Мавзӯъ: Аҳамияти биологии ҷараёни гидролиз Реҷа: Мафҳуми ҷараёни гидролиз

Кинетикаи реаксияҳои кимиёви ва катализ. Усулҳои муайян кардани суръати реаксия доимӣ ва тартиби

Режа:
1. Кинетика
2. Катализ
3. Суръати реаксияҳои доимӣ

Фаслҳои асосии химияи физикӣ сохтори модда, химиявӣ мебошанд термодинамика ва кинетикаи химиявй. Омӯзиши хосиятҳои моддаҳо дар бахши «Сохтори мол-сард", шумо метавонед дар бораи реактивии эҳтимолии ҳар як тасаввурот пайдо кунед молекулаҳо (протон медиҳанд, молекулаҳои дигарро тавассути пайванди дугона илова мекунанд ва ғ.) ва муодилаи реаксияи химиявии пешниҳодшударо нависед. Таҳлили хосиятҳои термодинамикӣ система имконият медихад, ки самти табдили химиявй муайян карда, таносуб бахо дода шавад nie моддаҳои ибтидоӣ ва маҳсулоти дар натиҷаи ба даст овардани мувозинат. Ҳамин тариқ, аз ҳисоби мувозинати термодинамикӣ чунин бармеояд, ки дар ҳарорати болотар 250 - 300 ° C, крекинги термикии карбогидридҳо бо пайдоиши олефин ва

парафин ва дар поён - алкилизатсияи парафин бо олефин. Илова бар ин, вақте ки ҳарорат тағйир меёбад кимати доимии мувозинат метавонад бо якчанд тартиби калон тагйир ёбад: хангоми таъсир этан ва этилен бо пайдоиши n-бутан дар 300 К, доимии мувозинат, Kp, ба 1.48.109 ва дар 800K 0.11. Тафовути боз ҳам калонтар барои дегидрогенизатсияи циклогексан ба бензол ва гидроген: Kp (300K) = 1.15.10
–17, Кп (800К) = 1.46.10 8 Аммо, таҳлили термодинамикӣ,
бо назардошти холатхои ибтидой ва нихоии система ба ду саволи мухим чавоб намедихад. арзан: тағирот чӣ гуна ба амал меояд ва оё он бо суръати намоён барои як вақт идома хоҳад кард вақти тақсимшуда. Намунаи равшантарин: дар системаи H2, O2 ва H2O, аз ҷиҳати термодинамикӣ ташаккули об мувофиқ аст, аммо омехтаи гидроген ва оксиген метавонад муддати тӯлонӣ вуҷуд дошта бошад
вақти бе таъсири химиявӣ. Ворид кардани платина дар ҳарорати хонагӣ ба оташ задан оварда мерасонад. Мисоли дигар синтези аммиак дар ҳарорати хонагӣ хоҳад буд. ҳарорат. Бо сабабҳои термодинамикӣ ин реаксия имконпазир аст (∆Go < 0). Аммо, равшан аст, ки дар фазаи газ бархӯрди ҳамзамон 4 молекула (N2 + 3H2) аз эҳтимол дур нест. балки, яъне. реаксияи истеҳсоли аммиак аз якчанд марҳила иборат аст. Ва аввалини онҳо дар ∆Go дигаргунии мусбати хеле назаррас дорад, бинобар ин ҳатто дар ҳузури катализаторҳои гетерогенӣ, он дар ҳарорати хонагӣ ба дараҷаи намоён идома намеёбад. ва гайра. Бутен-1-ро гирифтан ва нигоҳ доштан мумкин аст, аммо мувофиқи ҳисобҳои термодинамикӣ дар 300К, он ба навгониҳо (бо фраксияҳои молӣ): бутен -1 0,01, cis-butene -2 0,06, транс- бутен - 2 0,21 ва изобутен 0,72. Дар ҳузури оксиди алюминий табдили бутен – 1 мушохида карда мешавад, вале дар аввал дар махсулот термодинамики бештар кам мешавад сафро cis - бутен-2.
Маълум аст, ки суръати ин равандҳо ва эҳтимолияти бартарӣ доранд ба даст овардани ягон махсулот ба шароити тачрибахо, таъсири гуногун ба система вобаста аст мавзӯъ, аз ҷумла, аз ҳузури катализатор, шуоъ. Дар навбати худ бисьёр махсулот Реаксияҳои шумо қодир ба дигаргуниҳои минбаъда мебошанд. Ва инкишофи назария ва технологияи тачрибахо Ин ба он оварда расонд, ки бештари дигаргуниҳо бо таҳсил сурат мегиранд Ман пайвастагиҳои фосилавии ноустувор мехӯрам. Аз ин рӯ, ба назар гирифтани рафтори система, на танхо холатхои ибтидой ва нихоии он, балки рохи ба охир расидани он хам мухим аст вай. Таъсири мутақобилаи молекулаҳои табиаташон гуногун бо шикастани баъзеҳо ва пайдоиш ба амал меояд дигар алокахои химиявиро бихуранд. Аз бахшхои сохти модда ва термодинамикаи химиявй маълум аст, ки энергияи таъсири байнимолекулярии молекулахои нейтралй зиёд аст кТ, энергияи харакати нисбии молекулахо танхо бо кариб бевоситаи онхо тамос (масофаи байни молекулаҳо тақрибан 1Å аст), зеро хатти потенсиалӣ амал хуш аст. Барои зарраҳои заряднок ин масофа калонтар хоҳад буд.

E (кҶ/мол) энергияи мутақобила дар масофаи 5Å, T(K) ҳарорат аст
ки арзиши якхелаи энергияи кинетикиро дорад Дар масофаҳои калонтар, чунон ки механикаи квантӣ нишон медиҳад, зарраҳои хурд (электрон, протон) туннель карда метавонад. Ҳамин тавр, дар реаксия бо интиқоли электрон мувофиқи механизми гарпун, K + Br2 → K+ + Br –2, ҷаҳиши электрон метавонад дар масофа то 4Å. Аммо ин гуна процессхо дар химия чандон зиёд нестанд. Ба гайр аз ин, дар фазаи газ бархурди хамзамон зиёда аз ду молекула хурд аст шояд. Одатан, табдилёбии молекулаҳои як табиати кимиёвӣ (тарозу, изомер-zation) танҳо бо интиқоли энергия ба молекулаи аслӣ имконпазир аст, ки дар он ба амал меояд нуқтаи таъсир. Маълум аст, ки дар як шароит молекулаҳо гуногунанд суръати ҳаракат (тақсимоти Максвелл-Болтзман). Имконият низ вуҷуд дорад барангехтани њолатњои ларзиш, гардиш ва электронї. Ин хусусиятхо заррачахои бархурда ба суръати таъсири мутакобилаи онхо таъсир мерасонанд. роли муайян мебозад муҳити атроф (ҳалкунанда, бархӯрд бо деворҳо, мавҷудияти радиатсионӣ ва ғайра).
Суръати реаксияи химиявӣ ҳамчун тағирёбии консентратсияи моддаҳои ба ҳам таъсиркунанда дар як воҳиди вақт муайян карда мешавад. Дар рафти реаксия микдори моддахои дар аввал ба даст омада кам мешавад, микдори моддахои хосилшуда зиёд мешавад. Агар гӯем, ки консентратсияи моддаҳои дар реаксия иштироккунанда дар як воҳиди вақт ба миқдори кам тағйир меёбад, суръати реаксия ба таври зерин ифода карда мешавад:
V=- ёки V = (VII.1)
Дар ин ҳолат, С ва С мутаносибан консентратсияи маводи ибтидоӣ ва маҳсулоти реаксия мебошанд.
Реаксияи яктарафаро ба ду намуд таксим кардан мумкин аст: якум, аз руи тартиби реаксия, ки бо муодилаи суръати реаксия аз руи муодилаи реаксияи афзоянда ба даст меояд; дуюм, хусусияти молекулавии реаксия, яъне шумораи заррачахое, ки дар як реаксия иштирок мекунанд. Тартиби реаксия ҷамъи нишондиҳандаҳои муодилаи кинетикии реаксия мебошад. Масалан, реаксия чунин аст:

ки дар он тартиби реаксия V=k аз руи муодилаи кинетикии суръати дурусти реаксия бо чамъ ифода карда мешавад.
Тартиб ва табиати молекулавии реаксия аксар вақт номувофиқанд. Ин андозаҳо метавонанд барои аксуламалҳои оддӣ мувофиқ бошанд. Зеро муодилаи реакция, ки рафти ин ё он процессро тавсиф мекунад, процессхои мобайнии дар амал ба амаломадаро пурра фаро нагирифта, механизми реаксияро норавшан мегузорад.
Агар реаксияи ба амаломада аз як зина иборат бошад, суръати реаксия ба консентратсияи онҳо мувофиқи коэффисиентҳои стехиометрии моддаҳои ба ҳам таъсиркунанда мутаносиб мебуд, яъне барои муодилаи реаксия чунин навиштан мумкин буд:
V=- =kС (VII.2)
ки дар он k доимии суръати реаксия аст (k суръати реаксия хангоми баробар будани консентратсияи реаксияхо). Воҳиди андозагирии он k=с^1-n t^-1.
Дарвоқеъ, дар амал аксари реаксияҳо аз як қатор марҳилаҳое иборатанд, ки суръати онҳо гуногунанд ва суръати реаксияи умумӣ бо суръати сусттарини ин марҳилаҳо чен карда мешавад. Аз ин рӯ, нишондиҳандаҳои (), ки аз коэффисиентҳои стехиометрии моддаҳои ибтидоии муодилаи (VII.2) иборатанд, ба ғайр аз ададҳои бутун метавонанд аз ададҳои касрӣ низ иборат бошанд.
Одатан, барои реаксияҳои оддӣ пайдарпайии реаксия аз ҷамъи коэффисиентҳои стехиометрии реаксияҳо иборат аст, яъне n = .
Вақте ки миқдори як ё якчанд моддаҳо ҳангоми реаксия тағир намеёбанд, одатан истилоҳи "псевдо" ё "тартиби мушоҳидашуда" -и реаксия истифода мешавад. Масалан, реаксияи инверсияи шакарро гирем:
С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂ О 2С₆Н₁₂О₆
Бо дарназардошти мавҷудияти об ҳамчун ҳалкунанда ғайр аз шакар дар ҳамон реаксия ва он, ки реаксия дар муҳити туршӣ мегузарад, суръати реаксияро ба таври зерин ифода кардан мумкин аст:
V=k С₁₂Н₂₂О₁₁ Н₂ОН₃О⁺
Аз муодила дида мешавад, ки ҳамон реаксияро реаксияи тартиби сеюм номидан мумкин аст. Дар асл, азбаски миқдори об дар омехтаи реаксия ҳамчун ҳалкунанда аз ҳад зиёд аст ва ион гидрокси ҳамчун катализатор миқдори доимӣ дорад, суръати реаксия
V=k  С₁₂Н₂₂О₁₁
аз афташ навиштан