Kemiallisen reaktion nopeuden lämpötilakerroin (van't Hoff-sääntö). Reaktionopeuden laskelmat käyttämällä reaktionopeuden lämpötilakerrointa
Reaktion kulkuun vaikuttavat tekijät
Ihmiskehossa tapahtuu tuhansia entsymaattisia reaktioita elävässä solussa. Kuitenkin monivaiheisessa prosessiketjussa yksittäisten reaktioiden nopeuksien välinen ero on melko suuri. Siten proteiinimolekyylien synteesiä solussa edeltää ainakin kaksi muuta vaihetta: siirto-RNA:n synteesi ja ribosomien synteesi. Mutta aika, jonka aikana tRNA-molekyylien pitoisuus kaksinkertaistuu, on 1,7 minuuttia, proteiinimolekyylien - 17 minuuttia ja ribosomien - 170 minuuttia. Hitaan (rajoittavan) vaiheen kokonaisprosessin nopeus, esimerkissämme ribosomisynteesin nopeus. Rajoittavan reaktion läsnäolo tarjoaa suuren luotettavuuden ja joustavuuden tuhansien solussa tapahtuvien reaktioiden hallinnassa. Riittää, että tarkkailet ja säätelemme niistä vain hitaimpia. Tätä menetelmää monivaiheisen synteesin nopeuden ohjaamiseksi kutsutaan minimiperiaatteeksi. Sen avulla voidaan merkittävästi yksinkertaistaa ja tehdä luotettavammaksi solun autoregulaatiojärjestelmä.
Kinetiikassa käytettyjen reaktioiden luokitukset: reaktiot, homogeeniset, heterogeeniset ja mikroheterogeeniset; yksinkertaiset ja monimutkaiset reaktiot (rinnakkaiset, peräkkäiset, konjugoidut, ketjulliset). Reaktion elementaarisen toimenpiteen molekyylipaino. Kineettiset yhtälöt. Reaktiojärjestys. Puolikas elämä
Mikroheterogeeniset reaktiot -
Reaktion molekulaarisuuden määrää molekyylien lukumäärä, jotka tulevat kemialliseen vuorovaikutukseen reaktion alkuvaiheessa. Tämän perusteella reaktiot jaetaan mono-, bi- ja trimolekyylisiin.
Silloin tyypin A -> B reaktiot ovat yksimolekyylisiä, esimerkiksi:
a) C 16 H 34 (t ° C) -> C g H 18 + C 8 H 16 - hiilivetykrakkausreaktio;
b) CaC0 3 (t ° C) -> CaO + C0 2 - kalsiumkarbonaatin lämpöhajoaminen.
Reaktiot, kuten A + B -> C tai 2A -> C - ovat bimolekulaarisia, esimerkiksi:
a) C + 0 2 -> CO 2; b) 2Н 2 0 2 -> 2Н 2 0 + 0 2 jne.
Trimolekulaariset reaktiot on kuvattu yleiset yhtälöt tyyppi:
a) A + B + C D; b) 2A + BD; c) 3A D.
Esimerkiksi: a) 2Н 2 + 0 2 2Н 2 0; b) 2NO + H2N20 + H20.
Molekyylisyydestä riippuva reaktionopeus ilmaistaan yhtälöillä: a) V = k C A - yksimolekyyliselle reaktiolle; b) V \u003d - C A C in tai c) V = C 2 A - bimolekyylireaktiota varten; d) V \u003d k C C in C e) V \u003d k C 2 A C in tai e) V \u003d k C 3 A - trimolekulaariselle reaktiolle.
Molekyyliarvo on niiden molekyylien lukumäärä, jotka reagoivat yhdessä kemiallisessa alkuainetapahtumassa.
Usein reaktion molekylaarisuutta on vaikea määrittää, joten enemmän muodollinen merkki- Tilaus kemiallinen reaktio.
Reaktiojärjestys on yhtä suuri kuin summa pitoisuusasteiden indikaattorit yhtälössä, joka ilmaisee reaktionopeuden riippuvuuden reagoivien aineiden pitoisuudesta (kineettinen yhtälö).
Reaktion järjestys ei useimmiten ole yhteneväinen molekyylien kanssa johtuen siitä, että reaktiomekanismia, eli reaktion "alkutoimintoa" (katso molekyylisyyden merkin määritelmä) on vaikea määrittää.
Harkitse useita esimerkkejä, jotka kuvaavat tätä kantaa.
1. Kiteiden liukenemisnopeutta kuvataan nolla-asteen kinetiikan yhtälöillä reaktion monomolekulaarisesta luonteesta huolimatta: AgCl (TB) -> Ag + + CI", V = k C (AgCl (TB p = k " C (AgCl (ra)) - p - tiheys ja se on vakioarvo, eli liukenemisnopeus ei riipu liuenneen aineen määrästä (pitoisuudesta).
2. Sakkaroosin hydrolyysin reaktio: CO + H 2 0 -> C 6 H 12 0 6 (glukoosi) + C 6 H 12 0 6 (fruktoosi) on bimolekulaarinen reaktio, mutta sen kinetiikkaa kuvaa ensimmäisen asteen kinetiikka yhtälö: V \u003d k * C cax , koska koeolosuhteissa, mukaan lukien kehossa, veden pitoisuus on vakioarvo С(Н 2 0) - const.
3. 
Vetyperoksidin hajoamisreaktiossa, joka etenee katalyyttien, sekä metalliplatinan epäorgaanisten Fe 3+ -ionien, Cu 2+ -ionien että biologisten entsyymien, kuten katalaasin, osallistuessa. yleinen muoto:
2H 2 0 2 -\u003e 2H 2 0 + O e, eli on bimolekyylinen.
Reaktionopeuden riippuvuus pitoisuudesta. Ensimmäisen, toisen ja nollakertaluvun reaktioiden kineettiset yhtälöt. Kokeelliset menetelmät reaktioiden nopeuden ja nopeusvakion määrittämiseksi.
Reaktionopeuden riippuvuus lämpötilasta. Van't Hoff -sääntö. Lämpötilakerroin reaktionopeus ja sen ominaisuudet biokemiallisia prosesseja varten.
γ on reaktionopeuden lämpötilakerroin.
fyysinen merkitysγ:n arvo on siinä, että se osoittaa, kuinka monta kertaa reaktionopeus muuttuu lämpötilan muutoksella jokaista 10 astetta kohden.
15. Aktiivisten törmäysten teorian käsite. Reaktion energiaprofiili; aktivointienergia; Arrheniuksen yhtälö. Steerisen tekijän rooli. Siirtymätilan teorian käsite.
Nopeusvakion, aktivointienergian ja lämpötilan suhdetta kuvaa Arrhenius-yhtälö: k T \u003d k 0 *Ae ~ E / RT, missä k t ja k 0 ovat nopeusvakiot lämpötilassa T ja T e e on luonnollinen logaritmi, A on steerinen tekijä.
Steerinen tekijä A määrittää kahden reagoivan hiukkasen törmäyksen todennäköisyyden aktiivinen keskus molekyylejä. Tämä tekijä on erityisen tärkeä biokemiallisissa reaktioissa biopolymeerien kanssa. klo happo-emäsreaktiot H + -ionin täytyy reagoida terminaalisen karboksyyliryhmän - COO:n kanssa. "Jokainen H + -ionin törmäys proteiinimolekyylin kanssa ei kuitenkaan johda tähän reaktioon. Vain ne törmäykset, jotka tapahtuvat suoraan joissakin makromolekyylien kohdissa, ns. aktiiviset keskukset ovat tehokkaita.
Arrhenius-yhtälöstä seuraa, että mitä suurempi nopeusvakio, sitä pienempi on prosessin aktivointienergia E ja korkeampi lämpötila T.
Tehtävä 336.
150 °C:ssa osa reaktiosta on mennyt loppuun 16 minuutissa. Ottaen reaktionopeuden lämpötilakertoimeksi 2,5, laske kuinka kauan tämä reaktio päättyy, jos se suoritetaan: a) 20 °C:ssa 0 °С; b) 80 °C:ssa.
Ratkaisu:
Van't Hoff -säännön mukaan nopeuden riippuvuus lämpötilasta ilmaistaan yhtälöllä:
v t ja k t - reaktion nopeus ja nopeusvakio lämpötilassa t°C; v (t + 10) ja k (t + 10) samat arvot lämpötilassa (t + 10 0 C); - reaktionopeuden lämpötilakerroin, jonka arvo useimmissa reaktioissa on välillä 2 - 4.
a) Kun otetaan huomioon, että kemiallisen reaktion nopeus tietyssä lämpötilassa on kääntäen verrannollinen sen kulun kestoon, korvaamme ongelman ehdossa annetut tiedot kaavalla, joka ilmaisee kvantitatiivisesti van't Hoff -sääntöä, saamme :
b) Koska tämä reaktio etenee lämpötilan laskun myötä, niin tämän reaktion nopeus on tietyssä lämpötilassa suoraan verrannollinen sen kulun kestoon, korvaamme ongelman ehdolla annetut tiedot kaavalla, joka ilmaisee kvantitatiivisesti van't Hoffin sääntö, saamme:
Vastaus: a) 200 0 С t2 = 9,8 s; b) 80 0 С t3 = 162 h 1 min 16 s.
Ongelma 337.
Muuttuuko reaktionopeusvakion arvo: a) kun katalyytti korvataan toisella; b) kun lähtöaineiden pitoisuudet muuttuvat?
Ratkaisu:
Reaktionopeusvakio on arvo, joka riippuu lähtöaineiden luonteesta, lämpötilasta ja katalyyttien läsnäolosta, eikä se riipu lähtöaineiden pitoisuudesta. Se voi olla yhtä suuri kuin reaktionopeus siinä tapauksessa, että reagoivien aineiden pitoisuudet ovat yhtä kuin yksikkö (1 mol/l).
a) Kun yksi katalyytti korvataan toisella, tietyn kemiallisen reaktion nopeus muuttuu tai se kasvaa. Jos käytetään katalyyttiä, kemiallisen reaktion nopeus kasvaa, jolloin vastaavasti myös reaktionopeusvakion arvo kasvaa. Reaktionopeusvakion arvon muutos tapahtuu myös, kun yksi katalyytti korvataan toisella, mikä lisää tai vähentää tämän reaktion nopeutta alkuperäiseen katalyyttiin verrattuna.
b) Kun reagoivien aineiden pitoisuus muuttuu, reaktionopeuden arvot muuttuvat, eikä reaktionopeusvakion arvo muutu.
Ongelma 338.
Riippuuko reaktion lämpövaikutus sen aktivointienergiasta? Perustele vastaus.
Ratkaisu:
Reaktion lämpövaikutus riippuu vain järjestelmän alku- ja lopputilasta, eikä se riipu prosessin välivaiheista. Aktivointienergia on ylimääräistä energiaa, joka ainemolekyylillä on oltava, jotta niiden törmäys johtaisi uuden aineen muodostumiseen. Aktivointienergiaa voidaan muuttaa nostamalla tai laskemalla lämpötilaa, vastaavasti laskemalla tai nostamalla sitä. Katalyytit alentavat aktivaatioenergiaa, kun taas inhibiittorit alentavat sitä.
Siten aktivaatioenergian muutos johtaa muutokseen reaktionopeudessa, mutta ei muutokseen reaktion lämmössä. Reaktion lämpövaikutus on vakioarvo, eikä se riipu tietyn reaktion aktivointienergian muutoksesta. Esimerkiksi reaktio ammoniakin muodostumiselle typestä ja vedystä on:
Tämä reaktio on eksoterminen, > 0). Reaktio etenee reagoivien hiukkasten moolimäärän ja kaasumaisten aineiden moolien määrän pienentyessä, mikä tuo järjestelmän epästabiilista tilasta vakaampaan, entropia pienenee,< 0. Данная реакция в normaaleissa olosuhteissa ei vuoda (se on mahdollista vain riittävällä määrällä matalat lämpötilat). Katalyytin läsnä ollessa aktivoitumisenergia pienenee ja reaktionopeus kasvaa. Mutta sekä ennen katalyytin käyttöä että sen läsnä ollessa reaktion lämpövaikutus ei muutu, reaktiolla on muoto:
Ongelma 339.
Minkä reaktion, suoran vai käänteisen, aktivoitumisenergia on suurempi, jos suora reaktio etenee lämmön vapautuessa?
Ratkaisu:
Suoran ja käänteisen reaktion aktivointienergian välinen ero on lämpövaikutus: H \u003d E a (esim.) - E a (arr.) . Tämä reaktio etenee lämmön vapautuessa, ts. on eksoterminen,< 0 Исходя из этого, энергия активации прямой реакции имеет меньшее значение, чем энергия активации обратной реакции:
E a(esim.)< Е а(обр.) .
Vastaus: E a(esim.)< Е а(обр.) .
Tehtävä 340.
Kuinka monta kertaa 298 K:n lämpötilassa etenevän reaktion nopeus kasvaa, jos sen aktivointienergiaa pienennetään 4 kJ/mol?
Ratkaisu:
Merkitään aktivaatioenergian laskua Ea:lla ja reaktion nopeusvakiot ennen aktivointienergian laskua ja sen jälkeen vastaavasti k:lla ja k:lla. Arrhenius-yhtälön avulla saadaan:
E a on aktivaatioenergia, k ja k" ovat reaktionopeusvakiot, T on lämpötila K (298).
Korvaamalla tehtävän tiedot viimeiseen yhtälöön ja ilmaisemalla aktivointienergia jouleina laskemme reaktionopeuden kasvun:
Vastaus: 5 kertaa.
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 spatiaalinen suhde(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
Kemiallisen reaktion nopeus riippuu lämpötilasta, ja lämpötilan noustessa reaktion nopeus kasvaa. Hollantilainen tiedemies van't Hoff osoitti, että kun lämpötila nousee 10 astetta, useimpien reaktioiden nopeus kasvaa 2-4 kertaa;
VT 2 = VT 1 *y (T2-T1)/10
missä VT2 ja VT1 ovat reaktionopeudet lämpötiloissa T2 ja T1; y on reaktionopeuden lämpötilakerroin, joka osoittaa kuinka monta kertaa reaktionopeus kasvoi lämpötilan noustessa 10 K.
Reagenssikonsentraatiolla 1 mol/l reaktionopeus on numeerisesti yhtä suuri kuin nopeusvakio k. Tällöin yhtälö osoittaa, että nopeusvakio riippuu lämpötilasta samalla tavalla kuin prosessin nopeus.
3. Kirjoita variantti eliminaatioreaktiosta (eliminaatiosta) vetyhalogenidin vapautumisen kanssa.
C 2 H 5 Cl \u003d C 2 H 4 + HCl
Lippu numero 4
1. Mikä on "atomimassa", " molekyylimassa”, ”aineen mooli” ja mitä pidetään atomimassayksikönä (a.m.u.)?
ATOMIMASSA - atomin massa atomimassayksiköissä (a.m.u.). yksikköä kohti a. e.m. hyväksytään 1/12 hiili-12-isotoopin massasta.
a.u.m. \u003d 1/12 m 12 6 C \u003d 1,66 * 10 -24
MOLEKUULIPAINO - yhdisteen moolimassa, johon viitataan 1/12 moolimassa hiili-12 atomi.
MOOLI - aineen määrä, joka sisältää saman määrän hiukkasia tai rakenneyksiköitä (atomeja, ioneja, molekyylejä, radikaaleja, elektroneja, ekvivalentteja jne.) kuin kohdassa 12 a. e.m. isotooppi hiili-12.
Kaava reaktion nopeuden lisäämiseksi katalyytin läsnä ollessa.
Voit muuttaa Ea:n (aktivointienergian) arvoa katalyyttien avulla. Aineita, jotka osallistuvat reaktioprosessiin, mutta joita ei kuluteta, kutsutaan katalyyteiksi. Itse ilmiötä kutsutaan katalyysiksi. Reaktionopeuden lisäys katalyytin läsnä ollessa määritetään kaavalla
Riippuen siitä, onko katalyytti samassa faasissa reaktanttien kanssa vai muodostaako itsenäisen faasin, puhutaan homogeenisesta tai heterogeenisestä katalyysistä. Niiden katalyyttisen vaikutuksen mekanismi ei ole sama, mutta molemmissa tapauksissa reaktio kiihtyy Ea:n vähenemisen vuoksi. On olemassa useita erityisiä katalyyttejä - inhibiittoreita, jotka vähentävät reaktionopeutta.
missä ovat katalyyttisen prosessin parametrit, V, k, Ea- ei-katalyyttinen prosessi.
Kirjoita hiiltä sisältävien epäorgaanisten aineiden palamisreaktiot hapessa, ilmoittaen hapettimen ja pelkistimen sekä hiilen hapetustilat ennen ja jälkeen reaktion.
C - pelkistävä aine, hapetusprosessi
O - hapettava aine, pelkistysprosessi
Lippu numero 5
1. Mikä on alkuaineen "elektronegatiivisuus", "valenssi", "hapetusaste" ja mitkä ovat niiden määrittämisen perussäännöt?
HAPPETUSTILA - alkuaineen atomin ehdollinen varaus, joka saadaan olettaen, että yhdiste koostuu ioneista. Se voi olla positiivinen, negatiivinen, nolla, murtoluku ja ilmaistaan arabialaisella numerolla "+"- tai "-"-merkillä elementtisymbolin oikean yläindeksin muodossa: C 1-, O 2-, H + , Mg2+, N3-, N5+, Cr6+.
Määrittääksesi yhdisteen (ionin) alkuaineen hapetusasteen (s. o.) käytä seuraavat säännöt:
1 V yksinkertaiset aineet(H2, S8, P4) s. noin. on yhtä kuin nolla.
2 Vakio s. noin. sisältää alkali- (E+) ja maa-alkalielementtejä (E2+) sekä fluori P-.
3 Useimmissa yhdisteissä vedyllä on s. noin. H+ (H20, CH4, HC1), hydrideissä - H- (-NaH, CaH2); Kanssa. noin. happi on yleensä yhtä suuri kuin -2 (O2-), peroksideissa (-O-O-) - 1 (O-).
4 Epämetallien binääriyhdisteissä negatiivinen s. noin. oikealla olevalle elementille).
5 Algebrallinen summa s. noin. molekyyli on nolla, ioni - sen varaus.
Atomin kykyä kiinnittää tai korvata tietty määrä muita atomeja kutsutaan VALENTSEKSI. Valenssimitta on alkuaineeseen kiinnittyneiden vety- tai happiatomien lukumäärä edellyttäen, että vety on yksiarvoinen ja happi kaksiarvoinen.
Tehtävä 336.
150 °C:ssa osa reaktiosta on mennyt loppuun 16 minuutissa. Ottaen reaktionopeuden lämpötilakertoimeksi 2,5, laske kuinka kauan tämä reaktio päättyy, jos se suoritetaan: a) 20 °C:ssa 0 °С; b) 80 °C:ssa.
Ratkaisu:
Van't Hoff -säännön mukaan nopeuden riippuvuus lämpötilasta ilmaistaan yhtälöllä:
v t ja k t - reaktion nopeus ja nopeusvakio lämpötilassa t°C; v (t + 10) ja k (t + 10) samat arvot lämpötilassa (t + 10 0 C); - reaktionopeuden lämpötilakerroin, jonka arvo useimmissa reaktioissa on välillä 2 - 4.
a) Kun otetaan huomioon, että kemiallisen reaktion nopeus tietyssä lämpötilassa on kääntäen verrannollinen sen kulun kestoon, korvaamme ongelman ehdossa annetut tiedot kaavalla, joka ilmaisee kvantitatiivisesti van't Hoff -sääntöä, saamme :
b) Koska tämä reaktio etenee lämpötilan laskun myötä, niin tämän reaktion nopeus on tietyssä lämpötilassa suoraan verrannollinen sen kulun kestoon, korvaamme ongelman ehdolla annetut tiedot kaavalla, joka ilmaisee kvantitatiivisesti van't Hoffin sääntö, saamme:
Vastaus: a) 200 0 С t2 = 9,8 s; b) 80 0 С t3 = 162 h 1 min 16 s.
Ongelma 337.
Muuttuuko reaktionopeusvakion arvo: a) kun katalyytti korvataan toisella; b) kun lähtöaineiden pitoisuudet muuttuvat?
Ratkaisu:
Reaktionopeusvakio on arvo, joka riippuu lähtöaineiden luonteesta, lämpötilasta ja katalyyttien läsnäolosta, eikä se riipu lähtöaineiden pitoisuudesta. Se voi olla yhtä suuri kuin reaktionopeus siinä tapauksessa, että reagoivien aineiden pitoisuudet ovat yhtä kuin yksikkö (1 mol/l).
a) Kun yksi katalyytti korvataan toisella, tietyn kemiallisen reaktion nopeus muuttuu tai se kasvaa. Jos käytetään katalyyttiä, kemiallisen reaktion nopeus kasvaa, jolloin vastaavasti myös reaktionopeusvakion arvo kasvaa. Reaktionopeusvakion arvon muutos tapahtuu myös, kun yksi katalyytti korvataan toisella, mikä lisää tai vähentää tämän reaktion nopeutta alkuperäiseen katalyyttiin verrattuna.
b) Kun reagoivien aineiden pitoisuus muuttuu, reaktionopeuden arvot muuttuvat, eikä reaktionopeusvakion arvo muutu.
Ongelma 338.
Riippuuko reaktion lämpövaikutus sen aktivointienergiasta? Perustele vastaus.
Ratkaisu:
Reaktion lämpövaikutus riippuu vain järjestelmän alku- ja lopputilasta, eikä se riipu prosessin välivaiheista. Aktivointienergia on ylimääräistä energiaa, joka ainemolekyylillä on oltava, jotta niiden törmäys johtaisi uuden aineen muodostumiseen. Aktivointienergiaa voidaan muuttaa nostamalla tai laskemalla lämpötilaa, vastaavasti laskemalla tai nostamalla sitä. Katalyytit alentavat aktivaatioenergiaa, kun taas inhibiittorit alentavat sitä.
Siten aktivaatioenergian muutos johtaa muutokseen reaktionopeudessa, mutta ei muutokseen reaktion lämmössä. Reaktion lämpövaikutus on vakioarvo, eikä se riipu tietyn reaktion aktivointienergian muutoksesta. Esimerkiksi reaktio ammoniakin muodostumiselle typestä ja vedystä on:
Tämä reaktio on eksoterminen, > 0). Reaktio etenee reagoivien hiukkasten moolimäärän ja kaasumaisten aineiden moolien määrän pienentyessä, mikä tuo järjestelmän epästabiilista tilasta vakaampaan, entropia pienenee,< 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:
Ongelma 339.
Minkä reaktion, suoran vai käänteisen, aktivoitumisenergia on suurempi, jos suora reaktio etenee lämmön vapautuessa?
Ratkaisu:
Suoran ja käänteisen reaktion aktivointienergian välinen ero on yhtä suuri kuin lämpövaikutus: H \u003d E a (pr.) - E a (arr.) . Tämä reaktio etenee lämmön vapautuessa, ts. on eksoterminen,< 0 Исходя из этого, энергия активации прямой реакции имеет меньшее значение, чем энергия активации обратной реакции:
E a(esim.)< Е а(обр.) .
Vastaus: E a(esim.)< Е а(обр.) .
Tehtävä 340.
Kuinka monta kertaa 298 K:n lämpötilassa etenevän reaktion nopeus kasvaa, jos sen aktivointienergiaa pienennetään 4 kJ/mol?
Ratkaisu:
Merkitään aktivaatioenergian laskua Ea:lla ja reaktion nopeusvakiot ennen aktivointienergian laskua ja sen jälkeen vastaavasti k:lla ja k:lla. Arrhenius-yhtälön avulla saadaan:
E a on aktivaatioenergia, k ja k" ovat reaktionopeusvakiot, T on lämpötila K (298).
Korvaamalla tehtävän tiedot viimeiseen yhtälöön ja ilmaisemalla aktivointienergia jouleina laskemme reaktionopeuden kasvun:
Vastaus: 5 kertaa.