Reaktionopeuden riippuvuus lämpötilasta. Reaktion lämpötilakerroin ja sen ominaisuudet biokemiallisille prosesseille. Arrheniuksen yhtälö. Kemiallinen kinetiikka. Lämpötila ja reaktionopeus

Lämpötila ja reaktionopeus

Kiinteässä lämpötilassa reaktio on mahdollinen, jos vuorovaikutuksessa olevilla molekyyleillä on tietty määrä energiaa. Arrhenius kutsui tätä ylimääräistä energiaa aktivointienergiaa ja itse molekyyleistä aktivoitu.

Arrheniuksen mukaan nopeusvakio k ja aktivointienergiaa E a Ne liittyvät Arrhenius-yhtälöksi kutsutulla relaatiolla:

Tässä A on preeksponentiaalinen tekijä, R on yleinen kaasuvakio, T on absoluuttinen lämpötila.

Näin ollen vakiolämpötilassa reaktionopeus määräytyy E a. Sitä enemmän E a Mitä pienempi aktiivisten molekyylien määrä on ja sitä hitaammin reaktio etenee. Kun vähenee E a nopeus kasvaa ja E a= 0 reaktio etenee välittömästi.

Arvo E a luonnehtii reagoivien aineiden luonnetta ja määritetään kokeellisesti riippuvuudesta k = f(T). Kirjoittamalla yhtälö (5.3) logaritmiseen muotoon ja ratkaisemalla se vakioille kahdessa lämpötilassa, löydämme E a:

γ on kemiallisen reaktionopeuden lämpötilakerroin. Van't Hoff -säännön käyttö on rajallista, koska γ:n arvo riippuu lämpötilasta ja alueen ulkopuolella E a= 50–100 kJ ∙ mol–1 tämä sääntö ei täyty ollenkaan.

Kuvassa 5.4 voidaan nähdä, että energia, joka kuluu alkutuotteiden siirtämiseen aktiiviseen tilaan (A * - aktivoitu kompleksi), emittoituu sitten kokonaan tai osittain uudelleen lopputuotteisiin siirtymisen aikana. Alku- ja lopputuotteiden energioiden välinen ero määrittää Δ H reaktio, joka ei riipu aktivointienergiasta.

Näin ollen matkalla alkutilasta lopputilaan järjestelmän on voitettava energiaeste. Vain aktiiviset molekyylit, joilla on törmäyshetkellä tarvittava energiaylimäärä, joka on yhtä suuri kuin E a, voi voittaa tämän esteen ja päästä kemialliseen vuorovaikutukseen. Lämpötilan noustessa aktiivisten molekyylien osuus reaktioväliaineessa kasvaa.

Preeksponentiaalinen kerroinA luonnehtii kokonaismäärä törmäyksiä. Reaktioihin yksinkertaisten molekyylien kanssa A lähellä teoreettista törmäyksen suuruutta Z, eli A = Z laskettuna kaasujen kineettisestä teoriasta. Monimutkaisille molekyyleille A ≠ Z, joten on tarpeen ottaa käyttöön steerinen tekijä P:

Tässä Z on kaikkien törmäysten lukumäärä, P on törmäysten suotuisa osuus tilasuhde(ottaa arvot välillä 0 - ), on aktiivisten eli energeettisesti suotuisten törmäysten osuus.

Nopeusvakion ulottuvuus saadaan suhteesta

Analysoimalla lauseketta (5.3) tulemme siihen johtopäätökseen, että reaktion nopeuttamiseksi on kaksi perusmahdollisuutta:
a) lämpötilan nousu,
b) aktivointienergian lasku.

Tehtävät ja testit aiheesta "Kemiallinen kinetiikka. Lämpötila ja reaktionopeus"

• Kemiallisen reaktion nopeus. Katalyytit - Kemiallisten reaktioiden luokittelu ja niiden kurssin kuviot Arvosanat 8–9

  Oppitunnit: 5 Tehtävää: 8 Tietokilpailua: 1

Useimpien kemiallisten reaktioiden nopeus kasvaa lämpötilan noustessa. Koska reagoivien aineiden pitoisuus on käytännössä riippumaton lämpötilasta, reaktion kineettisen yhtälön mukaisesti lämpötilan pääasiallinen vaikutus reaktionopeuteen on reaktionopeusvakion muutoksen kautta. Lämpötilan noustessa törmäyshiukkasten energia kasvaa ja todennäköisyys, että törmäyksen aikana tapahtuu kemiallinen muutos, kasvaa.

Reaktionopeuden riippuvuutta lämpötilasta voidaan luonnehtia lämpötilakertoimen arvolla.

Kokeelliset tiedot lämpötilan vaikutuksesta monien kemiallisten reaktioiden nopeuteen tavallisissa lämpötiloissa (273–373 K) pienellä lämpötila-alueella osoittivat, että lämpötilan nousu 10 astetta lisää reaktionopeutta 2–4-kertaiseksi (auto 't Hoff-sääntö).

Van't Hoffin mukaan nopeusvakion lämpötilakerroin(Van't Hoff -kerroin)on reaktion nopeuden lisäys lämpötilan noustessa 10astetta.

(4.63)

missä ja ovat nopeusvakiot lämpötiloissa ja ; on reaktionopeuden lämpötilakerroin.

Kun lämpötila nousee n kymmeniä asteita, nopeusvakioiden suhde on yhtä suuri kuin

missä n voi olla joko kokonaisluku tai murtoluku.

Van't Hoffin sääntö on likimääräinen sääntö. Sitä voidaan käyttää kapealla lämpötila-alueella, koska lämpötilakerroin muuttuu lämpötilan mukaan.

Reaktionopeusvakion tarkempi riippuvuus lämpötilasta ilmaistaan ​​puoliempiirisellä Arrhenius-yhtälöllä

jossa A on esieksponentiaalinen tekijä, joka ei riipu lämpötilasta, vaan määräytyy vain reaktion tyypin mukaan; E - kemiallisen reaktion aktivointienergia. Aktivointienergia voidaan esittää tiettynä kynnysenergiana, joka kuvaa energiaesteen korkeutta reaktioreitillä. Aktivointienergia ei myöskään riipu lämpötilasta.

Tämä riippuvuus on asetettu myöhään XIX sisään. Hollantilainen tiedemies Arrhenius alkeiskemiallisista reaktioista.

Suora aktivointienergia ( E 1) ja taaksepäin ( E 2) reaktio liittyy reaktion D lämpövaikutukseen H suhde (katso kuva 1):

E 1 – E 2=D N.

Jos reaktio on endoterminen ja D H> 0 siis E 1 > E 2 ja eteenpäin suuntautuvan reaktion aktivointienergia on suurempi kuin vastareaktion. Jos reaktio on eksoterminen, niin E 1 < Е 2 .

Arrhenius-yhtälö (101) differentiaalimuodossa voidaan kirjoittaa:

Yhtälöstä seuraa, että mitä suurempi aktivointienergia E, sitä nopeammin reaktionopeus kasvaa lämpötilan myötä.

Erottelevat muuttujat k ja T ja harkitsee E vakioarvo, integroinnin jälkeen yhtälö (4.66) saadaan:

Riisi. 5. Kaavio ln k–1/T.

, (4.67)

missä A on esieksponentiaalinen tekijä, jolla on nopeusvakion ulottuvuus. Jos tämä yhtälö on voimassa, niin koordinaateissa koepisteet sijaitsevat suoralla kulmassa a x-akseliin nähden ja kaltevuus() on yhtä suuri kuin , mikä mahdollistaa kemiallisen reaktion aktivointienergian laskemisen nopeusvakion riippuvuudesta lämpötilasta yhtälön mukaisesti.

Kemiallisen reaktion aktivointienergia voidaan laskea nopeusvakioiden arvoista kahdessa erilaisia ​​lämpötiloja yhtälön mukaan

. (4.68)

Arrhenius-yhtälön teoreettinen johtaminen tehdään alkuainereaktioihin. Mutta kokemus osoittaa, että suurin osa monimutkaisista reaktioista myös noudattaa tätä yhtälöä. Monimutkaisissa reaktioissa Arrhenius-yhtälön aktivaatioenergialla ja preeksponentiaalisella tekijällä ei kuitenkaan ole tarkkaa fyysistä merkitystä.

Arrhenius-yhtälö (4.67) mahdollistaa tyydyttävän kuvauksen useista reaktioista kapealla lämpötila-alueella.

Kuvaamaan reaktionopeuden riippuvuutta lämpötilasta käytetään myös modifioitua Arrhenius-yhtälöä

, (4.69)

joka sisältää jo kolme parametria : MUTTA, E ja n.

Yhtälöä (4.69) käytetään laajasti liuoksissa tapahtuviin reaktioihin. Joidenkin reaktioiden kohdalla reaktionopeusvakion riippuvuus lämpötilasta eroaa edellä esitetyistä riippuvuuksista. Esimerkiksi kolmannen asteen reaktioissa nopeusvakio pienenee lämpötilan noustessa. Ketjueksotermisissä reaktioissa reaktionopeusvakio kasvaa jyrkästi tietyn rajan ylittävässä lämpötilassa (terminen räjähdys).

4.5.1. Esimerkkejä ongelmanratkaisusta

Esimerkki 1 Jonkin reaktion nopeusvakio lämpötilan noustessa muuttui seuraavasti: t 1 = 20 °C;

k 1 \u003d 2,76 10 -4 min. -yksi ; t 2 \u003d 50 0 С; k 2 = 137,4 10-4 min. -1 Määritä kemiallisen reaktion nopeusvakion lämpötilakerroin.

Päätös. Van't Hoff -sääntö mahdollistaa nopeusvakion lämpötilakertoimen laskemisen suhteesta

g n= =2 ¸ 4, missä n = = =3;

g 3 \u003d \u003d 49,78 g \u003d 3,68

Esimerkki 2 Laske van't Hoff -säännön avulla, missä lämpötilassa reaktio päättyy 15 minuutissa, jos se kesti 120 minuuttia 20 0 C:n lämpötilassa. Lämpötilakerroin reaktionopeus on 3.

Päätös. Ilmeisesti mitä lyhyempi reaktioaika ( t), mitä suurempi reaktion nopeusvakio:

3n = 8, n ln3 = ln8, n== .

Lämpötila, jossa reaktio päättyy 15 minuutissa, on:

20 + 1,9 × 10 \u003d 39 0 C.

Esimerkki 3 Etikka-etyyliesterin saippuoitumisreaktion ja alkaliliuoksen nopeusvakio lämpötilassa 282,4 K on yhtä suuri kuin 2,37 l 2 / mol 2 min. , ja lämpötilassa 287,40 K se on yhtä suuri kuin 3,2 l 2 / mol 2 min. Etsi lämpötila, jossa tämän reaktion nopeusvakio on 4?

Päätös.

1. Tietäen nopeusvakioiden arvot kahdessa lämpötilassa, voimme löytää reaktion aktivointienergian:

= = 40,8 kJ/mol.

2. Aktivointienergian arvon tunteminen Arrhenius-yhtälöstä

Kysymyksiä ja tehtäviä itsehillintään.

1. Mitä suureita kutsutaan "Arrhenius"-parametreiksi?

2. Mikä on vähimmäismäärä kokeellista dataa, joka tarvitaan kemiallisen reaktion aktivaatioenergian laskemiseen?

3. Osoita, että nopeusvakion lämpötilakerroin riippuu lämpötilasta.

4. Onko Arrhenius-yhtälöstä poikkeamia? Miten nopeusvakion riippuvuus lämpötilasta voidaan kuvata tässä tapauksessa?

Monimutkaisten reaktioiden kinetiikka

Reaktiot eivät pääsääntöisesti etene kaikkien alkuhiukkasten suoran vuorovaikutuksen kautta niiden siirtyessä suoraan reaktiotuotteiksi, vaan koostuvat useista alkeisvaiheista. Tämä koskee ensisijaisesti reaktioita, joissa stoikiometrisen yhtälön mukaan osallistuu enemmän kuin kolme hiukkasta. Kahden tai yhden hiukkasen reaktiot eivät kuitenkaan usein etene yksinkertaisella bi- tai monomolekyylimekanismilla, vaan monimutkaisempaa reittiä, toisin sanoen useiden alkeisvaiheiden läpi.

Reaktioita kutsutaan kompleksisiksi, jos lähtöaineiden kuluminen ja reaktiotuotteiden muodostuminen tapahtuu sarjan perusvaiheita, jotka voivat tapahtua samanaikaisesti tai peräkkäin. Samaan aikaan joissakin vaiheissa on mukana aineita, jotka eivät ole lähtöaineita eivätkä reaktiotuotteita (väliaineet).

Esimerkiksi monimutkainen reaktio voimme tarkastella eteenin kloorauksen reaktiota dikloorietaanin muodostumisen kanssa. Suoran vuorovaikutuksen on mentävä nelijäsenisen aktivoidun kompleksin läpi, joka liittyy korkean energiaesteen ylittämiseen. Tällaisen prosessin nopeus on alhainen. Jos järjestelmässä muodostuu atomeja tavalla tai toisella (esimerkiksi valon vaikutuksesta), prosessi voi edetä ketjumekanismin mukaisesti. Atomi liittyy helposti kaksoissidoksessa muodostaen vapaan radikaalin - . Tämä vapaa radikaali voi helposti repiä irti molekyylistä atomin muodostaen lopputuotteen - minkä seurauksena vapaa atomi uusiutuu.

Näiden kahden vaiheen tuloksena yksi molekyyli ja yksi molekyyli muunnetaan tuotemolekyyliksi - ja regeneroitunut atomi on vuorovaikutuksessa seuraavan eteenimolekyylin kanssa. Molemmilla vaiheilla on alhaiset aktivointienergiat ja tämä tapa tarjoaa nopean reaktion. Ottaen huomioon vapaiden atomien ja vapaiden radikaalien rekombinaation mahdollisuus täysi kaava prosessi voidaan kirjoittaa seuraavasti:

Kaikella monipuolisuudella monimutkaiset reaktiot voidaan pelkistää useiden monimutkaisten reaktioiden yhdistelmäksi, nimittäin rinnakkaiset, peräkkäiset ja sarja-rinnakkaisreaktiot.

Näitä kahta vaihetta kutsutaan peräkkäin jos yhdessä vaiheessa muodostunut hiukkanen on alkuhiukkanen toisessa vaiheessa. Esimerkiksi yllä olevassa kaaviossa ensimmäinen ja toinen vaihe ovat peräkkäisiä:

.

Näitä kahta vaihetta kutsutaan rinnakkain, jos samat hiukkaset osallistuvat molemmissa alkuosaan. Esimerkiksi reaktiokaaviossa neljäs ja viides vaihe ovat rinnakkaiset:

Näitä kahta vaihetta kutsutaan sarja-rinnakkais, jos ne ovat yhdensuuntaisia ​​suhteessa toiseen ja peräkkäisiä suhteessa toiseen näihin vaiheisiin osallistuviin hiukkasiin.

Esimerkki sarjan rinnakkaisista vaiheista ovat tämän reaktiokaavion toinen ja neljäs vaihe.

Vastaanottaja ominaisuudet se tosiasia, että reaktio etenee monimutkaisen mekanismin mukaisesti, ovat seuraavat merkit:

Reaktiojärjestyksen ja stoikiometristen kertoimien yhteensopimattomuus;

Tuotteiden koostumuksen muuttaminen lämpötilan, alkupitoisuuksien ja muiden olosuhteiden mukaan;

Prosessin nopeuttaminen tai hidastuminen, kun reaktioseokseen lisätään pieniä määriä aineita;

Astian materiaalin ja mittojen vaikutus reaktionopeuteen jne.

Monimutkaisten reaktioiden kineettisessä analyysissä sovelletaan riippumattomuuden periaatetta: "Jos järjestelmässä tapahtuu useita yksinkertaisia ​​reaktioita samanaikaisesti, kemiallisen kineettiikan peruspostulaatti pätee jokaiseen niistä, ikään kuin tämä reaktio olisi ainoa." Tämä periaate voidaan muotoilla myös seuraavasti: "Alkuainereaktion nopeusvakion arvo ei riipu siitä, etenevätkö muut alkuainereaktiot samanaikaisesti tietyssä järjestelmässä."

Riippumattomuuden periaate pätee useimpiin monimutkaisen mekanismin mukaan eteneviin reaktioihin, mutta se ei ole universaali, koska on reaktioita, joissa jotkut yksinkertaiset reaktiot vaikuttavat muiden kulkuun (esimerkiksi konjugoidut reaktiot).

Tärkeä monimutkaisten kemiallisten reaktioiden tutkimuksessa on periaate mikropalautuvuus tai yksityiskohtainen saldo:

jos sisään monimutkainen prosessi kemiallinen tasapaino saavutetaan, niin eteenpäin- ja käänteisreaktioiden nopeuksien on oltava samat jokaisessa perusvaiheessa.

Yleisin tapaus, jossa tapahtuu monimutkainen reaktio, on tapaus, jossa reaktio etenee useiden yksinkertaisten vaiheiden kautta eri nopeudet. Nopeuksien ero johtaa siihen, että reaktiotuotteen saamisen kinetiikka voidaan määrittää vain yhden reaktion laeilla. Esimerkiksi rinnakkaisissa reaktioissa koko prosessin nopeus määräytyy nopeimman vaiheen nopeuden mukaan ja peräkkäisissä reaktioissa hitain. Siksi analysoitaessa rinnakkaisten reaktioiden kinetiikkaa, joissa on merkittävä ero vakioissa, hitaan vaiheen nopeus voidaan jättää huomiotta, ja peräkkäisiä reaktioita analysoitaessa ei ole tarpeen määrittää nopean reaktion nopeutta.

Peräkkäisissä reaktioissa hitainta reaktiota kutsutaan rajoittava. Rajoitusasteessa on pienin nopeusvakio.

Jos monimutkaisen reaktion yksittäisten vaiheiden nopeusvakioiden arvot ovat lähellä, se on välttämätöntä täydellinen analyysi koko kineettinen kaava.

Nopeuden määräävän vaiheen käsitteen käyttöönotto yksinkertaistaa monissa tapauksissa tällaisten järjestelmien tarkastelun matemaattista puolta ja selittää sen tosiasian, että joskus monimutkaisten, monivaiheisten reaktioiden kinetiikka kuvataan hyvin yksinkertaisilla yhtälöillä, esimerkiksi ensimmäisen Tilaus.

Lämpötilan noustessa kemiallisen prosessin nopeus yleensä kiihtyy. Vuonna 1879 hollantilainen tiedemies J. van't Hoff muotoili empiirisen säännön: lämpötilan noustessa 10 K useimpien kemiallisten reaktioiden nopeus kasvaa 2-4 kertaa.

Säännön matemaattinen merkintä I. van't Hoff:

γ 10 \u003d (k t + 10) / k t, jossa k t on reaktion nopeusvakio lämpötilassa T; k t+10 - reaktionopeusvakio lämpötilassa T+10; γ 10 - Van't Hoff -lämpötilakerroin. Sen arvo vaihtelee välillä 2-4. Sillä biokemialliset prosessitγ 10 vaihtelee välillä 7 - 10.

Kaikki biologiset prosessit tapahtuvat tietyllä lämpötila-alueella: 45-50 °C. Optimaalinen lämpötila on 36-40°C. Lämminveristen eläinten kehossa tämä lämpötila pysyy vakiona vastaavan biosysteemin lämmönsäätelyn ansiosta. Biosysteemejä tutkittaessa käytetään lämpötilakertoimia γ 2, γ 3, γ 5. Vertailun vuoksi ne tuodaan arvoon γ 10.

Reaktionopeuden riippuvuus lämpötilasta van't Hoff -säännön mukaisesti voidaan esittää yhtälöllä:

V 2 /V 1 \u003d γ ((T 2 - T 1) / 10)

Aktivointienergiaa. Reaktionopeuden merkittävää nousua lämpötilan noustessa ei voida selittää vain reagoivien aineiden hiukkasten välisten törmäysten määrän lisääntymisellä, koska kaasujen kineettisen teorian mukaan törmäysten määrä kasvaa hieman lämpötilan noustessa. Reaktionopeuden nousu lämpötilan noustessa selittyy sillä, että kemiallista reaktiota ei tapahdu minkään reagoivien aineiden hiukkasten törmäyksessä, vaan vain sellaisten aktiivisten hiukkasten kohtaamisessa, joilla on törmäyshetkellä tarvittava ylimääräinen energia.

Energiaa, joka tarvitaan muuttamaan inaktiiviset hiukkaset aktiivisiksi hiukkasiksi, kutsutaan aktivointienergia (Ea). Aktivointienergia - ylimäärä verrattuna keskiarvoon, energia, joka tarvitaan reagoivien aineiden pääsyyn reaktioon, kun ne törmäävät. Aktivointienergia mitataan kilojouleina per mooli (kJ/mol). Yleensä E on 40 - 200 kJ/mol.

Eksotermisten ja endotermisten reaktioiden energiakaavio on esitetty kuvassa. 2.3. Minkä tahansa kemiallisen prosessin osalta on mahdollista erottaa alku-, väli- ja lopputila. Energiaesteen huipulla reagoivat aineet ovat välitilassa, jota kutsutaan aktivoiduksi kompleksiksi tai siirtymätilaksi. Aktivoidun kompleksin energian ja reagenssien alkuenergian välinen ero on Ea ja reaktiotuotteiden ja lähtöaineiden (reagenssien) energian ero on ΔH, lämpövaikutus reaktiot. Aktivointienergia, toisin kuin ΔH, on aina positiivinen arvo. varten eksoterminen reaktio(Kuva 2.3, a) tuotteet sijaitsevat alemmalla energiatasolla kuin reagenssit (Ea< ΔН).

Riisi. 2.3. Reaktioiden energiakaaviot: A - eksoterminen B - endoterminen

A B

Ea on pääasiallinen reaktionopeutta määräävä tekijä: jos Ea > 120 kJ/mol (suurempi energiaeste, vähemmän aktiivisia hiukkasia systeemissä), reaktio on hidas; ja päinvastoin, jos Ea< 40 кДж/моль, реакция осуществляется с большой скоростью.

Reaktioissa, joissa on mukana monimutkaisia ​​biomolekyylejä, tulee ottaa huomioon, että hiukkasten törmäyksessä syntyvässä aktivoidussa kompleksissa molekyylien on oltava tietyllä tavalla orientoituneet avaruuteen, koska vain molekyylin reagoiva alue muuttuu, mikä on pieni kokoonsa nähden.

Jos nopeusvakiot k 1 ja k 2 tunnetaan lämpötiloissa T 1 ja T 2, voidaan Ea:n arvo laskea.

Biokemiallisissa prosesseissa aktivaatioenergia on 2-3 kertaa pienempi kuin epäorgaanisissa prosesseissa. Samaan aikaan vieraiden aineiden, ksenobioottien, reaktioiden Ea ylittää merkittävästi tavanomaisten biokemiallisten prosessien Ea:n. Tämä tosiasia on järjestelmän luonnollinen biosuojaus vieraiden aineiden vaikutukselta, ts. elimistölle luonnolliset reaktiot tapahtuvat suotuisissa olosuhteissa, joissa Ea on alhainen, ja vieraiden reaktioiden Ea on korkea. Tämä on geenieste, joka luonnehtii yhtä biokemiallisten prosessien kulun pääpiirteistä.

Tehtävä # 1. Vuorovaikutus vapaan hapen kanssa johtaa erittäin myrkyllisen typpidioksidin muodostumiseen //, vaikka tämä reaktio etenee hitaasti fysiologisissa olosuhteissa ja alhaisilla pitoisuuksilla ei ole merkittävää roolia myrkyllisissä soluvaurioissa, mutta patogeeniset vaikutukset lisääntyvät jyrkästi sen hypertuotanto. Määritä kuinka monta kertaa typpioksidin (II) vuorovaikutusnopeus hapen kanssa kasvaa, kun paine alkukaasuseoksessa kaksinkertaistuu, jos reaktionopeus kuvataan yhtälöllä ?

Päätös.

1. Paineen kaksinkertaistaminen vastaa pitoisuuden kaksinkertaistamista ( kanssa) ja . Siksi vuorovaikutusnopeudet vastaavat ja ottavat massatoiminnan lain mukaisesti lausekkeet: ja

Vastaus. Reaktionopeus kasvaa 8-kertaiseksi.

Tehtävä # 2. Uskotaan, että yli 25 ppm olevan kloorin (pimeän hajuisen vihertävän kaasun) pitoisuus ilmassa on vaarallinen elämälle ja terveydelle, mutta on näyttöä siitä, että jos potilas on toipunut akuutista vakavasta myrkytyksestä tällä kaasulla, silloin ei havaita jäännösvaikutuksia. Selvitä, kuinka reaktionopeus muuttuu: , kaasufaasissa edeten, jos korotetaan kertoimella 3: pitoisuus , pitoisuus , 3) ​​paine / /?

Päätös.

1. Jos merkitsemme pitoisuudet ja vastaavasti kautta ja , niin reaktionopeuden lauseke saa muotoa: .

2. Kun pitoisuuksia on lisätty kertoimella 3, ne ovat yhtä suuret ja . Siksi reaktionopeuden lauseke saa muotoa: 1) 2)

3. Paineen nousu lisää siten kaasumaisten lähtöaineiden pitoisuutta saman verran

4. Reaktionopeuden kasvu suhteessa alkuvaiheeseen määräytyy suhteella, vastaavasti: 1) , 2) , 3) .

Vastaus. Reaktionopeus kasvaa: 1) , 2) , 3) ​​kertaa.

Tehtävä nro 3. Miten lähtöaineiden vuorovaikutusnopeus muuttuu lämpötilan muutoksella välillä - jos reaktion lämpötilakerroin on 2,5?

Päätös.

1. Lämpötilakerroin näyttää kuinka reaktionopeus muuttuu lämpötilan muutoksen myötä jokaisessa (van't Hoff-sääntö):.

2. Jos lämpötilan muutos on: , niin kun otetaan huomioon se tosiasia, että , saadaan: . Siksi,.

3. Antilogaritmien taulukon mukaan saamme: .

Vastaus. Lämpötilan muutoksella (eli nousulla) nopeus kasvaa 67,7 kertaa.

Tehtävä #4. Laske reaktionopeuden lämpötilakerroin tietäen, että lämpötilan noustessa nopeus kasvaa kertoimella 128.

Päätös.

1. Kemiallisen reaktion nopeuden riippuvuus lämpötilasta ilmaistaan ​​van't Hoffin peukalosääntöllä:

. Ratkaisemalla yhtälön , löydämme: , . Siksi =2

Vastaus. =2.

Tehtävä numero 5. Yhdelle reaktiolle määritettiin kaksi nopeusvakiota: 0,00670 ja 0,06857. Määritä saman reaktion nopeusvakio kohdassa .

Päätös.

1. Kahden reaktionopeusvakion arvon perusteella määritetään Arrhenius-yhtälön avulla reaktion aktivaatioenergia: . Tässä tapauksessa: Tästä syystä: J/mol.

2. Laske reaktionopeusvakio pisteessä käyttämällä nopeusvakiota at ja Arrhenius-yhtälöä laskelmissa: . Tässä tapauksessa: ja ottaen huomioon, että: , saamme: . Siten,

Vastaus.

Kemiallisen tasapainovakion laskenta ja tasapainosiirtymän suunnan määrittäminen Le Chatelier -periaatteen mukaisesti .

Tehtävä numero 6. Hiilidioksidi / / toisin kuin hiilimonoksidi / / ei häiritse fysiologiset toiminnot ja elävän organismin anatominen eheys ja niiden tukahduttava vaikutus johtuu vain hapen läsnäolosta korkeana pitoisuutena ja sen prosenttiosuuden vähenemisestä sisäänhengitetyssä ilmassa. Mikä on yhtä suuri reaktion tasapainovakio / /: lämpötilassa, joka ilmaistaan: a) reagoivien aineiden osapaineet; b) niiden moolipitoisuudet , kun tiedetään, että tasapainoseoksen koostumus ilmaistaan ​​tilavuusosuuksina: , ja , ja kokonaispaine systeemissä on Pa?

Päätös.

1. Osittainen paine kaasu on yhtä kuin kokonaispaine kertaa seoksen kaasun tilavuusosuus, joten:

2. Korvaamalla nämä arvot tasapainovakion lausekkeeseen, saadaan:

3. Suhde ja välillä määritetään ihanteellisten kaasujen Mendeleev Clapeyronin yhtälön perusteella ja ilmaistaan ​​yhtälöllä: , missä on ero kaasumaisten reaktiotuotteiden ja kaasumaisten lähtöaineiden moolien lukumäärän välillä. Tätä reaktiota varten: Sitten: .

Vastaus. Pa. .

Tehtävä numero 7. Mihin suuntaan tasapaino siirtyy seuraavissa reaktioissa:

3. ;

a) lämpötilan noustessa, b) paineen laskussa, c) vetypitoisuuden kasvaessa?

Päätös.

1. Järjestelmän kemiallinen tasapaino saadaan aikaan ulkoisten parametrien (jne.) pysyvyyden avulla. Jos nämä parametrit muuttuvat, järjestelmä poistuu tasapainotilasta ja suora (oikealle) tai käänteinen reaktio (vasemmalle) alkaa vallita. Vaikutus erilaisia ​​tekijöitä tasapainon siirtyminen näkyy Le Chatelier'n periaatteessa.

2. Harkitse kaikkien kolmen kemialliseen tasapainoon vaikuttavan tekijän vaikutusta yllä oleviin reaktioihin.

a) Lämpötilan noustessa tasapaino siirtyy kohti endotermistä reaktiota, ts. reaktio, joka tapahtuu lämmön imeytymisen kanssa. 1. ja 3. reaktio ovat eksotermisiä //, joten lämpötilan noustessa tasapaino siirtyy kohti käänteistä reaktiota ja toisessa reaktiossa // - kohti suoraa reaktiota.

b) Kun paine laskee, tasapaino siirtyy kohti kaasumoolien määrän kasvua, ts. kohti korkeampaa painetta. Ensimmäisessä ja kolmannessa reaktiossa yhtälön vasemmalla ja oikealla puolella on sama määrä kaasumooleja (vastaavasti 2-2 ja 1-1). Eli paineen muutos ei aiheuta tasapaino muuttuu järjestelmässä. Toisessa reaktiossa kaasuja on 4 moolia vasemmalla puolella ja 2 moolia oikealla, joten paineen laskiessa tasapaino siirtyy kohti käänteistä reaktiota.

sisään) Reaktiokomponenttien pitoisuuden kasvaessa tasapaino siirtyy kohti niiden kulutusta. Ensimmäisessä reaktiossa vetyä on tuotteissa, ja sen pitoisuuden lisääminen tehostaa käänteistä reaktiota, jonka aikana sitä kulutetaan. 2. ja 3. reaktiossa vety on yksi alkuaineista, joten sen pitoisuuden kasvu siirtää tasapainoa kohti vedyn kulutuksen myötä etenevää reaktiota.

Vastaus.

a) Lämpötilan noustessa reaktioissa 1 ja 3 tasapaino siirtyy vasemmalle ja reaktiossa 2 - oikealle.

b) Reaktioihin 1 ja 3 paineen lasku ei vaikuta, ja reaktiossa 2 tasapaino siirtyy vasemmalle.

c) Lämpötilan nousu reaktioissa 2 ja 3 aiheuttaa tasapainon siirtymisen oikealle ja reaktiossa 1 vasemmalle.

1.2. Tilannetehtävät №№ 7-21 koota materiaalia (suorita protokollamuistikirjassa).

Tehtävä numero 8. Kuinka glukoosin hapettumisnopeus kehossa muuttuu lämpötilan laskeessa arvosta arvoon, jos reaktionopeuden lämpötilakerroin on 4?

Tehtävä numero 9.Laske likimääräisellä van't Hoff -säännöllä kuinka paljon lämpötilaa pitää nostaa, jotta reaktionopeus kasvaa 80-kertaiseksi? Ota lämpötilan nopeuskerroin yhtä suureksi kuin 3.

Tehtävä numero 10. Reaktion pysäyttämiseksi käytännössä käytetään reaktioseoksen nopeaa jäähdytystä ("reaktion jäädyttäminen"). Määritä kuinka monta kertaa reaktionopeus muuttuu, kun reaktioseos jäähdytetään 40 °C:sta °C:seen, jos reaktion lämpötilakerroin on 2,7.

Tehtävä numero 11. Tiettyjen kasvainten hoitoon käytetyn isotoopin puoliintumisaika on 8,1 päivää. Minkä ajan kuluttua radioaktiivisen jodin pitoisuus potilaan kehossa vähenee viisinkertaiseksi?

Tehtävä numero 12. Joidenkin synteettisten hormonien (farmaseuttinen) hydrolyysi on ensimmäisen asteen reaktio, jonka nopeusvakio on 0,25 (). Miten tämän hormonin pitoisuus muuttuu 2 kuukauden kuluttua?

Tehtävä numero 13. Radioaktiivisen aineen puoliintumisaika on 5600 vuotta. Elävässä organismissa määrä säilyy vakiona aineenvaihdunnan ansiosta. Mamutin jäännösten sisältö oli alkuperäisestä. Milloin mammutti eli?

Tehtävä numero 14. Hyönteisten torjunta-aineen (hyönteisten torjuntaan käytettävä torjunta-aine) puoliintumisaika on 6 kuukautta. Tietty määrä sitä pääsi säiliöön, jossa määritettiin pitoisuus mol / l. Kuinka kauan kestää, että hyönteismyrkkypitoisuus laskee mol/l-tasolle?

Tehtävä numero 15. Rasvat ja hiilihydraatit hapettuvat huomattavalla nopeudella lämpötilassa 450 - 500 ° ja elävissä organismeissa - lämpötilassa 36 - 40 °. Mistä johtuu hapettumiseen vaadittavan lämpötilan jyrkkä lasku?

Tehtävä numero 16. Vetyperoksidi hajoaa vesiliuokset hapelle ja vedelle. Reaktiota kiihdyttää sekä epäorgaaninen katalyytti (ioni) että bioorgaaninen (katalaasientsyymi). Reaktion aktivointienergia ilman katalyyttiä on 75,4 kJ/mol. Ioni pienentää sen arvoon 42 kJ/mol ja entsyymi katalaasi 2 kJ/mol. Laske reaktionopeuksien suhde katalyytin puuttuessa tapauksissa, joissa on ja katalaasi. Mitä johtopäätöksiä voidaan tehdä entsyymin aktiivisuudesta? Reaktio etenee 27 °C:n lämpötilassa.

Tehtävä numero 17 Penisilliinin hajoamisnopeusvakio radiopuhelimella J/mol.

1.3. testikysymykset

1. Selitä mitä termit tarkoittavat: reaktionopeus, nopeusvakio?

2. Miten kemiallisten reaktioiden keskimääräinen ja todellinen nopeus ilmaistaan?

3. Miksi on järkevää puhua kemiallisten reaktioiden nopeudesta vain Tämä hetki aika?

4. Muotoile palautuvien ja irreversiibelien reaktioiden määritelmä.

5. Määrittele massatoiminnan laki. Kuvaako tätä lakia ilmaiseva yhtälö reaktionopeuden riippuvuutta reagoivien aineiden luonteesta?

6. Miten reaktionopeus riippuu lämpötilasta? Mikä on aktivointienergia? Mitä ovat aktiiviset molekyylit?

7. Mitkä tekijät määräävät homogeenisen ja heterogeenisen reaktion nopeuden? Antaa esimerkkejä.

8. Mikä on kemiallisten reaktioiden järjestys ja molekylaarisuus? Missä tapauksissa ne eivät täsmää?

9. Mitä aineita kutsutaan katalyyteiksi? Mikä on katalyytin toiminnan kiihdyttämisen mekanismi?

10. Mikä on "katalyyttimyrkytys"? Mitä aineita kutsutaan inhibiittoreiksi?

11. Mitä kutsutaan kemialliseksi tasapainoksi? Miksi sitä kutsutaan dynaamiseksi? Mitä reagoivien aineiden pitoisuuksia kutsutaan tasapainoiksi?

12. Mitä kutsutaan kemialliseksi tasapainovakioksi? Riippuuko se reagoivien aineiden luonteesta, niiden pitoisuudesta, lämpötilasta, paineesta? Mitkä ovat tasapainovakion matemaattisen merkinnän piirteet heterogeenisissä järjestelmissä?

13. Mikä on lääkkeiden farmakokinetiikka?

14. Prosessit, jotka tapahtuvat kanssa huume elimistössä ovat kvantitatiivisesti tunnusomaisia ​​useiden farmakokineettisten parametrien avulla. Anna tärkeimmät.