Die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur. Der Temperaturkoeffizient der Reaktion und ihre Eigenschaften für biochemische Prozesse. Arrhenius-Gleichung. Chemische Kinetik. Temperatur und Reaktionsgeschwindigkeit
Temperatur und Reaktionsgeschwindigkeit
Bei einer festen Temperatur ist eine Reaktion möglich, wenn die wechselwirkenden Moleküle eine bestimmte Energie haben. Arrhenius nannte dies überschüssige Energie Aktivierungsenergie , und die Moleküle selbst aktiviert.
Nach Arrhenius die Geschwindigkeitskonstante k und Aktivierungsenergie E ein sind durch eine Beziehung verbunden, die als Arrhenius-Gleichung bezeichnet wird:
Hier EIN ist der präexponentielle Faktor, R ist die universelle Gaskonstante, T ist die absolute Temperatur.
Somit wird bei konstanter Temperatur die Reaktionsgeschwindigkeit bestimmt E ein. Je mehr E ein, je kleiner die Zahl der aktiven Moleküle und desto langsamer die Reaktion abläuft. Beim Abnehmen E ein Geschwindigkeit erhöht und E ein= 0 läuft die Reaktion sofort ab.
Wert E ein charakterisiert die Art der reagierenden Substanzen und wird experimentell aus der Abhängigkeit bestimmt k = f(T). Schreiben wir Gleichung (5.3) in logarithmischer Form und lösen sie nach Konstanten bei zwei Temperaturen, finden wir E ein:
γ ist der Temperaturkoeffizient der chemischen Reaktionsgeschwindigkeit. Die Van't-Hoff-Regel hat eine begrenzte Anwendung, da der Wert von γ von der Temperatur und außerhalb des Bereichs abhängt E ein= 50–100 kJ ∙ mol–1 ist diese Regel überhaupt nicht erfüllt.
Auf Abb. 5.4 ist ersichtlich, dass die für die Überführung der Ausgangsprodukte in den aktiven Zustand (A * - aktivierter Komplex) aufgewendete Energie beim Übergang zu den Endprodukten ganz oder teilweise wieder abgestrahlt wird. Die Differenz zwischen den Energien der Ausgangs- und Endprodukte bestimmt Δ H Reaktion, die nicht von der Aktivierungsenergie abhängt.
Auf dem Weg vom Anfangszustand zum Endzustand muss das System also die Energiebarriere überwinden. Nur aktive Moleküle besitzen im Moment des Stoßes den notwendigen Energieüberschuss gleich E ein, diese Barriere überwinden und eine chemische Wechselwirkung eingehen. Mit steigender Temperatur nimmt der Anteil aktiver Moleküle im Reaktionsmedium zu.
Präexponentieller MultiplikatorEIN charakterisiert Gesamtzahl Kollisionen. Für Reaktionen mit einfachen Molekülen EIN nahe der theoretischen Kollisionsstärke Z, d.h. EIN = Z berechnet aus der kinetischen Gastheorie. Für komplexe Moleküle EIN ≠ Z, also muss der sterische Faktor eingeführt werden P:
Hier Z ist die Anzahl aller Kollisionen, P ist der Anteil der Kollisionen günstig in räumliche Beziehung(nimmt Werte von 0 bis an), ist der Anteil aktiver, also energetisch günstiger Stöße.
Die Dimension der Geschwindigkeitskonstante ergibt sich aus der Beziehung
Durch Analyse des Ausdrucks (5.3) kommen wir zu dem Schluss, dass es zwei grundsätzliche Möglichkeiten gibt, die Reaktion zu beschleunigen:
a) eine Temperaturerhöhung,
b) Abnahme der Aktivierungsenergie.
Aufgaben und Tests zum Thema "Chemische Kinetik. Temperatur und Reaktionsgeschwindigkeit"
- Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion. Katalysatoren - Einordnung chemischer Reaktionen und Muster ihres Verlaufs Klasse 8–9
Lektionen: 5 Aufgaben: 8 Quiz: 1
Die Geschwindigkeit der meisten chemischen Reaktionen nimmt mit steigender Temperatur zu. Da die Konzentration der Reaktanten gemäß der kinetischen Reaktionsgleichung praktisch unabhängig von der Temperatur ist, erfolgt die Hauptwirkung der Temperatur auf die Reaktionsgeschwindigkeit durch eine Änderung der Reaktionsgeschwindigkeitskonstante. Mit zunehmender Temperatur nimmt die Energie der kollidierenden Teilchen zu und die Wahrscheinlichkeit, dass während der Kollision eine chemische Umwandlung stattfindet, steigt.
Die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur kann durch den Wert des Temperaturkoeffizienten charakterisiert werden.
Experimentelle Daten zum Einfluss der Temperatur auf die Geschwindigkeit vieler chemischer Reaktionen bei normalen Temperaturen (273–373 K) in einem kleinen Temperaturbereich zeigten, dass eine Erhöhung der Temperatur um 10 Grad die Reaktionsgeschwindigkeit um das 2–4-fache erhöht (van 't-Hoff-Regel).
Laut van't Hoff Temperaturkoeffizient der Geschwindigkeitskonstante(Van't-Hoff-Koeffizient)ist die Zunahme der Geschwindigkeit einer Reaktion bei einer Temperaturerhöhung durch 10Grad.
(4.63)
wo und sind die Geschwindigkeitskonstanten bei Temperaturen und ; ist der Temperaturkoeffizient der Reaktionsgeschwindigkeit.
Wenn die Temperatur ansteigt n Zehn Grad, wird das Verhältnis der Geschwindigkeitskonstanten gleich sein
wo n kann entweder eine ganze Zahl oder eine Bruchzahl sein.
Die Van't-Hoff-Regel ist eine Näherungsregel. Es ist in einem engen Temperaturbereich anwendbar, da sich der Temperaturkoeffizient mit der Temperatur ändert.
Eine genauere Abhängigkeit der Revon der Temperatur wird durch die semi-empirische Arrhenius-Gleichung ausgedrückt
wobei A ein präexponentieller Faktor ist, der nicht von der Temperatur abhängt, sondern nur durch die Art der Reaktion bestimmt wird; E- die Aktivierungsenergie einer chemischen Reaktion. Die Aktivierungsenergie kann als eine bestimmte Schwellenenergie dargestellt werden, die die Höhe der Energiebarriere auf dem Reaktionsweg charakterisiert. Die Aktivierungsenergie hängt auch nicht von der Temperatur ab.
Diese Abhängigkeit ist auf eingestellt spätes XIX in. Niederländischer Wissenschaftler Arrhenius für elementare chemische Reaktionen.
Direkte Aktivierungsenergie ( E 1) und umgekehrt ( E 2) Die Reaktion hängt mit der thermischen Wirkung der Reaktion D zusammen H Verhältnis (siehe Abb. 1):
E 1 – E 2=D N.
Wenn die Reaktion endotherm ist und D H> 0 also E 1 >E 2 und die Aktivierungsenergie der Hinreaktion ist größer als die der Rückreaktion. Wenn die Reaktion exotherm ist, dann E 1 < Е 2 .
Arrhenius-Gleichung (101) in Differentialform kann geschrieben werden:
Aus der Gleichung folgt, dass je größer die Aktivierungsenergie E ist, desto schneller steigt die Reaktionsgeschwindigkeit mit der Temperatur.
Variablen trennen k und T und überlegen E konstanter Wert, nach Integration von Gleichung (4.66) erhalten wir:
Reis. 5. Diagramm ln k–1/T.
, (4.67)
wobei A ein präexponentieller Faktor mit der Dimension der Geschwindigkeitskonstante ist. Wenn diese Gleichung gültig ist, befinden sich die experimentellen Punkte auf dem Diagramm in Koordinaten auf einer geraden Linie in einem Winkel a zur x-Achse und Neigung() ist gleich , was es ermöglicht, die Aktivierungsenergie einer chemischen Reaktion aus der Abhängigkeit der Geschwindigkeitskonstante von der Temperatur gemäß der Gleichung zu berechnen.
Die Aktivierungsenergie einer chemischen Reaktion lässt sich aus den Werten der Geschwindigkeitskonstanten bei zwei berechnen verschiedene Temperaturen nach der gleichung
. (4.68)
Die theoretische Ableitung der Arrhenius-Gleichung erfolgt für Elementarreaktionen. Aber die Erfahrung zeigt, dass auch die allermeisten komplexen Reaktionen dieser Gleichung gehorchen. Für komplexe Reaktionen haben die Aktivierungsenergie und der präexponentielle Faktor in der Arrhenius-Gleichung jedoch keine eindeutige physikalische Bedeutung.
Die Arrhenius-Gleichung (4.67) ermöglicht eine zufriedenstellende Beschreibung einer breiten Palette von Reaktionen in einem engen Temperaturbereich.
Zur Beschreibung der Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit wird auch die modifizierte Arrhenius-Gleichung verwendet
,
(4.69)
die bereits drei Parameter enthält : SONDERN, E und n.
Gleichung (4.69) wird häufig für Reaktionen verwendet, die in Lösungen ablaufen. Bei einigen Reaktionen weicht die Abhängigkeit der Revon der Temperatur von den oben angegebenen Abhängigkeiten ab. Beispielsweise nimmt bei Reaktionen dritter Ordnung die Geschwindigkeitskonstante mit steigender Temperatur ab. Bei kettenexothermen Reaktionen steigt die Rebei einer Temperatur oberhalb einer bestimmten Grenze stark an (thermische Explosion).
4.5.1. Beispiele für Problemlösungen
Beispiel 1 Die Geschwindigkeitskonstante einiger Reaktionen änderte sich mit steigender Temperatur wie folgt: t 1 = 20 °C;
k 1 \u003d 2,76 10 -4 min. -ein ; t 2 \u003d 50 0 C; k 2 = 137,4·10 –4 min. -1 Bestimmen Sie den Temperaturkoeffizienten der Geschwindigkeitskonstante einer chemischen Reaktion.
Entscheidung. Die Van't-Hoff-Regel ermöglicht es, aus der Beziehung den Temperaturkoeffizienten der Geschwindigkeitskonstante zu berechnen
g n= =2 ¸ 4, wobei n = = =3;
g 3 \u003d \u003d 49,78 g \u003d 3,68
Beispiel 2 Berechnen Sie mit Hilfe der Van't-Hoff-Regel, bei welcher Temperatur die Reaktion in 15 Minuten endet, wenn sie bei einer Temperatur von 20 0 C 120 Minuten gedauert hat. Temperaturkoeffizient Reaktionsgeschwindigkeit ist 3.
Entscheidung. Je kürzer die Reaktionszeit ( t), desto größer ist die Geschwindigkeitskonstante der Reaktion:
3n = 8, n ln3 = ln8, n== .
Die Temperatur, bei der die Reaktion in 15 Minuten endet, ist:
20 + 1,9 × 10 \u003d 39 0 C.
Beispiel 3 Die Geschwindigkeitskonstante der Verseifungsreaktion von Essigsäureethylester mit einer Alkalilösung bei einer Temperatur von 282,4 K beträgt 2,37 l 2 / mol 2 min. , und bei einer Temperatur von 287,40 K ist es gleich 3,2 l 2 / mol 2 min. Finden Sie die Temperatur, bei der die Geschwindigkeitskonstante dieser Reaktion 4 beträgt?
Entscheidung.
1. Wenn wir die Werte der Geschwindigkeitskonstanten bei zwei Temperaturen kennen, können wir die Aktivierungsenergie der Reaktion finden:
= 
= 40,8 kJ/mol.
2. Den Wert der Aktivierungsenergie aus der Arrhenius-Gleichung kennen
Fragen und Aufgaben zur Selbstkontrolle.
1. Welche Größen werden als "Arrhenius"-Parameter bezeichnet?
2. Was ist die minimale Menge an experimentellen Daten, die benötigt wird, um die Aktivierungsenergie einer chemischen Reaktion zu berechnen?
3. Zeigen Sie, dass der Temperaturkoeffizient der Geschwindigkeitskonstante von der Temperatur abhängt.
4. Gibt es Abweichungen von der Arrhenius-Gleichung? Wie lässt sich in diesem Fall die Abhängigkeit der Geschwindigkeitskonstante von der Temperatur beschreiben?
Kinetik komplexer Reaktionen
Reaktionen verlaufen in der Regel nicht durch direktes Zusammenwirken aller Ausgangsteilchen mit deren direktem Übergang in Reaktionsprodukte, sondern bestehen aus mehreren Elementarstufen. Dies gilt vor allem für Reaktionen, an denen gemäß ihrer stöchiometrischen Gleichung mehr als drei Teilchen beteiligt sind. Aber auch Reaktionen von zwei oder einem Teilchen verlaufen oft nicht über einen einfachen bi- oder monomolekularen Mechanismus, sondern über einen komplexeren Weg, nämlich über mehrere Elementarstufen.
Reaktionen werden als komplex bezeichnet, wenn der Verbrauch von Ausgangsmaterialien und die Bildung von Reaktionsprodukten über eine Reihe von Elementarstufen erfolgen, die gleichzeitig oder nacheinander ablaufen können. Gleichzeitig finden einige Stufen unter Beteiligung von Stoffen statt, die weder Ausgangsstoffe noch Reaktionsprodukte (Zwischenstoffe) sind.
Als Beispiel komplexe Reaktion Wir können die Reaktion der Chlorierung von Ethylen mit der Bildung von Dichlorethan betrachten. Die direkte Wechselwirkung muss einen viergliedrigen aktivierten Komplex durchlaufen, was mit der Überwindung einer hohen Energiebarriere verbunden ist. Die Geschwindigkeit eines solchen Prozesses ist gering. Werden im System auf die eine oder andere Weise Atome gebildet (z. B. unter Lichteinwirkung), so kann der Prozess nach einem Kettenmechanismus ablaufen. Das Atom verbindet sich leicht an der Doppelbindung, um ein freies Radikal zu bilden - . Dieses freie Radikal kann leicht ein Atom von einem Molekül abreißen, um das Endprodukt zu bilden - , wodurch das freie Atom regeneriert wird.
Als Ergebnis dieser zwei Stufen werden ein Molekül und ein Molekül in ein Produktmolekül umgewandelt – und das regenerierte Atom interagiert mit dem nächsten Ethylenmolekül. Beide Stufen haben niedrige Aktivierungsenergien und sorgen auf diese Weise für eine schnelle Reaktion. Unter Berücksichtigung der Möglichkeit der Rekombination von freien Atomen und freien Radikalen vollständiges Schema Prozess kann geschrieben werden als:
Bei aller Vielfalt lassen sich Komplexreaktionen auf eine Kombination mehrerer Arten von Komplexreaktionen zurückführen, nämlich parallele, sequentielle und Serien-Parallel-Reaktionen.
Die beiden Stufen werden aufgerufen nacheinander wenn das in einer Stufe gebildete Teilchen das Ausgangsteilchen in einer anderen Stufe ist. Zum Beispiel sind im obigen Schema die erste und die zweite Stufe sequentiell:
.
Die beiden Stufen werden aufgerufen parallel, wenn an beiden die gleichen Teilchen als initial beteiligt sind. Beispielsweise sind im Reaktionsschema die vierte und fünfte Stufe parallel:
Die beiden Stufen werden aufgerufen serien-parallel, wenn sie in bezug auf das eine parallel und in bezug auf das andere der an diesen Stufen beteiligten Teilchen sequentiell sind.
Ein Beispiel für Reihen-Parallel-Schritte sind der zweite und der vierte Schritt dieses Reaktionsschemas.
Zu Eigenschaften die Tatsache, dass die Reaktion nach einem komplexen Mechanismus abläuft, sind folgende Zeichen:
Nichtübereinstimmung von Reaktionsordnung und stöchiometrischen Koeffizienten;
Änderung der Zusammensetzung von Produkten in Abhängigkeit von Temperatur, Anfangskonzentration und anderen Bedingungen;
Beschleunigung oder Verlangsamung des Prozesses bei Zugabe geringer Stoffmengen zum Reaktionsgemisch;
Einfluss von Material und Abmessungen des Gefäßes auf die Reaktionsgeschwindigkeit etc.
Bei der kinetischen Analyse komplexer Reaktionen gilt das Unabhängigkeitsprinzip: „Wenn mehrere einfache Reaktionen gleichzeitig im System ablaufen, dann gilt für jede von ihnen das Grundpostulat der chemischen Kinetik, als wäre diese Reaktion die einzige.“ Dieses Prinzip lässt sich auch so formulieren: „Der Wert der Geschwindigkeitskonstante einer Elementarreaktion hängt nicht davon ab, ob in einem gegebenen System gleichzeitig andere Elementarreaktionen ablaufen.“
Das Unabhängigkeitsprinzip gilt für die meisten Reaktionen, die nach einem komplexen Mechanismus ablaufen, ist aber nicht universell, da es Reaktionen gibt, bei denen einige einfache Reaktionen den Ablauf anderer beeinflussen (z. B. konjugierte Reaktionen).
Wichtig bei der Untersuchung komplexer chemischer Reaktionen ist das Prinzip Mikroreversibilität oder detaillierte Bilanz:
wenn drin Komplexer Prozess Wenn ein chemisches Gleichgewicht hergestellt ist, müssen die Geschwindigkeiten der Hin- und Rückreaktion für jede der Elementarstufen gleich sein.
Der häufigste Fall einer komplexen Reaktion ist der Fall, wenn die Reaktion über mehrere einfache Schritte abläuft unterschiedliche Geschwindigkeiten. Der Geschwindigkeitsunterschied führt dazu, dass die Kinetik des Erhalts des Reaktionsprodukts durch die Gesetze nur einer Reaktion bestimmt werden kann. Beispielsweise wird bei parallelen Reaktionen die Geschwindigkeit des gesamten Prozesses durch die Geschwindigkeit der schnellsten Stufe und bei sequentiellen Reaktionen durch die langsamste bestimmt. Daher kann bei der Analyse der Kinetik paralleler Reaktionen mit einem signifikanten Unterschied in den Konstanten die Geschwindigkeit der langsamen Stufe vernachlässigt werden, und bei der Analyse sequentieller Reaktionen ist es nicht erforderlich, die Geschwindigkeit der schnellen Reaktion zu bestimmen.
Bei sequentiellen Reaktionen wird die langsamste Reaktion genannt begrenzen. Die Begrenzungsstufe hat die kleinste Geschwindigkeitskonstante.
Wenn die Werte der Geschwindigkeitskonstanten der einzelnen Stufen einer komplexen Reaktion nahe beieinander liegen, ist dies erforderlich vollständige Analyse das gesamte kinetische Schema.
Die Einführung des Konzepts einer geschwindigkeitsbestimmenden Stufe vereinfacht in vielen Fällen die mathematische Seite der Betrachtung solcher Systeme und erklärt die Tatsache, dass manchmal die Kinetik komplexer, mehrstufiger Reaktionen gut durch einfache Gleichungen beschrieben wird, beispielsweise durch die erste Befehl.
Mit steigender Temperatur erhöht sich normalerweise die Geschwindigkeit eines chemischen Prozesses. 1879 formulierte der niederländische Wissenschaftler J. Van't Hoff eine empirische Regel: Bei einer Temperaturerhöhung um 10 K erhöht sich die Geschwindigkeit der meisten chemischen Reaktionen um das 2-4-fache.
Mathematische Notation der Regel I. van't Hoff:
γ 10 \u003d (kt + 10) / k t, wobei k t die Geschwindigkeitskonstante der Reaktion bei der Temperatur T ist; k t+10 - Rebei Temperatur T+10; γ 10 - Van't Hoff-Temperaturkoeffizient. Sein Wert reicht von 2 bis 4. Für biochemische Prozesseγ 10 variiert von 7 bis 10.
Alle biologischen Prozesse laufen in einem bestimmten Temperaturbereich ab: 45-50°C. Optimale Temperatur beträgt 36-40°C. Im Körper von Warmblütern wird diese Temperatur aufgrund der Thermoregulation des entsprechenden Biosystems konstant gehalten. Bei der Untersuchung von Biosystemen werden Temperaturkoeffizienten γ 2 , γ 3 , γ 5 verwendet. Zum Vergleich werden sie auf γ 10 gebracht.
Die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur lässt sich gemäß der Van't-Hoff-Regel durch die Gleichung darstellen:
V 2 / V 1 \u003d γ ((T 2 - T 1) / 10)
Aktivierungsenergie. Eine signifikante Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit mit steigender Temperatur lässt sich nicht nur durch eine Zunahme der Anzahl von Stößen zwischen Teilchen reagierender Substanzen erklären, da gemäß der kinetischen Gastheorie die Anzahl der Stöße mit steigender Temperatur leicht ansteigt. Die Zunahme der Reaktionsgeschwindigkeit mit steigender Temperatur erklärt sich dadurch, dass eine chemische Reaktion nicht bei jedem Zusammenstoß von Teilchen reagierender Stoffe stattfindet, sondern nur beim Aufeinandertreffen aktiver Teilchen, die im Moment des Zusammenstoßes über die notwendige Überschussenergie verfügen.
Die Energie, die erforderlich ist, um inaktive Teilchen in aktive Teilchen umzuwandeln, wird als bezeichnet Aktivierungsenergie (Ea). Aktivierungsenergie - Überschuss, verglichen mit dem Durchschnittswert, der Energie, die für den Eintritt reagierender Substanzen in eine Reaktion erforderlich ist, wenn sie kollidieren. Die Aktivierungsenergie wird in Kilojoule pro Mol (kJ/mol) gemessen. Üblicherweise beträgt E 40 bis 200 kJ/mol.
Das Energiediagramm der exothermen und endothermen Reaktionen ist in Abb. 1 dargestellt. 2.3. Bei jedem chemischen Prozess ist es möglich, Anfangs-, Zwischen- und Endzustand zu unterscheiden. An der Spitze der Energiebarriere befinden sich die Reaktanten in einem Zwischenzustand, der als aktivierter Komplex oder Übergangszustand bezeichnet wird. Die Differenz zwischen der Energie des aktivierten Komplexes und der Anfangsenergie der Reagenzien ist Ea, und die Differenz zwischen der Energie der Reaktionsprodukte und Ausgangsmaterialien (Reagenzien) ist ΔH, thermische Wirkung Reaktionen. Die Aktivierungsenergie ist im Gegensatz zu ΔH immer ein positiver Wert. Für exotherme Reaktion(Abb. 2.3, a) Produkte befinden sich auf einem niedrigeren Energieniveau als Reagenzien (Ea< ΔН).
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Ea ist der Hauptfaktor, der die Reaktionsgeschwindigkeit bestimmt: Wenn Ea > 120 kJ/mol (höhere Energiebarriere, weniger aktive Teilchen im System), ist die Reaktion langsam; und umgekehrt, wenn Ea< 40 кДж/моль, реакция осуществляется с большой скоростью.
Bei Reaktionen mit komplexen Biomolekülen ist zu berücksichtigen, dass in einem aktivierten Komplex, der beim Zusammenstoß von Teilchen entsteht, die Moleküle in einer bestimmten Weise im Raum orientiert sein müssen, da nur der reagierende Bereich des Moleküls eine Umwandlung erfährt, also klein im Verhältnis zu seiner Größe.
Wenn die Geschwindigkeitskonstanten k 1 und k 2 bei den Temperaturen T 1 und T 2 bekannt sind, kann der Wert von Ea berechnet werden.
Bei biochemischen Prozessen ist die Aktivierungsenergie 2-3 mal geringer als bei anorganischen. Gleichzeitig übersteigt der Ea von Reaktionen mit Fremdstoffen, Xenobiotika, den Ea herkömmlicher biochemischer Prozesse deutlich. Diese Tatsache ist der natürliche Bioschutz des Systems vor dem Einfluss von Fremdstoffen, d.h. Körpereigene Reaktionen treten unter günstigen Bedingungen bei niedrigem Ea auf, bei Fremdreaktionen ist Ea hoch. Dies ist eine Genbarriere, die eines der Hauptmerkmale des Ablaufs biochemischer Prozesse charakterisiert.
Aufgabe # 1. Wechselwirkung mit freiem Sauerstoff führt zur Bildung von hochtoxischem Stickstoffdioxid//, das zwar unter physiologischen Bedingungen langsam abläuft und bei geringen Konzentrationen keine nennenswerte Rolle bei toxischen Zellschädigungen spielt, jedoch pathogene Wirkungen stark mit verstärkt seine Hyperproduktion. Bestimmen Sie, wie oft die Wechselwirkungsrate von Stickstoffmonoxid (II) mit Sauerstoff zunimmt, wenn sich der Druck in der Mischung der Ausgangsgase verdoppelt, wenn sich die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht 
wird durch die Gleichung beschrieben 
?
Entscheidung.
1. Eine Verdoppelung des Drucks entspricht einer Verdoppelung der Konzentration ( mit) und . Daher entsprechen und nehmen die Wechselwirkungsraten in Übereinstimmung mit dem Massenwirkungsgesetz die Ausdrücke an: 
und
Antworten. Die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht sich um das 8-fache.
Aufgabe # 2. Es wird angenommen, dass die Konzentration von Chlor (ein grünliches Gas mit stechendem Geruch) in der Luft über 25 ppm lebens- und gesundheitsgefährdend ist, aber es gibt Hinweise darauf, dass, wenn sich der Patient von einer akuten schweren Vergiftung mit diesem Gas erholt hat, dann werden keine Resteffekte beobachtet. Bestimmen Sie, wie sich die Reaktionsgeschwindigkeit ändert: , in der Gasphase fortschreitend, wenn sie um den Faktor 3 erhöht wird: Konzentration , Konzentration , 3) Druck / /?
Entscheidung.
1. Wenn wir die Konzentrationen und jeweils durch und bezeichnen, dann nimmt der Ausdruck für die Reaktionsgeschwindigkeit die Form an: .
2. Nach Erhöhung der Konzentrationen um den Faktor 3 sind sie für und für gleich. Daher hat der Ausdruck für die Reaktionsgeschwindigkeit die Form: 1) 
2)
3. Eine Druckerhöhung erhöht also die Konzentration gasförmiger Reaktanden um den gleichen Betrag
4. Die Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit gegenüber der ursprünglichen wird jeweils durch das Verhältnis bestimmt: 1) 
, 2) 
, 3) 
.
Antworten. Die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht sich: 1) , 2) , 3) mal.
Aufgabe Nr. 3. Wie ändert sich die Wechselwirkungsgeschwindigkeit der Ausgangsstoffe bei einer Temperaturänderung von bis, wenn der Temperaturkoeffizient der Reaktion 2,5 beträgt?
Entscheidung.
1. Der Temperaturkoeffizient zeigt, wie sich die Reaktionsgeschwindigkeit bei einer Temperaturänderung für jeden ändert (Van't-Hoff-Regel):.
2. Wenn die Temperaturänderung: ist, dann erhalten wir unter Berücksichtigung der Tatsache, dass : 
. Somit, .
3. Nach der Tabelle der Antilogarithmen finden wir: .
Antworten. Bei einer Temperaturänderung (d. h. bei einer Erhöhung) erhöht sich die Geschwindigkeit um das 67,7-fache.
Aufgabe Nr. 4. Berechnen Sie den Temperaturkoeffizienten der Reaktionsgeschwindigkeit, wissend, dass mit steigender Temperatur die Geschwindigkeit um den Faktor 128 zunimmt.
Entscheidung.
1. Die Abhängigkeit der Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion von der Temperatur wird durch die Van't-Hoff-Faustregel ausgedrückt:
.Auflösen der Gleichung für , finden wir: , . Also =2
Antworten. =2.
Aufgabe Nummer 5. Für eine der Reaktionen wurden zwei Geschwindigkeitskonstanten bestimmt: bei 0,00670 und bei 0,06857. Bestimmen Sie die Geschwindigkeitskonstante derselben Reaktion bei .
Entscheidung.
1. Basierend auf zwei Werten der Reabestimmen wir unter Verwendung der Arrhenius-Gleichung die Aktivierungsenergie der Reaktion: . Für diesen Fall: Also: J/mol.
2. Berechnen Sie die Rebei , indem Sie die Geschwindigkeitskonstante bei und die Arrhenius-Gleichung in den Berechnungen verwenden: 
. Für diesen Fall: und vorausgesetzt, dass: 
, wir bekommen: . Somit,
Antworten.
Berechnung der chemischen Gleichgewichtskonstante und Bestimmung der Richtung der Gleichgewichtsverschiebung nach dem Le-Chatelier-Prinzip .
Aufgabe Nummer 6. Kohlendioxid // im Gegensatz zu Kohlenmonoxid // stört nicht physiologische Funktionen und die anatomische Integrität eines lebenden Organismus und ihre erstickende Wirkung sind nur auf das Vorhandensein in hoher Konzentration und eine Abnahme des Sauerstoffanteils in der eingeatmeten Luft zurückzuführen. Was ist gleich Reaktionsgleichgewichtskonstante / /: 
bei einer Temperatur, ausgedrückt als: a) Partialdrücke der Reaktanten; b) ihre molaren Konzentrationen , wobei bekannt ist, dass die Zusammensetzung der Gleichgewichtsmischung in Volumenanteilen ausgedrückt wird: , und , und der Gesamtdruck im System Pa ist?
Entscheidung.
1. Partialdruck Gas ist gleich dem Gesamtdruck mal dem Volumenanteil des Gases in der Mischung, also:
2. Setzen wir diese Werte in den Ausdruck für die Gleichgewichtskonstante ein, erhalten wir:
3. Die Beziehung zwischen und wird auf der Grundlage der Mendeleev-Clapeyron-Gleichung für ideale Gase hergestellt und durch die Gleichheit ausgedrückt: 
, wobei die Differenz zwischen der Molzahl gasförmiger Reaktionsprodukte und gasförmiger Ausgangsstoffe ist. Für diese Reaktion: Dann: 
.
Antworten. Pa. .
Aufgabe Nummer 7. In welche Richtung verschiebt sich das Gleichgewicht bei folgenden Reaktionen:
3. 
;
a) bei Temperaturanstieg, b) bei Druckabfall, c) bei Anstieg der Wasserstoffkonzentration?
Entscheidung.
1. Das chemische Gleichgewicht im System stellt sich bei Konstanz äußerer Parameter (usw.) ein. Ändern sich diese Parameter, so verlässt das System den Gleichgewichtszustand und die direkte (nach rechts) oder umgekehrte Reaktion (nach links) beginnt zu überwiegen. Beeinflussen verschiedene Faktoren auf die Verschiebung des Gleichgewichts spiegelt sich im Prinzip von Le Chatelier wider.
2. Betrachten Sie die Auswirkung aller 3 Faktoren, die das chemische Gleichgewicht beeinflussen, auf die obigen Reaktionen.
a) Mit steigender Temperatur verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung einer endothermen Reaktion, d.h. Reaktion, die unter Aufnahme von Wärme abläuft. Die 1. und 3. Reaktion sind exotherm / /, daher verschiebt sich das Gleichgewicht mit steigender Temperatur in Richtung der Rückreaktion und in der 2. Reaktion / / - in Richtung der direkten Reaktion.
b) Wenn der Druck abnimmt, verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung einer Zunahme der Molzahl von Gasen, d.h. hin zu höherem Druck. In der 1. und 3. Reaktion haben die linke und die rechte Seite der Gleichung die gleiche Anzahl von Gasmolen (2-2 bzw. 1-1). Also die Druckänderung wird nicht verursachen Gleichgewichtsverschiebungen im System. Bei der 2. Reaktion befinden sich auf der linken Seite 4 Mol Gase und auf der rechten Seite 2 Mol Gase, daher verschiebt sich das Gleichgewicht bei abnehmendem Druck in Richtung der Rückreaktion.
in) Mit zunehmender Konzentration der Reaktionskomponenten verschiebt sich das Gleichgewicht hin zu deren Verbrauch. Bei der ersten Reaktion befindet sich Wasserstoff in den Produkten, und eine Erhöhung seiner Konzentration verstärkt die Rückreaktion, während der er verbraucht wird. Bei der 2. und 3. Reaktion gehört Wasserstoff zu den Ausgangsstoffen, daher verschiebt eine Erhöhung seiner Konzentration das Gleichgewicht in Richtung der Reaktion, die unter Verbrauch von Wasserstoff abläuft.
Antworten.
a) Bei einer Temperaturerhöhung in den Reaktionen 1 und 3 verschiebt sich das Gleichgewicht nach links und in Reaktion 2 nach rechts.
b) Die Reaktionen 1 und 3 werden durch eine Druckabnahme nicht beeinflusst, und bei Reaktion 2 verschiebt sich das Gleichgewicht nach links.
c) Eine Temperaturerhöhung in den Reaktionen 2 und 3 führt zu einer Verschiebung des Gleichgewichts nach rechts, in Reaktion 1 nach links.
1.2. Situative Aufgaben №№ von 7 bis 21 zur Festigung des Stoffes (im Protokollheft durchführen).
Aufgabe Nummer 8. Wie ändert sich die Geschwindigkeit der Glukoseoxidation im Körper mit einer Temperaturabnahme von bis, wenn der Temperaturkoeffizient der Reaktionsgeschwindigkeit 4 beträgt?
Aufgabe Nummer 9.Berechnen Sie anhand der ungefähren Van't-Hoff-Regel, wie stark die Temperatur erhöht werden muss, damit die Reaktionsgeschwindigkeit um das 80-fache zunimmt? Nehmen Sie den Temperaturkoeffizienten der Geschwindigkeit gleich 3.
Aufgabe Nummer 10. Um die Reaktion praktisch zu stoppen, wird ein schnelles Abkühlen der Reaktionsmischung ("Einfrieren der Reaktion") verwendet. Bestimmen Sie, wie oft sich die Reaktionsgeschwindigkeit ändert, wenn die Reaktionsmischung von 40 auf gekühlt wird, wenn der Temperaturkoeffizient der Reaktion 2,7 beträgt.
Aufgabe Nummer 11. Ein Isotop, das zur Behandlung bestimmter Tumore verwendet wird, hat eine Halbwertszeit von 8,1 Tagen. Nach welcher Zeit nimmt der Gehalt an radioaktivem Jod im Körper des Patienten um das 5-fache ab?
Aufgabe Nummer 12. Die Hydrolyse einiger synthetischer Hormone (Pharmazeutika) ist eine Reaktion erster Ordnung mit einer Geschwindigkeitskonstante von 0,25 (). Wie wird sich die Konzentration dieses Hormons nach 2 Monaten verändern?
Aufgabe Nummer 13. Die Halbwertszeit radioaktiver Stoffe beträgt 5600 Jahre. In einem lebenden Organismus wird aufgrund des Stoffwechsels eine konstante Menge aufrechterhalten. Bei den Überresten eines Mammuts war der Inhalt vom Original. Wann hat das Mammut gelebt?
Aufgabe Nummer 14. Die Halbwertszeit des Insektizids (ein Pestizid zur Bekämpfung von Insekten) beträgt 6 Monate. Eine gewisse Menge davon gelangte in den Vorratsbehälter, wo die Konzentration mol/l festgestellt wurde. Wie lange dauert es, bis die Insektizidkonzentration auf das Mol/L-Niveau abfällt?
Aufgabe Nummer 15. Fette und Kohlenhydrate werden bei einer Temperatur von 450 - 500 ° und in lebenden Organismen bei einer Temperatur von 36 - 40 ° merklich oxidiert. Was ist der Grund für die starke Abnahme der für die Oxidation erforderlichen Temperatur?
Aufgabe Nummer 16. Wasserstoffperoxid zerfällt in wässrige Lösungen für Sauerstoff und Wasser. Die Reaktion wird sowohl durch einen anorganischen Katalysator (Ion) als auch durch einen bioorganischen (Katalase-Enzym) beschleunigt. Die Aktivierungsenergie der Reaktion in Abwesenheit eines Katalysators beträgt 75,4 kJ/mol. Das Ion reduziert es auf 42 kJ/mol und das Enzym Katalase reduziert es auf 2 kJ/mol. Berechnen Sie das Verhältnis der Reaktionsgeschwindigkeiten in Abwesenheit eines Katalysators in den Fällen der Anwesenheit von und Katalase. Welche Rückschlüsse lassen sich auf die Aktivität des Enzyms ziehen? Die Reaktion läuft bei einer Temperatur von 27°C ab.
Aufgabe Nummer 17 Zvon Penicillin auf Walkie-Talkie 
J/Mol.
1.3. Testfragen
1. Erklären Sie, was die Begriffe bedeuten: Reaktionsgeschwindigkeit, Geschwindigkeitskonstante?
2. Wie wird die durchschnittliche und wahre Geschwindigkeit chemischer Reaktionen ausgedrückt?
3. Warum ist es sinnvoll, nur für die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen zu sprechen? dieser Moment Zeit?
4. Formulieren Sie die Definition von reversiblen und irreversiblen Reaktionen.
5. Definieren Sie das Massenwirkungsgesetz. Spiegelt die Gleichung, die dieses Gesetz ausdrückt, die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Art der Reaktanten wider?
6. Wie hängt die Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur ab? Was ist die Aktivierungsenergie? Was sind aktive Moleküle?
7. Welche Faktoren bestimmen die Geschwindigkeit einer homogenen und einer heterogenen Reaktion? Nenne Beispiele.
8. Wie ist die Reihenfolge und Molekularität chemischer Reaktionen? In welchen Fällen stimmen sie nicht überein?
9. Welche Substanzen werden als Katalysatoren bezeichnet? Was ist der Mechanismus zur Beschleunigung der Wirkung eines Katalysators?
10. Was ist das Konzept der „Katalysatorvergiftung“? Welche Substanzen werden als Inhibitoren bezeichnet?
11. Was nennt man chemisches Gleichgewicht? Warum heißt es dynamisch? Welche Konzentrationen von Reaktanten werden als Gleichgewicht bezeichnet?
12. Wie nennt man die chemische Gleichgewichtskonstante? Hängt es von der Art der reagierenden Stoffe, ihrer Konzentration, Temperatur, ihrem Druck ab? Was sind die Merkmale der mathematischen Notation für die Gleichgewichtskonstante in heterogenen Systemen?
13. Was ist die Pharmakokinetik von Arzneimitteln?
14. Prozesse, die mit auftreten Arzneimittel im Körper werden durch eine Reihe von pharmakokinetischen Parametern quantitativ charakterisiert. Geben Sie die wichtigsten an.