Формула за температурен коефициент на реакция. Температурен коефициент на скоростта на химична реакция (правило на Ван'т Хоф)

Задача 336.
При 150°C, някои реакции завършват за 16 минути. Приемайки температурния коефициент на скоростта на реакцията равен на 2,5, изчислете след колко време тази реакция ще приключи, ако се проведе: а) при 20 0 °C; б) при 80°C.
Решение:
Според правилото на Вант Хоф, зависимостта на скоростта от температурата се изразява с уравнението:

v t и k t - константа на скоростта и скоростта на реакцията при температура t°C; v (t + 10) и k (t + 10) са еднакви стойности при температура (t + 10 0 C); - температурен коефициент на скорост на реакцията, чиято стойност за повечето реакции е в диапазона 2 - 4.

а) Като се има предвид, че скоростта на химическа реакция при дадена температура е обратно пропорционална на продължителността на нейното протичане, ние заместваме данните, дадени в постановката на задачата, във формула, която количествено изразява правилото на Вант Хоф, получаваме:

б) Тъй като тази реакция протича с понижаване на температурата, тогава при дадена температура скоростта на тази реакция е право пропорционална на продължителността на нейното протичане, ние заместваме данните, дадени в формулировката на задачата, във формулата, която изразява количествено ван' t правило на Хоф, получаваме:

Отговор: а) при 200 0 C t2 = 9,8 s; б) при 80 0 C t3 = 162 h 1 min 16 s.

Задача 337.
Ще се промени ли стойността на константата на скоростта на реакцията: а) при смяна на един катализатор с друг; б) когато се променят концентрациите на реагиращите вещества?
Решение:
Константата на скоростта на реакцията е стойност, която зависи от природата на реагиращите вещества, от температурата и от наличието на катализатори и не зависи от концентрацията на реагиращите вещества. Тя може да бъде равна на скоростта на реакцията, когато концентрациите на реагентите са равни на единица (1 mol/l).

а) При замяна на един катализатор с друг, скоростта на дадена химична реакция ще се промени или увеличи. Ако се използва катализатор, скоростта на химическата реакция ще се увеличи и съответно стойността на константата на скоростта на реакцията ще се увеличи. Промяна в стойността на константата на скоростта на реакцията също ще настъпи при замяна на един катализатор с друг, което ще увеличи или намали скоростта на тази реакция по отношение на оригиналния катализатор.

б) Когато концентрацията на реагентите се промени, стойностите на скоростта на реакцията ще се променят, но стойността на константата на скоростта на реакцията няма да се промени.

Задача 338.
Топлинният ефект на реакцията зависи ли от нейната енергия на активиране? Обосновете отговора.
Решение:
Топлинният ефект на реакцията зависи само от началното и крайното състояние на системата и не зависи от междинните етапи на процеса. Енергията на активиране е излишната енергия, която трябва да имат молекулите на веществата, за да може сблъсъкът им да доведе до образуването на ново вещество. Енергията на активиране може да бъде променена чрез увеличаване или намаляване на температурата, понижаване или увеличаване съответно. Катализаторите намаляват енергията на активиране, а инхибиторите я понижават.

Така промяната в енергията на активиране води до промяна в скоростта на реакцията, но не и до промяна в топлинния ефект на реакцията. Топлинният ефект на реакцията е постоянна величина и не зависи от промените в енергията на активиране на дадена реакция. Например реакцията за образуване на амоняк от азот и водород има формата:

Тази реакция е екзотермична, > 0). Реакцията протича с намаляване на броя на моловете на реагиращите частици и броя на моловете на газообразните вещества, което води системата от по-малко стабилно състояние към по-стабилно, ентропията намалява,< 0. Данная реакция в обычных условиях не протекает (она возможна только при достаточно низких температурах). В присутствии катализатора энергия активации уменьшается, и скорость реакции возрастает. Но, как до применения катализатора, так и в присутствии его тепловой эффект реакции не изменяется, реакция имеет вид:

Задача 339.
За коя реакция, директна или обратна, енергията на активиране е по-голяма, ако директната реакция отделя топлина?
Решение:
Разликата между енергиите на активиране на правата и обратната реакция е равна на топлинния ефект: H = E a(об.) - E a(об.) . Тази реакция протича с отделянето на топлина, т.е. е екзотермичен,< 0 Исходя из этого, энергия активации прямой реакции имеет меньшее значение, чем энергия активации обратной реакции:
E a (пр.)< Е а(обр.) .

Отговор: E a (пр.)< Е а(обр.) .

Задача 340.
Колко пъти ще се увеличи скоростта на реакция, протичаща при 298 K, ако нейната енергия на активиране се намали с 4 kJ/mol?
Решение:
Нека означим намаляването на енергията на активиране с Ea и константите на скоростта на реакцията преди и след намаляването на енергията на активиране съответно с k и k." Използвайки уравнението на Арениус, получаваме:

E a - енергия на активиране, k и k" - константи на скоростта на реакцията, T - температура в K (298).
Замествайки данните за проблема в последното уравнение и изразявайки енергията на активиране в джаули, изчисляваме увеличението на скоростта на реакцията:

Отговор: 5 пъти.

Фактори, влияещи върху реакцията

В човешкото тяло хиляди ензимни реакции протичат в жива клетка. Въпреки това, в многоетапна верига от процеси, разликата между скоростите на отделните реакции е доста голяма. По този начин синтезът на протеинови молекули в клетката се предшества от поне още два етапа: синтез на трансферна РНК и синтез на рибозоми. Но времето, през което концентрацията на молекулите t-RNA се удвоява, е 1,7 минути, на протеиновите молекули - 17 минути, а на рибозомите - 170 минути. Скоростта на общия процес на бавния (ограничаващ) етап, в нашия пример - скоростта на синтеза на рибозома. Наличието на ограничаваща реакция осигурява висока надеждност и гъвкавост при контролиране на хиляди реакции, протичащи в клетката. Достатъчно е да следите и регулирате само най-бавните. Този метод за регулиране на скоростта на многоетапния синтез се нарича минимален принцип. Това ви позволява значително да опростите и направите системата за автоматично регулиране в клетката по-надеждна.

Класификации на реакциите, използвани в кинетиката: реакции, хомогенни, хетерогенни и микрохетерогенни; реакциите са прости и сложни (паралелни, последователни, спрегнати, верижни). Молекулярност на елементарен реакционен акт. Кинетични уравнения. Ред на реакция. Полуживот

Микрохетерогенни реакции –

Молекулярността на реакцията се определя от броя на молекулите, които влизат в химично взаимодействие в елементарна реакция. На тази основа реакциите се разделят на мономолекулни, бимолекулни и тримолекулни.

Тогава реакциите от тип A -> B ще бъдат мономолекулни, например:

а) C 16 H 34 (t°C) -> C g H 18 + C 8 H 16 - реакция на въглеводороден крекинг;

б) CaC0 3 (t°C) -> CaO + C0 2 - термично разлагане на калциев карбонат.
Реакциите от тип A + B -> C или 2A -> C - са бимолекулни, например:
а) C + 0 2 -> C0 2; б) 2H 2 0 2 -> 2H 2 0 + 0 2 и т.н.

Тримолекулните реакции се описват с общи уравнения като:

а) A + B + C D; б) 2A + B D; в) 3A D.

Например: а) 2H 2 + 0 2 2H 2 0; б) 2NO + H 2 N 2 0 + H 2 0.

Скоростта на реакциите в зависимост от молекулярността ще се изрази с уравненията: а) V = към СА - за мономолекулна реакция; b) V = към C A C в или c) V = към C 2 A - за бимолекулна реакция; d) V = k C C в C e e) V = k C 2 A C в или f) V = k C 3 A - за тримолекулна реакция.

Молекулярността е броят на молекулите, реагиращи в един елементарен химичен акт.

Често молекулярността на реакцията е трудна за установяване, затова се използва по-формален знак - редът на химичната реакция.

Редът на реакцията е равен на сумата от показателите на степени на концентрация в уравнението, изразяващо зависимостта на скоростта на реакцията от концентрацията на реагентите (кинетично уравнение).

Редът на реакцията най-често не съвпада с молекулярността поради факта, че механизмът на реакцията, т.е. „елементарният акт“ на реакцията (виж дефиницията на знака за молекулярност), е трудно да се установи.

Нека разгледаме редица примери, илюстриращи тази позиция.

1. Скоростта на разтваряне на кристалите се описва с кинетични уравнения от нулев ред, въпреки мономолекулния характер на реакцията: AgCl (TB) ->Ag + + CI", V = k C(AgCl (TB p= k"C (AgCl (ra)) - p - плътност и е постоянна стойност, т.е. скоростта на разтваряне не зависи от количеството (концентрацията) на разтвореното вещество.

2. Реакцията на хидролиза на захароза: CO + H 2 0 -> C 6 H 12 0 6 (глюкоза) + C 6 H 12 0 6 (фруктоза) е бимолекулна реакция, но нейната кинетика се описва от кинетиката от първи ред уравнение: V = k*C cax, тъй като при експериментални условия, включително и в тялото, концентрацията на вода е постоянна стойност C(H 2 0) - const.

3.
Реакцията на разлагане на водороден пероксид, която протича с участието на катализатори, както неорганични йони Fe 3+, Cu 2+ метална платина, така и биологични ензими, например каталаза, има обща форма:

2H 2 0 2 -> 2H 2 0 + O, т.е. той е бимолекулен.

Зависимост на скоростта на реакцията от концентрацията. Кинетични уравнения на реакции от първи, втори и нулев ред. Експериментални методи за определяне на скоростта и скоростната константа на реакциите.

Зависимост на скоростта на реакцията от температурата. Правилото на Вант Хоф. Температурен коефициент на скорост на реакцията и неговите характеристики за биохимични процеси.

γ-температурен коефициент на скорост на реакцията.

Физическият смисъл на стойността γ е, че тя показва колко пъти се променя скоростта на реакцията при промяна на температурата за всеки 10 градуса.

15. Концепцията на теорията на активните сблъсъци. Енергиен профил на реакцията; активираща енергия; Уравнение на Арениус. Ролята на стеричния фактор. Концепцията на теорията за преходното състояние.

Връзката между константата на скоростта, енергията на активиране и температурата се описва от уравнението на Арениус: k T = k 0 *Ae~ E / RT, където k t и k 0 са константите на скоростта при температура T и T e е основата на натурален логаритъм, А е пространственият фактор.

Стеричният фактор А определя вероятността от сблъсък на две реагиращи частици в активния център на молекулата. Този фактор е особено важен за биохимичните реакции с биополимери. При киселинно-алкални реакции, H + йонът трябва да реагира с крайната карбоксилна група - COO." Въпреки това, не всеки сблъсък на H + йон с протеинова молекула ще доведе до тази реакция. Само тези сблъсъци, които се случват директно в някои точки на макромолекулите ще бъдат ефективни, наречени активни центрове.

От уравнението на Арениус следва, че колкото по-ниска е енергията на активиране E и колкото по-висока е температурата T на процеса, толкова по-висока е константата на скоростта.

Скоростта на химичната реакция се увеличава с повишаване на температурата. Можете да оцените увеличаването на скоростта на реакцията с температурата, като използвате правилото на Van't Hoff. Според правилото повишаването на температурата с 10 градуса увеличава константата на скоростта на реакцията 2-4 пъти:

Това правило не важи при високи температури, когато константата на скоростта почти не се променя с температурата.

Правилото на Van't Hoff ви позволява бързо да определите срока на годност на лекарството. Повишаването на температурата увеличава скоростта на разграждане на лекарството. Това намалява времето, необходимо за определяне на срока на годност на лекарството.

Методът е, че лекарствата се държат при повишена температура T за определено време tT, количеството на разложеното лекарство m се намира и се преизчислява до стандартна температура на съхранение от 298K. Като се има предвид, че процесът на разлагане на лекарството е реакция от първи ред, скоростта при избраната температура T и T = 298 K се изразява:

Като се има предвид, че масата на разграденото лекарство е една и съща за стандартни и реални условия на съхранение, скоростта на разлагане може да се изрази като:

Вземайки T=298+10n, където n = 1,2,3…,

Крайният израз за срока на годност на лекарството се получава при стандартни условия от 298K:

Теория на активните сблъсъци. Активираща енергия. Уравнение на Арениус. Връзка между скоростта на реакцията и енергията на активиране.

Теорията за активните сблъсъци е формулирана от С. Арениус през 1889 г. Тази теория се основава на идеята, че за възникване на химична реакция са необходими сблъсъци между молекулите на изходните вещества, като броят на сблъсъците се определя от интензивността на топлинното движение на молекулите, т.е. зависи от температурата. Но не всеки сблъсък на молекули води до химическа трансформация: само активен сблъсък води до него.

Активните сблъсъци са сблъсъци, които възникват например между молекули А и В с голямо количество енергия. Минималното количество енергия, което трябва да имат молекулите на изходните вещества, за да е активен сблъсъкът им, се нарича енергийна бариера на реакцията.

Енергията на активиране е излишната енергия, която може да бъде придадена или прехвърлена на един мол вещество.

Енергията на активиране значително влияе върху стойността на константата на скоростта на реакцията и нейната зависимост от температурата: колкото по-голяма е Ea, толкова по-малка е константата на скоростта и толкова по-значително се отразява промяната на температурата върху нея.

Константата на скоростта на реакцията е свързана с енергията на активиране чрез сложна зависимост, описана от уравнението на Арениус:

k=Aе–Ea/RT, където A е предекспоненциалният фактор; Eа е енергията на активиране, R е универсалната газова константа, равна на 8,31 J/mol; T – абсолютна температура;

електронна база от естествени логаритми.

Въпреки това, наблюдаваните константи на скоростта на реакцията обикновено са много по-малки от тези, изчислени от уравнението на Арениус. Следователно уравнението за константата на скоростта на реакцията се модифицира, както следва:

(минус пред всички дроби)

Умножителят кара температурната зависимост на константата на скоростта да се различава от уравнението на Арениус. Тъй като енергията на активиране на Арениус се изчислява като наклона на логаритмичната зависимост на скоростта на реакцията от обратната температура, тогава се прави същото с уравнението , получаваме:

Характеристики на хетерогенните реакции. Скоростта на хетерогенните реакции и нейните определящи фактори. Кинетични и дифузионни области на хетерогенни процеси. Примери за хетерогенни реакции от интерес за фармацията.

ХЕТЕРОГЕННИ РЕАКЦИИ, хим. реакции, включващи вещества в разлагане. фази и колективно образуват хетерогенна система. Типични хетерогенни реакции: термични. разлагане на соли с образуване на газообразни и твърди продукти (например CaCO3 -> CaO + CO2), редукция на метални оксиди с водород или въглерод (например PbO + C -> Pb + CO), разтваряне на метали в киселини (например Zn + + H2SO4 -> ZnSO4 + H2), взаимодействие. твърди реактиви (A12O3 + NiO -> NiAl2O4). Специален клас включва хетерогенни каталитични реакции, протичащи на повърхността на катализатора; Освен това реагентите и продуктите може да не са в различни фази. Посока, по време на реакцията N2 + + ZH2 -> 2NH3, протичаща на повърхността на железен катализатор, реагентите и реакционният продукт са в газова фаза и образуват хомогенна система.

Характеристиките на хетерогенните реакции се дължат на участието в тях на кондензирани фази. Това затруднява смесването и транспортирането на реагенти и продукти; възможно е активиране на молекулите на реагента на интерфейса. Кинетиката на всяка хетерогенна реакция се определя от скоростта на самия химикал. трансформации, както и чрез процеси на пренос (дифузия), необходими за попълване на потреблението на реагиращи вещества и отстраняване на реакционните продукти от реакционната зона. При липса на дифузионни пречки, скоростта на хетерогенна реакция е пропорционална на размера на реакционната зона; това е специфичната скорост на реакцията, изчислена за единица повърхност (или обем) на реакцията. зони, не се променя с времето; за прости (едностъпкови) реакции може да бъде определена въз основа на действащия масов закон. Този закон не е изпълнен, ако дифузията на веществата протича по-бавно от химичната. област; в този случай наблюдаваната скорост на хетерогенна реакция се описва от уравненията на кинетиката на дифузията.

Скоростта на хетерогенна реакция е количеството вещество, което реагира или се образува по време на реакция за единица време на единица повърхностна площ на фазата.

Фактори, влияещи върху скоростта на химичната реакция:

Естеството на реагентите

Концентрация на реагента,

температура,

Наличие на катализатор.

Vheterogen = Δп(S Δt), където Vheterog е скоростта на реакцията в хетерогенна система; n е броят молове на всяко от веществата, получени в резултат на реакцията; V е обемът на системата; t - време; S е повърхността на фазата, върху която протича реакцията; Δ - знак за нарастване (Δp = p2 - p1; Δt = t2 - t1).

Задача № 1. Взаимодействието със свободния кислород води до образуването на силно токсичен азотен диоксид / /, въпреки че тази реакция протича бавно при физиологични условия и при ниски концентрации не играе съществена роля в токсичното увреждане на клетките, но патогенните ефекти се увеличават рязко с неговия свръхпроизводство. Определете колко пъти се увеличава скоростта на взаимодействие на азотен оксид (II) с кислород, когато налягането в сместа от първоначални газове се удвои, ако скоростта на реакцията описани от уравнението ?

Решение.

1. Удвояването на налягането е еквивалентно на удвояване на концентрацията ( с) И . Следователно скоростите на взаимодействие, съответстващи и ще приемат, в съответствие със закона за масовото действие, изразите: И

Отговор. Скоростта на реакция ще се увеличи 8 пъти.

Задача № 2. Смята се, че концентрацията на хлор (зеленикав газ с остра миризма) във въздуха над 25 ppm е опасна за живота и здравето, но има доказателства, че ако пациентът се е възстановил от остро тежко отравяне с този газ, тогава не се наблюдават остатъчни ефекти. Определете как ще се промени скоростта на реакцията, протичаща в газовата фаза, ако увеличите 3 пъти: концентрация, концентрация, 3) налягане / /?

Решение.

1. Ако означим концентрациите и съответно с и , то изразът за скоростта на реакцията ще приеме вида: .

2. След увеличаване на концентрациите 3 пъти, те ще бъдат равни за и за . Следователно изразът за скоростта на реакция ще приеме формата: 1) 2)

3. Следователно увеличаването на налягането увеличава концентрацията на газообразните реагенти със същото количество

4. Увеличаването на скоростта на реакция спрямо първоначалната се определя съответно от съотношението: 1) , 2) , 3) .

Отговор. Скоростта на реакция ще се увеличи с: 1) , 2) , 3) ​​пъти.

Проблем No3. Как се променя скоростта на взаимодействие на изходните вещества при промяна на температурата от до, ако температурният коефициент на реакцията е 2,5?

Решение.

1. Температурният коефициент показва как се променя скоростта на реакцията при всяка промяна на температурата (правилото на Вант Хоф): .

2. Ако промяната на температурата е: , тогава като вземем предвид факта, че , получаваме: . Оттук, .

3. Използвайки таблицата на антилогаритмите намираме: .

Отговор. Когато температурата се промени (т.е. се увеличи), скоростта ще се увеличи с 67,7 пъти.

Проблем No4. Изчислете температурния коефициент на скоростта на реакцията, като знаете, че скоростта нараства с фактор 128 с повишаване на температурата.

Решение.

1. Зависимостта на скоростта на химичната реакция от температурата се изразява чрез емпиричното правило на Ван Хоф:

.Решавайки уравнението за , намираме: , . Следователно =2

Отговор. =2.

Проблем No5. За една от реакциите бяха определени две скоростни константи: при 0,00670 и при 0,06857. Определете константата на скоростта за същата реакция при .

Решение.

1. Въз основа на две стойности на константите на скоростта на реакцията, използвайки уравнението на Арениус, ние определяме енергията на активиране на реакцията: . За този случай: Следователно: J/mol.

2. Изчислете константата на скоростта на реакцията при , като използвате константата на скоростта при и уравнението на Арениус в изчисленията: . За този случай: и като се има предвид фактът, че: , получаваме: . следователно

Отговор.

Изчисляване на константата на химичното равновесие и определяне на посоката на изместване на равновесието с помощта на принципа на Le Chatelier .

Задача No6.Въглеродният диоксид / / за разлика от въглеродния оксид / / не нарушава физиологичните функции и анатомичната цялост на живия организъм и тяхното задушаващо действие се дължи само на наличието във високи концентрации и намаляването на процента на кислород във вдишвания въздух. На какво е равно равновесна константа на реакцията / /: при температура, изразена чрез: а) парциални налягания на реагиращите вещества; б) техните моларни концентрации, като се знае, че съставът на равновесната смес се изразява с обемни части: , и , а общото налягане в системата е Pa?

Решение.

1. Парциалното налягане на газ е равно на общото налягане, умножено по обемната част на газа в сместа, следователно:

2. Замествайки тези стойности в израза за равновесната константа, получаваме:

3. Връзката между и се установява на базата на уравнението на Менделеев-Клапейрон за идеалните газове и се изразява с равенството: , където е разликата между броя молове газообразни реакционни продукти и газообразни изходни вещества. За тази реакция:. Тогава: .

Отговор. татко .

Задача No7.В каква посока ще се измести равновесието при следните реакции:

3. ;

а) с повишаване на температурата, б) с намаляване на налягането, в) с увеличаване на концентрацията на водород?

Решение.

1. Химичното равновесие в системата се установява при постоянни външни параметри (и др.). Ако тези параметри се променят, тогава системата напуска състоянието на равновесие и започва да преобладава пряката (вдясно) или обратната реакция (вляво). Влиянието на различни фактори върху изместването на равновесието е отразено в принципа на Le Chatelier.

2. Нека разгледаме влиянието върху горните реакции на всичките 3 фактора, влияещи върху химичното равновесие.

а) С повишаване на температурата равновесието се измества към ендотермичната реакция, т.е. реакция, която протича с абсорбцията на топлина. Първата и третата реакция са екзотермични / /, следователно с повишаване на температурата равновесието ще се измести към обратната реакция, а във втората реакция / / - към предната реакция.

б) С намаляване на налягането равновесието се измества към увеличаване на броя на моловете газове, т.е. към по-голям натиск. При 1-вата и 3-тата реакция лявата и дясната страна на уравнението ще имат еднакъв брой молове газове (съответно 2-2 и 1-1). Следователно промяната в налягането няма да причинипромени в равновесието в системата. Във втората реакция има 4 мола газове от лявата страна и 2 мола от дясната страна, следователно, когато налягането намалява, равновесието ще се измести към обратната реакция.

V) С увеличаване на концентрацията на реакционните компоненти равновесието се измества към тяхното потребление.При първата реакция водородът присъства в продуктите и увеличаването на неговата концентрация ще засили обратната реакция, по време на която той се изразходва. Във 2-ра и 3-та реакция водородът е сред изходните вещества, така че увеличаването на концентрацията му измества равновесието към реакцията, която протича с консумацията на водород.

Отговор.

а) С повишаване на температурата равновесието в реакции 1 и 3 ще се измести наляво, а в реакция 2 - надясно.

б) Реакции 1 и 3 няма да бъдат засегнати от намаляване на налягането, но в реакция 2 равновесието ще бъде изместено наляво.

в) Повишаването на температурата в реакции 2 и 3 ще доведе до изместване на равновесието надясно, а в реакция 1 - наляво.

1.2. Ситуационни задачи № 7 до 21за затвърдяване на материала (извършва се в протоколна тетрадка).

Задача No8.Как ще се промени скоростта на окисление на глюкозата в тялото, когато температурата се понижи от до, ако температурният коефициент на скоростта на реакцията е 4?

Проблем No9.Като използвате приблизителното правило на Вант Хоф, изчислете колко трябва да се повиши температурата, за да се увеличи скоростта на реакцията 80 пъти? Вземете коефициента на температурна скорост равен на 3.

Задача No10.За да се спре практически реакцията, се използва бързо охлаждане на реакционната смес („замразяване на реакцията“). Определете колко пъти ще се промени скоростта на реакцията, когато реакционната смес се охлади от 40 до , ако температурният коефициент на реакцията е 2,7.

Задача No11.Изотопът, използван за лечение на някои тумори, има полуживот от 8,1 дни. След колко време съдържанието на радиоактивен йод в тялото на пациента ще намалее 5 пъти?

Задача No12.Хидролизата на някои синтетични хормони (фармацевтични) е реакция от първи ред с константа на скоростта 0,25 (). Как ще се промени концентрацията на този хормон след 2 месеца?

Задача No13.Радиоактивният полуживот е 5600 години. В живия организъм се поддържа постоянно количество поради метаболизма. В останките на мамута съдържанието е същото като оригинала. Определете кога е живял мамутът?

Задача No14.Полуживотът на инсектицида (пестицид, използван за борба с насекомите) е 6 месеца. Определено количество от него постъпва в резервоара, където се установява концентрация mol/l. Колко време ще отнеме концентрацията на инсектицида да спадне до нивото mol/l?

Задача No15.Мазнините и въглехидратите се окисляват със забележима скорост при температура 450 - 500 °, а в живите организми - при температура 36 - 40 °. Каква е причината за рязкото понижаване на температурата, необходима за окисляването?

Задача No16.Водородният пероксид се разлага във водни разтвори на кислород и вода. Реакцията се ускорява както от неорганичен катализатор (йон), така и от биоорганичен катализатор (ензим каталаза). Енергията на активиране на реакцията в отсъствието на катализатор е 75,4 kJ/mol. Йонът го редуцира до 42 kJ/mol, а ензимът каталаза - до 2 kJ/mol. Изчислете съотношението на скоростите на реакцията в отсъствието на катализатор в присъствието на каталаза. Какъв извод може да се направи за активността на ензима? Реакцията протича при температура 27 °C.

Задача No17Константа на скоростта на разпадане на пеницилина за уоки-токи J/mol.

1.3. Контролни въпроси

1. Обяснете какво означават термините: скорост на реакцията, константа на скоростта?

2. Как се изразяват средната и истинската скорост на химичните реакции?

3. Защо има смисъл да се говори за скоростта на химичните реакции само за даден момент?

4. Формулирайте определението за обратима и необратима реакция.

5. Дефинирайте закона за действието на масите. В равенствата, изразяващи този закон, отразява ли се зависимостта на скоростта на реакцията от природата на реагентите?

6. Как скоростта на реакцията зависи от температурата? Какво се нарича активираща енергия? Какво представляват активните молекули?

7. От какви фактори зависи скоростта на хомогенните и хетерогенните реакции? Дай примери.

8. Какъв е редът и молекулярността на химичните реакции? В какви случаи не съвпадат?

9. Какви вещества се наричат ​​катализатори? Какъв е механизмът на ускоряващото действие на катализатора?

10. Какво представлява понятието „отравяне с катализатор“? Какви вещества се наричат ​​инхибитори?

11. Какво се нарича химично равновесие? Защо се нарича динамичен? Какви концентрации на реагентите се наричат ​​равновесни?

12. Какво се нарича константа на химичното равновесие? Зависи ли от природата на реагиращите вещества, тяхната концентрация, температура, налягане? Какви са характеристиките на математическата нотация за константата на равновесие в хетерогенни системи?

13. Каква е фармакокинетиката на лекарствата?

14. Процесите, протичащи с лекарството в организма, се характеризират количествено с редица фармакокинетични параметри. Дайте основните.

Задача 336.
При 150°C, някои реакции завършват за 16 минути. Приемайки температурния коефициент на скоростта на реакцията равен на 2,5, изчислете след колко време тази реакция ще приключи, ако се проведе: а) при 20 0 °C; б) при 80°C.
Решение:
Според правилото на Вант Хоф, зависимостта на скоростта от температурата се изразява с уравнението:

v t и k t - константа на скоростта и скоростта на реакцията при температура t°C; v (t + 10) и k (t + 10) са еднакви стойности при температура (t + 10 0 C); - температурен коефициент на скорост на реакцията, чиято стойност за повечето реакции е в диапазона 2 - 4.

а) Като се има предвид, че скоростта на химическа реакция при дадена температура е обратно пропорционална на продължителността на нейното протичане, ние заместваме данните, дадени в постановката на задачата, във формула, която количествено изразява правилото на Вант Хоф, получаваме:

б) Тъй като тази реакция протича с понижаване на температурата, тогава при дадена температура скоростта на тази реакция е право пропорционална на продължителността на нейното протичане, ние заместваме данните, дадени в формулировката на задачата, във формулата, която изразява количествено ван' t правило на Хоф, получаваме:

Отговор: а) при 200 0 C t2 = 9,8 s; б) при 80 0 C t3 = 162 h 1 min 16 s.

Задача 337.
Ще се промени ли стойността на константата на скоростта на реакцията: а) при смяна на един катализатор с друг; б) когато се променят концентрациите на реагиращите вещества?
Решение:
Константата на скоростта на реакцията е стойност, която зависи от природата на реагиращите вещества, от температурата и от наличието на катализатори и не зависи от концентрацията на реагиращите вещества. Тя може да бъде равна на скоростта на реакцията, когато концентрациите на реагентите са равни на единица (1 mol/l).

а) При замяна на един катализатор с друг, скоростта на дадена химична реакция ще се промени или увеличи. Ако се използва катализатор, скоростта на химическата реакция ще се увеличи и съответно стойността на константата на скоростта на реакцията ще се увеличи. Промяна в стойността на константата на скоростта на реакцията също ще настъпи при замяна на един катализатор с друг, което ще увеличи или намали скоростта на тази реакция по отношение на оригиналния катализатор.

б) Когато концентрацията на реагентите се промени, стойностите на скоростта на реакцията ще се променят, но стойността на константата на скоростта на реакцията няма да се промени.

Задача 338.
Топлинният ефект на реакцията зависи ли от нейната енергия на активиране? Обосновете отговора.
Решение:
Топлинният ефект на реакцията зависи само от началното и крайното състояние на системата и не зависи от междинните етапи на процеса. Енергията на активиране е излишната енергия, която трябва да имат молекулите на веществата, за да може сблъсъкът им да доведе до образуването на ново вещество. Енергията на активиране може да бъде променена чрез увеличаване или намаляване на температурата, понижаване или увеличаване съответно. Катализаторите намаляват енергията на активиране, а инхибиторите я понижават.

Така промяната в енергията на активиране води до промяна в скоростта на реакцията, но не и до промяна в топлинния ефект на реакцията. Топлинният ефект на реакцията е постоянна величина и не зависи от промените в енергията на активиране на дадена реакция. Например реакцията за образуване на амоняк от азот и водород има формата:

Тази реакция е екзотермична, > 0). Реакцията протича с намаляване на броя на моловете на реагиращите частици и броя на моловете на газообразните вещества, което води системата от по-малко стабилно състояние към по-стабилно, ентропията намалява,< 0. Данная реакция в обычных условиях не протекает (она возможна только при достаточно низких температурах). В присутствии катализатора энергия активации уменьшается, и скорость реакции возрастает. Но, как до применения катализатора, так и в присутствии его тепловой эффект реакции не изменяется, реакция имеет вид:

Задача 339.
За коя реакция, директна или обратна, енергията на активиране е по-голяма, ако директната реакция отделя топлина?
Решение:
Разликата между енергиите на активиране на правата и обратната реакция е равна на топлинния ефект: H = E a(об.) - E a(об.) . Тази реакция протича с отделянето на топлина, т.е. е екзотермичен,< 0 Исходя из этого, энергия активации прямой реакции имеет меньшее значение, чем энергия активации обратной реакции:
E a (пр.)< Е а(обр.) .

Отговор: E a (пр.)< Е а(обр.) .

Задача 340.
Колко пъти ще се увеличи скоростта на реакция, протичаща при 298 K, ако нейната енергия на активиране се намали с 4 kJ/mol?
Решение:
Нека означим намаляването на енергията на активиране с Ea и константите на скоростта на реакцията преди и след намаляването на енергията на активиране съответно с k и k." Използвайки уравнението на Арениус, получаваме:

E a - енергия на активиране, k и k" - константи на скоростта на реакцията, T - температура в K (298).
Замествайки данните за проблема в последното уравнение и изразявайки енергията на активиране в джаули, изчисляваме увеличението на скоростта на реакцията:

Отговор: 5 пъти.