तापमान और प्रतिक्रिया दर

एक निश्चित तापमान पर, एक प्रतिक्रिया संभव है यदि परस्पर क्रिया करने वाले अणुओं में एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा हो। अरहेनियस ने इस अतिरिक्त ऊर्जा को कहा सक्रियण ऊर्जा , और अणु स्वयं सक्रिय.

अरहेनियस के अनुसार, दर स्थिर कऔर सक्रियण ऊर्जा ई एअरहेनियस समीकरण नामक एक संबंध से संबंधित हैं:

यहां एपूर्व-घातीय कारक है, आरसार्वत्रिक गैस नियतांक है, टीपरम तापमान है।

इस प्रकार, स्थिर तापमान पर, प्रतिक्रिया दर निर्धारित करती है ई ए. अधिक ई ए, विषय कम संख्यासक्रिय अणु और धीमी प्रतिक्रिया आगे बढ़ती है। घटते समय ई एगति बढ़ जाती है और ई ए= 0 प्रतिक्रिया तुरंत आगे बढ़ती है।

मूल्य ई एप्रतिक्रियाशील पदार्थों की प्रकृति की विशेषता है और निर्भरता से प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किया जाता है क = एफ(टी) समीकरण (5.3) को लघुगणक रूप में लिखना और दो तापमानों पर स्थिरांक के लिए इसे हल करना, हम पाते हैं ई ए:

γ गति का तापमान गुणांक है रासायनिक प्रतिक्रिया. वैंट हॉफ नियम का सीमित अनुप्रयोग है, क्योंकि का मान तापमान पर और क्षेत्र के बाहर निर्भर करता है ई ए= 50–100 kJ mol–1 यह नियम बिल्कुल भी पूरा नहीं होता है।

अंजीर पर। 5.4 यह देखा जा सकता है कि प्रारंभिक उत्पादों को सक्रिय अवस्था (ए * - सक्रिय परिसर) में स्थानांतरित करने पर खर्च की गई ऊर्जा तब अंतिम उत्पादों में संक्रमण के दौरान पूरी तरह या आंशिक रूप से पुन: उत्सर्जित होती है। प्रारंभिक और की ऊर्जाओं के बीच का अंतर अंतिम उत्पादनिर्धारित करता है एचप्रतिक्रिया जो सक्रियण ऊर्जा पर निर्भर नहीं करती है।

इस प्रकार, प्रारंभिक अवस्था से अंतिम अवस्था तक के रास्ते में, सिस्टम को ऊर्जा अवरोध को दूर करना होगा। केवल सक्रिय अणु टक्कर के समय आवश्यक ऊर्जा अतिरिक्त के बराबर रखते हैं ई ए, इस बाधा को दूर कर सकता है और एक रासायनिक संपर्क में प्रवेश कर सकता है। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, प्रतिक्रिया माध्यम में सक्रिय अणुओं का अनुपात बढ़ता है।

पूर्व घातांक गुणकएकी विशेषता कुल गणनाटकराव सरल अणुओं के साथ प्रतिक्रियाओं के लिए एसैद्धांतिक टक्कर परिमाण के करीब जेड, अर्थात। ए = जेडगैसों के गतिज सिद्धांत से परिकलित। जटिल अणुओं के लिए ए ≠ जेड, इसलिए यह आवश्यक है कि स्टेरिक फ़ैक्टर का परिचय दिया जाए पी:

यहां जेडसभी टकरावों की संख्या है, पीस्थानिक रूप से अनुकूल टकरावों का अनुपात है (0 से मान लेता है), सक्रिय का अनुपात है, यानी ऊर्जावान रूप से अनुकूल टकराव।

दर स्थिरांक का आयाम संबंध से प्राप्त होता है

व्यंजक (5.3) का विश्लेषण करते हुए, हम इस निष्कर्ष पर पहुँचते हैं कि प्रतिक्रिया को तेज करने के लिए दो मौलिक संभावनाएं हैं:
ए) तापमान में वृद्धि,
b) सक्रियण ऊर्जा में कमी।

"रासायनिक गतिकी। तापमान और प्रतिक्रिया दर" विषय पर कार्य और परीक्षण

• एक रासायनिक प्रतिक्रिया की दर। उत्प्रेरक - रासायनिक प्रतिक्रियाओं का वर्गीकरण और उनके पाठ्यक्रम के पैटर्न ग्रेड 8-9

  पाठ: 5 सत्रीय कार्य: 8 क्विज़: 1

रासायनिक प्रतिक्रिया की दर तापमान पर निर्भर करती है, और जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, प्रतिक्रिया की दर बढ़ जाती है। डच वैज्ञानिक वैन्ट हॉफ ने दिखाया कि जब तापमान 10 डिग्री बढ़ जाता है, तो अधिकांश प्रतिक्रियाओं की दर 2-4 गुना बढ़ जाती है;

वीटी 2 = वीटी 1 *y (T2-T1)/10

जहां वीटी 2 और वीटी 1 तापमान टी 2 और टी 1 पर प्रतिक्रिया दर हैं; y प्रतिक्रिया दर का तापमान गुणांक है, जो दर्शाता है कि तापमान में 10K की वृद्धि के साथ प्रतिक्रिया दर कितनी बार बढ़ी है।

1 mol/l की अभिकारक सांद्रता पर, प्रतिक्रिया दर संख्यात्मक रूप से दर स्थिर k के बराबर होती है। तब समीकरण से पता चलता है कि दर स्थिरांक तापमान पर उसी तरह निर्भर करता है जैसे प्रक्रिया की दर।

3. हाइड्रोजन हैलाइड की रिहाई के साथ उन्मूलन (उन्मूलन) की प्रतिक्रिया का एक प्रकार लिखें.

सी 2 एच 5 सीएल \u003d सी 2 एच 4 + एचसीएल

टिकट नंबर 4

1. क्या है " परमाणु भार», « मॉलिक्यूलर मास्स”, “एक पदार्थ का मोल” और परमाणु द्रव्यमान इकाई (ए.एम.यू.) के रूप में क्या लिया जाता है?

परमाणु द्रव्यमान - परमाणु द्रव्यमान इकाइयों (am.u.) में एक परमाणु का द्रव्यमान। प्रति यूनिट ए. ई.एम., कार्बन-12 समस्थानिक के द्रव्यमान का 1/12 स्वीकार किया जाता है।

पूर्वाह्न \u003d 1/12 मीटर 12 6 सी \u003d 1.66 * 10 -24

आणविक भार - एक यौगिक का दाढ़ द्रव्यमान, जिसे 1/12 . कहा जाता है दाढ़ जनकार्बन-12 परमाणु।

एमओएल - एक पदार्थ की मात्रा जिसमें कणों या संरचनात्मक इकाइयों (परमाणु, आयन, अणु, रेडिकल, इलेक्ट्रॉन, समकक्ष, आदि) की समान संख्या होती है, जैसा कि 12 ए में है। ईएम आइसोटोप कार्बन-12।

उत्प्रेरक की उपस्थिति में अभिक्रिया की दर बढ़ाने का सूत्र।

आप उत्प्रेरक का उपयोग करके ईए (सक्रियण ऊर्जा) के मूल्य को बदल सकते हैं। वे पदार्थ जो प्रतिक्रिया प्रक्रिया में भाग लेते हैं लेकिन उपभोग नहीं करते हैं, उत्प्रेरक कहलाते हैं। इस घटना को ही कटैलिसीस कहा जाता है। उत्प्रेरक की उपस्थिति में प्रतिक्रिया दर में वृद्धि सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है

इस पर निर्भर करते हुए कि उत्प्रेरक अभिकारकों के समान चरण में है या एक स्वतंत्र चरण बनाता है, कोई सजातीय या विषम उत्प्रेरण की बात करता है। उनके लिए उत्प्रेरक क्रिया का तंत्र समान नहीं है, हालांकि, दोनों ही मामलों में, ईए में कमी के कारण प्रतिक्रिया तेज हो जाती है। कई विशिष्ट उत्प्रेरक - अवरोधक हैं जो प्रतिक्रिया दर को कम करते हैं।

उत्प्रेरक प्रक्रिया के पैरामीटर कहां हैं, वी, के, ईए- गैर-उत्प्रेरक प्रक्रिया।

कार्बोनेसियस के दहन की प्रतिक्रियाएँ लिखिए अकार्बनिक पदार्थऑक्सीजन में, ऑक्सीकरण एजेंट और कम करने वाले एजेंट, साथ ही प्रतिक्रिया से पहले और बाद में कार्बन की ऑक्सीकरण अवस्था को दर्शाता है।

सी - कम करने वाला एजेंट, ऑक्सीकरण प्रक्रिया

ओ - ऑक्सीकरण एजेंट, कमी प्रक्रिया

टिकट नंबर 5

1. किसी तत्व की "इलेक्ट्रोनगेटिविटी", "वैलेंसी", "ऑक्सीकरण अवस्था" क्या है और उन्हें निर्धारित करने के लिए बुनियादी नियम क्या हैं?

ऑक्सीकरण अवस्था - किसी तत्व के परमाणु का सशर्त आवेश, इस धारणा पर प्राप्त होता है कि यौगिक में आयन होते हैं। यह सकारात्मक, नकारात्मक, शून्य, भिन्नात्मक हो सकता है और एक अरबी अंक द्वारा "+" या "-" चिह्न के साथ तत्व प्रतीक के ऊपरी दाएं सूचकांक के रूप में इंगित किया जाता है: सी 1-, ओ 2-, एच + , एमजी 2+, एन 3-, एन 5+, सीआर 6+।

एक यौगिक (आयन) में किसी तत्व की ऑक्सीकरण अवस्था (s.o.) निर्धारित करने के लिए, निम्नलिखित नियमों का उपयोग किया जाता है:

1 वी सरल पदार्थ(एच 2, एस 8, पी 4) एस। के बारे में। शून्य के बराबर।

2 लगातार पी. के बारे में। क्षारीय (E+) और क्षारीय पृथ्वी (E2+) तत्व, साथ ही फ्लोरीन P- है।

3 अधिकांश यौगिकों में हाइड्रोजन में s होता है। के बारे में। H + (H2O, CH4, HC1), हाइड्राइड्स में - H- (-NaH, CaH2); साथ। के बारे में। ऑक्सीजन, एक नियम के रूप में, पेरोक्साइड (-O-O-) - 1 (O-) में -2 (O2-) के बराबर है।

4 अधातुओं के द्विआधारी यौगिकों में ऋणात्मक p. के बारे में। तत्व को दाईं ओर असाइन किया गया)।

5 बीजीय योग p. के बारे में। अणु शून्य है, आयन - इसका आवेश।

एक परमाणु की एक निश्चित संख्या में अन्य परमाणुओं को जोड़ने या बदलने की क्षमता को वैलेंस कहा जाता है। संयोजकता का माप किसी तत्व से जुड़े हाइड्रोजन या ऑक्सीजन परमाणुओं की संख्या है, बशर्ते कि हाइड्रोजन एक हो और ऑक्सीजन द्विसंयोजक हो।

बढ़ते तापमान के साथ प्रतिक्रिया दर में वृद्धि आमतौर पर प्रतिक्रिया दर के तापमान गुणांक की विशेषता होती है, एक संख्या यह दर्शाती है कि सिस्टम के तापमान में 10 डिग्री सेल्सियस की वृद्धि के साथ कितनी बार प्रतिक्रिया की दर बढ़ जाती है। तापमान गुणांकअलग-अलग प्रतिक्रियाएं अलग हैं। सामान्य तापमान पर, अधिकांश प्रतिक्रियाओं के लिए इसका मूल्य 2 ... 4 की सीमा में होता है।

तापमान गुणांक तथाकथित "वैंट हॉफ नियम" के अनुसार निर्धारित किया जाता है, जिसे गणितीय रूप से समीकरण द्वारा व्यक्त किया जाता है

वी 2 /वी 1 = जी ( टी 2 - टी 1)/10 ,

कहाँ पे वी 1 और वी 2 – तापमान पर प्रतिक्रिया दर टी 1 और टी 2; जी प्रतिक्रिया का तापमान गुणांक है।

इसलिए, उदाहरण के लिए, यदि g = 2, तो के लिए टी 2 - टी 1 = 50°C वी 2 /वी 1 = 2 5 = 32, अर्थात्। प्रतिक्रिया 32 गुना तेज हो गई, और यह त्वरण किसी भी तरह से निरपेक्ष मूल्यों पर निर्भर नहीं करता है टी 1 और टी 2 लेकिन केवल उनके अंतर पर।

सक्रियण ऊर्जा,एक रासायनिक प्रतिक्रिया के प्राथमिक कार्य में प्रवेश करने वाले कणों (अणुओं, रेडिकल, आयन, आदि) की औसत ऊर्जा के मूल्यों और प्रतिक्रिया प्रणाली में सभी कणों की औसत ऊर्जा के बीच का अंतर। विभिन्न रासायनिक अभिक्रियाओं के लिए ई. और. व्यापक रूप से भिन्न होता है - कुछ से ~ 10 . तक जे / मोल।उसी रासायनिक अभिक्रिया के लिए E का मान a. अणुओं के वितरण कार्यों के प्रकार पर उनकी अनुवाद गति की ऊर्जा और स्वतंत्रता की आंतरिक डिग्री (इलेक्ट्रॉनिक, कंपन, घूर्णी) के संदर्भ में निर्भर करता है। एक सांख्यिकीय मूल्य के रूप में E. a. थ्रेशोल्ड एनर्जी, या एनर्जी बैरियर से अलग किया जाना चाहिए - न्यूनतम ऊर्जा जो एक जोड़ी टकराने वाले कणों के पास एक प्राथमिक प्रतिक्रिया होने के लिए होनी चाहिए।

अरहेनियस समीकरण, दर स्थिरांक की तापमान निर्भरता प्रतिमौलिक रसायन। प्रतिक्रियाएं:

जहां ए एक पूर्व-घातीय कारक है (आयाम k के आयाम के समान है), ई ए-सक्रियण ऊर्जा, आमतौर पर सकारात्मक स्वीकार करना। मान, टी-एब्स। तापमान, k-बोल्ट्ज़मान स्थिरांक। यह उद्धृत करने के लिए प्रथागत है ई एप्रति अणु। और कणों की संख्या पर एन ए\u003d 6.02 * 10 23 (एवोगैड्रो का स्थिरांक) और kJ / mol में व्यक्त किया गया; इन मामलों में, अरहेनियस समीकरण में, मान कगैस स्थिरांक को बदलें आर। 1n बनाम 1 . का ग्राफ़ /केटी(अरहेनियस प्लॉट) - एक सीधी रेखा, जिसका नकारात्मक ढलान सक्रियण ऊर्जा द्वारा निर्धारित किया जाता है ई एऔर सकारात्मक की विशेषता है। तापमान पर निर्भरता प्रति।

उत्प्रेरक - रासायनिक पदार्थ, जो प्रतिक्रिया को तेज करता है, लेकिन प्रतिक्रिया उत्पादों का हिस्सा नहीं है। अन्य अभिकर्मकों के विपरीत, उत्प्रेरक की मात्रा प्रतिक्रिया के बाद नहीं बदलती है। यह समझना महत्वपूर्ण है कि उत्प्रेरक प्रतिक्रिया में शामिल होता है। अधिक प्रदान करना फास्ट ट्रैकप्रतिक्रिया के लिए, उत्प्रेरक प्रारंभिक सामग्री के साथ प्रतिक्रिया करता है, जिसके परिणामस्वरूप मध्यवर्ती यौगिक परिवर्तन से गुजरता है और अंत में एक उत्पाद और उत्प्रेरक में विभाजित हो जाता है। फिर उत्प्रेरक फिर से प्रारंभिक सामग्री के साथ प्रतिक्रिया करता है, और यह उत्प्रेरक चक्र कई बार दोहराया जाता है (एक लाख बार तक) [ स्रोत?] दोहराया जाता है।

उत्प्रेरकों को वर्गीकृत किया जाता है सजातीयतथा विजातीय. एक सजातीय उत्प्रेरक एक ही चरण में अभिकारकों के साथ होता है, एक विषम एक एक स्वतंत्र चरण बनाता है जो उस चरण से एक इंटरफ़ेस द्वारा अलग किया जाता है जिसमें अभिकारक स्थित होते हैं। विशिष्ट सजातीय उत्प्रेरक अम्ल और क्षार हैं। धातु, उनके ऑक्साइड और सल्फाइड विषमांगी उत्प्रेरक के रूप में उपयोग किए जाते हैं।

एक ही प्रकार की प्रतिक्रियाएं सजातीय और विषम उत्प्रेरक दोनों के साथ आगे बढ़ सकती हैं। तो, एसिड समाधान के साथ, जिनके पास अम्ल गुणठोस अल 2 ओ 3, टीआईओ 2, थओ 2, एल्युमिनोसिलिकेट्स, जिओलाइट्स। मूल गुणों वाले विषम उत्प्रेरक: CaO, BaO, MgO।

विषम उत्प्रेरक, एक नियम के रूप में, एक अत्यधिक विकसित सतह होती है, जिसके लिए उन्हें एक निष्क्रिय समर्थन (सिलिका जेल, एल्यूमिना, सक्रिय कार्बन, आदि) पर वितरित किया जाता है।

प्रत्येक प्रकार की प्रतिक्रिया के लिए, केवल कुछ उत्प्रेरक प्रभावी होते हैं। उन लोगों के अलावा जिनका पहले ही उल्लेख किया जा चुका है अम्ल क्षार, उत्प्रेरक हैं रेडोक्स; उन्हें एक संक्रमण धातु या उसके यौगिक (Co +3, V 2 O 5 + MoO 3) की उपस्थिति की विशेषता है। इस मामले में, संक्रमण धातु के ऑक्सीकरण राज्य को बदलकर उत्प्रेरण किया जाता है।

छितरी हुई प्रणाली- ये दो या दो से अधिक चरणों (निकायों) की संरचनाएं हैं जो बिल्कुल या व्यावहारिक रूप से मिश्रित नहीं होती हैं और एक दूसरे के साथ रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया नहीं करती हैं। पदार्थों में से पहला परिक्षेपित प्रावस्था) दूसरे में बारीक रूप से वितरित किया जाता है ( फैलाव माध्यम) यदि कई चरण हैं, तो उन्हें शारीरिक रूप से एक दूसरे से अलग किया जा सकता है (सेंट्रीफ्यूजेशन, पृथक्करण, आदि द्वारा)।

आमतौर पर छितरी हुई प्रणालियाँ कोलाइडल विलयन, सॉल हैं। छितरी हुई प्रणालियों में एक ठोस परिक्षिप्त माध्यम का मामला भी शामिल होता है जिसमें परिक्षिप्त प्रावस्था स्थित होती है।

अधिकांश सामान्य वर्गीकरण फैलाव प्रणालीमें अंतर के आधार पर एकत्रीकरण की स्थितिफैलाव माध्यम और छितरी हुई अवस्था। तीन प्रकार की समुच्चय अवस्था के संयोजन से नौ प्रकार की छितरी हुई प्रणालियों में अंतर करना संभव हो जाता है। संक्षिप्तता के लिए, उन्हें आमतौर पर एक अंश द्वारा दर्शाया जाता है, जिसका अंश छितरी हुई अवस्था को इंगित करता है, और हर फैलाव माध्यम को इंगित करता है, उदाहरण के लिए, "तरल में गैस" प्रणाली के लिए, पदनाम G / L को अपनाया जाता है।

कोलाइडल समाधान। कोलाइडल अवस्था कई पदार्थों की विशेषता है यदि उनके कणों का आकार 1 से 500 एनएम है। यह दिखाना आसान है कि कुल सतहये कण विशाल हैं। यदि हम यह मान लें कि कणों का आकार 10 nm व्यास वाली गेंद के आकार का है, तो इनका कुल आयतन होगा कणों 1 सेमी 3 उनके पास होगा

लगभग 10 एम 2 का सतह क्षेत्र। जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, सतह परत को सतह ऊर्जा और आयनों सहित कुछ कणों को सोखने की क्षमता की विशेषता है

एक समाधान से। कोलॉइडी कणों की एक विशिष्ट विशेषता आयनों के चयनात्मक अधिशोषण के कारण उनकी सतह पर आवेश की उपस्थिति है। एक कोलाइडल कण की एक जटिल संरचना होती है। इसमें नाभिक, अधिशोषित आयन, काउंटरिन और विलायक शामिल हैं। लियोफिलिक हैं (guid.

रोफिलिक) कोलाइड्स, जिसमें विलायक कण नाभिक, इल्नोफोबिक (हाइड्रोफोबिक) कोलाइड्स के साथ संपर्क करता है, जिसमें विलायक नाभिक के साथ बातचीत नहीं करता है

कण। सॉल्वेंट हाइड्रोफोबिक कणों की संरचना में केवल सोखने वाले आयनों के सॉल्वेट शेल के रूप में या लियोफोबिक और लियोफिलिक भागों वाले स्टेबलाइजर्स (सर्फैक्टेंट्स) की उपस्थिति में शामिल होता है।

यहाँ कोलाइडल कणों के कुछ उदाहरण दिए गए हैं:

कैसे। यह देखा जा सकता है कि कोर में तत्वों के सोखने वाले आयनों के साथ कणों का एक विद्युत रूप से तटस्थ समुच्चय होता है जो कोर बनाते हैं (इन उदाहरणों में, Ag +, HS-, Fe 3+ आयन)। एक कोलाइडल कण, नाभिक के अलावा, काउंटर और विलायक अणु होते हैं। अधिशोषित आयन और काउंटर विलायक के साथ अधिशोषित परत बनाते हैं। कण का कुल आवेश अधिशोषित आयनों और काउंटरों के आवेशों के अंतर के बराबर होता है। कणों के चारों ओर आयनों की एक विसरित परत होती है, जिसका आवेश कोलॉइडी कणों की संख्या के बराबर होता है। कोलाइडल कण और विसरित परतें विद्युत रूप से तटस्थ मिसेल बनाती हैं

मिसेल्स(अक्षांश का lat. अभ्रक- कण, अनाज) - कोलाइडल सिस्टम में कण, किसी दिए गए माध्यम में अघुलनशील एक बहुत छोटा नाभिक होता है, जो सोखने वाले आयनों और विलायक अणुओं के एक स्थिर खोल से घिरा होता है। उदाहरण के लिए, एक आर्सेनिक सल्फाइड मिसेल की संरचना होती है:

((2 एस 3 के रूप में) एम एनएचएस - (एन-एक्स)एच + ) एक्स-एक्सएच +

औसत आकार 10 −5 से 10 −7 सेमी तक मिसेल।

जमावट- एक कोलाइडल विलयन को दो चरणों में अलग करना - एक विलायक और एक जिलेटिनस द्रव्यमान, या विलेय के कणों के मोटे होने के परिणामस्वरूप घोल का मोटा होना

पेप्टाइजेशन - एक तरल या पदार्थ की क्रिया के तहत एक कोलाइडल घोल में एक कोलाइडल अवक्षेप या जेल के संक्रमण की प्रक्रिया जो कि अवक्षेप या जेल द्वारा अच्छी तरह से सोख ली जाती है, इस मामले में पेप्टाइज़र कहा जाता है (उदाहरण के लिए, वसा के पेप्टाइजेशन के तहत पित्त की क्रिया)।
पेप्टाइजेशन - कुछ पदार्थों के प्रभाव में जैल (जेली) या ढीले तलछट के कणों के समुच्चय को अलग करना - कोलाइडल समाधानों के जमाव के बाद पेप्टाइज़र। पेप्टाइजेशन के परिणामस्वरूप, अवक्षेप (या जेल) एक निलंबित अवस्था में चला जाता है।

समाधान,एकल-चरण प्रणाली जिसमें दो या दो से अधिक घटक होते हैं। उनके एकत्रीकरण की स्थिति के अनुसार, समाधान ठोस, तरल या गैसीय हो सकते हैं।

घुलनशीलता, किसी पदार्थ की किसी अन्य पदार्थ (या पदार्थ) के साथ बनने की क्षमता, घटकों के बिखरे हुए वितरण के साथ सजातीय मिश्रण (समाधान देखें)। आमतौर पर, एक विलायक को एक ऐसा पदार्थ माना जाता है जो परिणामी समाधान के रूप में एकत्रीकरण की उसी स्थिति में अपने शुद्ध रूप में मौजूद होता है। यदि, विघटन से पहले, दोनों पदार्थ एकत्रीकरण की एक ही स्थिति में थे, तो विलायक को मिश्रण में काफी अधिक मात्रा में मौजूद पदार्थ माना जाता है।

घुलनशीलता विलायक और विलेय के अणुओं की भौतिक और रासायनिक आत्मीयता से निर्धारित होती है, समाधान के सजातीय और भिन्न घटकों की बातचीत से ऊर्जा का अनुपात। एक नियम के रूप में, वे भौतिक में समान, एक दूसरे में अच्छी तरह से घुलनशील हैं। और रसायन। पदार्थ के गुण (अनुभवजन्य नियम "जैसे में घुल जाता है")। विशेष रूप से, युक्त पदार्थ ध्रुवीय अणु, और पदार्थों के साथ आयन प्रकारकनेक्शन अच्छी तरह से सोल। ध्रुवीय सॉल्वैंट्स (पानी, इथेनॉल, तरल अमोनिया) में, और गैर-ध्रुवीय पदार्थ अच्छी तरह से सोल हैं। गैर-ध्रुवीय सॉल्वैंट्स (बेंजीन, कार्बन डाइसल्फ़ाइड) में।

किसी दिए गए पदार्थ की घुलनशीलता तापमान पर निर्भर करती है और दबाव संतुलन को स्थानांतरित करने के सामान्य सिद्धांत से मेल खाती है (ले चेटेलियर-ब्राउन सिद्धांत देखें)। दी गई शर्तों के तहत संतृप्त घोल की सांद्रता संख्यात्मक रूप से किसी दिए गए विलायक में किसी पदार्थ का R निर्धारित करती है और इसे भी कहा जाता है। घुलनशीलता सुपरसैचुरेटेड समाधानों में विलेयता की तुलना में बड़ी मात्रा में विलेय होता है, सुपरसैचुरेटेड समाधानों का अस्तित्व गतिज के कारण होता है। क्रिस्टलीकरण की कठिनाइयाँ (एक नए चरण की उत्पत्ति देखें)। खराब घुलनशील पदार्थों की घुलनशीलता को चिह्नित करने के लिए, पीए गतिविधियों के उत्पाद का उपयोग किया जाता है (उन समाधानों के लिए जो उनके गुणों में आदर्श के करीब हैं, पीआर की घुलनशीलता का उत्पाद)।

गुणात्मक विचारों से, यह स्पष्ट है कि बढ़ते तापमान के साथ प्रतिक्रियाओं की दर बढ़नी चाहिए, क्योंकि इस मामले में, टकराने वाले कणों की ऊर्जा बढ़ जाती है और टक्कर के दौरान रासायनिक परिवर्तन होने की संभावना बढ़ जाती है। रासायनिक गतिकी में तापमान प्रभावों के मात्रात्मक विवरण के लिए, दो बुनियादी संबंधों का उपयोग किया जाता है - वान्ट हॉफ नियम और अरहेनियस समीकरण।

वैंट हॉफ का नियमइस तथ्य में निहित है कि जब 10 डिग्री सेल्सियस गर्म किया जाता है, तो अधिकांश रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर 2-4 गुना बढ़ जाती है। गणितीय रूप से, इसका मतलब है कि प्रतिक्रिया दर एक शक्ति-कानून तरीके से तापमान पर निर्भर करती है:

, (4.1)

गति का तापमान गुणांक कहाँ है (= 24)। वैंट हॉफ का नियम बहुत कठोर है और केवल बहुत सीमित तापमान सीमा में ही लागू होता है।

बहुत अधिक सटीक है अरहेनियस समीकरणदर स्थिरांक की तापमान निर्भरता का वर्णन करना:

, (4.2)

कहाँ पे आर- सार्वभौमिक गैस स्थिरांक; ए- पूर्व-घातीय कारक, जो तापमान पर निर्भर नहीं करता है, लेकिन केवल प्रतिक्रिया के प्रकार से निर्धारित होता है; ई ए - सक्रियण ऊर्जा, जिसे कुछ दहलीज ऊर्जा के रूप में वर्णित किया जा सकता है: मोटे तौर पर बोलना, अगर टकराने वाले कणों की ऊर्जा से कम है ई ए, तो ऊर्जा से अधिक होने पर टक्कर के दौरान प्रतिक्रिया नहीं होगी ई ए, प्रतिक्रिया होगी। सक्रियण ऊर्जा तापमान पर निर्भर नहीं करती है।

रेखांकन निर्भरता क(टी) निम्नलिखित नुसार:

कम तापमान पर, रासायनिक प्रतिक्रियाएं लगभग नहीं होती हैं: क(टी) 0. बहुत अधिक तापमान पर, दर स्थिरांक सीमा मान की ओर प्रवृत्त होता है: क(टी)ए. यह इस तथ्य से मेल खाता है कि सभी अणु रासायनिक रूप से सक्रिय होते हैं और प्रत्येक टक्कर एक प्रतिक्रिया की ओर ले जाती है।

सक्रियण ऊर्जा को दो तापमानों पर स्थिर दर को मापकर निर्धारित किया जा सकता है। समीकरण (4.2) का तात्पर्य है:

. (4.3)

अधिक सटीक रूप से, सक्रियण ऊर्जा कई तापमानों पर स्थिर दर के मूल्यों से निर्धारित होती है। इसके लिए अरहेनियस समीकरण (4.2) को लघुगणकीय रूप में लिखा जाता है

और प्रयोगात्मक डेटा को निर्देशांक ln . में लिखें क - 1/टी. परिणामी सीधी रेखा की ढलान की स्पर्शरेखा है - ई ए / आर.

कुछ प्रतिक्रियाओं के लिए, पूर्व-घातांक कारक केवल तापमान पर थोड़ा निर्भर करता है। इस मामले में, तथाकथित प्रयोगात्मक सक्रियण ऊर्जा:

. (4.4)

यदि पूर्व-घातांक कारक स्थिर है, तो प्रायोगिक सक्रियण ऊर्जा अरहेनियस सक्रियण ऊर्जा के बराबर है: इऑप = ई ए.

उदाहरण 4-1। अरहेनियस समीकरण का उपयोग करते हुए, अनुमान लगाएं कि वैन हॉफ नियम किस तापमान और सक्रियण ऊर्जा पर मान्य है।

समाधान। आइए हम वैंट हॉफ नियम (4.1) को दर स्थिरांक की शक्ति-कानून निर्भरता के रूप में प्रस्तुत करते हैं:

,

कहाँ पे बी - लगातार. आइए हम इस व्यंजक की तुलना ~ . मान लेते हुए अरहेनियस समीकरण (4.2) से करें इ = 2.718:

.

आइए इस अनुमानित समानता के दोनों भागों का प्राकृतिक लघुगणक लें:

.

तापमान के संबंध में प्राप्त संबंध को अलग करते हुए, हम सक्रियण ऊर्जा और तापमान के बीच वांछित संबंध पाते हैं:

यदि सक्रियण ऊर्जा और तापमान इस संबंध को लगभग संतुष्ट करते हैं, तो वान्ट हॉफ नियम का उपयोग प्रतिक्रिया दर पर तापमान के प्रभाव का अनुमान लगाने के लिए किया जा सकता है।

उदाहरण 4-2। 70°C पर प्रथम कोटि की अभिक्रिया 60 मिनट में 40% पूर्ण होती है। यदि सक्रियण ऊर्जा 60 kJ/mol है, तो 120 मिनट में प्रतिक्रिया 80% किस तापमान पर पूर्ण होगी?

समाधान। पहले क्रम की प्रतिक्रिया के लिए, दर स्थिरांक को रूपांतरण की डिग्री के रूप में निम्नानुसार व्यक्त किया जाता है:

,

जहां एक = एक्स/एक- परिवर्तन की डिग्री। हम इस समीकरण को दो तापमानों पर लिखते हैं, अरहेनियस समीकरण को ध्यान में रखते हुए:

कहाँ पे ई ए= 60 केजे/मोल, टी 1 = 343K, टी 1 = 60 मिनट, 1 = 0.4, टी 2 = 120 मिनट, 2 = 0.8। एक समीकरण को दूसरे से विभाजित करें और लघुगणक लें:

उपरोक्त मात्राओं को इस व्यंजक में प्रतिस्थापित करने पर, हम पाते हैं टी 2 \u003d 333 के \u003d 60 ओ सी।

उदाहरण 4-3। -1.1 o C के तापमान से +2.2 o C के तापमान पर जाने पर मछली की मांसपेशियों के जीवाणु हाइड्रोलिसिस की दर दोगुनी हो जाती है। इस प्रतिक्रिया की सक्रियता ऊर्जा का अनुमान लगाएं।

समाधान। हाइड्रोलिसिस की दर में 2 गुना वृद्धि दर स्थिरांक में वृद्धि के कारण है: क 2 = 2कएक । दो तापमानों पर दर स्थिरांक के संबंध में सक्रियण ऊर्जा को समीकरण (4.3) से के साथ निर्धारित किया जा सकता है टी 1 = टी 1 + 273.15 = 272.05 के टी 2 = टी 2 + 273.15 = 275.35K:

130800 जे/मोल = 130.8 केजे/मोल।

4-1. वान्ट हॉफ नियम का उपयोग करते हुए, गणना करें कि 15 मिनट के बाद प्रतिक्रिया किस तापमान पर समाप्त होगी, यदि 20 डिग्री सेल्सियस पर 2 घंटे लगते हैं। दर का तापमान गुणांक 3 है। (उत्तर)

4-2. किसी पदार्थ का 323 K पर आधा जीवन 100 मिनट है, और 353 K पर यह 15 मिनट है। गति का तापमान गुणांक निर्धारित करें।(उत्तर)

4-3. 300 K पर तापमान में 10 0 a) की वृद्धि के साथ प्रतिक्रिया दर 3 गुना बढ़ने के लिए सक्रियण ऊर्जा क्या होनी चाहिए; b) 1000 K पर? (उत्तर)

4-4. पहले क्रम की प्रतिक्रिया में 25 kcal/mol की सक्रियता ऊर्जा और 5 का पूर्व-घातांक कारक होता है। 10 13 सेकंड -1। इस प्रतिक्रिया के लिए आधा जीवन किस तापमान पर होगा: ए) 1 मिनट; बी) 30 दिन? (उत्तर)

4-5. दोनों में से किस स्थिति में प्रतिक्रिया की दर स्थिरांक में वृद्धि होती है अधिकसमय: जब 0 o C से 10 o C तक गर्म किया जाता है या 10 o C से 20 o C तक गर्म किया जाता है? अरहेनियस समीकरण का उपयोग करके अपने उत्तर की पुष्टि करें। (उत्तर)

4-6. किसी प्रतिक्रिया की सक्रियण ऊर्जा दूसरी प्रतिक्रिया की सक्रियण ऊर्जा से 1.5 गुना अधिक होती है। से गरम होने पर टी 1 से टी 2 दूसरी प्रतिक्रिया की दर स्थिरांक में वृद्धि हुई एकएक बार। से गर्म करने पर पहली प्रतिक्रिया की दर स्थिर कितनी बार बढ़ गई टी 1 से टी 2? (उत्तर)

4-7. एक जटिल प्रतिक्रिया की दर स्थिरांक को प्राथमिक चरणों के दर स्थिरांक के रूप में निम्नानुसार व्यक्त किया जाता है:

सक्रियकरण ऊर्जा और जटिल प्रतिक्रिया के पूर्व-घातीय कारक को प्रारंभिक चरणों से संबंधित मात्राओं के रूप में व्यक्त करें। (उत्तर)

4-8. पर अपरिवर्तनीय प्रतिक्रिया 125 o C पर 20 मिनट के लिए पहला आदेश, प्रारंभिक सामग्री के रूपांतरण की डिग्री 60% थी, और 145 o C पर रूपांतरण की समान डिग्री 5.5 मिनट में हासिल की गई थी। इस प्रतिक्रिया की दर स्थिरांक और सक्रियण ऊर्जा का पता लगाएं।(उत्तर)

4-9. 25 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर पहले क्रम की प्रतिक्रिया 30 मिनट में 30% तक पूरी हो जाती है। यदि सक्रियण ऊर्जा 30 kJ/mol है, तो 40 मिनट में प्रतिक्रिया 60% किस तापमान पर पूर्ण होगी? (उत्तर)

4-10. 25 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर पहले क्रम की प्रतिक्रिया 15 मिनट में 70% तक पूरी हो जाती है। यदि सक्रियण ऊर्जा 50 kJ/mol है तो किस तापमान पर अभिक्रिया 15 मिनट में 50% पूर्ण होगी? (उत्तर)

4-11. प्रथम कोटि की अभिक्रिया का वेग स्थिरांक 4.02 है। 10 -4 एस -1 393 कश्मीर और 1.98 पर। 10 -3 s -1 413 K पर। इस प्रतिक्रिया के लिए पूर्व-घातीय कारक की गणना करें। (उत्तर)

4-12. प्रतिक्रिया H 2 + I 2 2HI के लिए, 683 K के तापमान पर स्थिर दर 0.0659 l / (mol। मिनट) है, और 716 K - 0.375 l / (mol। मिनट) के तापमान पर। इस प्रतिक्रिया की सक्रियता ऊर्जा और 700 K के तापमान पर स्थिर दर का पता लगाएं। (उत्तर)

4-13. प्रतिक्रिया 2N 2 O 2N 2 + O 2 के लिए, 986 K के तापमान पर स्थिर दर 6.72 l / (mol। min) है, और 1165 K - 977.0 l / (mol। min) के तापमान पर। इस प्रतिक्रिया की सक्रियता ऊर्जा और 1053.0 K के तापमान पर स्थिर दर का पता लगाएं। (उत्तर)

4-14. एच + युक्त आयनकारी सॉल्वैंट्स में ट्राइक्लोरोएसेटेट आयन समीकरण के अनुसार विघटित होता है

एच + + सीसीएल 3 सीओओ - सीओ 2 + सीएचसीएल 3

दर-निर्धारण कदम ट्राइक्लोरोएसेटेट आयन में सीसी बांड का मोनोमोलेक्यूलर क्लेवाज है। प्रतिक्रिया पहले क्रम में आगे बढ़ती है, और दर स्थिरांक के निम्नलिखित मान होते हैं: क= 3.11। 10 -4 s -1 90 o C पर, क= 7.62। 10 -5 s -1 80 o C. परिकलित करें a) सक्रियण ऊर्जा, b) दर स्थिर 60 o C. (उत्तर)

4-15. प्रतिक्रिया के लिए CH 3 COOC 2 H 5 + NaOH * CH 3 COONa + C 2 H 5 OH, 282.6 K के तापमान पर स्थिर दर 2.307 l / (mol। min) है, और 318.1 K - 21.65 के तापमान पर एल / (मोल। मिनट)। इस प्रतिक्रिया की सक्रियता ऊर्जा और 343 K के तापमान पर स्थिर दर का पता लगाएं। (उत्तर)

4-16. प्रतिक्रिया के लिए सी 12 एच 22 ओ 11 + एच 2 ओ सी 6 एच 12 ओ 6 + सी 6 एच 12 ओ 6, 298.2 के तापमान पर स्थिर दर 0.765 एल / (मोल। मिनट) है, और के तापमान पर 328.2 के - 35.5 एल/(मोल मिनट)। इस प्रतिक्रिया की सक्रियता ऊर्जा और 313.2 K के तापमान पर स्थिर दर का पता लगाएं। (उत्तर)

4-17. एक पदार्थ दो समानांतर पथों में दर स्थिरांक के साथ विघटित होता है क 1 और क 2. इन दोनों अभिक्रियाओं की सक्रियता ऊर्जाओं में क्या अंतर है, यदि 10 o C . पर क 1 /क 2 = 10, और 40 o C . पर क 1 /क 2 = 0.1? (उत्तर)

4-18। एक ही क्रम की दो अभिक्रियाओं में, सक्रियण ऊर्जाओं में अंतर होता है इ 2 - इ 1 = 40 केजे/मोल। 293 K के तापमान पर, दर स्थिरांक का अनुपात है क 1 /क 2 \u003d 2. किस तापमान पर दर स्थिरांक समान हो जाएंगे? (उत्तर)

4-19. एसीटोन डाइकारबॉक्सिलिक अम्ल का जलीय विलयन में अपघटन प्रथम कोटि की अभिक्रिया है। इस प्रतिक्रिया के दर स्थिरांक को विभिन्न तापमानों पर मापा गया:

सक्रियण ऊर्जा और पूर्व-घातीय कारक की गणना करें। 25°C पर अर्ध-आयु क्या है?

समस्या 336।
150°C पर कुछ अभिक्रिया 16 मिनट में पूरी होती है। प्रतिक्रिया दर के तापमान गुणांक को 2.5 के बराबर लेते हुए, गणना करें कि यह प्रतिक्रिया कब तक समाप्त होगी यदि इसे किया जाता है: a) 20 पर 0 डिग्री सेल्सियस; बी) 80 डिग्री सेल्सियस पर।
समाधान:
वान्ट हॉफ नियम के अनुसार, तापमान पर वेग की निर्भरता समीकरण द्वारा व्यक्त की जाती है:

वी टी और के टी - टी डिग्री सेल्सियस के तापमान पर प्रतिक्रिया की दर और दर स्थिर; वी (टी + 10) और के (टी + 10) तापमान पर समान मान (टी + 10 0 सी); - प्रतिक्रिया दर का तापमान गुणांक, जिसका मूल्य अधिकांश प्रतिक्रियाओं के लिए 2 - 4 की सीमा में होता है।

a) यह देखते हुए कि किसी दिए गए तापमान पर रासायनिक प्रतिक्रिया की दर उसके पाठ्यक्रम की अवधि के व्युत्क्रमानुपाती होती है, हम समस्या की स्थिति में दिए गए डेटा को एक सूत्र में प्रतिस्थापित करते हैं जो मात्रात्मक रूप से वान्ट हॉफ नियम को व्यक्त करता है, हम प्राप्त करते हैं :

बी) चूंकि यह प्रतिक्रिया तापमान में कमी के साथ आगे बढ़ती है, इसलिए किसी दिए गए तापमान पर इस प्रतिक्रिया की दर इसके पाठ्यक्रम की अवधि के सीधे आनुपातिक होती है, हम समस्या की स्थिति में दिए गए डेटा को एक सूत्र में प्रतिस्थापित करते हैं जो मात्रात्मक रूप से व्यक्त करता है वैंट हॉफ नियम, हम प्राप्त करते हैं:

उत्तर: ए) 200 0 टी2 = 9.8 एस पर; बी) 80 0 टी3 = 162 एच 1 मिनट 16 सेकेंड पर।

समस्या 337.
क्या प्रतिक्रिया दर का मूल्य निरंतर बदल जाएगा: ए) एक उत्प्रेरक को दूसरे के साथ बदलने पर; ख) जब अभिकारकों की सांद्रता बदल जाती है?
समाधान:
प्रतिक्रिया दर स्थिरांक वह मान है जो अभिकारकों की प्रकृति, तापमान और उत्प्रेरक की उपस्थिति पर निर्भर करता है, और अभिकारकों की सांद्रता पर निर्भर नहीं करता है। यह उस स्थिति में प्रतिक्रिया दर के बराबर हो सकता है जब अभिकारकों की सांद्रता एकता (1 mol/l) के बराबर हो।

a) जब एक उत्प्रेरक को दूसरे द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, तो दी गई रासायनिक प्रतिक्रिया की दर बदल जाएगी, या बढ़ जाएगी। यदि उत्प्रेरक का उपयोग किया जाता है, तो रासायनिक प्रतिक्रिया की दर बढ़ जाएगी, तदनुसार, प्रतिक्रिया दर स्थिरांक का मान भी बढ़ जाएगा। प्रतिक्रिया दर स्थिरांक के मूल्य में परिवर्तन तब भी होगा जब एक उत्प्रेरक को दूसरे द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, जो मूल उत्प्रेरक के सापेक्ष इस प्रतिक्रिया की दर में वृद्धि या कमी करेगा।

बी) जब अभिकारकों की सांद्रता बदल जाती है, तो प्रतिक्रिया दर का मान बदल जाएगा, और प्रतिक्रिया दर स्थिरांक का मान नहीं बदलेगा।

समस्या 338.
क्या किसी अभिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव उसकी सक्रियता ऊर्जा पर निर्भर करता है? उत्तर का औचित्य सिद्ध कीजिए।
समाधान:
प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव केवल सिस्टम की प्रारंभिक और अंतिम स्थिति पर निर्भर करता है और प्रक्रिया के मध्यवर्ती चरणों पर निर्भर नहीं करता है। सक्रियण ऊर्जा वह अतिरिक्त ऊर्जा है जो पदार्थों के अणुओं के पास एक नए पदार्थ के निर्माण की ओर ले जाने के लिए उनके टकराव के लिए होनी चाहिए। सक्रियण ऊर्जा को तापमान को बढ़ाकर या घटाकर, क्रमशः कम या बढ़ाकर बदला जा सकता है। उत्प्रेरक सक्रियण ऊर्जा को कम करते हैं, जबकि अवरोधक इसे कम करते हैं।

इस प्रकार, सक्रियण ऊर्जा में परिवर्तन से प्रतिक्रिया दर में परिवर्तन होता है, लेकिन प्रतिक्रिया की गर्मी में परिवर्तन नहीं होता है। किसी प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव एक स्थिर मान होता है और यह किसी दी गई प्रतिक्रिया के लिए सक्रियण ऊर्जा में परिवर्तन पर निर्भर नहीं करता है। उदाहरण के लिए, नाइट्रोजन और हाइड्रोजन से अमोनिया बनने की प्रतिक्रिया है:

यह अभिक्रिया ऊष्माक्षेपी है, > 0)। अभिक्रिया करने वाले कणों के मोलों की संख्या और मोलों की संख्या में कमी के साथ अभिक्रिया आगे बढ़ती है गैसीय पदार्थ, जो सिस्टम को कम स्थिर अवस्था से अधिक स्थिर अवस्था में लाता है, एन्ट्रापी कम हो जाती है,< 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:

समस्या 339.
किस प्रतिक्रिया के लिए, प्रत्यक्ष या विपरीत, सक्रियण ऊर्जा अधिक होती है यदि सीधी प्रतिक्रिया ऊष्मा के निकलने के साथ आगे बढ़ती है?
समाधान:
प्रत्यक्ष और विपरीत प्रतिक्रियाओं की सक्रियता ऊर्जा के बीच का अंतर थर्मल प्रभाव के बराबर है: एच \u003d ई ए (पीआर।) - ई ए (गिरफ्तारी) । यह अभिक्रिया ऊष्मा के निकलने के साथ आगे बढ़ती है, अर्थात्। ऊष्माक्षेपी है,< 0 Исходя из этого, энергия активации прямой реакции имеет меньшее значение, чем энергия активации обратной реакции:
ई ए (उदा।)< Е а(обр.) .

उत्तर:ई ए (उदा।)< Е а(обр.) .

समस्या 340.
298 K पर आगे बढ़ने वाली प्रतिक्रिया की दर कितनी बार बढ़ जाएगी यदि इसकी सक्रियण ऊर्जा 4 kJ/mol से कम हो जाती है?
समाधान:
आइए हम ईए द्वारा सक्रियण ऊर्जा में कमी, और सक्रियण ऊर्जा में कमी के पहले और बाद में प्रतिक्रिया के दर स्थिरांक को क्रमशः k और k द्वारा निरूपित करें। अरहेनियस समीकरण का उपयोग करते हुए, हम प्राप्त करते हैं:

ई ए सक्रियण ऊर्जा है, के और के" प्रतिक्रिया दर स्थिरांक हैं, टी के (298) में तापमान है।
समस्या के डेटा को अंतिम समीकरण में प्रतिस्थापित करते हुए, जूल में सक्रियण ऊर्जा व्यक्त करते हुए, हम प्रतिक्रिया दर में वृद्धि की गणना करते हैं:

उत्तर: 5 बार।