Formula për koeficientin e temperaturës së reaksionit. Koeficienti i temperaturës së shpejtësisë së një reaksioni kimik (rregulli van't Hoff)

Problemi 336.
Në 150°C, disa reagime përfundojnë në 16 minuta. Duke marrë koeficientin e temperaturës së shpejtësisë së reaksionit të barabartë me 2.5, llogarisni se pas çfarë kohe do të përfundojë ky reaksion nëse kryhet: a) në 20 0 °C; b) në 80°C.
Zgjidhja:
Sipas rregullit të Van't Hofit, varësia e shpejtësisë nga temperatura shprehet me ekuacionin:

v t dhe k t - shpejtësia dhe konstanta e shpejtësisë së reaksionit në temperaturën t°C; v (t + 10) dhe k (t + 10) janë të njëjtat vlera në temperaturë (t + 10 0 C); - Koeficienti i temperaturës së shpejtësisë së reaksionit, vlera e të cilit për shumicën e reaksioneve qëndron në intervalin 2 – 4.

a) Duke marrë parasysh që shpejtësia e një reaksioni kimik në një temperaturë të caktuar është në përpjesëtim të zhdrejtë me kohëzgjatjen e shfaqjes së tij, ne i zëvendësojmë të dhënat e dhëna në deklaratën e problemit me një formulë që shpreh në mënyrë sasiore rregullin e Van't Hoff, marrim:

b) Meqenëse ky reaksion vazhdon me një ulje të temperaturës, atëherë në një temperaturë të caktuar shpejtësia e këtij reaksioni është drejtpërdrejt proporcionale me kohëzgjatjen e shfaqjes së tij, ne i zëvendësojmë të dhënat e dhëna në deklaratën e problemit në formulën që shpreh në mënyrë sasiore furgonin. Rregulli t Hoff, marrim:

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

Problemi 337.
A do të ndryshojë vlera e konstantës së shpejtësisë së reaksionit: a) kur zëvendësohet një katalizator me një tjetër; b) kur ndryshojnë përqendrimet e substancave reaguese?
Zgjidhja:
Konstanta e shpejtësisë së reaksionit është një vlerë që varet nga natyra e substancave reaguese, nga temperatura dhe nga prania e katalizatorëve dhe nuk varet nga përqendrimi i substancave që reagojnë. Mund të jetë e barabartë me shpejtësinë e reaksionit në rastin kur përqendrimet e reaktantëve janë të barabartë me njësinë (1 mol/l).

a) Kur zëvendësohet një katalizator me një tjetër, shpejtësia e një reaksioni kimik të caktuar do të ndryshojë ose rritet. Nëse përdoret një katalizator, shpejtësia e reaksionit kimik do të rritet, dhe vlera e konstantës së shpejtësisë së reaksionit do të rritet në përputhje me rrethanat. Një ndryshim në vlerën e konstantës së shpejtësisë së reaksionit do të ndodhë gjithashtu kur zëvendësohet një katalizator me një tjetër, i cili do të rrisë ose zvogëlojë shpejtësinë e këtij reaksioni në raport me katalizatorin origjinal.

b) Kur përqendrimi i reaktantëve ndryshon, vlerat e shpejtësisë së reagimit do të ndryshojnë, por vlera e konstantës së shpejtësisë së reagimit nuk do të ndryshojë.

Problemi 338.
A varet efekti termik i një reaksioni nga energjia e aktivizimit të tij? Arsyetoni përgjigjen.
Zgjidhja:
Efekti termik i reaksionit varet vetëm nga gjendjet fillestare dhe përfundimtare të sistemit dhe nuk varet nga fazat e ndërmjetme të procesit. Energjia e aktivizimit është energjia e tepërt që duhet të kenë molekulat e substancave në mënyrë që përplasja e tyre të çojë në formimin e një substance të re. Energjia e aktivizimit mund të ndryshohet duke rritur ose ulur temperaturën, duke e ulur ose rritur atë në përputhje me rrethanat. Katalizatorët ulin energjinë e aktivizimit dhe frenuesit e ulin atë.

Kështu, një ndryshim në energjinë e aktivizimit çon në një ndryshim në shpejtësinë e reagimit, por jo në një ndryshim në efektin termik të reaksionit. Efekti termik i një reaksioni është një vlerë konstante dhe nuk varet nga ndryshimet në energjinë e aktivizimit për një reaksion të caktuar. Për shembull, reagimi për formimin e amoniakut nga azoti dhe hidrogjeni ka formën:

Ky reagim është ekzotermik, > 0). Reagimi vazhdon me një ulje të numrit të moleve të grimcave reaguese dhe numrit të moleve të substancave të gazta, gjë që e çon sistemin nga një gjendje më pak e qëndrueshme në një gjendje më të qëndrueshme, entropia zvogëlohet,< 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:

Problemi 339.
Për cilin reaksion, të drejtpërdrejtë apo të kundërt, energjia e aktivizimit është më e madhe nëse reaksioni i drejtpërdrejtë çliron nxehtësi?
Zgjidhja:
Dallimi midis energjive të aktivizimit të reaksioneve të përparme dhe të kundërta është i barabartë me efektin termik: H = E a(rev.) - E a(rev.) . Ky reaksion ndodh me çlirimin e nxehtësisë, d.m.th. është ekzotermik,< 0 Исходя из этого, энергия активации прямой реакции имеет меньшее значение, чем энергия активации обратной реакции:
E a (p.sh.)< Е а(обр.) .

Përgjigje: E a (p.sh.)< Е а(обр.) .

Problemi 340.
Sa herë do të rritet shpejtësia e një reaksioni që ndodh në 298 K nëse energjia e aktivizimit të tij reduktohet me 4 kJ/mol?
Zgjidhja:
Le të shënojmë uljen e energjisë së aktivizimit me Ea, dhe konstantet e shpejtësisë së reaksionit para dhe pas uljes së energjisë së aktivizimit me k dhe k, përkatësisht." Duke përdorur ekuacionin Arrhenius, marrim:

E a - energjia e aktivizimit, k dhe k" - konstantet e shpejtësisë së reagimit, T - temperatura në K (298).
Duke zëvendësuar të dhënat e problemit në ekuacionin e fundit dhe duke shprehur energjinë e aktivizimit në xhaul, ne llogarisim rritjen e shpejtësisë së reagimit:

Përgjigju: 5 herë.

Faktorët që ndikojnë në reagim

Në trupin e njeriut, mijëra reaksione enzimatike ndodhin në një qelizë të gjallë. Sidoqoftë, në një zinxhir procesesh me shumë faza, ndryshimi midis shkallëve të reagimeve individuale është mjaft i madh. Kështu, sinteza e molekulave të proteinave në një qelizë paraprihet nga të paktën dy faza të tjera: sinteza e ARN-së transferuese dhe sinteza e ribozomeve. Por koha gjatë së cilës përqendrimi i molekulave t-ARN dyfishohet është 1.7 minuta, molekulat e proteinave - 17 minuta dhe ribozomet - 170 minuta. Shkalla e procesit të përgjithshëm të fazës së ngadaltë (kufizuese), në shembullin tonë - shkalla e sintezës së ribozomeve. Prania e një reaksioni kufizues siguron besueshmëri dhe fleksibilitet të lartë në kontrollin e mijëra reaksioneve që ndodhin në qelizë. Mjafton të monitoroni dhe rregulloni vetëm ato më të ngadalta. Kjo metodë e rregullimit të shkallës së sintezës shumëfazore quhet parimi minimal. Kjo ju lejon të thjeshtoni ndjeshëm dhe ta bëni sistemin e vetë-rregullimit në kafaz më të besueshëm.

Klasifikimet e reaksioneve të përdorura në kinetikë: reaksione, homogjene, heterogjene dhe mikroheterogjene; reaksionet janë të thjeshta dhe komplekse (paralele, sekuenciale, të konjuguara, zinxhir). Molekulariteti i një akti reaksioni elementar. Ekuacionet kinetike. Rendi i reagimit. Gjysem jete

Reaksionet mikroerogjene -

Molekulariteti i një reaksioni përcaktohet nga numri i molekulave që hyjnë në një ndërveprim kimik në një reaksion elementar. Mbi këtë bazë, reaksionet ndahen në monomolekulare, bimolekulare dhe trimolekulare.

Atëherë reaksionet e tipit A -> B do të jenë monomolekulare, për shembull:

a) C16H34 (t°C) -> Cg H18 + C8H16 - reaksioni i çarjes së hidrokarbureve;

b) CaC0 3 (t°C) -> CaO + C0 2 - zbërthimi termik i karbonatit të kalciumit.
Reaksionet e tipit A + B -> C ose 2A -> C - janë bimolekulare, për shembull:
a) C + 0 2 -> C0 2; b) 2H 2 0 2 -> 2H 2 0 + 0 2, etj.

Reaksionet trimolekulare përshkruhen nga ekuacione të përgjithshme si:

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

Për shembull: a) 2H 2 + 0 2 2H 2 0; b) 2NO + H 2 N 2 0 + H 2 0.

Shpejtësia e reaksioneve, në varësi të molekularitetit, do të shprehet me ekuacionet: a) V = në CA - për një reaksion monomolekular; b) V = në C A C në ose c) V = në C2 A - për një reaksion bimolekular; d) V = k C C në C e e) V = k C 2 A C në ose f) V = k C 3 A - për një reaksion trimolekular.

Molekulariteti është numri i molekulave që reagojnë në një akt kimik elementar.

Shpesh molekulariteti i një reaksioni është i vështirë të përcaktohet, kështu që përdoret një shenjë më formale - rendi i reaksionit kimik.

Rendi i reaksionit është i barabartë me shumën e eksponentëve të fuqive të përqendrimit në ekuacionin që shpreh varësinë e shpejtësisë së reaksionit nga përqendrimi i reaktantëve (ekuacioni kinetik).

Rendi i reaksionit më shpesh nuk përkon me molekularitetin për faktin se mekanizmi i reaksionit, d.m.th., "akti elementar" i reaksionit (shiko përkufizimin e shenjës së molekularitetit), është i vështirë për t'u vendosur.

Le të shqyrtojmë një sërë shembujsh që ilustrojnë këtë pozicion.

1. Shpejtësia e tretjes së kristaleve përshkruhet nga ekuacionet kinetike të rendit zero, pavarësisht natyrës monomolekulare të reaksionit: AgCl (TB) ->Ag + + CI", V = k C(AgCl (TB p= k"C (AgCl (ra)) - p - dendësia dhe është një vlerë konstante, d.m.th. shpejtësia e tretjes nuk varet nga sasia (përqendrimi) e substancës së tretur.

2. Reaksioni i hidrolizës së saharozës: CO + H 2 0 -> C 6 H 12 0 6 (glukozë) + C 6 H 12 0 6 (fruktoza) është një reaksion bimolekular, por kinetika e tij përshkruhet nga kinetika e rendit të parë. ekuacioni: V = k*C cax, meqenëse në kushte eksperimentale, përfshirë në trup, përqendrimi i ujit është një vlerë konstante C(H 2 0) - konst.

3.
Reaksioni i dekompozimit të peroksidit të hidrogjenit, i cili ndodh me pjesëmarrjen e katalizatorëve, si jonet inorganike Fe 3+, Cu 2+ metali platin dhe enzimat biologjike, për shembull katalaza, ka formën e përgjithshme:

2H 2 0 2 -> 2H 2 0 + O dmth është bimolekular.

Varësia e shpejtësisë së reaksionit nga përqendrimi. Ekuacionet kinetike të reaksioneve të rendit të parë, të dytë dhe zero. Metodat eksperimentale për përcaktimin e shpejtësisë dhe konstantës së shpejtësisë së reaksioneve.

Varësia e shpejtësisë së reaksionit nga temperatura. Rregulli i Van't Hofit. Koeficienti i temperaturës së shpejtësisë së reaksionit dhe veçoritë e tij për proceset biokimike.

γ-koeficienti i temperaturës së shpejtësisë së reaksionit.

Kuptimi fizik i vlerës γ është se tregon sa herë ndryshon shpejtësia e reagimit me një ndryshim të temperaturës për çdo 10 gradë.

15. Koncepti i teorisë së përplasjeve aktive. Profili energjetik i reaksionit; energjia e aktivizimit; Ekuacioni Arrhenius. Roli i faktorit sterik. Koncepti i teorisë së gjendjes së tranzicionit.

Marrëdhënia midis konstantës së shpejtësisë, energjisë së aktivizimit dhe temperaturës përshkruhet nga ekuacioni Arrhenius: k T = k 0 *Ae~ E / RT, ku k t dhe k 0 janë konstantet e shpejtësisë në temperaturën T dhe T e është baza e logaritmi natyror, A është faktori sterik.

Faktori sterik A përcakton probabilitetin e përplasjes së dy grimcave reaguese në qendrën aktive të molekulës. Ky faktor është veçanërisht i rëndësishëm për reaksionet biokimike me biopolimere. Në reaksionet acid-bazë, joni H + duhet të reagojë me grupin karboksil terminal - COO." Megjithatë, jo çdo përplasje e jonit H + me një molekulë proteine ​​do të çojë në këtë reagim. Vetëm ato përplasje që ndodhin drejtpërdrejt në disa pika e makromolekulave do të jenë efektive, të quajtura qendra aktive.

Nga ekuacioni i Arrhenius-it rezulton se sa më e ulët të jetë energjia e aktivizimit E dhe sa më e lartë të jetë temperatura T e procesit, aq më e lartë është konstantja e shpejtësisë.

Shpejtësia e një reaksioni kimik rritet me rritjen e temperaturës. Ju mund të vlerësoni rritjen e shkallës së reagimit me temperaturën duke përdorur rregullin e Van't Hoff. Sipas rregullit, rritja e temperaturës me 10 gradë rrit konstantën e shpejtësisë së reagimit me 2-4 herë:

Ky rregull nuk zbatohet në temperatura të larta, kur konstanta e shpejtësisë vështirë se ndryshon me temperaturën.

Rregulli i Van't Hoff ju lejon të përcaktoni shpejt jetëgjatësinë e një ilaçi. Rritja e temperaturës rrit shkallën e dekompozimit të barit. Kjo zvogëlon kohën që duhet për të përcaktuar jetëgjatësinë e ilaçit.

Metoda është që barnat mbahen në një temperaturë të ngritur T për një kohë të caktuar tT, sasia e ilaçit të dekompozuar m gjendet dhe rillogaritet në një temperaturë standarde të ruajtjes prej 298K. Duke e konsideruar procesin e dekompozimit të barit si një reaksion të rendit të parë, shpejtësia në temperaturën e zgjedhur T dhe T = 298 K shprehet:

Duke marrë parasysh që masa e barit të dekompozuar është e njëjtë për kushtet standarde dhe reale të ruajtjes, shkalla e dekompozimit mund të shprehet si:

Marrja e T=298+10n, ku n = 1,2,3…,

Shprehja përfundimtare për jetëgjatësinë e ilaçit merret në kushte standarde prej 298K:

Teoria e përplasjeve aktive. Energjia e aktivizimit. Ekuacioni Arrhenius. Marrëdhënia ndërmjet shpejtësisë së reaksionit dhe energjisë së aktivizimit.

Teoria e përplasjeve aktive u formulua nga S. Arrhenius në 1889. Kjo teori bazohet në idenë se për të ndodhur një reaksion kimik, janë të nevojshme përplasjet ndërmjet molekulave të substancave fillestare, dhe numri i përplasjeve përcaktohet nga intensiteti i lëvizjes termike të molekulave, d.m.th. varet nga temperatura. Por jo çdo përplasje molekulash çon në një transformim kimik: vetëm një përplasje aktive çon në të.

Përplasjet aktive janë përplasjet që ndodhin, për shembull, midis molekulave A dhe B me një sasi të madhe energjie. Sasia minimale e energjisë që duhet të kenë molekulat e substancave fillestare në mënyrë që përplasja e tyre të jetë aktive quhet pengesë energjetike e reaksionit.

Energjia e aktivizimit është energjia e tepërt që mund të jepet ose transferohet në një mol të një substance.

Energjia e aktivizimit ndikon ndjeshëm në vlerën e konstantës së shpejtësisë së reaksionit dhe varësinë e saj nga temperatura: sa më e madhe Ea, aq më e vogël është konstanta e shpejtësisë dhe aq më e rëndësishme ndryshimi i temperaturës ndikon në të.

Konstanta e shpejtësisë së reagimit lidhet me energjinë e aktivizimit nga një marrëdhënie komplekse e përshkruar nga ekuacioni Arrhenius:

k=Aе–Ea/RT, ku A është faktori paraeksponencial; Eа është energjia e aktivizimit, R është konstanta universale e gazit e barabartë me 8,31 J/mol; T - temperatura absolute;

e-baza e logaritmeve natyrore.

Megjithatë, konstantet e vëzhguara të shpejtësisë së reagimit janë zakonisht shumë më të vogla se ato të llogaritura nga ekuacioni Arrhenius. Prandaj, ekuacioni për konstantën e shpejtësisë së reagimit modifikohet si më poshtë:

(minus para të gjitha thyesave)

Shumëzuesi bën që varësia nga temperatura e konstantës së shpejtësisë të ndryshojë nga ekuacioni Arrhenius. Meqenëse energjia e aktivizimit të Arrhenius-it llogaritet si pjerrësia e varësisë logaritmike të shpejtësisë së reaksionit nga temperatura e anasjelltë, atëherë bëhet e njëjta gjë me ekuacionin , marrim:

Veçoritë e reaksioneve heterogjene. Shpejtësia e reaksioneve heterogjene dhe faktorët e saj përcaktues. Zonat kinetike dhe të difuzionit të proceseve heterogjene. Shembuj të reaksioneve heterogjene me interes për farmacinë.

REAKSIONET HETEROGJENE, kim. reaksionet që përfshijnë substanca në dekompozim. fazat dhe formojnë kolektivisht një sistem heterogjen. Reaksionet tipike heterogjene: termike. zbërthimi i kripërave me formimin e produkteve të gazta dhe të ngurta (për shembull, CaCO3 -> CaO + CO2), reduktimi i oksideve të metaleve me hidrogjen ose karbon (për shembull, PbO + C -> Pb + CO), shpërbërja e metaleve në acide (për shembull, Zn + + H2SO4 -> ZnSO4 + H2), ndërveprim. reagentët e ngurtë (A12O3 + NiO -> NiAl2O4). Një klasë e veçantë përfshin reaksionet katalitike heterogjene që ndodhin në sipërfaqen e katalizatorit; Për më tepër, reaktantët dhe produktet mund të mos jenë në faza të ndryshme. Drejtimi, gjatë reaksionit N2 + + ZH2 -> 2NH3 që ndodh në sipërfaqen e një katalizatori hekuri, reaktantët dhe produkti i reaksionit janë në fazën e gazit dhe formojnë një sistem homogjen.

Veçoritë e reaksioneve heterogjene janë për shkak të pjesëmarrjes së fazave të kondensuar në to. Kjo e bën të vështirë përzierjen dhe transportin e reagentëve dhe produkteve; aktivizimi i molekulave të reagentit në ndërfaqe është i mundur. Kinetika e çdo reaksioni heterogjen përcaktohet nga shpejtësia e vetë kimikatit. transformimet, si dhe nga proceset e transferimit (difuzioni) të nevojshme për të rimbushur konsumin e substancave reaguese dhe për të hequr produktet e reaksionit nga zona e reagimit. Në mungesë të pengesave të difuzionit, shpejtësia e një reaksioni heterogjen është proporcionale me madhësinë e zonës së reaksionit; kjo është shpejtësia specifike e reagimit e llogaritur për njësi sipërfaqe (ose vëllim) të reaksionit. zonat, nuk ndryshon me kalimin e kohës; për reaksione të thjeshta (me një hap) mund të jetë të përcaktuara në bazë të ligjit masiv të veprimit. Ky ligj nuk plotësohet nëse difuzioni i substancave ecën më ngadalë se ai kimik. rrethi; në këtë rast, shpejtësia e vëzhguar e një reaksioni heterogjen përshkruhet nga ekuacionet e kinetikës së difuzionit.

Shpejtësia e një reaksioni heterogjen është sasia e substancës që reagon ose formohet gjatë një reaksioni për njësi të kohës për njësi sipërfaqe të fazës.

Faktorët që ndikojnë në shpejtësinë e një reaksioni kimik:

Natyra e reaktantëve

Përqendrimi i reagentit,

Temperatura,

Prania e një katalizatori.

Vheterogjen = Δπ(S Δt), ku Vheterog është shpejtësia e reagimit në një sistem heterogjen; n është numri i moleve të ndonjë prej substancave që rezulton nga reaksioni; V është vëllimi i sistemit; t - koha; S është sipërfaqja e fazës në të cilën ndodh reaksioni; Δ - shenja e rritjes (Δp = p2 - p1; Δt = t2 - t1).

Detyra nr. 1. Ndërveprimi me oksigjenin e lirë çon në formimin e dioksidit të azotit shumë toksik //, megjithëse ky reagim ndodh ngadalë në kushte fiziologjike dhe në përqendrime të ulëta nuk luan një rol të rëndësishëm në dëmtimin toksik të qelizave, megjithatë, efektet patogjene rriten ndjeshëm me mbiprodhimi. Përcaktoni sa herë rritet shpejtësia e bashkëveprimit të oksidit të azotit (II) me oksigjenin kur presioni në përzierjen e gazeve fillestare dyfishohet, nëse shpejtësia e reagimit përshkruar nga ekuacioni ?

Zgjidhje.

1. Dyfishimi i presionit është i barabartë me dyfishimin e përqendrimit ( Me) Dhe. Prandaj, normat e ndërveprimit që korrespondojnë dhe do të marrin, në përputhje me ligjin e veprimit masiv, shprehjet: Dhe

Përgjigju. Shpejtësia e reagimit do të rritet 8 herë.

Detyra nr. 2. Besohet se përqendrimi i klorit (një gaz i gjelbër me erë të fortë) në ajër mbi 25 ppm është i rrezikshëm për jetën dhe shëndetin, por ka të dhëna që nëse pacienti është shëruar nga helmimi akut i rëndë me këtë gaz, atëherë nuk vërehen efekte të mbetura. Përcaktoni se si do të ndryshojë shpejtësia e reaksionit që ndodh në fazën e gazit nëse rriteni me 3 herë: përqendrimi, përqendrimi, 3) presioni / /?

Zgjidhje.

1. Nëse përqendrimet dhe përkatësisht i shënojmë me dhe, atëherë shprehja për shpejtësinë e reaksionit do të marrë formën: .

2. Pas rritjes së përqendrimeve me 3 herë, ato do të jenë të barabarta për dhe për . Prandaj, shprehja për shpejtësinë e reagimit do të marrë formën: 1) 2)

3. Rritja e presionit rrit përqendrimin e reaktantëve të gaztë me të njëjtën sasi, pra

4. Rritja e shpejtësisë së reagimit në raport me atë fillestar përcaktohet nga raporti, përkatësisht: 1) , 2) , 3) .

Përgjigju. Shpejtësia e reagimit do të rritet me: 1), 2), 3) herë.

Problemi nr. 3. Si ndryshon shpejtësia e bashkëveprimit të substancave fillestare kur temperatura ndryshon nga në nëse koeficienti i temperaturës së reaksionit është 2,5?

Zgjidhje.

1. Koeficienti i temperaturës tregon se si ndryshon shpejtësia e reaksionit me çdo ndryshim të temperaturës (rregulli i van't Hoff): .

2. Nëse ndryshimi i temperaturës është: , atëherë duke marrë parasysh faktin se , fitojmë: . Nga këtu, .

3. Duke përdorur tabelën e antilogaritmeve gjejmë: .

Përgjigju. Kur temperatura ndryshon (d.m.th. rritet), shpejtësia do të rritet me 67.7 herë.

Problemi nr. 4. Llogaritni koeficientin e temperaturës së shpejtësisë së reaksionit, duke ditur se shpejtësia rritet me një faktor prej 128 me rritjen e temperaturës.

Zgjidhje.

1. Varësia e shpejtësisë së një reaksioni kimik nga temperatura shprehet me rregullin empirik van’t Hoff:

.Duke zgjidhur ekuacionin për , gjejmë: , . Prandaj =2

Përgjigju. =2.

Problemi nr. 5. Për një nga reaksionet, u përcaktuan dy konstante të shpejtësisë: në 0.00670 dhe në 0.06857. Përcaktoni konstanten e shpejtësisë për të njëjtin reaksion në .

Zgjidhje.

1. Në bazë të dy vlerave të konstantave të shpejtësisë së reaksionit, duke përdorur ekuacionin Arrhenius, përcaktojmë energjinë e aktivizimit të reaksionit: . Për këtë rast: Prandaj: J/mol.

2. Llogaritni konstanten e shpejtësisë së reaksionit në , duke përdorur konstantën e shpejtësisë në dhe ekuacionin Arrhenius në llogaritjet: . Për këtë rast: dhe duke marrë parasysh faktin se: , marrim: . Prandaj,

Përgjigju.

Llogaritja e konstantës së ekuilibrit kimik dhe përcaktimi i drejtimit të zhvendosjes së ekuilibrit duke përdorur parimin e Le Chatelier .

Detyra nr. 6. Dioksidi i karbonit / / ndryshe nga monoksidi i karbonit / / nuk cenon funksionet fiziologjike dhe integritetin anatomik të një organizmi të gjallë dhe efekti i tyre mbytës është vetëm për shkak të pranisë në përqendrime të larta dhe një ulje të përqindjes së oksigjenit në ajrin e thithur. Me çfarë është e barabartë konstante e ekuilibrit të reaksionit / /: në temperaturë, e shprehur nëpërmjet: a) presioneve të pjesshme të substancave reaguese; b) përqendrimet e tyre molare, duke ditur se përbërja e përzierjes së ekuilibrit shprehet me fraksione vëllimore: , dhe , dhe presioni total në sistem është Pa?

Zgjidhje.

1. Presioni i pjesshëm i një gazi është i barabartë me presionin total të shumëzuar me fraksionin vëllimor të gazit në përzierje, prandaj:

2. Duke zëvendësuar këto vlera në shprehjen për konstantën e ekuilibrit, marrim:

3. Marrëdhënia ndërmjet dhe është vendosur në bazë të ekuacionit Mendeleev-Klapeyron për gazet ideale dhe shprehet me barazinë: , ku është ndryshimi midis numrit të moleve të produkteve të reaksionit të gaztë dhe substancave fillestare të gazta. Për këtë reagim: . Pastaj: .

Përgjigju. Pa. .

Detyra nr 7. Në cilin drejtim do të zhvendoset ekuilibri në reaksionet e mëposhtme:

3. ;

a) me rritjen e temperaturës, b) me uljen e presionit, c) me rritjen e përqendrimit të hidrogjenit?

Zgjidhje.

1. Ekuilibri kimik në sistem vendoset në parametra të jashtëm konstant (etj.). Nëse këto parametra ndryshojnë, atëherë sistemi largohet nga gjendja e ekuilibrit dhe reaksioni i drejtpërdrejtë (në të djathtë) ose i kundërt (në të majtë) fillon të mbizotërojë. Ndikimi i faktorëve të ndryshëm në ndryshimin e ekuilibrit pasqyrohet në parimin e Le Chatelier.

2. Le të shqyrtojmë ndikimin në reaksionet e mësipërme të të 3 faktorëve që ndikojnë në ekuilibrin kimik.

a) Me rritjen e temperaturës, ekuilibri zhvendoset drejt reaksionit endotermik, d.m.th. reaksion që ndodh me thithjen e nxehtësisë. Reaksionet 1 dhe 3 janë ekzotermike / /, prandaj, me rritjen e temperaturës, ekuilibri do të zhvendoset drejt reaksionit të kundërt, dhe në reagimin e dytë / / - drejt reagimit përpara.

b) Me uljen e presionit, ekuilibri zhvendoset drejt rritjes së numrit të moleve të gazeve, d.m.th. drejt presionit më të madh. Në reaksionin e parë dhe të tretë, anët e majta dhe të djathta të ekuacionit do të kenë të njëjtin numër mol gazesh (përkatësisht 2-2 dhe 1-1). Prandaj, ndryshimi i presionit nuk do të shkaktojë ndryshimi i ekuilibrit në sistem. Në reaksionin e dytë, ka 4 mol gazra në anën e majtë dhe 2 mol në anën e djathtë, prandaj, me uljen e presionit, ekuilibri do të zhvendoset drejt reaksionit të kundërt.

V) Me rritjen e përqendrimit të përbërësve të reaksionit, ekuilibri zhvendoset drejt konsumit të tyre. Në reagimin e parë, hidrogjeni është i pranishëm në produkte dhe rritja e përqendrimit të tij do të përmirësojë reagimin e kundërt, gjatë të cilit konsumohet. Në reaksionin e dytë dhe të tretë, hidrogjeni është ndër substancat fillestare, kështu që rritja e përqendrimit të tij e zhvendos ekuilibrin drejt reaksionit që ndodh me konsumimin e hidrogjenit.

Përgjigju.

a) Me rritjen e temperaturës, ekuilibri në reaksionet 1 dhe 3 do të zhvendoset në të majtë, dhe në reaksionin 2 - në të djathtë.

b) Reaksionet 1 dhe 3 nuk do të ndikohen nga një ulje e presionit, por në reaksionin 2 ekuilibri do të zhvendoset majtas.

c) Një rritje e temperaturës në reaksionet 2 dhe 3 do të sjellë një zhvendosje të ekuilibrit në të djathtë, dhe në reagimin 1 - në të majtë.

1.2. Detyrat situative nr. 7 deri 21 për të konsoliduar materialin (bëhet në një fletore protokolli).

Detyra nr 8. Si do të ndryshojë shpejtësia e oksidimit të glukozës në trup kur temperatura ulet nga në nëse koeficienti i temperaturës së shpejtësisë së reaksionit është 4?

Problemi nr. 9.Duke përdorur rregullin e përafërt Van't Hoff, llogaritni sa duhet të rritet temperatura në mënyrë që shpejtësia e reaksionit të rritet 80 herë? Merrni koeficientin e shpejtësisë së temperaturës të barabartë me 3.

Detyra nr 10. Për të ndaluar praktikisht reaksionin, përdoret ftohja e shpejtë e përzierjes së reaksionit ("ngrirja e reaksionit"). Përcaktoni sa herë do të ndryshojë shpejtësia e reaksionit kur përzierja e reaksionit ftohet nga 40 në , nëse koeficienti i temperaturës së reaksionit është 2,7.

Detyra nr. 11. Izotopi i përdorur për trajtimin e disa tumoreve ka një gjysmë jetë prej 8.1 ditësh. Pas çfarë kohe përmbajtja e jodit radioaktiv në trupin e pacientit do të ulet me 5 herë?

Detyra nr. 12. Hidroliza e disa hormoneve sintetike (farmaceutike) është një reaksion i rendit të parë me një konstante shpejtësie prej 0,25 (). Si do të ndryshojë përqendrimi i këtij hormoni pas 2 muajsh?

Detyra nr 13. Gjysma e jetës radioaktive është 5600 vjet. Në një organizëm të gjallë, një sasi konstante mbahet për shkak të metabolizmit. Në mbetjet e mamuthit, përmbajtja ishte e njëjtë me origjinalin. Përcaktoni kur jetoi vigani?

Problemi nr. 14. Gjysma e jetës së një insekticidi (një pesticid që përdoret për të kontrolluar insektet) është 6 muaj. Një sasi e caktuar ka hyrë në rezervuar, ku është vendosur përqendrimi mol/l. Sa kohë do të duhet që përqendrimi i insekticidit të bjerë në nivelin mol/l?

Detyra nr 15. Yndyrnat dhe karbohidratet oksidohen me një shpejtësi të dukshme në një temperaturë prej 450 - 500 °, dhe në organizmat e gjallë - në një temperaturë prej 36 - 40 °. Cila është arsyeja e uljes së mprehtë të temperaturës që kërkohet për oksidim?

Problemi nr. 16. Peroksidi i hidrogjenit zbërthehet në solucione ujore në oksigjen dhe ujë. Reaksioni përshpejtohet nga një katalizator inorganik (jon) dhe një katalizator bioorganik (enzima katalazë). Energjia e aktivizimit të reaksionit në mungesë të një katalizatori është 75,4 kJ/mol. Joni e zvogëlon atë në 42 kJ/mol, dhe enzima katalazë - në 2 kJ/mol. Llogaritni raportin e shpejtësive të reaksionit në mungesë të një katalizatori në prani të katalazës. Çfarë përfundimi mund të nxirret për aktivitetin e enzimës? Reagimi zhvillohet në një temperaturë prej 27 °C.

Problemi nr. 17 Konstante e shkallës së kalbjes së penicilinës për telekomandë J/mol.

1.3. Pyetje kontrolli

1. Shpjegoni se çfarë kuptimi kanë termat: shpejtësia e reagimit, konstanta e shpejtësisë?

2. Si shprehen shpejtësitë mesatare dhe të vërteta të reaksioneve kimike?

3. Pse ka kuptim të flasim për shpejtësinë e reaksioneve kimike vetëm për një moment të caktuar kohor?

4. Formuloni përkufizimin e një reaksioni të kthyeshëm dhe të pakthyeshëm.

5. Përcaktoni ligjin e veprimit masiv. Në barazitë që shprehin këtë ligj, a pasqyrohet varësia e shpejtësisë së reagimit nga natyra e reaktantëve?

6. Si varet shpejtësia e reaksionit nga temperatura? Si quhet energjia e aktivizimit? Cilat janë molekulat aktive?

7. Nga cilët faktorë varet shpejtësia e reaksioneve homogjene dhe heterogjene? Jep shembuj.

8. Cili është rendi dhe molekulariteti i reaksioneve kimike? Në cilat raste nuk përputhen?

9. Cilat substanca quhen katalizatorë? Cili është mekanizmi i veprimit përshpejtues të katalizatorit?

10. Cili është koncepti i “helmimit me katalizator”? Cilat substanca quhen frenues?

11. Çfarë quhet ekuilibër kimik? Pse quhet dinamike? Cilat përqendrime të reaktantëve quhen ekuilibër?

12. Çka quhet konstanta e ekuilibrit kimik? A varet nga natyra e substancave që reagojnë, përqendrimi i tyre, temperatura, presioni? Cilat janë veçoritë e shënimit matematikor për konstantën e ekuilibrit në sistemet heterogjene?

13. Cila është farmakokinetika e barnave?

14. Proceset që ndodhin me barin në organizëm karakterizohen në mënyrë sasiore nga një sërë parametrash farmakokinetikë. Jepni ato kryesore.

Problemi 336.
Në 150°C, disa reagime përfundojnë në 16 minuta. Duke marrë koeficientin e temperaturës së shpejtësisë së reaksionit të barabartë me 2.5, llogarisni se pas çfarë kohe do të përfundojë ky reaksion nëse kryhet: a) në 20 0 °C; b) në 80°C.
Zgjidhja:
Sipas rregullit të Van't Hofit, varësia e shpejtësisë nga temperatura shprehet me ekuacionin:

v t dhe k t - shpejtësia dhe konstanta e shpejtësisë së reaksionit në temperaturën t°C; v (t + 10) dhe k (t + 10) janë të njëjtat vlera në temperaturë (t + 10 0 C); - Koeficienti i temperaturës së shpejtësisë së reaksionit, vlera e të cilit për shumicën e reaksioneve qëndron në intervalin 2 – 4.

a) Duke marrë parasysh që shpejtësia e një reaksioni kimik në një temperaturë të caktuar është në përpjesëtim të zhdrejtë me kohëzgjatjen e shfaqjes së tij, ne i zëvendësojmë të dhënat e dhëna në deklaratën e problemit me një formulë që shpreh në mënyrë sasiore rregullin e Van't Hoff, marrim:

b) Meqenëse ky reaksion vazhdon me një ulje të temperaturës, atëherë në një temperaturë të caktuar shpejtësia e këtij reaksioni është drejtpërdrejt proporcionale me kohëzgjatjen e shfaqjes së tij, ne i zëvendësojmë të dhënat e dhëna në deklaratën e problemit në formulën që shpreh në mënyrë sasiore furgonin. Rregulli t Hoff, marrim:

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

Problemi 337.
A do të ndryshojë vlera e konstantës së shpejtësisë së reaksionit: a) kur zëvendësohet një katalizator me një tjetër; b) kur ndryshojnë përqendrimet e substancave reaguese?
Zgjidhja:
Konstanta e shpejtësisë së reaksionit është një vlerë që varet nga natyra e substancave reaguese, nga temperatura dhe nga prania e katalizatorëve dhe nuk varet nga përqendrimi i substancave që reagojnë. Mund të jetë e barabartë me shpejtësinë e reaksionit në rastin kur përqendrimet e reaktantëve janë të barabartë me njësinë (1 mol/l).

a) Kur zëvendësohet një katalizator me një tjetër, shpejtësia e një reaksioni kimik të caktuar do të ndryshojë ose rritet. Nëse përdoret një katalizator, shpejtësia e reaksionit kimik do të rritet, dhe vlera e konstantës së shpejtësisë së reaksionit do të rritet në përputhje me rrethanat. Një ndryshim në vlerën e konstantës së shpejtësisë së reaksionit do të ndodhë gjithashtu kur zëvendësohet një katalizator me një tjetër, i cili do të rrisë ose zvogëlojë shpejtësinë e këtij reaksioni në raport me katalizatorin origjinal.

b) Kur përqendrimi i reaktantëve ndryshon, vlerat e shpejtësisë së reagimit do të ndryshojnë, por vlera e konstantës së shpejtësisë së reagimit nuk do të ndryshojë.

Problemi 338.
A varet efekti termik i një reaksioni nga energjia e aktivizimit të tij? Arsyetoni përgjigjen.
Zgjidhja:
Efekti termik i reaksionit varet vetëm nga gjendjet fillestare dhe përfundimtare të sistemit dhe nuk varet nga fazat e ndërmjetme të procesit. Energjia e aktivizimit është energjia e tepërt që duhet të kenë molekulat e substancave në mënyrë që përplasja e tyre të çojë në formimin e një substance të re. Energjia e aktivizimit mund të ndryshohet duke rritur ose ulur temperaturën, duke e ulur ose rritur atë në përputhje me rrethanat. Katalizatorët ulin energjinë e aktivizimit dhe frenuesit e ulin atë.

Kështu, një ndryshim në energjinë e aktivizimit çon në një ndryshim në shpejtësinë e reagimit, por jo në një ndryshim në efektin termik të reaksionit. Efekti termik i një reaksioni është një vlerë konstante dhe nuk varet nga ndryshimet në energjinë e aktivizimit për një reaksion të caktuar. Për shembull, reagimi për formimin e amoniakut nga azoti dhe hidrogjeni ka formën:

Ky reagim është ekzotermik, > 0). Reagimi vazhdon me një ulje të numrit të moleve të grimcave reaguese dhe numrit të moleve të substancave të gazta, gjë që e çon sistemin nga një gjendje më pak e qëndrueshme në një gjendje më të qëndrueshme, entropia zvogëlohet,< 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:

Problemi 339.
Për cilin reaksion, të drejtpërdrejtë apo të kundërt, energjia e aktivizimit është më e madhe nëse reaksioni i drejtpërdrejtë çliron nxehtësi?
Zgjidhja:
Dallimi midis energjive të aktivizimit të reaksioneve të përparme dhe të kundërta është i barabartë me efektin termik: H = E a(rev.) - E a(rev.) . Ky reaksion ndodh me çlirimin e nxehtësisë, d.m.th. është ekzotermik,< 0 Исходя из этого, энергия активации прямой реакции имеет меньшее значение, чем энергия активации обратной реакции:
E a (p.sh.)< Е а(обр.) .

Përgjigje: E a (p.sh.)< Е а(обр.) .

Problemi 340.
Sa herë do të rritet shpejtësia e një reaksioni që ndodh në 298 K nëse energjia e aktivizimit të tij reduktohet me 4 kJ/mol?
Zgjidhja:
Le të shënojmë uljen e energjisë së aktivizimit me Ea, dhe konstantet e shpejtësisë së reaksionit para dhe pas uljes së energjisë së aktivizimit me k dhe k, përkatësisht." Duke përdorur ekuacionin Arrhenius, marrim:

E a - energjia e aktivizimit, k dhe k" - konstantet e shpejtësisë së reagimit, T - temperatura në K (298).
Duke zëvendësuar të dhënat e problemit në ekuacionin e fundit dhe duke shprehur energjinë e aktivizimit në xhaul, ne llogarisim rritjen e shpejtësisë së reagimit:

Përgjigju: 5 herë.