A reakció hőmérsékleti együtthatójának képlete. A kémiai reakció sebességének hőmérsékleti együtthatója (van't Hoff-szabály)

336. feladat.
150 °C-on néhány reakció 16 perc alatt lezajlik. A reakciósebesség 2,5-tel egyenlő hőmérsékleti együtthatóját figyelembe véve számítsa ki, mennyi ideig fog ez a reakció befejeződni, ha a következőképpen zajlik le: a) 20 °C-on 0 °С; b) 80 °C-on.
Megoldás:
A van't Hoff-szabály szerint a sebesség hőmérséklettől való függését a következő egyenlet fejezi ki:

v t és k t - a reakció sebessége és sebességi állandója t°C hőmérsékleten; v (t + 10) és k (t + 10) ugyanazok az értékek hőmérsékleten (t + 10 0 C); - a reakciósebesség hőmérsékleti együtthatója, amelynek értéke a legtöbb reakciónál 2-4 tartományba esik.

a) Tekintettel arra, hogy egy adott hőmérsékleten a kémiai reakció sebessége fordítottan arányos lefutásának időtartamával, a feladat feltételében megadott adatokat behelyettesítjük a van't Hoff-szabályt kvantitatívan kifejező képletbe, így kapjuk :

b) Mivel ez a reakció a hőmérséklet csökkenésével megy végbe, így adott hőmérsékleten ennek a reakciónak a sebessége egyenesen arányos lefutásának időtartamával, ezért a feladat feltételében megadott adatokat behelyettesítjük egy képletbe, amely mennyiségileg kifejezi a reakciót. van't Hoff szabály, azt kapjuk, hogy:

Válasz: a) 200 0 С-on t2 = 9,8 s; b) 80 0 С-on t3 = 162 óra 1 perc 16 s.

337. feladat.
Változik-e a reakciósebesség-állandó értéke: a) ha az egyik katalizátort egy másikra cseréljük; b) mikor változik a reagensek koncentrációja?
Megoldás:
A reakciósebesség állandó egy olyan érték, amely a reagensek természetétől, a hőmérséklettől és a katalizátorok jelenlététől függ, és nem függ a reagensek koncentrációjától. Egyenlő lehet a reakciósebességgel abban az esetben, ha a reagensek koncentrációja egységnyi (1 mol/l).

a) Ha az egyik katalizátort egy másikkal helyettesítjük, az adott kémiai reakció sebessége megváltozik, vagy nő. Katalizátor alkalmazása esetén a kémiai reakció sebessége nő, és ennek megfelelően a reakciósebesség állandó értéke is nő. A reakciósebesség állandó értéke akkor is megváltozik, ha az egyik katalizátort egy másikkal helyettesítjük, ami növeli vagy csökkenti a reakció sebességét az eredeti katalizátorhoz képest.

b) Ha a reagensek koncentrációja megváltozik, a reakciósebesség értékei megváltoznak, és a reakciósebesség állandó értéke nem változik.

338. feladat.
Függ-e a reakció hőhatása az aktiválási energiától? Indokolja a választ.
Megoldás:
A reakció termikus hatása csak a rendszer kezdeti és végső állapotától függ, és nem függ a folyamat közbenső szakaszaitól. Az aktiválási energia az a többletenergia, amellyel az anyagok molekuláinak rendelkezniük kell ahhoz, hogy ütközésük új anyag képződéséhez vezessen. Az aktiválási energia a hőmérséklet emelésével vagy csökkentésével, illetve csökkentésével vagy növelésével változtatható. A katalizátorok csökkentik az aktiválási energiát, míg az inhibitorok csökkentik azt.

Így az aktiválási energia változása a reakciósebesség változásához vezet, de nem a reakcióhő változásához. A reakció hőhatása állandó érték, és nem függ az adott reakció aktiválási energiájának változásától. Például az ammónia nitrogénből és hidrogénből történő képződésének reakciója a következő:

Ez a reakció exoterm, > 0). A reakció a reagáló részecskék mólszámának és a gáznemű anyagok mólszámának csökkenésével megy végbe, ami a rendszert kevésbé stabil állapotból stabilabbba hozza, az entrópia csökken.< 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:

339. feladat.
Melyik közvetlen vagy fordított reakció esetén nagyobb az aktiválási energia, ha a közvetlen reakció hőkibocsátással megy végbe?
Megoldás:
A közvetlen és fordított reakciók aktiválási energiái közötti különbség megegyezik a termikus hatással: H \u003d E a (pr.) - E a (arr.) . Ez a reakció hőkibocsátással megy végbe, azaz exoterm,< 0 Исходя из этого, энергия активации прямой реакции имеет меньшее значение, чем энергия активации обратной реакции:
E a(pl.)< Е а(обр.) .

Válasz: E a(pl.)< Е а(обр.) .

340. feladat.
Hányszorosára nő a 298 K hőmérsékleten lezajló reakció sebessége, ha aktiválási energiája 4 kJ/mol-al csökken?
Megoldás:
Jelöljük Ea-val az aktiválási energia csökkenését, az aktiválási energia csökkenése előtti és utáni reakció sebességi állandóit pedig k-val, illetve k-val. Az Arrhenius-egyenlet felhasználásával kapjuk:

E a az aktiválási energia, k és k" a reakció sebességi állandói, T a hőmérséklet K-ban (298).
A feladat adatait az utolsó egyenletbe behelyettesítve és az aktiválási energiát joule-ban kifejezve kiszámítjuk a reakciósebesség növekedését:

Válasz: 5 alkalommal.

A reakció lefolyását befolyásoló tényezők

Az emberi szervezetben több ezer enzimreakció megy végbe egy élő sejtben. A folyamatok többlépcsős láncolatában azonban meglehetősen nagy a különbség az egyes reakciók sebessége között. Így a fehérjemolekulák szintézisét egy sejtben még legalább két szakasz előzi meg: a transzfer RNS szintézise és a riboszómák szintézise. De az az idő, amely alatt a tRNS-molekulák koncentrációja megduplázódik, 1,7 perc, a fehérjemolekuláké 17 perc, a riboszómáké pedig 170 perc. A lassú (limitáló) szakasz teljes folyamatának sebessége, példánkban a riboszóma szintézis sebessége. A korlátozó reakció jelenléte nagy megbízhatóságot és rugalmasságot biztosít a sejtben előforduló reakciók ezrei szabályozásában. Elég megfigyelés alatt tartani és csak a leglassabbakat szabályozni. A többlépcsős szintézis sebességének szabályozásának ezt a módszerét minimum elvnek nevezzük. Lehetővé teszi a sejt autoregulációs rendszerének jelentős egyszerűsítését és megbízhatóbbá tételét.

A kinetikában használt reakciók osztályozása: reakciók, homogén, heterogén és mikroheterogén; egyszerű és összetett reakciók (párhuzamos, szekvenciális, konjugált, lánc). A reakció elemi aktusának molekularitása. Kinetikai egyenletek. Reakciók sorrendje. Fél élet

Mikroheterogén reakciók

A reakció molekulárisságát a reakció elemi aktusában kémiai kölcsönhatásba lépő molekulák száma határozza meg. Ennek alapján a reakciókat monomolekuláris, bimolekuláris és trimolekuláris csoportokra osztják.

Ekkor az A -> B típusú reakciók monomolekulárisak lesznek, például:

a) C 16 H 34 (t ° C) -> C g H 18 + C 8 H 16 - szénhidrogén krakkolási reakció;

b) CaC0 3 (t ° C) -> CaO + C0 2 - kalcium-karbonát hőbomlása.
Az olyan reakciók, mint az A + B -> C vagy a 2A -> C - bimolekulárisak, például:
a) C + 0 2 -> C0 2; b) 2Н 2 0 2 -> 2Н 2 0 + 0 2 stb.

A trimolekuláris reakciókat a következő típusú általános egyenletek írják le:

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

Például: a) 2Н 2 + 0 2 2Н 2 0; b) 2NO + H 2N 2 0 + H 2 0.

A molekularitástól függő reakciósebességet a következő egyenletekkel fejezzük ki: a) V = k C A - monomolekuláris reakció esetén; b) V = C A C-re vagy c) V = C 2 A-ra - bimolekuláris reakcióhoz; d) V = k C C -ben e) V = k C 2 A C -ben vagy e) V = k C 3 A - trimolekuláris reakcióhoz.

A molekularitás azon molekulák száma, amelyek egy elemi kémiai művelet során reagálnak.

Gyakran nehéz megállapítani egy reakció molekularitását, ezért formálisabb jelet használnak - a kémiai reakció sorrendjét.

A reakció sorrendje megegyezik a reakciósebességnek a reagensek koncentrációjától való függését kifejező egyenletben (a kinetikai egyenletben) szereplő koncentrációk kitevőinek összegével.

A reakció sorrendje leggyakrabban nem esik egybe a molekularitással, mivel a reakciómechanizmus, azaz a reakció "elemi aktusa" (lásd a molekularitás jelének definícióját) nehezen megállapítható.

Nézzünk meg néhány példát, amelyek illusztrálják ezt az álláspontot.

1. A kristályok oldódási sebességét a nulladrendű kinetika egyenletei írják le, a reakció monomolekuláris jellege ellenére: AgCl (TB) -> Ag + + CI", V = k C (AgCl (TB p = k " C (AgCl (ra)) - p - sűrűség és állandó érték, azaz az oldódási sebesség nem függ az oldott anyag mennyiségétől (koncentrációjától).

2. A szacharóz hidrolízis reakciója: CO + H 2 0 -> C 6 H 12 0 6 (glükóz) + C 6 H 12 0 6 (fruktóz) bimolekuláris reakció, de kinetikáját egy elsőrendű kinetika írja le egyenlet: V \u003d k * C cax , mivel kísérleti körülmények között, beleértve a testet is, a víz koncentrációja állandó érték С(Н 2 0) - állandó.

3.
A hidrogén-peroxid bomlási reakciója katalizátorok, mind a fémplatina Fe 3+, Cu 2+ szervetlen ionjai, mind pedig biológiai enzimek, például kataláz részvételével a következőképpen alakul:

2H 2 0 2 -\u003e 2H 2 0 + O e, azaz bimolekuláris.

A reakciósebesség függése a koncentrációtól. Első-, másod- és nulladrendű reakciók kinetikai egyenletei. Kísérleti módszerek a reakciók sebességének és sebességi állandójának meghatározására.

A reakciósebesség függése a hőmérséklettől. Van't Hoff szabály. A reakciósebesség hőmérsékleti együtthatója és jellemzői a biokémiai folyamatokhoz.

γ a reakciósebesség hőmérsékleti együtthatója.

A γ értékének fizikai jelentése az, hogy megmutatja, hányszor változik a reakciósebesség 10 fokonkénti hőmérsékletváltozással.

15. Az aktív ütközések elméletének fogalma. A reakció energiaprofilja; aktiválási energia; Arrhenius egyenlet. A sztérikus faktor szerepe. Az átmeneti állapot elméletének fogalma.

A sebességi állandó, az aktiválási energia és a hőmérséklet összefüggését az Arrhenius-egyenlet írja le: k T \u003d k 0 *Ae ~ E / RT, ahol k t és k 0 a sebességi állandók T hőmérsékleten, T e e pedig az alapja. a természetes logaritmus, A a sztérikus tényező.

Az A sztérikus faktor határozza meg a molekula aktív központjában lévő két reagáló részecske ütközésének valószínűségét. Ez a tényező különösen fontos a biopolimerekkel történő biokémiai reakciókban. A sav-bázis reakciókban a H + ionnak reagálnia kell a terminális karboxilcsoporttal - COO. Azonban nem minden H + ion ütközése fehérjemolekulával vezet ebbe a reakcióba, csak azok az ütközések, amelyek bizonyos pontokon közvetlenül végbemennek. A makromolekulák pontjait aktív központoknak nevezzük.

Az Arrhenius-egyenletből következik, hogy minél nagyobb a sebességi állandó, annál kisebb az aktiválási energia E és annál magasabb a folyamat T hőmérséklete.

A kémiai reakciók sebessége a hőmérséklet emelkedésével nő. A reakciósebesség hőmérséklet-emelkedése a van't Hoff-szabály segítségével becsülhető meg. A szabály szerint a hőmérséklet 10 fokkal történő emelkedése 2-4-szeresére növeli a reakció sebességi állandóját:

Ez a szabály nem teljesül magas hőmérsékleten, amikor a sebességi állandó alig változik a hőmérséklettel.

Van't Hoff szabálya lehetővé teszi, hogy gyorsan meghatározza a gyógyszer lejárati idejét. A hőmérséklet emelkedése növeli a gyógyszer bomlási sebességét. Ez lerövidíti a gyógyszer lejárati dátumának meghatározásához szükséges időt.

A módszer abból áll, hogy a gyógyszert megemelt T hőmérsékleten tartjuk egy bizonyos tT ideig, megtaláljuk a lebomlott m gyógyszer mennyiségét, és átszámoljuk 298K standard tárolási hőmérsékletre. Figyelembe véve a gyógyszer bomlási folyamatát elsőrendű reakciónak, a sebességet a kiválasztott T hőmérsékleten és T = 298K-on fejezzük ki:

Tekintve, hogy a lebontott gyógyszer tömege a szokásos és a valós tárolási körülmények között azonos, a bomlási sebességek a következő egyenletekkel fejezhetők ki:

Feltételezve, hogy T=298+10n, ahol n = 1,2,3…,

Szerezze meg a gyógyszer eltarthatóságának végső kifejezését standard körülmények között 298K:

Az aktív ütközések elmélete. Aktiválási energia. Arrhenius egyenlet. A reakciósebesség és az aktiválási energia kapcsolata.

Az aktív ütközések elméletét S. Arrhenius fogalmazta meg 1889-ben. Ez az elmélet azon az elgondoláson alapul, hogy a kémiai reakció létrejöttéhez ütközésre van szükség a kiindulási anyagok molekulái között, és az ütközések számát a molekulák hőmozgásának intenzitása határozza meg, azaz. hőmérséklet függő. De nem minden molekulaütközés vezet kémiai átalakuláshoz: csak az aktív ütközés vezet oda.

Az aktív ütközések olyan ütközések, amelyek például az A és B molekulák között nagy energiájúak. Azt a minimális energiát, amellyel a kiindulási anyagok molekuláinak rendelkezniük kell ahhoz, hogy ütközésük aktív legyen, a reakció energiagátjának nevezzük.

Az aktiválási energia az a többletenergia, amely egy mól anyagra továbbítható vagy átadható.

Az aktiválási energia jelentősen befolyásolja a reakciósebesség-állandó értékét és a hőmérséklettől való függését: minél nagyobb az Ea, annál kisebb a sebességi állandó és annál jelentősebben hat rá a hőmérséklet változása.

A reakciósebesség-állandót az Arrhenius-egyenlet által leírt komplex összefüggés alapján kapcsoljuk össze az aktiválási energiával:

k=Ae–Ea/RT, ahol A a preexponenciális tényező; Ea az aktiválási energia, R az univerzális gázállandó, amely 8,31 j/mol; T az abszolút hőmérséklet;

e a természetes logaritmusok alapja.

A megfigyelt reakciósebesség-állandók azonban általában sokkal kisebbek, mint az Arrhenius-egyenlet alapján számítottak. Ezért a reakciósebesség-állandó egyenlete a következőképpen módosul:

(mínusz a teljes töredék előtt)

A szorzó hatására a sebességi állandó hőmérsékletfüggése eltér az Arrhenius-egyenlettől. Mivel az Arrhenius aktiválási energiáját a reakciósebesség reciprok hőmérséklettől való logaritmikus függésének meredekségeként számítjuk ki, akkor ugyanezt az egyenlettel , kapunk:

A heterogén reakciók jellemzői. A heterogén reakciók sebessége és az azt meghatározó tényezők. Heterogén folyamatok kinetikai és diffúziós régiói. Példák a gyógyszerészet szempontjából érdekes heterogén reakciókra.

HETEROGÉN REAKCIÓK, chem. reakciók, amelyekben a bomlásban lévő anyagok vesznek részt. fázisok, és együtt alkotnak egy heterogén rendszert. Tipikus heterogén reakciók: termikus. sók lebontása gáznemű és szilárd termékekké (pl. CaCO3 -> CaO + CO2), fém-oxidok redukciója hidrogénnel vagy szénnel (pl. PbO + C -> Pb + CO), fémek oldódása savakban (pl. Zn + + H2SO4 -> ZnSO4 + H2), kölcsönhatás. szilárd reagensek (A12O3 + NiO -> NiAl2O4). Egy speciális osztályban megkülönböztetik a katalizátor felületén lejátszódó heterogén katalitikus reakciókat; ebben az esetben a reagensek és a termékek nem lehetnek különböző fázisúak. Irány, a vaskatalizátor felületén lejátszódó N2 + + 3H2 -> 2NH3 reakcióban a reagensek és a reakciótermék gázfázisban vannak és homogén rendszert alkotnak.

A heterogén reakciók jellemzőit a kondenzált fázisok részvétele okozza. Ez megnehezíti a reagensek és termékek keverését és szállítását; lehetséges a reagens molekulák aktiválása a határfelületen. Bármely heterogén reakció kinetikáját magának a vegyi anyagnak a sebességeként határozzuk meg. átalakítások és átviteli folyamatok (diffúzió), amelyek a reaktánsok fogyasztásának pótlásához és a reakciótermékek eltávolításához szükségesek a reakciózónából. A diffúziós akadályok hiányában a heterogén reakció sebessége arányos a reakciózóna méretével; ez a fajlagos reakciósebesség neve, amelyet a reakció egységnyi felületére (vagy térfogatára) számítanak. zónák, időben nem változik; egyszerű (egylépéses) reakcióknál lehet törvény cselekvő tömegei alapján határozzák meg. Ez a törvény nem teljesül, ha az anyagok diffúziója lassabban megy végbe, mint a kémiai. kerület; ebben az esetben a heterogén reakció megfigyelt sebességét a diffúziós kinetika egyenletei írják le.

A heterogén reakció sebessége annak az anyagnak a mennyisége, amely egységnyi idő alatt a fázisfelület egységnyi területére vetítve lép be a reakcióba vagy képződik a reakció során.

A kémiai reakció sebességét befolyásoló tényezők:

A reaktánsok természete

A reagensek koncentrációja,

Hőfok,

Katalizátor jelenléte.

Vheterog = Δp(S Δt), ahol Vheterog a reakciósebesség heterogén rendszerben; n a reakcióból származó bármely anyag mólszáma; V a rendszer térfogata; t - idő; S annak a fázisnak a felülete, amelyen a reakció lezajlik; Δ - növekedési előjel (Δp = p2 - p1; Δt = t2 - t1).

feladat # 1. A szabad oxigénnel való kölcsönhatás erősen mérgező nitrogén-dioxid képződéshez vezet //, bár ez a reakció fiziológiás körülmények között lassan megy végbe, és alacsony koncentrációban nincs jelentős szerepe a toxikus sejtkárosodásban, azonban a patogén hatások meredeken megnövekednek a hiperprodukciója. Határozza meg, hányszorosára nő a nitrogén-monoxid (II) oxigénnel való kölcsönhatásának sebessége, ha a nyomás a kezdeti gázok keverékében megkétszereződik, ha a reakciósebesség egyenlet írja le ?

Megoldás.

1. A nyomás megkétszerezése megegyezik a koncentráció megkétszerezésével ( Val vel) és . Ezért a kölcsönhatási sebességek megfelelnek és a tömeghatás törvényének megfelelően a következő kifejezéseket veszik fel: és

Válasz. A reakciósebesség 8-szorosára nő.

feladat # 2. Úgy gondolják, hogy a levegőben lévő klór (szúrós szagú zöldes gáz) koncentrációja 25 ppm felett veszélyes az életre és az egészségre, de bizonyítékok vannak arra, hogy ha a beteg felgyógyult az ezzel a gázzal történt akut súlyos mérgezésből, akkor nem figyelhető meg maradványhatás. Határozza meg, hogyan változik a reakciósebesség: , gázfázisban haladva, ha 3-szorosára növeljük: koncentráció , koncentráció , 3) ​​nyomás / /?

Megoldás.

1. Ha jelöljük a koncentrációkat, illetve keresztül és , akkor a reakciósebesség kifejezése a következő alakot ölti: .

2. A koncentrációk 3-szoros növelése után egyenlőek lesznek a -ra és -re. Ezért a reakciósebesség kifejezése a következő formában lesz: 1) 2)

3. A nyomás növekedése ugyanakkora mértékben növeli a gáznemű reaktánsok koncentrációját, ezért

4. A reakciósebesség kezdeti sebességhez viszonyított növekedését a következő arány határozza meg: 1) , 2) , 3) .

Válasz. A reakciósebesség növekszik: 1), 2), 3) alkalommal.

3. feladat. Hogyan változik a kiindulási anyagok kölcsönhatásának sebessége a hőmérséklet változásával ról -ra, ha a reakció hőmérsékleti együtthatója 2,5?

Megoldás.

1. A hőmérsékleti együttható megmutatja, hogyan változik a reakciósebesség a hőmérséklet változásával minden egyes (van't Hoff-szabály):.

2. Ha a hőmérséklet változás: , akkor azt a tényt figyelembe véve a következőt kapjuk: . Ennélfogva, .

3. Az antilogaritmusok táblázata szerint a következőket találjuk: .

Válasz. A hőmérséklet változásával (azaz emelkedéssel) a sebesség 67,7-szeresére nő.

4. feladat. Számítsa ki a reakciósebesség hőmérsékleti együtthatóját, tudva, hogy a hőmérséklet emelkedésével a sebesség 128-szorosára nő.

Megoldás.

1. A kémiai reakció sebességének hőmérséklettől való függését a van't Hoff-ökölszabály fejezi ki:

.A -re vonatkozó egyenletet megoldva azt kapjuk, hogy: , . Ezért =2

Válasz. =2.

5. számú feladat. Az egyik reakcióhoz két sebességi állandót határoztunk meg: 0,00670-nél és 0,06857-nél. Határozzuk meg ugyanazon reakció sebességi állandóját -nél.

Megoldás.

1. A reakciósebesség-állandók két értéke alapján, az Arrhenius-egyenlet segítségével meghatározzuk a reakció aktiválási energiáját: . Erre az esetre: Innen: J/mol.

2. Számítsa ki a reakciósebesség-állandót az at sebességi állandóval és az Arrhenius-egyenlettel a számításokban: . Ebben az esetben: és tekintettel arra, hogy: , kapunk: . Következésképpen,

Válasz.

A kémiai egyensúlyi állandó kiszámítása és az egyensúlyi eltolódás irányának meghatározása a Le Chatelier-elv szerint .

6. számú feladat. A szén-dioxid / / a szén-monoxiddal ellentétben / / nem sérti az élő szervezet fiziológiai funkcióit és anatómiai integritását, és fojtó hatásuk csak a nagy koncentrációban való jelenlétnek és a belélegzett levegő oxigén százalékos arányának csökkenéséből adódik. Amivel egyenlő reakció egyensúlyi állandó / /: hőmérsékleten, amelyet a következőkben fejezünk ki: a) a reagensek parciális nyomása; b) moláris koncentrációjukat, tudva, hogy az egyensúlyi keverék összetételét térfogati hányadban fejezzük ki: , és , és a rendszerben a teljes nyomás Pa?

Megoldás.

1. Egy gáz parciális nyomása egyenlő a teljes nyomás szorzata a keverékben lévő gáz térfogati hányadával, tehát:

2. Ha ezeket az értékeket behelyettesítjük az egyensúlyi állandó kifejezésébe, a következőt kapjuk:

3. A és közötti összefüggést az ideális gázok Mengyelejev Clapeyron-egyenlete alapján állapítjuk meg, és az egyenlőséggel fejezzük ki: , ahol a gáznemű reakciótermékek és a gáznemű kiindulási anyagok mólszámának különbsége. Ehhez a reakcióhoz: Akkor: .

Válasz. Pa. .

7. számú feladat. Milyen irányba tolódik el az egyensúly a következő reakciókban:

3. ;

a) a hőmérséklet emelkedésével, b) a nyomás csökkenésével, c) a hidrogén koncentrációjának növekedésével?

Megoldás.

1. A rendszerben a kémiai egyensúly a külső paraméterek (stb.) állandóságával jön létre. Ha ezek a paraméterek megváltoznak, akkor a rendszer kilép az egyensúlyi állapotból, és a közvetlen (jobbra) vagy a fordított reakció (balra) kezd érvényesülni. Különböző tényezők hatását az egyensúly eltolódására tükrözi Le Chatelier elv.

2. Tekintsük mind a három, a kémiai egyensúlyt befolyásoló tényező hatását a fenti reakciókra!

a) A hőmérséklet emelkedésével az egyensúly egy endoterm reakció felé tolódik el, azaz. reakció, amely a hő elnyelésével megy végbe. Az 1. és 3. reakció exoterm / /, ezért a hőmérséklet emelkedésével az egyensúly a fordított reakció, a 2. reakcióban / / - a közvetlen reakció felé tolódik el.

b) A nyomás csökkenésekor az egyensúly a gázok mólszámának növekedése felé tolódik el, azaz. nagyobb nyomás felé. Az 1. és 3. reakcióban az egyenlet bal és jobb oldalán ugyanannyi gázmol lesz (2-2, illetve 1-1). Tehát a nyomásváltozás nem okoz egyensúlyi eltolódások a rendszerben. A 2. reakcióban a bal oldalon 4 mol, a jobb oldalon 2 mol gáz található, ezért a nyomás csökkenésével az egyensúly a fordított reakció felé tolódik el.

ban ben) A reakciókomponensek koncentrációjának növekedésével az egyensúly a fogyasztásuk felé tolódik el. Az 1. reakcióban hidrogén van a termékekben, és koncentrációjának növelése fokozza a fordított reakciót, melynek során elfogy. A 2. és 3. reakcióban a hidrogén az egyik kiindulási anyag, ezért koncentrációjának növekedése az egyensúlyt a hidrogénfogyasztással lezajló reakció felé tolja el.

Válasz.

a) Az 1. és 3. reakcióban a hőmérséklet emelkedésével az egyensúly balra, a 2. reakcióban pedig jobbra tolódik el.

b) Az 1. és 3. reakciót nem befolyásolja a nyomáscsökkenés, és a 2. reakcióban az egyensúly balra tolódik el.

c) A hőmérséklet emelkedése a 2. és 3. reakcióban az egyensúly jobbra, az 1. reakcióban balra való eltolódását vonja maga után.

1.2. №№ szituációs feladatok 7-től 21-ig az anyag összevonására (a jegyzőkönyvfüzetben végezni).

8. számú feladat. Hogyan változik a glükóz oxidáció sebessége a szervezetben a hőmérséklet csökkenésével ról-ra, ha a reakciósebesség hőmérsékleti együtthatója 4?

9. számú feladat.A hozzávetőleges van't Hoff-szabály segítségével számolja ki, hogy mennyivel kell a hőmérsékletet emelni, hogy a reakciósebesség 80-szorosára nőjön? Vegyük a hőmérsékleti sebességi együtthatót 3-mal.

10. számú feladat. A reakció gyakorlatilag leállítására a reakcióelegy gyors hűtését („a reakció lefagyasztását”) alkalmazzuk. Határozza meg, hogy a reakciósebesség hányszor változik meg, ha a reakcióelegyet 40 °C-ról lehűtjük, ha a reakció hőmérsékleti együtthatója 2,7.

11. számú feladat. Bizonyos daganatok kezelésére használt izotóp felezési ideje 8,1 nap. Mennyi idő elteltével ötszörösére csökken a radioaktív jód tartalma a páciens testében?

12. számú feladat. Egyes szintetikus hormonok (gyógyszerészeti) hidrolízise elsőrendű reakció, amelynek sebességi állandója 0,25 (). Hogyan változik ennek a hormonnak a koncentrációja 2 hónap után?

13. számú feladat. A radioaktív anyagok felezési ideje 5600 év. Élő szervezetben az anyagcsere miatt állandó mennyiség marad fenn. A mamut maradványaiban a tartalom az eredetiből származott. Mikor élt a mamut?

14. számú feladat. A rovarirtó szer (rovarok elleni védekezésre használt növényvédő szer) felezési ideje 6 hónap. Egy bizonyos mennyiség a tározóba került, ahol megállapították a mol/l koncentrációt. Mennyi idő alatt csökken a rovarölő szer koncentrációja a mol/l szintre?

15. számú feladat. A zsírok és szénhidrátok észrevehető sebességgel oxidálódnak 450-500 ° C-on, élő szervezetekben pedig 36-40 ° C-on. Mi az oka az oxidációhoz szükséges hőmérséklet hirtelen csökkenésének?

16. számú feladat. A hidrogén-peroxid vizes oldatokban oxigénre és vízre bomlik. A reakciót szervetlen katalizátor (ion) és bioorganikus (kataláz enzim) is felgyorsítja. A reakció aktiválási energiája katalizátor hiányában 75,4 kJ/mol. Az ion 42 kJ/mol-ra, a kataláz enzim 2 kJ/mol-ra csökkenti. Számítsa ki a reakciósebességek arányát katalizátor hiányában a és kataláz jelenlétében! Milyen következtetés vonható le az enzim aktivitásáról? A reakció 27 °C hőmérsékleten megy végbe.

17. számú feladat A penicillin szétesési sebességi állandója walkie-talkie-n J/mol.

1.3. tesztkérdések

1. Magyarázza meg, mit jelentenek a kifejezések: reakciósebesség, sebességi állandó?

2. Hogyan fejeződik ki a kémiai reakciók átlagos és valós sebessége?

3. Miért van értelme a kémiai reakciók sebességéről csak egy adott pillanatra beszélni?

4. Fogalmazza meg a reverzibilis és irreverzibilis reakciók definícióját!

5. Határozza meg a tömeghatás törvényét! Az ezt a törvényt kifejező egyenletek tükrözik-e a reakciósebesség függését a reaktánsok természetétől?

6. Hogyan függ a reakciósebesség a hőmérséklettől? Mi az aktiválási energia? Mik az aktív molekulák?

7. Milyen tényezők határozzák meg a homogén és heterogén reakció sebességét? Adj rá példákat.

8. Mi a kémiai reakciók sorrendje és molekulárissága? Milyen esetekben nem egyeznek?

9. Milyen anyagokat nevezünk katalizátoroknak? Mi a katalizátor hatásgyorsító mechanizmusa?

10. Mi a "katalizátormérgezés" fogalma? Milyen anyagokat nevezünk inhibitoroknak?

11. Mit nevezünk kémiai egyensúlynak? Miért hívják dinamikusnak? Milyen koncentrációjú reagenseket nevezünk egyensúlynak?

12. Mit nevezünk kémiai egyensúlyi állandónak? Függ-e a reagáló anyagok természetétől, koncentrációjuktól, hőmérsékletüktől, nyomásuktól? Milyen jellemzői vannak az egyensúlyi állandó matematikai jelölésének heterogén rendszerekben?

13. Mi a gyógyszerek farmakokinetikája?

14. A szervezetben a gyógyszerrel végbemenő folyamatokat számos farmakokinetikai paraméter kvantitatívan jellemzi. Adja meg a főbbeket.

336. feladat.
150 °C-on néhány reakció 16 perc alatt lezajlik. A reakciósebesség 2,5-tel egyenlő hőmérsékleti együtthatóját figyelembe véve számítsa ki, mennyi ideig fog ez a reakció befejeződni, ha a következőképpen zajlik le: a) 20 °C-on 0 °С; b) 80 °C-on.
Megoldás:
A van't Hoff-szabály szerint a sebesség hőmérséklettől való függését a következő egyenlet fejezi ki:

v t és k t - a reakció sebessége és sebességi állandója t°C hőmérsékleten; v (t + 10) és k (t + 10) ugyanazok az értékek hőmérsékleten (t + 10 0 C); - a reakciósebesség hőmérsékleti együtthatója, amelynek értéke a legtöbb reakciónál 2-4 tartományba esik.

a) Tekintettel arra, hogy egy adott hőmérsékleten a kémiai reakció sebessége fordítottan arányos lefutásának időtartamával, a feladat feltételében megadott adatokat behelyettesítjük a van't Hoff-szabályt kvantitatívan kifejező képletbe, így kapjuk :

b) Mivel ez a reakció a hőmérséklet csökkenésével megy végbe, így adott hőmérsékleten ennek a reakciónak a sebessége egyenesen arányos lefutásának időtartamával, ezért a feladat feltételében megadott adatokat behelyettesítjük egy képletbe, amely mennyiségileg kifejezi a reakciót. van't Hoff szabály, azt kapjuk, hogy:

Válasz: a) 200 0 С-on t2 = 9,8 s; b) 80 0 С-on t3 = 162 óra 1 perc 16 s.

337. feladat.
Változik-e a reakciósebesség-állandó értéke: a) ha az egyik katalizátort egy másikra cseréljük; b) mikor változik a reagensek koncentrációja?
Megoldás:
A reakciósebesség állandó egy olyan érték, amely a reagensek természetétől, a hőmérséklettől és a katalizátorok jelenlététől függ, és nem függ a reagensek koncentrációjától. Egyenlő lehet a reakciósebességgel abban az esetben, ha a reagensek koncentrációja egységnyi (1 mol/l).

a) Ha az egyik katalizátort egy másikkal helyettesítjük, az adott kémiai reakció sebessége megváltozik, vagy nő. Katalizátor alkalmazása esetén a kémiai reakció sebessége nő, és ennek megfelelően a reakciósebesség állandó értéke is nő. A reakciósebesség állandó értéke akkor is megváltozik, ha az egyik katalizátort egy másikkal helyettesítjük, ami növeli vagy csökkenti a reakció sebességét az eredeti katalizátorhoz képest.

b) Ha a reagensek koncentrációja megváltozik, a reakciósebesség értékei megváltoznak, és a reakciósebesség állandó értéke nem változik.

338. feladat.
Függ-e a reakció hőhatása az aktiválási energiától? Indokolja a választ.
Megoldás:
A reakció termikus hatása csak a rendszer kezdeti és végső állapotától függ, és nem függ a folyamat közbenső szakaszaitól. Az aktiválási energia az a többletenergia, amellyel az anyagok molekuláinak rendelkezniük kell ahhoz, hogy ütközésük új anyag képződéséhez vezessen. Az aktiválási energia a hőmérséklet emelésével vagy csökkentésével, illetve csökkentésével vagy növelésével változtatható. A katalizátorok csökkentik az aktiválási energiát, míg az inhibitorok csökkentik azt.

Így az aktiválási energia változása a reakciósebesség változásához vezet, de nem a reakcióhő változásához. A reakció hőhatása állandó érték, és nem függ az adott reakció aktiválási energiájának változásától. Például az ammónia nitrogénből és hidrogénből történő képződésének reakciója a következő:

Ez a reakció exoterm, > 0). A reakció a reagáló részecskék mólszámának és a gáznemű anyagok mólszámának csökkenésével megy végbe, ami a rendszert kevésbé stabil állapotból stabilabbba hozza, az entrópia csökken.< 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:

339. feladat.
Melyik közvetlen vagy fordított reakció esetén nagyobb az aktiválási energia, ha a közvetlen reakció hőkibocsátással megy végbe?
Megoldás:
A közvetlen és fordított reakciók aktiválási energiái közötti különbség megegyezik a termikus hatással: H \u003d E a (pr.) - E a (arr.) . Ez a reakció hőkibocsátással megy végbe, azaz exoterm,< 0 Исходя из этого, энергия активации прямой реакции имеет меньшее значение, чем энергия активации обратной реакции:
E a(pl.)< Е а(обр.) .

Válasz: E a(pl.)< Е а(обр.) .

340. feladat.
Hányszorosára nő a 298 K hőmérsékleten lezajló reakció sebessége, ha aktiválási energiája 4 kJ/mol-al csökken?
Megoldás:
Jelöljük Ea-val az aktiválási energia csökkenését, az aktiválási energia csökkenése előtti és utáni reakció sebességi állandóit pedig k-val, illetve k-val. Az Arrhenius-egyenlet felhasználásával kapjuk:

E a az aktiválási energia, k és k" a reakció sebességi állandói, T a hőmérséklet K-ban (298).
A feladat adatait az utolsó egyenletbe behelyettesítve és az aktiválási energiát joule-ban kifejezve kiszámítjuk a reakciósebesség növekedését:

Válasz: 5 alkalommal.