir mol, B moddaning sarfi uch mol, E moddaning sarflanishi ikki mol. Shunung uchun υ (A) = ⅓ υ (B) = υ (D) =½ υ (E) yoki υ (E) . = ⅔ υ (IN) .

Agar reaksiya geterogen sistemaning turli fazalarida joylashgan moddalar o'rtasida sodir bo'lsa, u faqat shu fazalar orasidagi chegarada sodir bo'lishi mumkin. Masalan, kislota eritmasi va metall bo'lagi o'rtasidagi o'zaro ta'sir faqat metall yuzasida sodir bo'ladi. Geterogen reaksiya tezligi Birlik interfeys yuzasiga birlik vaqt ichida reaksiyaga kirishadigan yoki reaktsiya natijasida hosil bo'lgan moddaning miqdori:

.

Kimyoviy reaksiya tezligining reaktivlar kontsentratsiyasiga bog'liqligi massa ta'siri qonuni bilan ifodalanadi: doimiy haroratda kimyoviy reaksiya tezligi kuchga ko'tarilgan reaktivlarning molyar kontsentratsiyasi mahsulotiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir; koeffitsientlarga teng reaksiya tenglamasida bu moddalarning formulalari bilan. Keyin reaktsiya uchun

2A + B → mahsulotlar

nisbat amal qiladi υ ~ · BILAN A 2 · BILAN B va tenglikka o'tish uchun proportsionallik koeffitsienti kiritiladi k, chaqirildi reaksiya tezligi konstantasi:

υ = k· BILAN A 2 · BILAN B = k·[A] 2 ·[B]

(formulalardagi molyar kontsentratsiyalar harf bilan belgilanishi mumkin BILAN mos keladigan indeks va kvadrat qavs ichiga olingan moddaning formulasi bilan). Reaksiya tezligi konstantasining fizik ma'nosi barcha reaktivlarning 1 mol/l ga teng konsentratsiyasidagi reaksiya tezligidir. Reaksiya tezligi konstantasining o'lchami tenglamaning o'ng tomonidagi omillar soniga bog'liq va c –1 bo'lishi mumkin; s –1 ·(l/mol); s –1 · (l 2 /mol 2) va boshqalar, ya’ni har qanday holatda ham hisob-kitoblarda reaksiya tezligi mol · l –1 · s –1 da ifodalanadi.

Geterogen reaksiyalar uchun massalar qonunining tenglamasi faqat gaz fazasida yoki eritmada bo'lgan moddalarning kontsentratsiyasini o'z ichiga oladi. Qattiq fazadagi moddaning konsentratsiyasi doimiy qiymat bo'lib, tezlik konstantasiga kiradi, masalan, ko'mirning yonish jarayoni uchun C + O 2 = CO 2, massa ta'sir qonuni yoziladi:

υ = kI·const··= k·,

Qayerda k= kI const.

Bir yoki bir nechta moddalar gaz bo'lgan tizimlarda reaktsiya tezligi bosimga ham bog'liq. Masalan, vodorod yod bug'i H 2 + I 2 = 2HI bilan o'zaro ta'sirlashganda, kimyoviy reaksiya tezligi quyidagi ifoda bilan aniqlanadi:

υ = k··.

Agar siz bosimni, masalan, 3 baravar oshirsangiz, tizim egallagan hajm bir xil miqdorda kamayadi va natijada har bir reaksiyaga kirishuvchi moddalarning kontsentratsiyasi bir xil miqdorda ortadi. Bu holda reaksiya tezligi 9 barobar ortadi

Reaksiya tezligining haroratga bog'liqligi Van't-Xoff qoidasi bilan tavsiflanadi: haroratning har 10 daraja oshishi bilan reaksiya tezligi 2-4 marta ortadi. Bu shuni anglatadiki, harorat ko'tarilganda arifmetik progressiya da kimyoviy reaksiya tezligi ortadi geometrik progressiya. Progressiya formulasining asosi reaksiya tezligining harorat koeffitsienti g, haroratning 10 darajaga ko'tarilishi bilan berilgan reaktsiya tezligi necha marta oshishini (yoki bir xil narsa, tezlik konstantasi) ko'rsatadi. Matematik jihatdan Vant-Xoff qoidasi quyidagi formulalar bilan ifodalanadi:

yoki

qayerda va reaksiya tezligi, mos ravishda, boshlang'ich t 1 va yakuniy t 2 harorat. Vant-Xoff qoidasini quyidagi munosabatlar orqali ham ifodalash mumkin:

; ; ; ,

bu yerda va mos ravishda haroratdagi reaksiya tezligi va tezlik konstantasi t; va - haroratda bir xil qiymatlar t +10n; n- "o'n darajali" intervallar soni ( n =(t 2 –t 1)/10), harorat o'zgargan (butun yoki kasr son, ijobiy yoki salbiy bo'lishi mumkin).

Muammoni hal qilishga misollar

1-misol. Yopiq idishda sodir bo'ladigan 2CO + O 2 = 2CO 2 reaksiya tezligi bosim ikki baravar oshirilsa qanday o'zgaradi?

Yechim:

Ushbu kimyoviy reaksiya tezligi quyidagi ifoda bilan aniqlanadi:

υ boshlash = k· [CO] 2 · [O 2 ].

Bosimning oshishi ikkala reagent konsentratsiyasining 2 barobar oshishiga olib keladi. Buni hisobga olib, biz massa ta'siri qonunining ifodasini qayta yozamiz:

υ 1 = k· 2 · = k·2 2 [CO] 2 ·2[O 2 ] = 8 k·[SO] 2 ·[O 2 ] = 8 υ boshlanishi

Javob: Reaksiya tezligi 8 marta oshadi.

2-misol. Reaksiya tezligining harorat koeffitsienti qiymatini 3 ga teng olib, tizimning harorati 20 °C dan 100 °C gacha oshirilsa, reaksiya tezligi necha marta oshishini hisoblang.

Yechim:

Ikki xil haroratda reaktsiya tezligining nisbati quyidagi formula bo'yicha harorat koeffitsienti va harorat o'zgarishi bilan bog'liq:

Hisoblash:

Javob: Reaksiya tezligi 6561 marta ortadi.

3-misol. A + 2B = 3D bir jinsli reaksiyani o`rganilganda, reaksiyaning 8 daqiqasi davomida reaktordagi A moddaning miqdori 5,6 moldan 4,4 molgacha kamaygani aniqlandi. Reaksiya massasining hajmi 56 l ni tashkil etdi. Hisoblash o'rtacha tezlik A, B va D moddalari uchun o'rganilgan vaqt oralig'idagi kimyoviy reaktsiya.

Yechim:

Biz formuladan "kimyoviy reaktsiyaning o'rtacha tezligi" va o'rnini bosuvchi tushunchaning ta'rifiga muvofiq foydalanamiz raqamli qiymatlar, reaktiv A uchun o'rtacha tezlikni olish:

Reaksiya tenglamasidan kelib chiqadiki, A moddaning yo'qotish tezligi bilan solishtirganda, B moddaning yo'qolishi tezligi ikki baravar, D mahsulot miqdorining o'sish tezligi esa uch baravar ko'p. Demak:

υ (A) = ½ υ (B) =⅓ υ (D)

va keyin υ (B) = 2 υ (A) = 2 2,68 10 –3 = 6,36 10 –3 mol l –1 min –1;

υ (D) = 3 υ (A) = 3 2,68 10 –3 = 8,04 10 –3 mol l –1 min –1

Javob: y(A) =2,68·10 –3 mol·l–1 ·min–1; υ (B) = 6,36·10-3 mol·l–1 min–1; υ (D) = 8,04·10-3 mol·l-1 min-1.

4-misol. Bir jinsli reaksiya A + 2B → mahsulotlarning tezlik konstantasini aniqlash uchun B moddaning turli konsentratsiyasida ikkita tajriba o'tkazildi va reaksiya tezligi o'lchandi.

Kimyoviy reaksiya tezligi - vaqt birligida reaksiyaga kirishuvchi moddalar konsentratsiyasining o'zgarishi.

Gomogen reaksiyalarda reaksiya fazosi reaksiya idishining hajmini, geterogen reaksiyalarda esa reaksiya yuz beradigan sirtni bildiradi. Reaksiyaga kirishuvchi moddalarning konsentratsiyasi odatda mol/l da ifodalanadi - 1 litr eritmadagi moddaning mollari soni.

Kimyoviy reaksiya tezligi reaksiyaga kirishuvchi moddalarning tabiatiga, konsentratsiyasiga, haroratiga, bosimiga, moddalarning aloqa yuzasiga va tabiatiga, katalizatorlarning mavjudligiga bog'liq.

Kimyoviy o'zaro ta'sirga kiruvchi moddalar kontsentratsiyasining oshishi kimyoviy reaktsiya tezligining oshishiga olib keladi. Buning sababi, barcha kimyoviy reaktsiyalar ma'lum miqdordagi reaksiyaga kirishuvchi zarralar (atomlar, molekulalar, ionlar) o'rtasida sodir bo'ladi. Reaksiya fazosining hajmida bu zarralar qanchalik ko'p bo'lsa, ular shunchalik tez-tez to'qnashadi va kimyoviy o'zaro ta'sir sodir bo'ladi. Kimyoviy reaktsiya bir yoki bir nechta elementar harakatlar (to'qnashuv) orqali sodir bo'lishi mumkin. Reaksiya tenglamasiga asoslanib, reaksiya tezligining reaksiyaga kirishuvchi moddalar konsentratsiyasiga bog‘liqligini ifodalovchi ifodani yozishimiz mumkin. Agar elementar harakatda (parchalanish reaksiyasida) faqat bitta molekula ishtirok etsa, bog'liqlik quyidagi ko'rinishga ega bo'ladi:

v= k*[A]

Bu monomolekulyar reaksiya uchun tenglama. Ikki xil molekula elementar aktda o'zaro ta'sirlashganda, bog'liqlik ko'rinishga ega bo'ladi:

v= k*[A]*[B]

Reaksiya bimolekulyar deb ataladi. Uch molekula to'qnashganda, ifoda to'g'ri bo'ladi:

v= k*[A]*[B]*[C]

Reaksiya trimolekulyar deb ataladi. Koeffitsient belgilari:

v — reaktsiya tezligi;

[A], [B], [C] - reaksiyaga kirishuvchi moddalar konsentratsiyasi;

k—proporsionallik koeffitsienti; reaksiya tezligi konstantasi deb ataladi.

Agar reaksiyaga kirishuvchi moddalarning konsentratsiyasi birga (1 mol/l) yoki ularning mahsuloti birga teng bo‘lsa, u holda v = k.. Tezlik konstantasi reaksiyaga kirishuvchi moddalarning tabiatiga va haroratga bog'liq. Oddiy reaktsiyalar tezligining (ya'ni bitta elementar harakat orqali sodir bo'ladigan reaktsiyalar) kontsentratsiyaga bog'liqligi massa ta'siri qonuni bilan tavsiflanadi: kimyoviy reaksiya tezligi ularning stexiometrik koeffitsientlari kuchiga ko'tarilgan reaktivlar konsentratsiyasining mahsulotiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir.

Masalan, 2NO + O 2 = 2NO 2 reaksiyasini ko'rib chiqamiz.

Unda v= k* 2 *

Agar kimyoviy reaksiya tenglamasi o'zaro ta'sirning elementar aktiga to'g'ri kelmasa, faqat reaksiyaga kirgan moddalarning massasi va hosil bo'lgan moddalar o'rtasidagi bog'liqlikni aks ettirsa, kontsentratsiyalar darajalari teng bo'lmaydi. reaksiya tenglamasida mos keladigan moddalar formulalari oldida paydo bo'ladigan koeffitsientlar. Bir necha bosqichda sodir bo'ladigan reaktsiya uchun reaksiya tezligi eng sekin (cheklovchi) bosqich tezligi bilan belgilanadi.

Reaksiya tezligining reaksiyaga kirishuvchi moddalar kontsentratsiyasiga bog'liqligi gazlar va eritmada sodir bo'ladigan reaktsiyalar uchun amal qiladi. Qattiq jismlar ishtirokidagi reaksiyalar massalar ta'siri qonuniga bo'ysunmaydi, chunki molekulalarning o'zaro ta'siri faqat interfeysda sodir bo'ladi. Binobarin, geterogen reaksiya tezligi ham reaksiyaga kirishuvchi fazalarning aloqa yuzasining o'lchami va tabiatiga bog'liq. Sirt qanchalik katta bo'lsa, reaktsiya tezroq sodir bo'ladi.

Kimyoviy reaksiya tezligiga haroratning ta'siri

Haroratning kimyoviy reaksiya tezligiga ta'siri Vant-Xoff qoidasi bilan aniqlanadi: har 10 uchun haroratning oshishi bilan ° C, reaksiya tezligi 2-4 marta ortadi. Matematik jihatdan bu qoida quyidagi tenglama bilan ifodalanadi:

v t2= v t1* g(t2-t1)/10

Qayerda v t1 Va v t2 - t2 va t1 haroratlarda reaksiya tezligi; g - reaksiyaning harorat koeffitsienti - har 10 ta harorat oshishi bilan reaksiya tezligi necha marta oshishini ko'rsatadigan raqam ° C. Kimyoviy reaksiya tezligining haroratga bunday sezilarli bog'liqligi reaksiyaga kirishuvchi molekulalarning har bir to'qnashuvida yangi moddalar hosil bo'lmasligi bilan izohlanadi. Dastlabki zarrachalardagi aloqalarni uzish uchun etarli energiyaga ega bo'lgan molekulalar (faol molekulalar)gina o'zaro ta'sir qiladi. Shuning uchun har bir reaktsiya energiya to'sig'i bilan tavsiflanadi. Uni engish uchun molekula kerak faollashtirish energiyasi - molekulaning boshqa molekula bilan to'qnashuvi yangi moddaning hosil bo'lishiga olib kelishi uchun unga ega bo'lishi kerak bo'lgan ortiqcha energiya. Haroratning oshishi bilan faol molekulalar soni tez ortib boradi, bu esa Vant-Xoff qoidasiga ko'ra reaksiya tezligining keskin oshishiga olib keladi. Har bir o'ziga xos reaksiya uchun aktivlanish energiyasi reaktivlarning tabiatiga bog'liq.

Faol to'qnashuv nazariyasi kimyoviy reaksiya tezligiga ma'lum omillarning ta'sirini tushuntirishga imkon beradi. Ushbu nazariyaning asosiy qoidalari:

• Reaktsiyalar ma'lum energiyaga ega bo'lgan reaktivlarning zarralari to'qnashganda sodir bo'ladi.
• Reaktiv zarralar qancha ko'p bo'lsa, ular bir-biriga qanchalik yaqin bo'lsa, ularning to'qnashuvi va reaksiyaga kirishish ehtimoli shunchalik yuqori bo'ladi.
• Faqat samarali to'qnashuvlar reaktsiyaga olib keladi, ya'ni. "eski aloqalar" yo'q qilingan yoki zaiflashgan va shuning uchun "yangi" bo'lishi mumkin bo'lganlar. Buning uchun zarrachalar etarli energiyaga ega bo'lishi kerak.
• Reaktiv zarrachalarning samarali to'qnashuvi uchun zarur bo'lgan minimal ortiqcha energiya deyiladi faollashtirish energiyasi Ea.
• Faoliyat kimyoviy moddalar ular ishtirokidagi reaksiyalarning kam faollashuv energiyasida namoyon bo'ladi. Faollashtirish energiyasi qanchalik past bo'lsa, reaktsiya tezligi shunchalik yuqori bo'ladi. Masalan, kationlar va anionlar orasidagi reaksiyalarda aktivlanish energiyasi juda kam, shuning uchun bunday reaksiyalar deyarli bir zumda sodir bo'ladi.

Katalizator ta'siri

Eng biri samarali vositalar kimyoviy reaksiyalar tezligiga ta'siri - katalizatorlardan foydalanish. TO atalizatorlar - Bular reaksiya tezligini o'zgartiradigan moddalardir, lekin jarayon oxirida ular o'zlari tarkibida va massasida o'zgarishsiz qoladilar. Boshqacha qilib aytadigan bo'lsak, reaktsiyaning o'zi paytida katalizator kimyoviy jarayonda faol ishtirok etadi, ammo reaktsiya oxirida reagentlar o'z xususiyatlarini o'zgartiradilar. kimyoviy tarkibi, mahsulotlarga aylanadi va katalizator asl shaklida chiqariladi. Odatda, katalizatorning roli reaktsiya tezligini oshirishdan iborat, garchi ba'zi katalizatorlar jarayonni tezlashtirishdan ko'ra sekinlashtiradi. Katalizatorlar borligi sababli kimyoviy reaksiyalarning tezlashishi hodisasi deyiladi kataliz, va sekinlashuvlar - inhibisyon.

Ba'zi moddalar katalitik ta'sirga ega emas, lekin ularning qo'shilishi katalizatorlarning katalitik qobiliyatini keskin oshiradi. Bunday moddalar deyiladi targ'ibotchilar. Boshqa moddalar (katalitik zaharlar) katalizatorlarning ta'sirini kamaytiradi yoki hatto butunlay blokirovka qiladi, bu jarayon deyiladi. katalizator bilan zaharlanish.

Katalizning ikki turi mavjud: bir hil Va heterojen. At bir hil kataliz reaktivlar, mahsulotlar va katalizator bir faza (gaz yoki suyuqlik) hosil qiladi. Bunday holda, katalizator va reaktivlar o'rtasida hech qanday interfeys mavjud emas.

O'ziga xoslik heterojen kataliz bu katalizatorlar (odatda qattiq moddalar) reaksiyaga kirishuvchi moddalar va reaksiya mahsulotlaridan boshqa faza holatidadir. Reaksiya odatda qattiq jism yuzasida rivojlanadi.

Gomogen katalizda katalizator va reaksiyaga kirishuvchi moddalar orasida aktivlanish energiyasi past bo lgan reaksiya natijasida oraliq mahsulotlar hosil bo ladi. Geterogen katalizda tezlikning oshishi katalizator yuzasida reaksiyaga kirishuvchi moddalarning adsorbsiyasi bilan izohlanadi. Natijada ularning konsentratsiyasi oshadi va reaksiya tezligi oshadi.

Katalizning alohida holati avtokataliz. Uning ma'nosi shundaki, kimyoviy jarayon reaksiya mahsulotlaridan biri tomonidan tezlashadi.