نحن نواجه باستمرار مختلفتفاعلات كيميائية. إن احتراق الغاز الطبيعي ، وصدأ الحديد ، وتآكل الحليب بعيد كل البعد عن جميع العمليات التي يتم دراستها بالتفصيل في دورة الكيمياء المدرسية.
لحدوث ردود الفعل ، هناك حاجة لكسور من الثواني ، وبالنسبة لبعض التفاعلات ، هناك حاجة لأيام وأسابيع.
دعونا نحاول تحديد اعتماد معدل التفاعل علىدرجة الحرارة والتركيز وعوامل أخرى. في المعيار التعليمي الجديد ، يتم تخصيص الحد الأدنى من وقت الدراسة لهذه القضية. في اختبارات امتحان الحالة الموحدة ، هناك مهام تعتمد على اعتماد معدل التفاعل على درجة الحرارة ، والتركيز ، وحتى مهام الحساب المقدمة. يجد العديد من طلاب المدارس الثانوية بعض الصعوبات في العثور على إجابات لهذه الأسئلة ، لذلك سنقوم بتحليل هذا الموضوع بالتفصيل.
معلومات معدل التفاعل مهمةالقيمة العملية والعلمية. على سبيل المثال ، في إنتاج محدد للمواد والمنتجات ، تعتمد إنتاجية المعدات وتكلفة السلع بشكل مباشر على كمية معينة.
هناك علاقة مباشرة بين حالة تجميع المكونات الأولية والمنتجات التي تشكلت أثناء العملية الكيميائية: التفاعلات غير المتجانسة.
في ظل النظام ، من المعتاد أن تعني في مادة كيميائية أو مزيج منها.
متجانس النظر في مثل هذا النظام ، والذي يتكون من مرحلة واحدة (نفس حالة التجميع). كمثال ، يمكن ذكر مزيج من الغازات ، عدة سوائل مختلفة.
غير المتجانسة هو نظام تكون فيه المواد المتفاعلة على شكل غازات وسوائل ومواد صلبة وغازات.
لا يوجد اعتماد فقط على معدل التفاعل على درجة الحرارة ، ولكن أيضًا على المرحلة التي يتم فيها استخدام المكونات التي تدخل في التفاعل المحلل.
تتميز التركيبة المتجانسة بمسار العملية في جميع أنحاء الحجم ، مما يحسن بشكل كبير من جودتها.
إذا كانت المواد الأولية في مراحل مختلفةتنص ، في هذه الحالة ، لوحظ أقصى تفاعل عند حدود الطور. على سبيل المثال ، عندما يذوب المعدن النشط في الحمض ، يلاحظ تكوين منتج (ملح) فقط على سطح التلامس.
كيف تبدو معادلة الاعتماد على السرعة؟تفاعل كيميائي من درجة الحرارة؟ بالنسبة لعملية متجانسة ، يتم تحديد المعدل من خلال كمية المادة التي تتفاعل أو تتشكل أثناء التفاعل في حجم النظام لكل وحدة زمنية.
بالنسبة لعملية غير متجانسة ، يتم تحديد السرعة من خلال كمية المادة التي تتفاعل أو يتم الحصول عليها في العملية لكل وحدة مساحة لفترة زمنية دنيا.
طبيعة المواد المتفاعلة هي أحد الأسبابعمليات سرعة مختلفة. على سبيل المثال ، تشكل الفلزات القلوية قلويات مع الماء في درجة حرارة الغرفة ، وترافق العملية تطور مكثف لغاز الهيدروجين. المعادن النبيلة (الذهب والبلاتين والفضة) ليست قادرة على مثل هذه العمليات سواء في درجة حرارة الغرفة أو عند تسخينها.
إن طبيعة المواد المتفاعلة هي عامل يتم اعتباره في الصناعة الكيميائية من أجل زيادة ربحية الإنتاج.
تم الكشف عن العلاقة بين تركيز الكواشف وسرعة التفاعل الكيميائي. كلما كان أعلى ، كلما تصادمت جسيمات أكثر ، وبالتالي ، ستسير العملية بشكل أسرع.
يصف قانون الجماهير في شكل رياضي علاقة نسبية مباشرة بين تركيز مواد البداية وسرعة العملية.
تمت صياغته في منتصف التاسع عشرالكيميائي الروسي القرن N. N. Beketov. لكل عملية ، يتم تحديد ثابت التفاعل ، والذي لا يرتبط إما بدرجة الحرارة ، أو بالتركيز ، أو بطبيعة المواد المتفاعلة.
من أجل تسريع التفاعل الذي تنطوي عليه المادة الصلبة ، من الضروري طحنه إلى حالة مسحوق.
في هذه الحالة ، زيادة في المساحةالسطح ، مما يؤثر بشكل إيجابي على سرعة العملية. بالنسبة لوقود الديزل ، يتم استخدام نظام حقن خاص ، والذي عندما يتلامس مع الهواء ، يزداد معدل عملية الاحتراق لمزيج من الهيدروكربونات بشكل ملحوظ.
اعتماد معدل التفاعل الكيميائي عليهيتم تفسير درجة الحرارة من خلال نظرية الحركية الجزيئية. يسمح لك بحساب عدد التصادمات بين الجزيئات المتفاعلة تحت ظروف معينة. إذا كانت مسلحة بمثل هذه المعلومات ، فيجب أن تتم جميع العمليات في الظروف العادية على الفور.
ولكن إذا نظرت إلى مثال محدد على التبعيةمعدل التفاعل مقابل درجة الحرارة ، اتضح أنه للتفاعل ، يجب أولاً كسر الروابط الكيميائية بين الذرات بحيث تتكون منها مواد جديدة. هذا يتطلب كمية كبيرة من الطاقة. ما هو الاعتماد على درجة الحرارة لمعدل التفاعل؟ تحدد طاقة التنشيط إمكانية تكسير الجزيئات ، وهذا هو بالضبط ما يميز واقع العمليات. وحداتها هي كيلو جول / مول.
مع عدم كفاية الطاقة ، سيكون التصادم غير فعال ، لذلك ، لا يصاحبه تكوين جزيء جديد.
يمكن تمثيل الاعتماد على درجة الحرارة لمعدل التفاعل الكيميائي بيانياً. عند تسخينه ، يزداد عدد التصادمات بين الجسيمات ، مما يساعد على تسريع التفاعل.
كيف يبدو الرسم البياني لمعدل التفاعل؟من درجة الحرارة؟ يتم وضع طاقة الجزيئات أفقيًا ، ويتم الإشارة إلى عدد الجسيمات التي تحتوي على احتياطي طاقة مرتفع عموديًا. الرسم البياني هو منحنى يمكن من خلاله الحكم على معدل تفاعل معين.
كلما زاد الفرق في الطاقة عن المتوسط ، كلما كانت نقطة المنحنى أبعد من الحد الأقصى ، ونسبة أصغر من الجزيئات لديها مثل هذا الاحتياطي من الطاقة.
هل من الممكن كتابة معادلة اعتماد الثابتمعدل التفاعل مقابل درجة الحرارة؟ تنعكس الزيادة في زيادة سرعة العملية. يتميز هذا الاعتماد بقيمة معينة تسمى معامل درجة الحرارة لسرعة العملية.
بالنسبة لأي تفاعل ، تم الكشف عن اعتماد ثابت معدل التفاعل على درجة الحرارة. في حالة زيادتها بمقدار 10 درجات ، تزداد سرعة العملية بمقدار 2-4 مرات.
يمكن تمثيل الاعتماد على درجة الحرارة للتفاعلات المتجانسة في شكل رياضي.
لمعظم التفاعلات في الغرفةيتراوح معامل درجة الحرارة من 2 إلى 4. على سبيل المثال ، مع معامل درجة حرارة 2.9 ، تسرع زيادة درجة الحرارة بمقدار 100 درجة العملية بما يقرب من 50000 مرة.
من السهل اعتماد معدل التفاعل على درجة الحرارةيمكن تفسيره بقيم مختلفة من طاقة التنشيط. لديها الحد الأدنى من القيمة أثناء العمليات الأيونية ، والتي يتم تحديدها فقط من خلال تفاعل الكاتيونات والأنيونات. تشير العديد من التجارب إلى مسار فوري لهذه التفاعلات.
مع قيمة عالية من طاقة التنشيط فقطيؤدي عدد قليل من التصادمات بين الجسيمات إلى التفاعل. مع متوسط قيمة طاقة التنشيط ، سوف تتفاعل الكواشف مع متوسط السرعة.
تعتبر المهام المتعلقة باعتماد معدل التفاعل على التركيز ودرجة الحرارة فقط في المستوى الأعلى من التدريب ، غالبًا ما تسبب صعوبات خطيرة للأطفال.
تلك العمليات التي تحتاج إلى قدر كبيرتشير طاقات التنشيط إلى كسر أولي أو ضعف الروابط بين الذرات في مواد البداية. في هذه الحالة ، ينتقلون إلى حالة وسيطة معينة تسمى المجمع المنشط. إنها حالة غير مستقرة ، تتحلل بسرعة كبيرة إلى منتجات تفاعل ، وترافق العملية إطلاق طاقة إضافية.
في أبسط الحالات ، يكون المركب المنشط عبارة عن تكوين ذرات ذات روابط قديمة ضعيفة.
دعونا نحلل اعتماد معدل التفاعل الإنزيمي على درجة حرارة الوسط. تعمل هذه المواد كمسرعات العملية.
هم أنفسهم ليسوا مشاركين في التفاعل ،عددهم بعد الانتهاء من العملية يبقى دون تغيير. إذا ساهمت المحفزات في زيادة معدل التفاعل ، فإن المثبطات ، على العكس ، تبطئ هذه العملية.
جوهر هذا هو تكوين المركبات الوسيطة ، ونتيجة لذلك لوحظ تغير في سرعة العملية.
في العالم كل دقيقةتفاعلات كيميائية. كيفية تحديد اعتماد معدل التفاعل على درجة الحرارة؟ معادلة Arrhenius هي تفسير رياضي للعلاقة بين ثابت المعدل ودرجة الحرارة. يعطي فكرة عن قيم طاقة التنشيط التي يمكن عندها تدمير أو إضعاف الروابط بين الذرات في الجزيئات ، وتوزيع الجسيمات في المواد الكيميائية الجديدة.
بفضل النظرية الحركية الجزيئية ، يمكن للمرءللتنبؤ باحتمالية التفاعل بين المكونات الأولية ، لحساب معدل العملية. من بين العوامل التي تؤثر على معدل التفاعل ، والتغير في درجة الحرارة ، والنسبة المئوية لتركيز المواد المتفاعلة ، ومساحة التلامس السطحية ، ووجود محفز (مثبط) ، وطبيعة المكونات المتفاعلة ذات أهمية خاصة.
