Formula pentru coeficientul de temperatură al reacției. Coeficientul de temperatură al vitezei unei reacții chimice (regula van't Hoff)

Problema 336.
La 150°C, o reacție este completă în 16 minute. Luând coeficientul de temperatură al vitezei de reacție egal cu 2,5, calculați cât timp se va termina această reacție dacă se efectuează: a) la 20°C. 0 °С; b) la 80°C.
Soluţie:
Conform regulii van't Hoff, dependenţa vitezei de temperatură este exprimată prin ecuaţia:

v t și k t - viteza și constanta de viteză a reacției la o temperatură de t°C; v (t + 10) și k (t + 10) aceleași valori la temperatură (t + 10 0 C); - coeficientul de temperatură al vitezei de reacție, a cărui valoare pentru majoritatea reacțiilor se află în intervalul 2 - 4.

a) Având în vedere că viteza unei reacții chimice la o anumită temperatură este invers proporțională cu durata cursului acesteia, înlocuim datele date în starea problemei într-o formulă care exprimă cantitativ regula van't Hoff, obținem :

b) Deoarece această reacție are loc cu o scădere a temperaturii, atunci la o anumită temperatură viteza acestei reacții este direct proporțională cu durata cursului ei, înlocuim datele date în starea problemei într-o formulă care exprimă cantitativ regula van't Hoff, obținem:

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

Problema 337.
Se va modifica valoarea constantei vitezei de reacție: a) la înlocuirea unui catalizator cu altul; b) când se modifică concentraţiile reactanţilor?
Soluţie:
Constanta vitezei de reacție este o valoare care depinde de natura reactanților, de temperatură și de prezența catalizatorilor și nu depinde de concentrația reactanților. Poate fi egală cu viteza de reacție în cazul în care concentrațiile reactanților sunt egale cu unitatea (1 mol/l).

a) Când un catalizator este înlocuit cu altul, viteza unei anumite reacții chimice se va modifica sau va crește. Dacă se folosește un catalizator, viteza unei reacții chimice va crește, apoi, în consecință, va crește și valoarea constantei vitezei de reacție. O modificare a valorii constantei vitezei de reacție va avea loc și atunci când un catalizator este înlocuit cu altul, ceea ce va crește sau scade viteza acestei reacții în raport cu catalizatorul original.

b) Când se modifică concentrația reactanților, valorile vitezei de reacție se vor schimba, iar valoarea constantei vitezei de reacție nu se va modifica.

Problema 338.
Efectul termic al unei reacții depinde de energia de activare a acesteia? Justificați răspunsul.
Soluţie:
Efectul termic al reacției depinde doar de starea inițială și finală a sistemului și nu depinde de etapele intermediare ale procesului. Energia de activare este energia în exces pe care trebuie să o aibă moleculele de substanțe pentru ca ciocnirea lor să ducă la formarea unei noi substanțe. Energia de activare poate fi modificată prin creșterea sau scăderea temperaturii, respectiv scăderea sau creșterea acesteia. Catalizatorii scad energia de activare, în timp ce inhibitorii o scad.

Astfel, o modificare a energiei de activare duce la o modificare a vitezei de reacție, dar nu la o modificare a căldurii reacției. Efectul termic al unei reacții este o valoare constantă și nu depinde de o modificare a energiei de activare pentru o anumită reacție. De exemplu, reacția de formare a amoniacului din azot și hidrogen este:

Această reacție este exotermă, > 0). Reacția decurge cu o scădere a numărului de moli de particule care reacţionează și a numărului de moli de substanţe gazoase, ceea ce aduce sistemul de la o stare mai puţin stabilă la una mai stabilă, entropia scade,< 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.
Pentru care reacție, directă sau inversă, energia de activare este mai mare dacă reacția directă are loc cu eliberarea de căldură?
Soluţie:
Diferența dintre energiile de activare ale reacțiilor directe și inverse este egală cu efectul termic: H \u003d E a (pr.) - E a (arr.) . Această reacție are loc cu eliberarea de căldură, adică. este exotermă,< 0 Исходя из этого, энергия активации прямой реакции имеет меньшее значение, чем энергия активации обратной реакции:
E a(ex.)< Е а(обр.) .

Răspuns: E a(ex.)< Е а(обр.) .

Problema 340.
De câte ori va crește viteza unei reacții la 298 K dacă energia sa de activare este redusă cu 4 kJ/mol?
Soluţie:
Să notăm scăderea energiei de activare cu Ea, iar constantele de viteză ale reacției înainte și după scăderea energiei de activare, respectiv, prin k și k. Folosind ecuația lui Arrhenius, obținem:

E a este energia de activare, k și k" sunt constantele vitezei de reacție, T este temperatura în K (298).
Înlocuind datele problemei în ultima ecuație și, exprimând energia de activare în jouli, calculăm creșterea vitezei de reacție:

Răspuns: de 5 ori.

Factorii care afectează cursul reacției

În corpul uman, într-o celulă vie au loc mii de reacții enzimatice. Cu toate acestea, într-un lanț de procese în mai multe etape, diferența dintre ratele reacțiilor individuale este destul de mare. Astfel, sinteza moleculelor de proteine ​​într-o celulă este precedată de cel puțin încă două etape: sinteza ARN de transfer și sinteza ribozomilor. Dar timpul în care se dublează concentrația moleculelor de ARNt este de 1,7 minute, moleculele de proteine ​​- 17 minute și ribozomii - 170 de minute. Rata procesului general al etapei lente (limitatoare), în exemplul nostru, rata sintezei ribozomilor. Prezența unei reacții limitatoare oferă fiabilitate și flexibilitate ridicate în controlul a mii de reacții care au loc în celulă. Este suficient să ții sub observație și să-l reglezi doar pe cel mai lent dintre ele. Această metodă de control al ratei sintezei în mai multe etape se numește principiul minim. Permite simplificarea semnificativă și fiabilizarea sistemului de autoreglare în celulă.

Clasificări ale reacțiilor utilizate în cinetică: reacții, omogene, eterogene și microeterogene; reacții simple și complexe (paralele, secvențiale, conjugate, în lanț). Molecularitatea actului elementar al reacției. Ecuații cinetice. Ordinea de reacție. Jumătate de viață

Reacții microeterogene -

Molecularitatea reacției este determinată de numărul de molecule care intră în interacțiune chimică în actul elementar al reacției. Pe această bază, reacțiile sunt împărțite în monomoleculare, bimoleculare și trimoleculare.

Atunci reacțiile de tip A -> B vor fi monomoleculare, de exemplu:

a) C 16 H 34 (t ° C) -> C g H 18 + C 8 H 16 - reacție de cracare a hidrocarburilor;

b) CaC0 3 (t ° C) -> CaO + C0 2 - descompunerea termică a carbonatului de calciu.
Reacțiile precum A + B -> C sau 2A -> C - sunt bimoleculare, de exemplu:
a) C + 0 2 -> CO 2; b) 2Н 2 0 2 -> 2Н 2 0 + 0 2 etc.

Reacțiile trimoleculare sunt descrise prin ecuații generale de tipul:

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

De exemplu: a) 2Н 2 + 0 2 2Н 2 0; b) 2NO + H2N20 + H20.

Viteza de reacție în funcție de molecularitate va fi exprimată prin ecuațiile: a) V = k C A - pentru o reacție monomoleculară; b) V \u003d la C A C în sau c) V \u003d la C 2 A - pentru o reacție bimoleculară; d) V \u003d k C C în C e) V \u003d k C 2 A C în sau e) V \u003d k C 3 A - pentru o reacție trimoleculară.

Molecularitatea este numărul de molecule care reacţionează într-un act chimic elementar.

Este adesea dificil de stabilit molecularitatea unei reacții, așa că este folosit un semn mai formal - ordinea unei reacții chimice.

Ordinea reacției este egală cu suma exponenților concentrațiilor din ecuația care exprimă dependența vitezei de reacție de concentrația reactanților (ecuația cinetică).

Ordinea reacției de cele mai multe ori nu coincide cu molecularitatea din cauza faptului că mecanismul de reacție, adică „actul elementar” al reacției (vezi definiția semnului molecularității), este dificil de stabilit.

Să luăm în considerare o serie de exemple care ilustrează această poziție.

1. Viteza de dizolvare a cristalelor este descrisă de ecuațiile cineticii de ordin zero, în ciuda naturii monomoleculare a reacției: AgCl (TB) -> Ag + + CI", V = k C (AgCl (TB p = k) " C (AgCl (ra)) - p - densitatea și este o valoare constantă, adică viteza de dizolvare nu depinde de cantitatea (concentrația) de substanță dizolvată.

2. Reacția de hidroliză a zaharozei: CO + H 2 0 -> C 6 H 12 0 6 (glucoză) + C 6 H 12 0 6 (fructoză) este o reacție bimoleculară, dar cinetica acesteia este descrisă de o cinetică de ordinul întâi. ecuație: V \u003d k * C cax , deoarece în condiții experimentale, inclusiv în organism, concentrația de apă este o valoare constantă С(Н 2 0) - const.

3.
Reacția de descompunere a peroxidului de hidrogen, cu participarea catalizatorilor, atât ioni anorganici Fe 3+, Cu 2+ ai platinei metalice, cât și enzimele biologice, cum ar fi catalaza, are forma generală:

2H 2 0 2 -\u003e 2H 2 0 + O e, adică este bimolecular.

Dependența vitezei de reacție de concentrație. Ecuații cinetice ale reacțiilor de ordinul întâi, al doilea și zero. Metode experimentale pentru determinarea vitezei și constantei de viteză a reacțiilor.

Dependența vitezei de reacție de temperatură. regula Van't Hoff. Coeficientul de temperatură al vitezei de reacție și caracteristicile sale pentru procesele biochimice.

γ este coeficientul de temperatură al vitezei de reacție.

Semnificația fizică a valorii lui γ este că arată de câte ori se modifică viteza de reacție cu o schimbare a temperaturii la fiecare 10 grade.

15. Conceptul teoriei coliziunilor active. Profilul energetic al reacției; energie activatoare; Ecuația lui Arrhenius. Rolul factorului steric. Conceptul teoriei stării de tranziție.

Relația dintre constanta de viteză, energia de activare și temperatura este descrisă de ecuația Arrhenius: k T \u003d k 0 *Ae ~ E / RT, unde k t și k 0 sunt constantele vitezei la temperatura T și T e e este baza lui logaritmul natural, A este factorul steric.

Factorul steric A determină probabilitatea de coliziune a două particule care reacţionează în centrul activ al moleculei. Acest factor este deosebit de important pentru reacțiile biochimice cu biopolimeri. În reacțiile acido-bazice, ionul H + trebuie să reacționeze cu gruparea carboxil terminală - COO. Cu toate acestea, nu fiecare ciocnire a ionului H + cu o moleculă de proteină va duce la această reacție. Numai acele ciocniri care sunt efectuate direct la unele punctele macromoleculelor vor fi eficiente numite centri activi.

Din ecuația lui Arrhenius rezultă că, cu cât constanta de viteză este mai mare, cu atât energia de activare E este mai mică și temperatura T a procesului este mai mare.

Viteza reacțiilor chimice crește odată cu creșterea temperaturii. Creșterea vitezei de reacție cu temperatura poate fi estimată folosind regula van't Hoff. Conform regulii, o creștere a temperaturii cu 10 grade crește constanta de viteză a reacției de 2-4 ori:

Această regulă nu este îndeplinită la temperaturi ridicate, când constanta de viteză se modifică cu greu cu temperatura.

Regula lui Van't Hoff vă permite să determinați rapid data de expirare a unui medicament. O creștere a temperaturii crește viteza de descompunere a medicamentului. Acest lucru scurtează timpul de determinare a datei de expirare a medicamentului.

Metoda constă în faptul că medicamentul este menținut la temperatură T ridicată pentru un anumit timp tT, cantitatea de medicament descompus m este găsită și recalculată la o temperatură standard de depozitare de 298K. Luând în considerare procesul de descompunere a medicamentului ca o reacție de ordinul întâi, viteza este exprimată la temperatura selectată T și T = 298K:

Considerând că masa medicamentului descompus este aceeași pentru condițiile de depozitare standard și reale, ratele de descompunere pot fi exprimate prin ecuațiile:

Presupunând T=298+10n, unde n = 1,2,3…,

Obțineți expresia finală pentru perioada de valabilitate a medicamentului în condiții standard 298K:

Teoria coliziunilor active. Energie activatoare. Ecuația lui Arrhenius. Relația dintre viteza de reacție și energia de activare.

Teoria coliziunilor active a fost formulată de S. Arrhenius în 1889. Această teorie se bazează pe ideea că pentru a avea loc o reacție chimică este necesară o coliziune între moleculele substanțelor inițiale, iar numărul de ciocniri este determinat de intensitatea mișcării termice a moleculelor, adică. dependent de temperatură. Dar nu orice ciocnire de molecule duce la o transformare chimică: numai ciocnirea activă duce la aceasta.

Ciocnirile active sunt ciocniri care apar, de exemplu, între moleculele A și B cu o cantitate mare de energie. Cantitatea minimă de energie pe care trebuie să o aibă moleculele substanțelor inițiale pentru ca ciocnirea lor să fie activă se numește bariera energetică a reacției.

Energia de activare este energia în exces care poate fi comunicată sau transferată la un mol dintr-o substanță.

Energia de activare afectează semnificativ valoarea constantei vitezei de reacție și dependența acesteia de temperatură: cu cât Ea este mai mare, cu atât constanta de viteză este mai mică și o afectează mai semnificativă modificarea temperaturii.

Constanta vitezei de reacție este legată de energia de activare printr-o relație complexă descrisă de ecuația Arrhenius:

k=Ae–Ea/RT, unde A este factorul pre-exponenţial; Ea este energia de activare, R este constanta universală a gazului egală cu 8,31 j/mol; T este temperatura absolută;

e este baza logaritmilor naturali.

Cu toate acestea, constantele vitezei de reacție observate sunt în general mult mai mici decât cele calculate folosind ecuația Arrhenius. Prin urmare, ecuația pentru constanta vitezei de reacție se modifică după cum urmează:

(minus înaintea întregii fracții)

Multiplicatorul face ca dependența de temperatură a constantei de viteză să difere de ecuația lui Arrhenius. Deoarece energia de activare Arrhenius este calculată ca tangente a pantei dependenței logaritmice a vitezei de reacție față de temperatura reciprocă, atunci procedând la fel cu ecuația , primim:

Caracteristicile reacțiilor eterogene. Viteza reacțiilor eterogene și factorii care o determină. Regiunile cinetice și de difuzie ale proceselor eterogene. Exemple de reacții eterogene de interes pentru farmacie.

REACȚII ETEROGENE, chimic. reacţii care implică substanţe în descomp. faze şi constituind împreună un sistem eterogen. Reacții eterogene tipice: termice. descompunerea sărurilor pentru a forma produse gazoase și solide (de exemplu, CaCO3 -> CaO + CO2), reducerea oxizilor metalici cu hidrogen sau carbon (de exemplu, PbO + C -> Pb + CO), dizolvarea metalelor în acizi (de exemplu, Zn). ++ H2SO4 -> ZnSO4 + H2), interacțiune. reactivi solizi (A12O3 + NiO -> NiAl2O4). Într-o clasă specială, se disting reacțiile catalitice eterogene care apar pe suprafața catalizatorului; în acest caz, reactanții și produșii pot să nu fie în faze diferite. Direcția, în reacția N2 + + 3H2 -> 2NH3 care are loc pe suprafața unui catalizator de fier, reactanții și produsul de reacție se află în fază gazoasă și formează un sistem omogen.

Caracteristicile reacțiilor eterogene se datorează participării fazelor condensate în ele. Acest lucru face dificilă amestecarea și transportul reactanților și produselor; activarea moleculelor de reactiv pe interfață este posibilă. Cinetica oricărei reacții eterogene este definită ca viteza substanței chimice în sine. transformări și procese de transfer (difuzie) necesare pentru a completa consumul de reactanți și pentru a elimina produsele de reacție din zona de reacție. În absența obstacolelor de difuzie, viteza unei reacții eterogene este proporțională cu dimensiunea zonei de reacție; acesta este numele vitezei de reacție specifice calculate pe unitatea de suprafață (sau volum) a reacției. zone, nu se modifică în timp; pentru reacții simple (într-un singur pas), poate fi determinate pe baza maselor actori ale legii. Această lege nu este îndeplinită dacă difuzia substanțelor se desfășoară mai lent decât cea chimică. district; în acest caz, viteza observată a reacției eterogene este descrisă de ecuațiile cineticii difuziei.

Viteza unei reacții eterogene este cantitatea de substanță care intră într-o reacție sau care se formează în timpul unei reacții pe unitatea de timp pe unitatea de suprafață a fazei.

Factori care afectează viteza unei reacții chimice:

Natura reactanților

Concentrația de reactivi,

Temperatura,

Prezența unui catalizator.

Vheterog = Δp(S Δt), unde Vheterog este viteza de reacție într-un sistem heterogen; n este numărul de moli din oricare dintre substanțele rezultate din reacție; V este volumul sistemului; t - timp; S este aria suprafeței fazei pe care are loc reacția; Δ - semn de creștere (Δp = p2 - p1; Δt = t2 - t1).

Sarcina # 1. Interacțiunea cu oxigenul liber duce la formarea de dioxid de azot foarte toxic //, deși această reacție se desfășoară lent în condiții fiziologice și la concentrații scăzute nu joacă un rol semnificativ în deteriorarea celulelor toxice, dar, totuși, efectele patogene cresc brusc odată cu hiperproducția sa. Determinați de câte ori crește viteza de interacțiune a oxidului nitric (II) cu oxigenul atunci când presiunea din amestecul de gaze inițiale se dublează, dacă viteza de reacție este descris de ecuație ?

Soluţie.

1. Dublarea presiunii echivalează cu dublarea concentrației ( Cu) și . Prin urmare, ratele de interacțiune corespunzătoare și vor lua, în conformitate cu legea acțiunii în masă, expresiile: și

Răspuns. Viteza de reacție va crește de 8 ori.

Sarcina # 2. Se crede că concentrația de clor (un gaz verzui cu miros înțepător) în aer peste 25 ppm este periculoasă pentru viață și sănătate, dar există dovezi că dacă pacientul s-a vindecat de otrăvirea acută severă cu acest gaz, atunci nu se observă efecte reziduale. Determinați cum se va schimba viteza de reacție: , procedând în faza gazoasă, dacă crește cu un factor de 3: concentrație , concentrație , 3) ​​​​presiunea / /?

Soluţie.

1. Dacă notăm concentrațiile și respectiv prin și , atunci expresia vitezei de reacție va lua forma: .

2. După creșterea concentrațiilor cu un factor de 3, acestea vor fi egale pentru și pentru . Prin urmare, expresia vitezei de reacție va lua forma: 1) 2)

3. Prin urmare, o creștere a presiunii crește concentrația de reactanți gazoși cu aceeași cantitate

4. Creșterea vitezei de reacție în raport cu cea inițială este determinată de raportul, respectiv: 1) , 2) , 3) .

Răspuns. Viteza de reacție va crește: 1) , 2) , 3) ​​ori.

Sarcina #3. Cum se modifică viteza de interacțiune a substanțelor inițiale cu o schimbare a temperaturii de la la dacă coeficientul de temperatură al reacției este 2,5?

Soluţie.

1. Coeficientul de temperatură arată cum se modifică viteza de reacție cu o schimbare a temperaturii pentru fiecare (regula van't Hoff):.

2. Dacă modificarea temperaturii este: , atunci ținând cont de faptul că , obținem: . Prin urmare, .

3. Conform tabelului de antilogaritmi găsim: .

Răspuns. Cu o schimbare a temperaturii (adică cu o creștere), viteza va crește de 67,7 ori.

Sarcina #4. Calculați coeficientul de temperatură al vitezei de reacție, știind că pe măsură ce temperatura crește, viteza crește cu un factor de 128.

Soluţie.

1. Dependența vitezei unei reacții chimice de temperatură este exprimată prin regula generală van't Hoff:

.Rezolvând ecuația pentru , găsim: , . Prin urmare, =2

Răspuns. =2.

Sarcina numărul 5. Pentru una dintre reacții, s-au determinat două constante de viteză: la 0,00670 și la 0,06857. Determinați constanta de viteză a aceleiași reacții la .

Soluţie.

1. Pe baza a două valori ale constantelor vitezei de reacție, folosind ecuația Arrhenius, determinăm energia de activare a reacției: . Pentru acest caz: Prin urmare: J/mol.

2. Calculați constanta vitezei de reacție la , folosind constanta vitezei la și ecuația lui Arrhenius în calcule: . Pentru acest caz: și având în vedere că: , primim: . Prin urmare,

Răspuns.

Calculul constantei de echilibru chimic și determinarea direcției de deplasare a echilibrului după principiul Le Chatelier .

Sarcina numărul 6. Dioxidul de carbon / / spre deosebire de monoxidul de carbon / / nu încalcă funcțiile fiziologice și integritatea anatomică a unui organism viu, iar efectul lor sufocant se datorează doar prezenței în concentrații mari și scăderii procentului de oxigen din aerul inhalat. Ce este egal cu constanta de echilibru a reactiei / /: la temperatura exprimată în termeni de: a) presiuni parţiale ale reactanţilor; b) concentrațiile lor molare , știind că compoziția amestecului de echilibru se exprimă în fracții de volum: , și , iar presiunea totală în sistem este Pa?

Soluţie.

1. Presiunea parțială a unui gaz este egală cu presiunea totală înmulțită cu fracția de volum a gazului din amestec, deci:

2. Înlocuind aceste valori în expresia constantei de echilibru, obținem:

3. Relația dintre și se stabilește pe baza ecuației lui Mendeleev Clapeyron pentru gazele ideale și se exprimă prin egalitatea: , unde este diferența dintre numărul de moli de produse gazoase de reacție și substanțele inițiale gazoase. Pentru aceasta reactie: Apoi: .

Răspuns. Pa. .

Sarcina numărul 7.În ce direcție se va deplasa echilibrul în următoarele reacții:

3. ;

a) cu creșterea temperaturii, b) cu scăderea presiunii, c) cu creșterea concentrației de hidrogen?

Soluţie.

1. Echilibrul chimic în sistem se stabilește cu constanța parametrilor externi (etc.). Dacă acești parametri se modifică, atunci sistemul părăsește starea de echilibru și începe să prevaleze reacția directă (la dreapta) sau inversă (la stânga). Influența diverșilor factori asupra deplasării echilibrului este reflectată în principiul lui Le Chatelier.

2. Luați în considerare efectul asupra reacțiilor de mai sus al tuturor celor 3 factori care afectează echilibrul chimic.

a) Odată cu creșterea temperaturii, echilibrul se deplasează către o reacție endotermă, adică. reacție care are loc cu absorbția căldurii. Reacțiile 1 și 3 sunt exoterme / /, prin urmare, la creșterea temperaturii, echilibrul se va deplasa spre reacția inversă, iar în reacția a 2-a / / - spre reacția directă.

b) Când presiunea scade, echilibrul se deplasează spre o creștere a numărului de moli de gaze, adică. spre presiune mai mare. În prima și a treia reacție, părțile stânga și dreaptă ale ecuației vor avea același număr de moli de gaze (2-2 și, respectiv, 1-1). Deci schimbarea presiunii nu va cauza schimbări de echilibru în sistem. În a doua reacție, sunt 4 moli de gaze pe partea stângă și 2 moli pe dreapta, prin urmare, pe măsură ce presiunea scade, echilibrul se va deplasa spre reacția inversă.

în) Odată cu creșterea concentrației componentelor de reacție, echilibrul se deplasează spre consumul acestora.În prima reacție, hidrogenul se află în produse, iar creșterea concentrației acestuia va spori reacția inversă, în timpul căreia este consumat. În reacțiile a 2-a și a 3-a, hidrogenul se numără printre substanțele inițiale, prin urmare, o creștere a concentrației sale deplasează echilibrul către reacția care procedează cu consumul de hidrogen.

Răspuns.

a) Odată cu creșterea temperaturii în reacțiile 1 și 3, echilibrul se va deplasa la stânga, iar în reacția 2 - la dreapta.

b) Reacțiile 1 și 3 nu vor fi afectate de o scădere a presiunii, iar în reacția 2, echilibrul va fi deplasat spre stânga.

c) O creștere a temperaturii în reacțiile 2 și 3 va atrage după sine o deplasare a echilibrului la dreapta, iar în reacția 1 la stânga.

1.2. Sarcini situaționale №№ de la 7 la 21 pentru consolidarea materialului (efectuați în caietul de protocol).

Sarcina numărul 8. Cum se va schimba rata de oxidare a glucozei în organism odată cu scăderea temperaturii de la până la dacă coeficientul de temperatură al vitezei de reacție este 4?

Sarcina numărul 9.Folosind regula aproximativă van't Hoff, calculați cât de mult trebuie crescută temperatura astfel încât viteza de reacție să crească de 80 de ori? Luați coeficientul de temperatură al vitezei egal cu 3.

Sarcina numărul 10. Pentru a opri practic reacția, se utilizează răcirea rapidă a amestecului de reacție („înghețarea reacției”). Determinați de câte ori se va schimba viteza de reacție atunci când amestecul de reacție este răcit de la 40 la , dacă coeficientul de temperatură al reacției este 2,7.

Sarcina numărul 11. Un izotop utilizat pentru a trata anumite tumori are un timp de înjumătățire de 8,1 zile. După ce timp va scădea de 5 ori conținutul de iod radioactiv din corpul pacientului?

Sarcina numărul 12. Hidroliza unui hormon sintetic (farmaceutic) este o reacție de ordinul întâi cu o constantă de viteză de 0,25 (). Cum se va schimba concentrația acestui hormon după 2 luni?

Sarcina numărul 13. Timpul de înjumătățire al radioactivului este de 5600 de ani. Într-un organism viu, o cantitate constantă este menținută datorită metabolismului. În rămășițele unui mamut, conținutul era din original. Când a trăit mamutul?

Sarcina numărul 14. Timpul de înjumătățire al insecticidului (un pesticid folosit pentru combaterea insectelor) este de 6 luni. O anumită cantitate a intrat în rezervor, unde a fost stabilită concentrația mol / l. Cât durează până când concentrația de insecticid să scadă la nivelul mol/l?

Sarcina numărul 15. Grăsimile și carbohidrații sunt oxidați într-un ritm vizibil la o temperatură de 450 - 500 °, iar în organismele vii - la o temperatură de 36 - 40 °. Care este motivul scăderii brusce a temperaturii necesare oxidării?

Sarcina numărul 16. Peroxidul de hidrogen se descompune în soluții apoase în oxigen și apă. Reacția este accelerată atât de un catalizator anorganic (ion) cât și de unul bioorganic (enzima catalază). Energia de activare a reacției în absența unui catalizator este de 75,4 kJ/mol. Ionul îl reduce la 42 kJ/mol, iar enzima catalaza îl reduce la 2 kJ/mol. Calculați raportul vitezelor de reacție în absența unui catalizator în cazurile prezenței și catalazei. Ce concluzie se poate trage despre activitatea enzimei? Reacția are loc la o temperatură de 27 °C.

Sarcina numărul 17 Constanta vitezei de dezintegrare a penicilinei pe walkie-talkie J/mol.

1.3. întrebări de testare

1. Explicați ce înseamnă termenii: viteză de reacție, constantă de viteză?

2. Cum se exprimă viteza medie și reală a reacțiilor chimice?

3. De ce are sens să vorbim despre viteza reacțiilor chimice doar pentru un moment dat în timp?

4. Formulați definiția reacțiilor reversibile și ireversibile.

5. Definiți legea acțiunii în masă. Ecuația care exprimă această lege reflectă dependența vitezei de reacție de natura reactanților?

6. Cum depinde viteza de reacție de temperatură? Care este energia de activare? Ce sunt moleculele active?

7. Ce factori determină viteza unei reacții omogene și eterogene? Dă exemple.

8. Care este ordinea și molecularitatea reacțiilor chimice? În ce cazuri nu se potrivesc?

9. Ce substanțe se numesc catalizatori? Care este mecanismul de accelerare a acțiunii unui catalizator?

10. Care este conceptul de „otrăvire cu catalizator”? Ce substanțe se numesc inhibitori?

11. Ce se numește echilibru chimic? De ce se numește dinamică? Ce concentrații de reactanți se numesc echilibru?

12. Ce se numește constanta de echilibru chimic? Depinde de natura substanţelor care reacţionează, de concentraţia lor, de temperatură, de presiune? Care sunt caracteristicile notației matematice pentru constanta de echilibru în sisteme eterogene?

13. Care este farmacocinetica medicamentelor?

14. Procesele care au loc cu medicamentul în organism sunt caracterizate cantitativ printr-o serie de parametri farmacocinetici. Dă-le pe cele principale.

Problema 336.
La 150°C, o reacție este completă în 16 minute. Luând coeficientul de temperatură al vitezei de reacție egal cu 2,5, calculați cât timp se va termina această reacție dacă se efectuează: a) la 20°C. 0 °С; b) la 80°C.
Soluţie:
Conform regulii van't Hoff, dependenţa vitezei de temperatură este exprimată prin ecuaţia:

v t și k t - viteza și constanta de viteză a reacției la o temperatură de t°C; v (t + 10) și k (t + 10) aceleași valori la temperatură (t + 10 0 C); - coeficientul de temperatură al vitezei de reacție, a cărui valoare pentru majoritatea reacțiilor se află în intervalul 2 - 4.

a) Având în vedere că viteza unei reacții chimice la o anumită temperatură este invers proporțională cu durata cursului acesteia, înlocuim datele date în starea problemei într-o formulă care exprimă cantitativ regula van't Hoff, obținem :

b) Deoarece această reacție are loc cu o scădere a temperaturii, atunci la o anumită temperatură viteza acestei reacții este direct proporțională cu durata cursului ei, înlocuim datele date în starea problemei într-o formulă care exprimă cantitativ regula van't Hoff, obținem:

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

Problema 337.
Se va modifica valoarea constantei vitezei de reacție: a) la înlocuirea unui catalizator cu altul; b) când se modifică concentraţiile reactanţilor?
Soluţie:
Constanta vitezei de reacție este o valoare care depinde de natura reactanților, de temperatură și de prezența catalizatorilor și nu depinde de concentrația reactanților. Poate fi egală cu viteza de reacție în cazul în care concentrațiile reactanților sunt egale cu unitatea (1 mol/l).

a) Când un catalizator este înlocuit cu altul, viteza unei anumite reacții chimice se va modifica sau va crește. Dacă se folosește un catalizator, viteza unei reacții chimice va crește, apoi, în consecință, va crește și valoarea constantei vitezei de reacție. O modificare a valorii constantei vitezei de reacție va avea loc și atunci când un catalizator este înlocuit cu altul, ceea ce va crește sau scade viteza acestei reacții în raport cu catalizatorul original.

b) Când se modifică concentrația reactanților, valorile vitezei de reacție se vor schimba, iar valoarea constantei vitezei de reacție nu se va modifica.

Problema 338.
Efectul termic al unei reacții depinde de energia de activare a acesteia? Justificați răspunsul.
Soluţie:
Efectul termic al reacției depinde doar de starea inițială și finală a sistemului și nu depinde de etapele intermediare ale procesului. Energia de activare este energia în exces pe care trebuie să o aibă moleculele de substanțe pentru ca ciocnirea lor să ducă la formarea unei noi substanțe. Energia de activare poate fi modificată prin creșterea sau scăderea temperaturii, respectiv scăderea sau creșterea acesteia. Catalizatorii scad energia de activare, în timp ce inhibitorii o scad.

Astfel, o modificare a energiei de activare duce la o modificare a vitezei de reacție, dar nu la o modificare a căldurii reacției. Efectul termic al unei reacții este o valoare constantă și nu depinde de o modificare a energiei de activare pentru o anumită reacție. De exemplu, reacția de formare a amoniacului din azot și hidrogen este:

Această reacție este exotermă, > 0). Reacția decurge cu o scădere a numărului de moli de particule care reacţionează și a numărului de moli de substanţe gazoase, ceea ce aduce sistemul de la o stare mai puţin stabilă la una mai stabilă, entropia scade,< 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.
Pentru care reacție, directă sau inversă, energia de activare este mai mare dacă reacția directă are loc cu eliberarea de căldură?
Soluţie:
Diferența dintre energiile de activare ale reacțiilor directe și inverse este egală cu efectul termic: H \u003d E a (pr.) - E a (arr.) . Această reacție are loc cu eliberarea de căldură, adică. este exotermă,< 0 Исходя из этого, энергия активации прямой реакции имеет меньшее значение, чем энергия активации обратной реакции:
E a(ex.)< Е а(обр.) .

Răspuns: E a(ex.)< Е а(обр.) .

Problema 340.
De câte ori va crește viteza unei reacții la 298 K dacă energia sa de activare este redusă cu 4 kJ/mol?
Soluţie:
Să notăm scăderea energiei de activare cu Ea, iar constantele de viteză ale reacției înainte și după scăderea energiei de activare, respectiv, prin k și k. Folosind ecuația lui Arrhenius, obținem:

E a este energia de activare, k și k" sunt constantele vitezei de reacție, T este temperatura în K (298).
Înlocuind datele problemei în ultima ecuație și, exprimând energia de activare în jouli, calculăm creșterea vitezei de reacție:

Răspuns: de 5 ori.