Formula per il coefficiente di temperatura di reazione. Coefficiente di temperatura della velocità di una reazione chimica (regola di Van't Hoff)

Problema 336.
A 150°C, alcune reazioni vengono completate in 16 minuti. Prendendo il coefficiente di temperatura della velocità di reazione pari a 2,5, calcolare dopo quanto tempo finirà questa reazione se viene effettuata: a) alle 20 0°C; b) a 80°C.
Soluzione:
Secondo la regola di van't Hoff, la dipendenza della velocità dalla temperatura è espressa dall'equazione:

v t e k t - velocità e costante di velocità della reazione alla temperatura t°C; v (t+10) e k (t+10) sono gli stessi valori alla temperatura (t+10 0 C); - coefficiente di temperatura della velocità di reazione, il cui valore per la maggior parte delle reazioni è compreso tra 2 e 4.

a) Considerando che la velocità di una reazione chimica ad una data temperatura è inversamente proporzionale alla durata del suo verificarsi, sostituiamo i dati riportati nella formulazione del problema in una formula che esprima quantitativamente la regola di Van’t Hoff, otteniamo:

b) Poiché questa reazione procede con una diminuzione della temperatura, quindi a una data temperatura la velocità di questa reazione è direttamente proporzionale alla durata del suo verificarsi, sostituiamo i dati forniti nella formulazione del problema nella formula che esprime quantitativamente il van' t Regola di Hoff, otteniamo:

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

Problema 337.
Il valore della costante della velocità di reazione cambierà: a) quando si sostituisce un catalizzatore con un altro; b) quando cambiano le concentrazioni delle sostanze reagenti?
Soluzione:
La costante di velocità di reazione è un valore che dipende dalla natura delle sostanze reagenti, dalla temperatura e dalla presenza di catalizzatori, e non dipende dalla concentrazione delle sostanze reagenti. Può essere uguale alla velocità di reazione nel caso in cui le concentrazioni dei reagenti siano pari all'unità (1 mol/l).

a) Quando si sostituisce un catalizzatore con un altro, la velocità di una determinata reazione chimica cambierà o aumenterà. Se viene utilizzato un catalizzatore, la velocità della reazione chimica aumenterà e il valore della costante di velocità di reazione aumenterà di conseguenza. Un cambiamento nel valore della costante di velocità di reazione si verificherà anche quando si sostituisce un catalizzatore con un altro, il che aumenterà o diminuirà la velocità di questa reazione rispetto al catalizzatore originale.

b) Quando cambia la concentrazione dei reagenti, i valori della velocità di reazione cambieranno, ma il valore della costante della velocità di reazione non cambierà.

Problema 338.
L'effetto termico di una reazione dipende dalla sua energia di attivazione? Giustifica la risposta.
Soluzione:
L'effetto termico della reazione dipende solo dagli stati iniziale e finale del sistema e non dipende dalle fasi intermedie del processo. L'energia di attivazione è l'energia in eccesso che le molecole delle sostanze devono avere affinché la loro collisione porti alla formazione di una nuova sostanza. L'energia di attivazione può essere modificata aumentando o diminuendo la temperatura, abbassandola o aumentandola di conseguenza. I catalizzatori abbassano l'energia di attivazione e gli inibitori la abbassano.

Pertanto, una variazione dell’energia di attivazione porta ad una variazione della velocità di reazione, ma non ad una variazione dell’effetto termico della reazione. L'effetto termico di una reazione è un valore costante e non dipende dai cambiamenti nell'energia di attivazione per una data reazione. Ad esempio, la reazione per la formazione di ammoniaca da azoto e idrogeno ha la forma:

Questa reazione è esotermica, > 0). La reazione procede con una diminuzione del numero di moli di particelle reagenti e del numero di moli di sostanze gassose, che porta il sistema da uno stato meno stabile a uno più stabile, l'entropia diminuisce,< 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:

Problema 339.
Per quale reazione, diretta o inversa, l'energia di attivazione è maggiore se la reazione diretta cede calore?
Soluzione:
La differenza tra le energie di attivazione delle reazioni diretta e inversa è pari all'effetto termico: H = E a(rev.) - E a(rev.) . Questa reazione avviene con il rilascio di calore, cioè è esotermico,< 0 Исходя из этого, энергия активации прямой реакции имеет меньшее значение, чем энергия активации обратной реакции:
E a(es.)< Е а(обр.) .

Risposta: E a(es.)< Е а(обр.) .

Problema 340.
Quante volte aumenterà la velocità di una reazione che avviene a 298 K se la sua energia di attivazione viene ridotta di 4 kJ/mol?
Soluzione:
Indichiamo la diminuzione dell'energia di attivazione con Ea e le costanti di velocità di reazione prima e dopo la diminuzione dell'energia di attivazione con k e k, rispettivamente." Usando l'equazione di Arrhenius, otteniamo:

E a - energia di attivazione, k e k" - costanti di velocità di reazione, T - temperatura in K (298).
Sostituendo i dati del problema nell'ultima equazione ed esprimendo l'energia di attivazione in joule, calcoliamo l'aumento della velocità di reazione:

Risposta: 5 volte.

Fattori che influenzano la reazione

Nel corpo umano, migliaia di reazioni enzimatiche avvengono in una cellula vivente. Tuttavia, in una catena di processi a più stadi, la differenza tra le velocità delle singole reazioni è piuttosto ampia. Pertanto, la sintesi delle molecole proteiche in una cellula è preceduta da almeno altre due fasi: la sintesi dell'RNA di trasferimento e la sintesi dei ribosomi. Ma il tempo durante il quale la concentrazione delle molecole di t-RNA raddoppia è di 1,7 minuti, delle molecole proteiche - 17 minuti e dei ribosomi - 170 minuti. La velocità del processo complessivo della fase lenta (limitante), nel nostro esempio - la velocità della sintesi dei ribosomi. La presenza di una reazione limitante fornisce elevata affidabilità e flessibilità nel controllo di migliaia di reazioni che si verificano nella cellula. È sufficiente monitorare e regolamentare solo quelli più lenti. Questo metodo di regolazione della velocità della sintesi multistadio è chiamato principio minimo. Permette di semplificare notevolmente e rendere più affidabile il sistema di autoregolazione nella gabbia.

Classificazioni delle reazioni utilizzate in cinetica: reazioni, omogenee, eterogenee e microeterogenee; le reazioni sono semplici e complesse (parallele, sequenziali, coniugate, a catena). Molecolarità di un atto di reazione elementare. Equazioni cinetiche. Ordine di reazione. Metà vita

Reazioni microeterogenee –

La molecolarità di una reazione è determinata dal numero di molecole che entrano in un'interazione chimica in una reazione elementare. Su questa base le reazioni si dividono in monomolecolari, bimolecolari e trimolecolari.

Quindi le reazioni di tipo A -> B saranno monomolecolari, ad esempio:

a) C 16 H 34 (t°C) -> C g H 18 + C 8 H 16 - reazione di cracking degli idrocarburi;

b) CaC0 3 (t°C) -> CaO + C0 2 - decomposizione termica del carbonato di calcio.
Le reazioni di tipo A + B -> C o 2A -> C - sono bimolecolari, ad esempio:
a) C+02 -> C02; b) 2H 2 0 2 -> 2H 2 0 + 0 2, ecc.

Le reazioni trimolecolari sono descritte da equazioni generali come:

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

Ad esempio: a) 2H 2 + 0 2 2H 2 0; b) 2NO + H2N20 + H20.

La velocità delle reazioni, a seconda della molecolarità, sarà espressa dalle equazioni: a) V = a CA - per una reazione monomolecolare; b) V = a C A C in oppure c) V = a C 2 A - per una reazione bimolecolare; d) V = k C C in C e e) V = k C 2 A C in oppure f) V = k C 3 A - per una reazione trimolecolare.

La molecolarità è il numero di molecole che reagiscono in un atto chimico elementare.

Spesso la molecolarità di una reazione è difficile da stabilire, quindi viene utilizzato un segno più formale: l'ordine della reazione chimica.

L'ordine della reazione è uguale alla somma degli esponenti delle potenze di concentrazione nell'equazione che esprime la dipendenza della velocità di reazione dalla concentrazione dei reagenti (equazione cinetica).

L'ordine della reazione molto spesso non coincide con la molecolarità a causa del fatto che il meccanismo di reazione, cioè l'“atto elementare” della reazione (vedi la definizione del segno di molecolarità), è difficile da stabilire.

Consideriamo alcuni esempi che illustrano questa posizione.

1. La velocità di dissoluzione dei cristalli è descritta da equazioni cinetiche di ordine zero, nonostante la natura monomolecolare della reazione: AgCl (TB) ->Ag + + CI", V = k C(AgCl (TB p= k"C( AgCl (ra)) - p - densità ed è un valore costante, ovvero la velocità di dissoluzione non dipende dalla quantità (concentrazione) del soluto.

2. La reazione di idrolisi del saccarosio: CO + H 2 0 -> C 6 H 12 0 6 (glucosio) + C 6 H 12 0 6 (fruttosio) è una reazione bimolecolare, ma la sua cinetica è descritta dalla cinetica del primo ordine equazione: V = k*C cax, poiché in condizioni sperimentali, anche nel corpo, la concentrazione di acqua è un valore costante C(H 2 0) - const.

3.
La reazione di decomposizione del perossido di idrogeno, che avviene con la partecipazione di catalizzatori, sia ioni inorganici Fe 3+, Cu 2+ metallo platino, sia enzimi biologici, ad esempio catalasi, ha la forma generale:

2H 2 0 2 -> 2H 2 0 + O cioè è bimolecolare.

Dipendenza della velocità di reazione dalla concentrazione. Equazioni cinetiche delle reazioni del primo, secondo e zero ordine. Metodi sperimentali per determinare la velocità e la costante di velocità delle reazioni.

Dipendenza della velocità di reazione dalla temperatura. Regola di Van't Hoff. Coefficiente di temperatura della velocità di reazione e sue caratteristiche per i processi biochimici.

Coefficiente γ-temperatura della velocità di reazione.

Il significato fisico del valore γ è che mostra quante volte cambia la velocità di reazione con una variazione di temperatura ogni 10 gradi.

15. Il concetto della teoria delle collisioni attive. Profilo energetico della reazione; energia di attivazione; Equazione di Arrhenius. Il ruolo del fattore sterico. Il concetto della teoria dello stato di transizione.

La relazione tra costante di velocità, energia di attivazione e temperatura è descritta dall'equazione di Arrhenius: k T = k 0 *Ae~ E / RT, dove k t e k 0 sono le costanti di velocità alla temperatura T e T e è la base della logaritmo naturale, A è il fattore sterico.

Il fattore sterico A determina la probabilità di collisione di due particelle reagenti nel centro attivo della molecola. Questo fattore è particolarmente importante per le reazioni biochimiche con biopolimeri. Nelle reazioni acido-base, lo ione H + deve reagire con il gruppo carbossilico terminale - COO." Tuttavia, non tutte le collisioni dello ione H + con una molecola proteica porteranno a questa reazione. Solo quelle collisioni che si verificano direttamente in alcuni punti delle macromolecole saranno efficaci, chiamate centri attivi.

Dall'equazione di Arrhenius segue che minore è l'energia di attivazione E e maggiore è la temperatura T del processo, maggiore è la costante di velocità.

La velocità di una reazione chimica aumenta con l'aumentare della temperatura. Puoi stimare l'aumento della velocità di reazione con la temperatura usando la regola di Van't Hoff. Secondo la regola, aumentando la temperatura di 10 gradi si aumenta la costante di velocità di reazione di 2-4 volte:

Questa regola non si applica alle alte temperature, quando la costante di velocità difficilmente cambia con la temperatura.

La regola di Van't Hoff consente di determinare rapidamente la durata di conservazione di un farmaco. Aumentando la temperatura aumenta la velocità di decomposizione del farmaco. Ciò riduce il tempo necessario per determinare la durata di conservazione del medicinale.

Il metodo prevede che i farmaci vengano mantenuti ad una temperatura elevata T per un certo tempo tT, la quantità di farmaco decomposto m viene trovata e ricalcolata ad una temperatura di conservazione standard di 298K. Considerando il processo di decomposizione del farmaco come una reazione del primo ordine, la velocità alla temperatura selezionata T e T = 298 K è espressa:

Considerando che la massa del farmaco decomposto è la stessa per le condizioni di conservazione standard e reali, la velocità di decomposizione può essere espressa come:

Prendendo T=298+10n, dove n = 1,2,3…,

L'espressione finale della durata di conservazione del farmaco si ottiene in condizioni standard di 298K:

Teoria delle collisioni attive. Energia di attivazione. Equazione di Arrhenius. Relazione tra velocità di reazione ed energia di attivazione.

La teoria delle collisioni attive fu formulata da S. Arrhenius nel 1889. Questa teoria si basa sull'idea che affinché avvenga una reazione chimica sono necessarie collisioni tra le molecole delle sostanze di partenza, e il numero di collisioni è determinato dall'intensità del movimento termico delle molecole, cioè dipende dalla temperatura Ma non tutte le collisioni tra molecole portano a una trasformazione chimica: solo una collisione attiva vi porta.

Le collisioni attive sono collisioni che si verificano, ad esempio, tra le molecole A e B con una grande quantità di energia. La quantità minima di energia che devono avere le molecole delle sostanze di partenza affinché la loro collisione sia attiva è detta barriera energetica della reazione.

L'energia di attivazione è l'energia in eccesso che può essere impartita o trasferita a una mole di una sostanza.

L'energia di attivazione influenza in modo significativo il valore della costante di velocità di reazione e la sua dipendenza dalla temperatura: maggiore è Ea, minore è la costante di velocità e più significativa è la variazione di temperatura.

La costante di velocità di reazione è legata all'energia di attivazione da una relazione complessa descritta dall'equazione di Arrhenius:

k=Aе–Ea/RT, dove A è il fattore pre-esponenziale; Eа è l'energia di attivazione, R è la costante universale dei gas pari a 8,31 J/mol; T – temperatura assoluta;

Base e dei logaritmi naturali.

Tuttavia, le costanti di velocità di reazione osservate sono solitamente molto più piccole di quelle calcolate dall'equazione di Arrhenius. Pertanto, l'equazione per la costante della velocità di reazione viene modificata come segue:

(meno prima di tutte le frazioni)

Il moltiplicatore fa sì che la dipendenza dalla temperatura della costante di velocità differisca dall'equazione di Arrhenius. Poiché l'energia di attivazione di Arrhenius viene calcolata come la pendenza della dipendenza logaritmica della velocità di reazione dalla temperatura inversa, fare lo stesso con l'equazione , noi abbiamo:

Caratteristiche delle reazioni eterogenee. La velocità delle reazioni eterogenee e i suoi fattori determinanti. Aree cinetiche e di diffusione di processi eterogenei. Esempi di reazioni eterogenee di interesse per la farmacia.

REAZIONI ETEROGENE, chim. Reazioni che coinvolgono sostanze in decomposizione. fasi e nel loro insieme costituiscono un sistema eterogeneo. Reazioni eterogenee tipiche: termiche. decomposizione di sali con formazione di prodotti gassosi e solidi (ad esempio CaCO3 -> CaO + CO2), riduzione di ossidi metallici con idrogeno o carbonio (ad esempio PbO + C -> Pb + CO), dissoluzione di metalli in acidi (ad esempio Zn + + H2SO4 -> ZnSO4 + H2), interazione. reagenti solidi (A12O3 + NiO -> NiAl2O4). Una classe speciale comprende reazioni catalitiche eterogenee che si verificano sulla superficie del catalizzatore; Inoltre, i reagenti e i prodotti potrebbero non trovarsi in fasi diverse. Direzione, durante la reazione N2 + + ZH2 -> 2NH3 che avviene sulla superficie di un catalizzatore di ferro, i reagenti e il prodotto della reazione sono in fase gassosa e formano un sistema omogeneo.

Le caratteristiche delle reazioni eterogenee sono dovute alla partecipazione di fasi condensate in esse. Ciò rende difficile la miscelazione e il trasporto di reagenti e prodotti; è possibile l'attivazione delle molecole reagenti all'interfaccia. La cinetica di qualsiasi reazione eterogenea è determinata dalla velocità della sostanza chimica stessa. trasformazioni, nonché mediante processi di trasferimento (diffusione) necessari per reintegrare il consumo di sostanze reagenti e rimuovere i prodotti di reazione dalla zona di reazione. In assenza di ostacoli alla diffusione, la velocità di una reazione eterogenea è proporzionale alla dimensione della zona di reazione; questa è la velocità di reazione specifica calcolata per unità di superficie (o volume) della reazione. zone, non cambia nel tempo; per reazioni semplici (in un solo passaggio) potrebbe esserlo determinato sulla base della legge di massa in vigore. Questa legge non è soddisfatta se la diffusione delle sostanze procede più lentamente di quella chimica. quartiere; in questo caso, la velocità osservata di una reazione eterogenea è descritta dalle equazioni della cinetica di diffusione.

La velocità di una reazione eterogenea è la quantità di sostanza che reagisce o si forma durante una reazione per unità di tempo per unità di superficie della fase.

Fattori che influenzano la velocità di una reazione chimica:

La natura dei reagenti

Concentrazione del reagente,

Temperatura,

Presenza di un catalizzatore.

Vheterogen = Δп(S Δt), dove Vheterog è la velocità di reazione in un sistema eterogeneo; n è il numero di moli di una qualsiasi delle sostanze risultanti dalla reazione; V è il volume del sistema; t - tempo; S è l'area superficiale della fase su cui avviene la reazione; Δ - segno di incremento (Δp = p2 - p1; Δt = t2 - t1).

Compito n. 1. L'interazione con l'ossigeno libero porta alla formazione di biossido di azoto altamente tossico / /, sebbene questa reazione avvenga lentamente in condizioni fisiologiche e a basse concentrazioni non svolga un ruolo significativo nel danno tossico alle cellule, tuttavia, gli effetti patogeni aumentano bruscamente con il suo sovrapproduzione. Determina quante volte aumenta la velocità di interazione dell'ossido di azoto (II) con l'ossigeno quando la pressione nella miscela dei gas iniziali raddoppia, se la velocità di reazione descritto dall'equazione ?

Soluzione.

1. Raddoppiare la pressione equivale a raddoppiare la concentrazione ( Con) E . Pertanto, i tassi di interazione corrispondenti e assumeranno, secondo la legge dell'azione di massa, le espressioni: E

Risposta. La velocità di reazione aumenterà di 8 volte.

Compito n. 2. Si ritiene che la concentrazione di cloro (un gas verdastro con un odore pungente) nell'aria superiore a 25 ppm sia pericolosa per la vita e la salute, ma ci sono prove che se il paziente si è ripreso da un avvelenamento acuto grave con questo gas, quindi non si osservano effetti residui. Determina come cambierà la velocità della reazione che si verifica nella fase gassosa se aumenti di 3 volte: concentrazione, concentrazione, 3) pressione / /?

Soluzione.

1. Se indichiamo le concentrazioni e rispettivamente con e , l'espressione per la velocità di reazione assumerà la forma: .

2. Dopo aver aumentato le concentrazioni di 3 volte, saranno uguali per e per . Pertanto, l'espressione per la velocità di reazione assumerà la forma: 1) 2)

3. Un aumento della pressione aumenta quindi della stessa quantità la concentrazione dei reagenti gassosi

4. L'aumento della velocità di reazione rispetto a quella iniziale è determinato dal rapporto, rispettivamente: 1) , 2) , 3) .

Risposta. La velocità di reazione aumenterà di: 1), 2), 3) volte.

Problema n.3. Come cambia la velocità di interazione delle sostanze di partenza quando la temperatura cambia da a se il coefficiente di temperatura della reazione è 2,5?

Soluzione.

1. Il coefficiente di temperatura mostra come cambia la velocità di reazione ad ogni cambiamento di temperatura (non regola di van't Hoff): .

2. Se la variazione di temperatura è: , tenendo conto del fatto che , otteniamo: . Da qui, .

3. Utilizzando la tavola degli antilogaritmi troviamo: .

Risposta. Quando la temperatura cambia (cioè aumenta), la velocità aumenterà di 67,7 volte.

Problema n.4. Calcolare il coefficiente di temperatura della velocità di reazione, sapendo che la velocità aumenta di un fattore 128 all'aumentare della temperatura.

Soluzione.

1. La dipendenza della velocità di una reazione chimica dalla temperatura è espressa dalla regola empirica di van't Hoff:

.Risolvendo l'equazione per , troviamo: , . Pertanto =2

Risposta. =2.

Problema n.5. Per una delle reazioni sono state determinate due costanti di velocità: a 0,00670 e a 0,06857. Determinare la costante di velocità per la stessa reazione in .

Soluzione.

1. Sulla base di due valori delle costanti di velocità di reazione, utilizzando l'equazione di Arrhenius, determiniamo l'energia di attivazione della reazione: . In questo caso: Quindi: J/mol.

2. Calcolare la costante di velocità di reazione a , utilizzando la costante di velocità a e l'equazione di Arrhenius nei calcoli: . In questo caso: e tenendo conto del fatto che: , noi abbiamo: . Quindi,

Risposta.

Calcolo della costante di equilibrio chimico e determinazione della direzione dello spostamento dell'equilibrio utilizzando il principio di Le Chatelier .

Compito n. 6. L'anidride carbonica / / a differenza del monossido di carbonio / / non viola le funzioni fisiologiche e l'integrità anatomica di un organismo vivente e il loro effetto soffocante è dovuto solo alla presenza in alte concentrazioni e ad una diminuzione della percentuale di ossigeno nell'aria inalata. A cosa è uguale costante di equilibrio della reazione / /: alla temperatura, espressa attraverso: a) pressioni parziali delle sostanze reagenti; b) le loro concentrazioni molari, sapendo che la composizione della miscela all'equilibrio è espressa da frazioni di volume: , e , e la pressione totale nel sistema è Pa?

Soluzione.

1. La pressione parziale di un gas è uguale alla pressione totale moltiplicata per la frazione volumetrica del gas presente nella miscela, quindi:

2. Sostituendo questi valori nell'espressione della costante di equilibrio, otteniamo:

3. La relazione tra e è stabilita sulla base dell'equazione di Mendeleev-Clapeyron per i gas ideali ed è espressa dall'uguaglianza: , dove è la differenza tra il numero di moli di prodotti gassosi di reazione e sostanze gassose di partenza. Per questa reazione: . Poi: .

Risposta. Papà. .

Compito n.7. In quale direzione si sposterà l’equilibrio nelle seguenti reazioni:

3. ;

a) con l'aumento della temperatura, b) con la diminuzione della pressione, c) con l'aumento della concentrazione di idrogeno?

Soluzione.

1. L'equilibrio chimico nel sistema è stabilito a parametri esterni costanti (ecc.). Se questi parametri cambiano, il sistema esce dallo stato di equilibrio e inizia a prevalere la reazione diretta (a destra) o inversa (a sinistra). L'influenza di vari fattori sullo spostamento dell'equilibrio si riflette nel principio di Le Chatelier.

2. Consideriamo l'influenza sulle reazioni di cui sopra di tutti e 3 i fattori che influenzano l'equilibrio chimico.

a) All’aumentare della temperatura l’equilibrio si sposta verso la reazione endotermica, cioè reazione che avviene con l'assorbimento di calore. La 1a e la 3a reazione sono esotermiche / /, quindi, con l'aumentare della temperatura, l'equilibrio si sposterà verso la reazione inversa e nella 2a reazione / / - verso la reazione diretta.

b) Al diminuire della pressione, l'equilibrio si sposta verso un aumento del numero di moli di gas, cioè verso una maggiore pressione. Nella prima e nella terza reazione, i lati sinistro e destro dell'equazione avranno lo stesso numero di moli di gas (rispettivamente 2-2 e 1-1). Pertanto, il cambiamento di pressione non causerà cambiamenti nell’equilibrio del sistema. Nella 2a reazione ci sono 4 moli di gas a sinistra e 2 moli a destra, quindi, al diminuire della pressione, l'equilibrio si sposterà verso la reazione inversa.

V) All’aumentare della concentrazione dei componenti della reazione, l’equilibrio si sposta verso il loro consumo. Nella prima reazione l'idrogeno è presente nei prodotti e aumentandone la concentrazione si favorirà la reazione inversa, durante la quale verrà consumato. Nella 2a e 3a reazione l'idrogeno è tra le sostanze di partenza, quindi un aumento della sua concentrazione sposta l'equilibrio verso la reazione che avviene con il consumo di idrogeno.

Risposta.

a) All'aumentare della temperatura, l'equilibrio nelle reazioni 1 e 3 si sposterà a sinistra e nella reazione 2 a destra.

b) Le reazioni 1 e 3 non saranno influenzate da una diminuzione della pressione, ma nella reazione 2 l'equilibrio verrà spostato a sinistra.

c) Un aumento della temperatura nelle reazioni 2 e 3 comporterà uno spostamento dell'equilibrio a destra e nella reazione 1 a sinistra.

1.2. Compiti situazionali dal n. 7 al n. 21 consolidare il materiale (fatto in un quaderno di protocollo).

Compito n. 8. Come cambierà la velocità di ossidazione del glucosio nel corpo quando la temperatura diminuisce da a se il coefficiente di temperatura della velocità di reazione è 4?

Problema n.9.Utilizzando la regola approssimativa di Van't Hoff, calcolare di quanto è necessario aumentare la temperatura affinché la velocità di reazione aumenti di 80 volte? Prendi il coefficiente di velocità della temperatura pari a 3.

Compito n. 10. Per arrestare praticamente la reazione, viene utilizzato il raffreddamento rapido della miscela di reazione (“congelamento della reazione”). Determina quante volte cambierà la velocità di reazione quando la miscela di reazione viene raffreddata da 40 a , se il coefficiente di temperatura della reazione è 2,7.

Compito n. 11. L'isotopo utilizzato per trattare alcuni tumori ha un'emivita di 8,1 giorni. Dopo quanto tempo il contenuto di iodio radioattivo nel corpo del paziente diminuirà di 5 volte?

Compito n. 12. L'idrolisi di alcuni ormoni sintetici (farmaceutici) è una reazione del primo ordine con una costante di velocità di 0,25 (). Come cambierà la concentrazione di questo ormone dopo 2 mesi?

Compito n. 13. Il tempo di dimezzamento radioattivo è di 5600 anni. In un organismo vivente, una quantità costante viene mantenuta a causa del metabolismo. Nei resti del mammut, il contenuto era lo stesso dell'originale. Determinare quando visse il mammut?

Problema n. 14. L'emivita di un insetticida (un pesticida usato per controllare gli insetti) è di 6 mesi. Una certa quantità è entrata nel serbatoio, dove è stata stabilita la concentrazione mol/l. Quanto tempo occorrerà perché la concentrazione dell'insetticida scenda al livello mol/l?

Compito n. 15. Grassi e carboidrati si ossidano ad una velocità notevole ad una temperatura di 450 - 500 ° e negli organismi viventi - ad una temperatura di 36 - 40 °. Qual è la ragione del forte calo della temperatura necessaria per l'ossidazione?

Problema n. 16. Il perossido di idrogeno si decompone in soluzioni acquose in ossigeno e acqua. La reazione viene accelerata sia da un catalizzatore inorganico (ione) che da un catalizzatore bioorganico (enzima catalasi). L'energia di attivazione della reazione in assenza di catalizzatore è 75,4 kJ/mol. Lo ione lo riduce a 42 kJ/mol e l'enzima catalasi a 2 kJ/mol. Calcolare il rapporto delle velocità di reazione in assenza di un catalizzatore in presenza di catalasi. Quale conclusione si può trarre sull'attività dell'enzima? La reazione avviene ad una temperatura di 27°C.

Problema n. 17 Costante del tasso di decadimento della penicillina per walkie-talkie J/mol.

1.3. Domande di controllo

1. Spiega cosa significano i termini: velocità di reazione, costante di velocità?

2. Come vengono espresse le velocità medie e reali delle reazioni chimiche?

3. Perché ha senso parlare della velocità delle reazioni chimiche solo per un dato momento?

4. Formulare la definizione di reazione reversibile e irreversibile.

5. Definire la legge dell'azione di massa. Nelle uguaglianze che esprimono questa legge si riflette la dipendenza della velocità di reazione dalla natura dei reagenti?

6. In che modo la velocità di reazione dipende dalla temperatura? Come si chiama l'energia di attivazione? Cosa sono le molecole attive?

7. Da quali fattori dipende la velocità delle reazioni omogenee ed eterogenee? Dare esempi.

8. Qual è l'ordine e la molecolarità delle reazioni chimiche? In quali casi non corrispondono?

9. Quali sostanze sono chiamate catalizzatori? Qual è il meccanismo dell'azione accelerante del catalizzatore?

10. Qual è il concetto di “avvelenamento da catalizzatore”? Quali sostanze sono chiamate inibitori?

11. Cos'è chiamato equilibrio chimico? Perché si chiama dinamico? Quali concentrazioni di reagenti sono chiamate equilibrio?

12. Qual è la cosiddetta costante di equilibrio chimico? Dipende dalla natura delle sostanze reagenti, dalla loro concentrazione, temperatura, pressione? Quali sono le caratteristiche della notazione matematica per la costante di equilibrio nei sistemi eterogenei?

13. Qual è la farmacocinetica dei farmaci?

14. I processi che si verificano con un farmaco nel corpo sono caratterizzati quantitativamente da una serie di parametri farmacocinetici. Indica i principali.

Problema 336.
A 150°C, alcune reazioni vengono completate in 16 minuti. Prendendo il coefficiente di temperatura della velocità di reazione pari a 2,5, calcolare dopo quanto tempo finirà questa reazione se viene effettuata: a) alle 20 0°C; b) a 80°C.
Soluzione:
Secondo la regola di van't Hoff, la dipendenza della velocità dalla temperatura è espressa dall'equazione:

v t e k t - velocità e costante di velocità della reazione alla temperatura t°C; v (t+10) e k (t+10) sono gli stessi valori alla temperatura (t+10 0 C); - coefficiente di temperatura della velocità di reazione, il cui valore per la maggior parte delle reazioni è compreso tra 2 e 4.

a) Considerando che la velocità di una reazione chimica ad una data temperatura è inversamente proporzionale alla durata del suo verificarsi, sostituiamo i dati riportati nella formulazione del problema in una formula che esprima quantitativamente la regola di Van’t Hoff, otteniamo:

b) Poiché questa reazione procede con una diminuzione della temperatura, quindi a una data temperatura la velocità di questa reazione è direttamente proporzionale alla durata del suo verificarsi, sostituiamo i dati forniti nella formulazione del problema nella formula che esprime quantitativamente il van' t Regola di Hoff, otteniamo:

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

Problema 337.
Il valore della costante della velocità di reazione cambierà: a) quando si sostituisce un catalizzatore con un altro; b) quando cambiano le concentrazioni delle sostanze reagenti?
Soluzione:
La costante di velocità di reazione è un valore che dipende dalla natura delle sostanze reagenti, dalla temperatura e dalla presenza di catalizzatori, e non dipende dalla concentrazione delle sostanze reagenti. Può essere uguale alla velocità di reazione nel caso in cui le concentrazioni dei reagenti siano pari all'unità (1 mol/l).

a) Quando si sostituisce un catalizzatore con un altro, la velocità di una determinata reazione chimica cambierà o aumenterà. Se viene utilizzato un catalizzatore, la velocità della reazione chimica aumenterà e il valore della costante di velocità di reazione aumenterà di conseguenza. Un cambiamento nel valore della costante di velocità di reazione si verificherà anche quando si sostituisce un catalizzatore con un altro, il che aumenterà o diminuirà la velocità di questa reazione rispetto al catalizzatore originale.

b) Quando cambia la concentrazione dei reagenti, i valori della velocità di reazione cambieranno, ma il valore della costante della velocità di reazione non cambierà.

Problema 338.
L'effetto termico di una reazione dipende dalla sua energia di attivazione? Giustifica la risposta.
Soluzione:
L'effetto termico della reazione dipende solo dagli stati iniziale e finale del sistema e non dipende dalle fasi intermedie del processo. L'energia di attivazione è l'energia in eccesso che le molecole delle sostanze devono avere affinché la loro collisione porti alla formazione di una nuova sostanza. L'energia di attivazione può essere modificata aumentando o diminuendo la temperatura, abbassandola o aumentandola di conseguenza. I catalizzatori abbassano l'energia di attivazione e gli inibitori la abbassano.

Pertanto, una variazione dell’energia di attivazione porta ad una variazione della velocità di reazione, ma non ad una variazione dell’effetto termico della reazione. L'effetto termico di una reazione è un valore costante e non dipende dai cambiamenti nell'energia di attivazione per una data reazione. Ad esempio, la reazione per la formazione di ammoniaca da azoto e idrogeno ha la forma:

Questa reazione è esotermica, > 0). La reazione procede con una diminuzione del numero di moli di particelle reagenti e del numero di moli di sostanze gassose, che porta il sistema da uno stato meno stabile a uno più stabile, l'entropia diminuisce,< 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:

Problema 339.
Per quale reazione, diretta o inversa, l'energia di attivazione è maggiore se la reazione diretta cede calore?
Soluzione:
La differenza tra le energie di attivazione delle reazioni diretta e inversa è pari all'effetto termico: H = E a(rev.) - E a(rev.) . Questa reazione avviene con il rilascio di calore, cioè è esotermico,< 0 Исходя из этого, энергия активации прямой реакции имеет меньшее значение, чем энергия активации обратной реакции:
E a(es.)< Е а(обр.) .

Risposta: E a(es.)< Е а(обр.) .

Problema 340.
Quante volte aumenterà la velocità di una reazione che avviene a 298 K se la sua energia di attivazione viene ridotta di 4 kJ/mol?
Soluzione:
Indichiamo la diminuzione dell'energia di attivazione con Ea e le costanti di velocità di reazione prima e dopo la diminuzione dell'energia di attivazione con k e k, rispettivamente." Usando l'equazione di Arrhenius, otteniamo:

E a - energia di attivazione, k e k" - costanti di velocità di reazione, T - temperatura in K (298).
Sostituendo i dati del problema nell'ultima equazione ed esprimendo l'energia di attivazione in joule, calcoliamo l'aumento della velocità di reazione:

Risposta: 5 volte.