Formula za temperaturni koeficijent reakcije. Temperaturni koeficijent brzine kemijske reakcije (van't Hoffovo pravilo)

Problem 336.
Na 150°C neka reakcija se završi za 16 minuta. Uzimajući temperaturni koeficijent brzine reakcije jednak 2,5, izračunajte nakon kojeg će vremena ova reakcija završiti ako se provodi: a) pri 20 0 °C; b) na 80°C.
Riješenje:
Prema van't Hoffovom pravilu, ovisnost brzine o temperaturi izražava se jednadžbom:

v t i k t - konstanta brzine i brzine reakcije na temperaturi t°C; v (t + 10) i k (t + 10) su iste vrijednosti na temperaturi (t + 10 0 C); - temperaturni koeficijent brzine reakcije čija je vrijednost za većinu reakcija u rasponu od 2 – 4.

a) Uzimajući u obzir da je brzina kemijske reakcije pri danoj temperaturi obrnuto proporcionalna trajanju njezina odvijanja, zamijenimo podatke dane u postavci problema u formulu koja kvantitativno izražava Van’t Hoffovo pravilo, dobivamo:

b) Budući da se ova reakcija odvija uz smanjenje temperature, tada je pri danoj temperaturi brzina ove reakcije izravno proporcionalna trajanju njezina odvijanja, podatke dane u postavci problema zamijenimo formulom koja kvantitativno izražava van' t Hoffovo pravilo, dobivamo:

Odgovor: a) pri 200 0 C t2 = 9,8 s; b) pri 80 0 C t3 = 162 h 1 min 16 s.

Problem 337.
Hoće li se promijeniti vrijednost konstante brzine reakcije: a) pri zamjeni jednog katalizatora drugim; b) kada se mijenjaju koncentracije tvari koje reagiraju?
Riješenje:
Konstanta brzine reakcije je vrijednost koja ovisi o prirodi tvari koje reagiraju, o temperaturi i prisutnosti katalizatora, a ne ovisi o koncentraciji tvari koje reagiraju. Ona može biti jednaka brzini reakcije u slučaju kada su koncentracije reaktanata jednake jedinici (1 mol/l).

a) Prilikom zamjene jednog katalizatora drugim, brzina određene kemijske reakcije će se promijeniti ili povećati. Ako se koristi katalizator, brzina kemijske reakcije će se povećati, a time će se povećati i vrijednost konstante brzine reakcije. Do promjene vrijednosti konstante brzine reakcije doći će i kod zamjene jednog katalizatora drugim, što će povećati ili smanjiti brzinu te reakcije u odnosu na izvorni katalizator.

b) Kada se promijeni koncentracija reaktanata, promijenit će se vrijednosti brzine reakcije, ali se vrijednost konstante brzine reakcije neće promijeniti.

Problem 338.
Ovisi li toplinski učinak reakcije o njezinoj energiji aktivacije? Obrazloži odgovor.
Riješenje:
Toplinski učinak reakcije ovisi samo o početnom i završnom stanju sustava i ne ovisi o međufazama procesa. Aktivacijska energija je višak energije koji moraju imati molekule tvari da bi njihovim sudarom došlo do stvaranja nove tvari. Energija aktivacije se može promijeniti povećanjem ili smanjenjem temperature, snižavanjem ili povećanjem u skladu s tim. Katalizatori smanjuju aktivacijsku energiju, a inhibitori je smanjuju.

Dakle, promjena aktivacijske energije dovodi do promjene brzine reakcije, ali ne i do promjene toplinskog učinka reakcije. Toplinski učinak reakcije je stalna vrijednost i ne ovisi o promjenama aktivacijske energije za određenu reakciju. Na primjer, reakcija stvaranja amonijaka iz dušika i vodika ima oblik:

Ova reakcija je egzotermna, > 0). Reakcija se odvija uz smanjenje broja molova reagirajućih čestica i broja molova plinovitih tvari, što dovodi sustav iz manje stabilnog stanja u stabilnije, entropija se smanjuje,< 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:

Problem 339.
Za koju je reakciju, izravnu ili obrnutu, energija aktivacije veća ako se pri izravnoj reakciji oslobađa toplina?
Riješenje:
Razlika između energija aktivacije prednje i obrnute reakcije jednaka je toplinskom učinku: H = E a(okr.) - E a(okr.) . Ova reakcija se odvija uz oslobađanje topline, tj. je egzotermna,< 0 Исходя из этого, энергия активации прямой реакции имеет меньшее значение, чем энергия активации обратной реакции:
E a (npr.)< Е а(обр.) .

Odgovor: E a (npr.)< Е а(обр.) .

Problem 340.
Koliko će se puta povećati brzina reakcije koja se odvija na 298 K ako se njena aktivacijska energija smanji za 4 kJ/mol?
Riješenje:
Označimo smanjenje aktivacijske energije s Ea, a konstante brzine reakcije prije i poslije smanjenja aktivacijske energije s k odnosno k." Koristeći Arrheniusovu jednadžbu, dobivamo:

E a - energija aktivacije, k i k" - konstante brzine reakcije, T - temperatura u K (298).
Zamjenom podataka problema u posljednju jednadžbu i izražavanjem aktivacijske energije u džulima izračunavamo povećanje brzine reakcije:

Odgovor: 5 puta.

Čimbenici koji utječu na reakciju

U ljudskom tijelu odvijaju se tisuće enzimskih reakcija u živoj stanici. Međutim, u višestupanjskom lancu procesa razlika u brzinama pojedinih reakcija je prilično velika. Dakle, sintezi proteinskih molekula u stanici prethode još najmanje dvije faze: sinteza prijenosne RNK i sinteza ribosoma. Ali vrijeme tijekom kojeg se koncentracija molekula t-RNA udvostruči je 1,7 minuta, molekula proteina - 17 minuta, a ribosoma - 170 minuta. Brzina ukupnog procesa spore (ograničavajuće) faze, u našem primjeru - brzina sinteze ribosoma. Prisutnost ograničavajuće reakcije osigurava visoku pouzdanost i fleksibilnost u kontroli tisuća reakcija koje se odvijaju u stanici. Dovoljno je pratiti i regulirati samo one najsporije. Ova metoda reguliranja brzine višestupanjske sinteze naziva se minimalnim principom. Omogućuje vam da značajno pojednostavite i učinite sustav samoregulacije u kavezu pouzdanijim.

Klasifikacije reakcija koje se koriste u kinetici: reakcije, homogene, heterogene i mikroheterogene; reakcije su jednostavne i složene (paralelne, sekvencijalne, konjugirane, lančane). Molekularnost elementarnog reakcijskog čina. Kinetičke jednadžbe. Redoslijed reakcije. Pola zivota

Mikroheterogene reakcije –

Molekularnost reakcije određena je brojem molekula koje u elementarnoj reakciji ulaze u kemijsku interakciju. Na temelju toga reakcije se dijele na monomolekularne, bimolekulske i trimolekulske.

Tada će reakcije tipa A -> B biti monomolekularne, na primjer:

a) C16H34 (t°C) -> CgH18 + C8H16 - reakcija krekiranja ugljikovodika;

b) CaC0 3 (t°C) -> CaO + C0 2 - termička razgradnja kalcijevog karbonata.
Reakcije tipa A + B -> C ili 2A -> C - su bimolekularne, npr.
a) C + 0 2 -> C0 2; b) 2H 2 0 2 -> 2H 2 0 + 0 2, itd.

Trimolekulske reakcije opisuju se općim jednadžbama kao što su:

a) A + B + C D; b) 2A + B D; c) 3A D.

Na primjer: a) 2H 2 + 0 2 2H 2 0; b) 2NO + H 2 N 2 0 + H 2 0.

Brzinu reakcija, ovisno o molekularnosti, izrazit ćemo jednadžbama: a) V = do CA - za monomolekulsku reakciju; b) V = na C A C u ili c) V = na C 2 A - za bimolekulsku reakciju; d) V = k C C u C e e) V = k C 2 A C u ili f) V = k C 3 A - za trimolekulsku reakciju.

Molekularnost je broj molekula koje reagiraju u jednom elementarnom kemijskom činu.

Često je molekularnost reakcije teško ustanoviti, pa se koristi formalniji znak – redoslijed kemijske reakcije.

Redoslijed reakcije jednak je zbroju eksponenata potencije koncentracije u jednadžbi koja izražava ovisnost brzine reakcije o koncentraciji reaktanata (kinetička jednadžba).

Redoslijed reakcije najčešće se ne poklapa s molekularnošću zbog činjenice da je mehanizam reakcije, tj. "elementarni čin" reakcije (vidi definiciju znaka molekularnosti), teško ustanoviti.

Razmotrimo niz primjera koji ilustriraju ovu poziciju.

1. Brzina otapanja kristala opisana je kinetičkim jednadžbama nultog reda, unatoč monomolekularnoj prirodi reakcije: AgCl (TB) ->Ag + + CI", V = k C(AgCl (TB p= k"C( AgCl (ra)) - p - gustoća i konstantna je vrijednost, tj. brzina otapanja ne ovisi o količini (koncentraciji) otopljene tvari.

2. Reakcija hidrolize saharoze: CO + H 2 0 -> C 6 H 12 0 6 (glukoza) + C 6 H 12 0 6 (fruktoza) je bimolekulska reakcija, ali je njena kinetika opisana kinetikom prvog reda jednadžba: V = k*C cax, budući da je u eksperimentalnim uvjetima, uključujući i u tijelu, koncentracija vode konstantna vrijednost C(H 2 0) - konst.

3.
Reakcija razgradnje vodikovog peroksida, koja se odvija uz sudjelovanje katalizatora, i anorganskih iona Fe 3+, Cu 2+ metalne platine i bioloških enzima, na primjer katalaze, ima opći oblik:

2H 2 0 2 -> 2H 2 0 + O tj. bimolekulski je.

Ovisnost brzine reakcije o koncentraciji. Kinetičke jednadžbe reakcija prvog, drugog i nultog reda. Eksperimentalne metode za određivanje brzine i konstante brzine reakcija.

Ovisnost brzine reakcije o temperaturi. Van't Hoffovo pravilo. Temperaturni koeficijent brzine reakcije i njegove značajke za biokemijske procese.

γ-temperaturni koeficijent brzine reakcije.

Fizičko značenje vrijednosti γ je da pokazuje koliko se puta brzina reakcije mijenja s promjenom temperature za svakih 10 stupnjeva.

15. Pojam teorije aktivnih sudara. Energetski profil reakcije; energija aktivacije; Arrheniusova jednadžba. Uloga prostornog faktora. Pojam teorije prijelaznog stanja.

Odnos između konstante brzine, energije aktivacije i temperature opisan je Arrheniusovom jednadžbom: k T = k 0 *Ae~ E / RT, gdje su k t i k 0 konstante brzine na temperaturi T, a T e je baza prirodni logaritam, A je prostorni faktor.

Sterijski faktor A određuje vjerojatnost sudara dviju čestica koje reagiraju u aktivnom središtu molekule. Ovaj faktor je posebno važan za biokemijske reakcije s biopolimerima. U kiselinsko-baznim reakcijama, H + ion mora reagirati s terminalnom karboksilnom skupinom - COO." Međutim, neće svaki sudar H + iona s proteinskom molekulom dovesti do ove reakcije. Samo oni sudari koji se izravno događaju u nekim točkama makromolekula bit će učinkovite, zvane aktivni centri.

Iz Arrheniusove jednadžbe proizlazi da što je niža energija aktivacije E i viša temperatura T procesa, to je veća konstanta brzine.

Brzina kemijske reakcije raste s porastom temperature. Možete procijeniti povećanje brzine reakcije s temperaturom koristeći Van't Hoffovo pravilo. Prema pravilu, povećanje temperature za 10 stupnjeva povećava konstantu brzine reakcije za 2-4 puta:

Ovo pravilo ne vrijedi na visokim temperaturama, kada se konstanta brzine gotovo ne mijenja s temperaturom.

Van't Hoffovo pravilo omogućuje brzo određivanje roka trajanja lijeka. Povećanje temperature povećava brzinu razgradnje lijeka. Time se skraćuje vrijeme potrebno za određivanje roka valjanosti lijeka.

Metoda je da se lijekovi drže na povišenoj temperaturi T određeno vrijeme tT, količina razgrađenog lijeka m se pronađe i preračuna na standardnu ​​temperaturu skladištenja od 298K. S obzirom da je proces razgradnje lijeka reakcija prvog reda, brzina pri odabranoj temperaturi T i T = 298 K izražava se:

Uzimajući u obzir da je masa razgrađenog lijeka ista za standardne i stvarne uvjete skladištenja, brzina razgradnje može se izraziti kao:

Uzimajući T=298+10n, gdje je n = 1,2,3…,

Konačni izraz za rok trajanja lijeka dobiva se u standardnim uvjetima od 298K:

Teorija aktivnih sudara. Energija aktivacije. Arrheniusova jednadžba. Odnos između brzine reakcije i aktivacijske energije.

Teoriju aktivnih sudara formulirao je S. Arrhenius 1889. godine. Ova teorija temelji se na ideji da su za odvijanje kemijske reakcije neophodni sudari između molekula polaznih tvari, a broj sudara određen je intenzitetom toplinskog gibanja molekula, tj. ovisi o temperaturi. Ali ne dovodi svaki sudar molekula do kemijske transformacije: samo aktivni sudar dovodi do nje.

Aktivni sudari su sudari koji se događaju npr. između molekula A i B s velikom količinom energije. Minimalna količina energije koju moraju imati molekule polaznih tvari da bi njihov sraz bio aktivan naziva se energetska barijera reakcije.

Aktivacijska energija je višak energije koji se može priopćiti ili prenijeti na jedan mol tvari.

Energija aktivacije značajno utječe na vrijednost konstante brzine reakcije i njezinu ovisnost o temperaturi: što je veći Ea, to je konstanta brzine manja i značajnije na nju utječe promjena temperature.

Konstanta brzine reakcije povezana je s aktivacijskom energijom složenim odnosom opisanim Arrheniusovom jednadžbom:

k=Ae–Ea/RT, gdje je A predeksponencijalni faktor; Ea je energija aktivacije, R je univerzalna plinska konstanta jednaka 8,31 J/mol; T – apsolutna temperatura;

e-baza prirodnih logaritama.

Međutim, opažene konstante brzine reakcije obično su mnogo manje od onih izračunatih iz Arrheniusove jednadžbe. Stoga se jednadžba za konstantu brzine reakcije modificira kako slijedi:

(minus ispred svih razlomaka)

Množitelj uzrokuje da se temperaturna ovisnost konstante brzine razlikuje od Arrheniusove jednadžbe. Budući da se Arrheniusova aktivacijska energija izračunava kao nagib logaritamske ovisnosti brzine reakcije o inverznoj temperaturi, tada se isto radi s jednadžbom , dobivamo:

Značajke heterogenih reakcija. Brzina heterogenih reakcija i njezini determinirajući čimbenici. Kinetička i difuzijska područja heterogenih procesa. Primjeri heterogenih reakcija od interesa za farmaciju.

HETEROGENE REAKCIJE, kem. reakcije koje uključuju tvari u razgradnju. faze i zajedno čine heterogeni sustav. Tipične heterogene reakcije: toplinska. razgradnja soli uz stvaranje plinovitih i krutih produkata (npr. CaCO3 -> CaO + CO2), redukcija metalnih oksida vodikom ili ugljikom (npr. PbO + C -> Pb + CO), otapanje metala u kiselinama (na primjer, Zn + + H2SO4 -> ZnSO4 + H2), interakcija. čvrsti reagensi (A12O3 + NiO -> NiAl2O4). Posebna klasa uključuje heterogene katalitičke reakcije koje se odvijaju na površini katalizatora; Štoviše, reaktanti i produkti ne moraju biti u različitim fazama. Smjer, tijekom reakcije N2 + + ZH2 -> 2NH3 koja se odvija na površini željeznog katalizatora, reaktanti i produkt reakcije su u plinovitoj fazi i tvore homogeni sustav.

Značajke heterogenih reakcija posljedica su sudjelovanja kondenziranih faza u njima. To otežava miješanje i transport reagensa i proizvoda; moguća je aktivacija molekula reagensa na međupovršini. Kinetika bilo koje heterogene reakcije određena je brzinom same kemikalije. transformacijama, kao i procesima prijenosa (difuzijom) potrebnim za nadoknadu potrošnje reagirajućih tvari i uklanjanje produkata reakcije iz reakcijske zone. U nedostatku difuzijskih prepreka, brzina heterogene reakcije proporcionalna je veličini reakcijske zone; ovo je specifična brzina reakcije izračunata po jedinici površine (ili volumena) reakcije. zone, ne mijenja se tijekom vremena; za jednostavne (jednostupanjske) reakcije može biti određena na temelju važećeg zakona mase. Ovaj zakon nije zadovoljen ako se difuzija tvari odvija sporije od kemijske. okrug; u ovom slučaju promatrana brzina heterogene reakcije opisana je jednadžbama kinetike difuzije.

Brzina heterogene reakcije je količina tvari koja reagira ili se formira tijekom reakcije po jedinici vremena po jedinici površine faze.

Čimbenici koji utječu na brzinu kemijske reakcije:

Priroda reaktanata

Koncentracija reagensa,

Temperatura,

Prisutnost katalizatora.

Vheterogen = Δp(S Δt), gdje je Vheterog brzina reakcije u heterogenom sustavu; n je broj molova bilo koje tvari nastale reakcijom; V je volumen sustava; t - vrijeme; S je površina faze na kojoj se odvija reakcija; Δ - predznak prirasta (Δp = p2 - p1; Δt = t2 - t1).

Zadatak br. 1. Interakcija sa slobodnim kisikom dovodi do stvaranja visoko toksičnog dušikovog dioksida / /, iako se ova reakcija odvija sporo u fiziološkim uvjetima i pri niskim koncentracijama ne igra značajnu ulogu u toksičnom oštećenju stanica, međutim, patogeni učinci naglo se povećavaju s njegovim hiperprodukcija. Odredite koliko se puta poveća brzina interakcije dušikovog oksida (II) s kisikom kada se tlak u smjesi početnih plinova udvostruči, ako je brzina reakcije opisana jednadžbom ?

Riješenje.

1. Udvostručenje tlaka je jednako udvostručavanju koncentracije ( S) I . Stoga, stope međudjelovanja odgovaraju i uzimat će, u skladu sa zakonom djelovanja mase, izraze: I

Odgovor. Brzina reakcije će se povećati 8 puta.

Zadatak br. 2. Smatra se da je koncentracija klora (zelenkasti plin oštrog mirisa) u zraku iznad 25 ppm opasna po život i zdravlje, ali postoje dokazi da ako se pacijent oporavio od akutnog teškog trovanja ovim plinom, tada se ne opažaju zaostali učinci. Odredite kako će se promijeniti brzina reakcije koja se odvija u plinovitoj fazi ako povećate za 3 puta: koncentraciju, koncentraciju, 3) tlak / /?

Riješenje.

1. Označimo li koncentracije i s i , tada će izraz za brzinu reakcije imati oblik: .

2. Nakon povećanja koncentracija za 3 puta, one će biti jednake za i za . Stoga će izraz za brzinu reakcije imati oblik: 1) 2)

3. Povećanje tlaka povećava koncentraciju plinovitih reaktanata za isti iznos, dakle

4. Povećanje brzine reakcije u odnosu na početnu određeno je omjerom, odnosno: 1) , 2) , 3) .

Odgovor. Brzina reakcije će se povećati za: 1) , 2) , 3) ​​​​puta.

Problem br. 3. Kako se mijenja brzina međudjelovanja polaznih tvari pri promjeni temperature od do ako je temperaturni koeficijent reakcije 2,5?

Riješenje.

1. Temperaturni koeficijent pokazuje kako se brzina reakcije mijenja sa svakom promjenom temperature (van't Hoffovo pravilo): .

2. Ako je promjena temperature: , tada uzimajući u obzir činjenicu da , dobivamo: . Odavde, .

3. Pomoću tablice antilogaritama nalazimo: .

Odgovor. Kada se temperatura promijeni (tj. poveća), brzina će se povećati za 67,7 puta.

Problem broj 4. Izračunajte temperaturni koeficijent brzine reakcije, znajući da se brzina povećava za faktor 128 kako se temperatura povećava.

Riješenje.

1. Ovisnost brzine kemijske reakcije o temperaturi izražava se empirijskim van’t Hoffovim pravilom:

.Rješavajući jednadžbu za , nalazimo: , . Prema tome =2

Odgovor. =2.

Problem br. 5. Za jednu od reakcija određene su dvije konstante brzine: na 0,00670 i na 0,06857. Odredite konstantu brzine za istu reakciju pri .

Riješenje.

1. Na temelju dvije vrijednosti konstanti brzine reakcije, koristeći Arrheniusovu jednadžbu, određujemo energiju aktivacije reakcije: . Za ovaj slučaj: Dakle: J/mol.

2. Izračunajte konstantu brzine reakcije pri , koristeći konstantu brzine pri i Arrheniusovu jednadžbu u izračunima: . Za ovaj slučaj: i uzimajući u obzir činjenicu da: , dobivamo: . Stoga,

Odgovor.

Izračun konstante kemijske ravnoteže i određivanje smjera pomaka ravnoteže korištenjem Le Chatelierovog načela .

Zadatak br. 6. Ugljični dioksid / / za razliku od ugljičnog monoksida / / ne narušava fiziološke funkcije i anatomsku cjelovitost živog organizma i njihov zagušujući učinak posljedica je samo prisutnosti u visokim koncentracijama i smanjenja postotka kisika u udahnutom zraku. Čemu je to jednako konstanta ravnoteže reakcije / /: na temperaturi, izraženo kroz: a) parcijalne tlakove tvari koje reagiraju; b) njihove molarne koncentracije, znajući da se sastav ravnotežne smjese izražava volumnim udjelima: , i , a ukupni tlak u sustavu Pa?

Riješenje.

1. Parcijalni tlak plina jednak je ukupnom tlaku pomnoženom s volumnim udjelom plina u smjesi, dakle:

2. Zamjenom ovih vrijednosti u izraz za konstantu ravnoteže, dobivamo:

3. Odnos između i utvrđuje se na temelju Mendeleev-Clapeyronove jednadžbe za idealne plinove i izražava se jednakošću: , gdje je razlika između broja molova plinovitih produkata reakcije i plinovitih polaznih tvari. Za ovu reakciju: . Zatim: .

Odgovor. Godišnje. .

Zadatak br. 7. U kojem smjeru će se pomaknuti ravnoteža u sljedećim reakcijama:

3. ;

a) s porastom temperature, b) s smanjenjem tlaka, c) s porastom koncentracije vodika?

Riješenje.

1. Kemijska ravnoteža u sustavu uspostavlja se pri stalnim vanjskim parametrima (itd.). Ako se ti parametri promijene, tada sustav izlazi iz stanja ravnoteže i počinje prevladavati izravna (desno) ili obrnuta reakcija (lijevo). Utjecaj različitih čimbenika na pomak u ravnoteži ogleda se u Le Chatelierovom principu.

2. Razmotrimo utjecaj sva 3 čimbenika koji utječu na kemijsku ravnotežu na gornje reakcije.

a) Kako temperatura raste, ravnoteža se pomiče prema endotermnoj reakciji, tj. reakcija koja nastaje uz apsorpciju topline. 1. i 3. reakcija su egzotermne / /, stoga će se s porastom temperature ravnoteža pomaknuti prema obrnutoj reakciji, au 2. reakciji / / - prema pravoj reakciji.

b) Smanjenjem tlaka ravnoteža se pomiče prema povećanju broja molova plinova, tj. prema većem pritisku. U 1. i 3. reakciji, lijeva i desna strana jednadžbe će imati isti broj molova plinova (2-2 odnosno 1-1). Prema tome, promjena tlaka neće uzrokovati pomaci u ravnoteži u sustavu. U 2. reakciji su 4 mola plinova na lijevoj strani i 2 mola na desnoj strani, dakle, kako se tlak smanjuje, ravnoteža će se pomaknuti prema obrnutoj reakciji.

V) Kako se koncentracija reakcijskih komponenti povećava, ravnoteža se pomiče prema njihovoj potrošnji. U prvoj reakciji vodik je prisutan u produktima, a povećanje njegove koncentracije pospješit će obrnutu reakciju tijekom koje se troši. U 2. i 3. reakciji vodik je među polaznim tvarima, pa povećanje njegove koncentracije pomiče ravnotežu prema reakciji koja se odvija utroškom vodika.

Odgovor.

a) S porastom temperature ravnoteža u reakcijama 1 i 3 će se pomaknuti ulijevo, au reakciji 2 - udesno.

b) Reakcije 1 i 3 neće biti pogođene smanjenjem tlaka, ali će u reakciji 2 ravnoteža biti pomaknuta ulijevo.

c) Povećanje temperature u reakcijama 2 i 3 dovest će do pomaka ravnoteže udesno, au reakciji 1 - ulijevo.

1.2. Situacijski zadaci br.7 do 21 učvrstiti gradivo (radi se u bilježnici protokola).

Zadatak br. 8. Kako će se promijeniti brzina oksidacije glukoze u tijelu kada se temperatura smanji od do ako je temperaturni koeficijent brzine reakcije 4?

Problem br. 9.Približnim Van't Hoffovim pravilom izračunajte koliko je potrebno povećati temperaturu da bi se brzina reakcije povećala 80 puta? Uzmite temperaturni koeficijent brzine jednak 3.

Zadatak br. 10. Da bi se reakcija praktično zaustavila, koristi se brzo hlađenje reakcijske smjese („zamrzavanje reakcije”). Odredite koliko će se puta promijeniti brzina reakcije kada se reakcijska smjesa ohladi s 40 na , ako je temperaturni koeficijent reakcije 2,7.

Zadatak br. 11. Izotop koji se koristi za liječenje nekih tumora ima poluživot od 8,1 dana. Nakon koliko vremena će se sadržaj radioaktivnog joda u tijelu pacijenta smanjiti za 5 puta?

Zadatak br.12. Hidroliza nekog sintetskog hormona (farmaceutski) je reakcija prvog reda s konstantom brzine od 0,25 (). Kako će se promijeniti koncentracija ovog hormona nakon 2 mjeseca?

Zadatak br.13. Radioaktivni poluživot je 5600 godina. U živom se organizmu konstantna količina održava zahvaljujući metabolizmu. U ostacima mamuta sadržaj je bio isti kao i izvorni. Odredite kada je mamut živio?

Problem br. 14. Poluživot insekticida (pesticida koji se koristi za suzbijanje insekata) je 6 mjeseci. Određena količina ulazila je u ležište, gdje je utvrđena koncentracija mol/l. Koliko je vremena potrebno da koncentracija insekticida padne na razinu mol/l?

Zadatak br.15. Masti i ugljikohidrati oksidiraju značajnom brzinom na temperaturi od 450 - 500 °, au živim organizmima - na temperaturi od 36 - 40 °. Koji je razlog naglog pada temperature potrebne za oksidaciju?

Problem br. 16. Vodikov peroksid se u vodenim otopinama razlaže na kisik i vodu. Reakciju ubrzavaju i anorganski katalizator (ion) i bioorganski katalizator (enzim katalaza). Aktivacijska energija reakcije u odsutnosti katalizatora je 75,4 kJ/mol. Ion ga smanjuje na 42 kJ/mol, a enzim katalaza - na 2 kJ/mol. Izračunajte omjer brzina reakcije u odsutnosti katalizatora u prisutnosti katalaze. Što se može zaključiti o aktivnosti enzima? Reakcija se odvija na temperaturi od 27 °C.

Problem br. 17 Konstanta brzine raspadanja penicilina za walkie-talkie J/mol.

1.3. Kontrolna pitanja

1. Objasnite što znače pojmovi: brzina reakcije, konstanta brzine?

2. Kako se izražavaju prosječne i stvarne brzine kemijskih reakcija?

3. Zašto ima smisla govoriti o brzini kemijskih reakcija samo za određeno vrijeme?

4. Formulirajte definiciju reverzibilne i ireverzibilne reakcije.

5. Definirajte zakon djelovanja masa. Odražava li se u jednakostima koje izražavaju ovaj zakon ovisnost brzine reakcije o prirodi reaktanata?

6. Kako brzina reakcije ovisi o temperaturi? Kako se zove aktivacijska energija? Što su aktivne molekule?

7. O kojim čimbenicima ovisi brzina homogenih i heterogenih reakcija? Navedite primjere.

8. Koji je redoslijed i molekularnost kemijskih reakcija? U kojim se slučajevima ne poklapaju?

9. Koje se tvari nazivaju katalizatorima? Koji je mehanizam ubrzanja djelovanja katalizatora?

10. Što je koncept "otrovanja katalizatorom"? Koje se tvari nazivaju inhibitorima?

11. Što se naziva kemijska ravnoteža? Zašto se zove dinamičan? Koje se koncentracije reaktanata nazivaju ravnotežnim?

12. Što se naziva konstantom kemijske ravnoteže? Ovisi li to o prirodi tvari koje reagiraju, njihovoj koncentraciji, temperaturi, tlaku? Koje su značajke matematičkog zapisa za konstantu ravnoteže u heterogenim sustavima?

13. Što je farmakokinetika lijekova?

14. Procesi koji se odvijaju s lijekom u tijelu kvantitativno su karakterizirani nizom farmakokinetičkih parametara. Navedite one glavne.

Problem 336.
Na 150°C neka reakcija se završi za 16 minuta. Uzimajući temperaturni koeficijent brzine reakcije jednak 2,5, izračunajte nakon kojeg će vremena ova reakcija završiti ako se provodi: a) pri 20 0 °C; b) na 80°C.
Riješenje:
Prema van't Hoffovom pravilu, ovisnost brzine o temperaturi izražava se jednadžbom:

v t i k t - konstanta brzine i brzine reakcije na temperaturi t°C; v (t + 10) i k (t + 10) su iste vrijednosti na temperaturi (t + 10 0 C); - temperaturni koeficijent brzine reakcije čija je vrijednost za većinu reakcija u rasponu od 2 – 4.

a) Uzimajući u obzir da je brzina kemijske reakcije pri danoj temperaturi obrnuto proporcionalna trajanju njezina odvijanja, zamijenimo podatke dane u postavci problema u formulu koja kvantitativno izražava Van’t Hoffovo pravilo, dobivamo:

b) Budući da se ova reakcija odvija uz smanjenje temperature, tada je pri danoj temperaturi brzina ove reakcije izravno proporcionalna trajanju njezina odvijanja, podatke dane u postavci problema zamijenimo formulom koja kvantitativno izražava van' t Hoffovo pravilo, dobivamo:

Odgovor: a) pri 200 0 C t2 = 9,8 s; b) pri 80 0 C t3 = 162 h 1 min 16 s.

Problem 337.
Hoće li se promijeniti vrijednost konstante brzine reakcije: a) pri zamjeni jednog katalizatora drugim; b) kada se mijenjaju koncentracije tvari koje reagiraju?
Riješenje:
Konstanta brzine reakcije je vrijednost koja ovisi o prirodi tvari koje reagiraju, o temperaturi i prisutnosti katalizatora, a ne ovisi o koncentraciji tvari koje reagiraju. Ona može biti jednaka brzini reakcije u slučaju kada su koncentracije reaktanata jednake jedinici (1 mol/l).

a) Prilikom zamjene jednog katalizatora drugim, brzina određene kemijske reakcije će se promijeniti ili povećati. Ako se koristi katalizator, brzina kemijske reakcije će se povećati, a time će se povećati i vrijednost konstante brzine reakcije. Do promjene vrijednosti konstante brzine reakcije doći će i kod zamjene jednog katalizatora drugim, što će povećati ili smanjiti brzinu te reakcije u odnosu na izvorni katalizator.

b) Kada se promijeni koncentracija reaktanata, promijenit će se vrijednosti brzine reakcije, ali se vrijednost konstante brzine reakcije neće promijeniti.

Problem 338.
Ovisi li toplinski učinak reakcije o njezinoj energiji aktivacije? Obrazloži odgovor.
Riješenje:
Toplinski učinak reakcije ovisi samo o početnom i završnom stanju sustava i ne ovisi o međufazama procesa. Aktivacijska energija je višak energije koji moraju imati molekule tvari da bi njihovim sudarom došlo do stvaranja nove tvari. Energija aktivacije se može promijeniti povećanjem ili smanjenjem temperature, snižavanjem ili povećanjem u skladu s tim. Katalizatori smanjuju aktivacijsku energiju, a inhibitori je smanjuju.

Dakle, promjena aktivacijske energije dovodi do promjene brzine reakcije, ali ne i do promjene toplinskog učinka reakcije. Toplinski učinak reakcije je stalna vrijednost i ne ovisi o promjenama aktivacijske energije za određenu reakciju. Na primjer, reakcija stvaranja amonijaka iz dušika i vodika ima oblik:

Ova reakcija je egzotermna, > 0). Reakcija se odvija uz smanjenje broja molova reagirajućih čestica i broja molova plinovitih tvari, što dovodi sustav iz manje stabilnog stanja u stabilnije, entropija se smanjuje,< 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:

Problem 339.
Za koju je reakciju, izravnu ili obrnutu, energija aktivacije veća ako se pri izravnoj reakciji oslobađa toplina?
Riješenje:
Razlika između energija aktivacije prednje i obrnute reakcije jednaka je toplinskom učinku: H = E a(okr.) - E a(okr.) . Ova reakcija se odvija uz oslobađanje topline, tj. je egzotermna,< 0 Исходя из этого, энергия активации прямой реакции имеет меньшее значение, чем энергия активации обратной реакции:
E a (npr.)< Е а(обр.) .

Odgovor: E a (npr.)< Е а(обр.) .

Problem 340.
Koliko će se puta povećati brzina reakcije koja se odvija na 298 K ako se njena aktivacijska energija smanji za 4 kJ/mol?
Riješenje:
Označimo smanjenje aktivacijske energije s Ea, a konstante brzine reakcije prije i poslije smanjenja aktivacijske energije s k odnosno k." Koristeći Arrheniusovu jednadžbu, dobivamo:

E a - energija aktivacije, k i k" - konstante brzine reakcije, T - temperatura u K (298).
Zamjenom podataka problema u posljednju jednadžbu i izražavanjem aktivacijske energije u džulima izračunavamo povećanje brzine reakcije:

Odgovor: 5 puta.