Reaksiyanın sürəti və onun hesablanması

Homogen reaksiyanın orta sürəti maddənin qatılığının vahid zamanda dəyişməsidir:

v = \frac{\Delta c}{\Delta t} = \frac{|c_2 - c_1|}{t_2 - t_1},

vahidi $\frac{\text{mol}}{\text{l}\cdot\text{san}}$ və ya $\frac{\text{mol}}{\text{l}\cdot\text{dəq}}$ . Heterogen reaksiya (məsələn, bərk maddə ilə qaz arasında) fazaların sərhədində gedir, onun sürəti vahid səthə görə hesablanır: $v = \frac{\Delta n}{S\cdot\Delta t}$ .

Tənlikdəki əmsallar maddələrin qatılıqlarının dəyişmə sürətlərinin nisbətini göstərir: $\mathrm{2H_2} + \mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{2H_2O}$ reaksiyasında hidrogen oksigendən 2 dəfə tez sərf olunur.

Sürətə təsir edən amillər

Maddələrin təbiəti: məsələn, kalium su ilə natriumdan daha şiddətli reaksiyaya girir.
Qatılıq. Kütlələrin təsiri qanunu: sabit temperaturda sadə reaksiyanın sürəti reagentlərin qatılıqları hasilinə mütənasibdir. $a\mathrm{A} + b\mathrm{B} \rightarrow$ üçün $v = k[\mathrm{A}]^a[\mathrm{B}]^b$ ; $k$ sürət sabitidir. Bərk maddələrin qatılığı ifadəyə yazılmır: $\mathrm{C} + \mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{CO_2}$ üçün $v = k[\mathrm{O_2}]$ .
Təzyiq (qazlar üçün): təzyiqi $x$ dəfə artırmaq hər qazın qatılığını $x$ dəfə artırır.
Temperatur. Vant-Hoff qaydası: temperatur hər $10^\circ$ C artdıqda sürət 2–4 dəfə artır:

\frac{v_2}{v_1} = \gamma^{\frac{t_2 - t_1}{10}},

$\gamma$ temperatur əmsalıdır. Səbəb: qızdırdıqda aktivləşmə enerjisinə malik aktiv molekulların payı artır.

Toxunma səthi: bərk maddəni xırdaladıqda heterogen reaksiya sürətlənir.
Katalizator.

Katalizator və katalitik reaksiyalar

Katalizator reaksiyanı sürətləndirən, reaksiyanın sonunda isə dəyişməmiş qalan maddədir. O, reaksiyanı aktivləşmə enerjisi daha kiçik olan yolla aparır. Katalizator və reagentlər eyni fazadadırsa, kataliz homogen (saxarozanın turşu iştirakı ilə hidrolizi), müxtəlif fazalardadırsa, heterogen katalizdir: $\mathrm{2H_2O_2} \xrightarrow{\mathrm{MnO_2}} \mathrm{2H_2O} + \mathrm{O_2}$ . Reaksiyanı yavaşıdan maddələr inhibitorlar, canlı orqanizmdəki bioloji katalizatorlar fermentlərdir.

Katalizator düz və əks reaksiyanı eyni dərəcədə sürətləndirir, ona görə tarazlığı yerini dəyişmir, yalnız onun tez yaranmasına kömək edir.

Dönən reaksiyalar, tarazlıq və tarazlıq sabiti

Dönməyən reaksiyalar bir istiqamətdə sona qədər gedir: çöküntü, qaz və ya az dissosiasiya edən maddə (su) alınanda, həmçinin yanma reaksiyaları. Dönən reaksiyalar eyni şəraitdə hər iki istiqamətdə gedir: $\mathrm{N_2} + \mathrm{3H_2} \rightleftarrows \mathrm{2NH_3}$ .

Dönən reaksiyada düz reaksiyanın sürəti azalır, əks reaksiyanınkı artır. Onlar bərabərləşəndə kimyəvi tarazlıq yaranır: $v_{\text{düz}} = v_{\text{əks}}$ . Tarazlıq dinamikdir: reaksiyalar dayanmır, lakin qatılıqlar sabit qalır.

$a\mathrm{A} + b\mathrm{B} \rightleftarrows c\mathrm{C} + d\mathrm{D}$ üçün tarazlıq sabiti:

K = \frac{[\mathrm{C}]^c[\mathrm{D}]^d}{[\mathrm{A}]^a[\mathrm{B}]^b}.

İfadəyə tarazlıq qatılıqları yazılır, bərk maddələr daxil edilmir. $K$ yalnız maddələrin təbiətindən və temperaturdan asılıdır; qatılıq, təzyiq və katalizator onu dəyişmir.

Le-Şatelye prinsipi

Tarazlıqda olan sistemə xaricdən təsir göstərildikdə tarazlıq bu təsiri zəiflədən reaksiya istiqamətinə yerini dəyişir.

Qatılıq: reagentin qatılığını artırmaq və ya məhsulu sistemdən çıxarmaq tarazlığı düz reaksiya istiqamətinə (sağa) yönəldir.
Temperatur: qızdırdıqda tarazlıq endotermik, soyutduqda ekzotermik reaksiya istiqamətinə yerini dəyişir.
Təzyiq: təzyiqi artırdıqda tarazlıq qaz molekulları az olan tərəfə yerini dəyişir. Hər iki tərəfdə qazların mol sayı eynidirsə ( $\mathrm{H_2} + \mathrm{I_2} \rightleftarrows \mathrm{2HI}$ ), təzyiq tarazlığa təsir etmir.

Məsələn, $\mathrm{N_2} + \mathrm{3H_2} \rightleftarrows \mathrm{2NH_3} + Q$ reaksiyasında ammonyakın çıxımını artırmaq üçün təzyiqi artırmaq, temperaturu azaltmaq və ammonyakı sistemdən çıxarmaq lazımdır.

Yadda saxla

$v = \frac{\Delta c}{\Delta t}$ ; kütlələrin təsiri qanunu: $v = k[\mathrm{A}]^a[\mathrm{B}]^b$ , bərk maddələr yazılmır.
Vant-Hoff qaydası: $\frac{v_2}{v_1} = \gamma^{\frac{t_2 - t_1}{10}}$ , $\gamma = 2$ – $4$ .
Katalizator aktivləşmə enerjisini azaldır, tarazlığı isə yerini dəyişmir.
Tarazlıqda $v_{\text{düz}} = v_{\text{əks}}$ ; $K$ yalnız temperaturdan (və maddələrin təbiətindən) asılıdır.
Le-Şatelye: tarazlıq xarici təsiri zəiflədən tərəfə yerini dəyişir; təzyiq yalnız qazların mol sayı dəyişən reaksiyalara təsir edir.

Həll olunmuş misallar

Misal 1
$\mathrm{A} + \mathrm{2B} \rightarrow \mathrm{C}$ reaksiyasında 20 saniyədə A maddəsinin qatılığı 0,8 mol/l-dən 0,5 mol/l-ə endi. a) A-ya görə orta sürəti tapın. b) Bu müddətdə B-nin qatılığı nə qədər azalıb? c) Temperatur əmsalı 2 olarsa, temperaturu $20^\circ$ C-dən $50^\circ$ C-yə qaldırdıqda sürət neçə dəfə artar?
Həlli
a) $\Delta c(\mathrm{A}) = 0{,}8 - 0{,}5 = 0{,}3$ mol/l; $v = \frac{0{,}3}{20} = 0{,}015\ \frac{\text{mol}}{\text{l}\cdot\text{san}}$ .

b) Tənliyə görə 1 mol A ilə 2 mol B reaksiyaya girir: $\Delta c(\mathrm{B}) = 2 \cdot 0{,}3 = 0{,}6$ mol/l.

c) $\frac{v_2}{v_1} = 2^{\frac{50 - 20}{10}} = 2^3 = 8$ .

Cavab: $0{,}015\ \frac{\text{mol}}{\text{l}\cdot\text{san}}$ ; 0,6 mol/l; 8 dəfə.
Misal 2
Qapalı qabda $\mathrm{H_2} + \mathrm{I_2} \rightleftarrows \mathrm{2HI}$ tarazlığı yaranmışdır. Hidrogen və yodun başlanğıc qatılıqları uyğun olaraq 0,6 mol/l və 0,4 mol/l, tarazlıqda HI-ın qatılığı 0,6 mol/l-dir. Tarazlıq sabitini hesablayın. Təzyiqi artırmaq tarazlığa necə təsir edər?
Həlli
1. Tənliyə görə 2 mol HI üçün 1 mol $\mathrm{H_2}$ və 1 mol $\mathrm{I_2}$ sərf olunur. 0,6 mol/l HI alınıbsa, 0,3 mol/l $\mathrm{H_2}$ və 0,3 mol/l $\mathrm{I_2}$ sərf olunub.
2. Tarazlıq qatılıqları: $[\mathrm{H_2}] = 0{,}6 - 0{,}3 = 0{,}3$ mol/l, $[\mathrm{I_2}] = 0{,}4 - 0{,}3 = 0{,}1$ mol/l, $[\mathrm{HI}] = 0{,}6$ mol/l.
3. $K = \frac{[\mathrm{HI}]^2}{[\mathrm{H_2}][\mathrm{I_2}]} = \frac{0{,}6^2}{0{,}3 \cdot 0{,}1} = \frac{0{,}36}{0{,}03} = 12$ .
4. Solda 2 mol qaz, sağda da 2 mol qaz var, ona görə təzyiq tarazlığa təsir etmir.
Cavab: $K = 12$ ; təzyiq tarazlığı yerini dəyişmir.

Özünü yoxla

Əvvəl özün həll et, sonra cavaba bax.

Reaksiyanın temperatur əmsalı 3-dür. Temperaturu $30^\circ$ C artırdıqda reaksiyanın sürəti neçə dəfə artar?
1. 3
2. 9
3. 27
4. 81
5. 90
Cavabı göstərCavabı gizlət
Düzgün cavab: C 27
$\frac{v_2}{v_1} = 3^{\frac{30}{10}} = 3^3 = 27$ . 90 cavabı əmsalı temperatur fərqinə vurmaqdan alınır, bu səhvdir: əmsal qüvvətə yüksəldilir.
Sadə reaksiya kimi gedən $\mathrm{2NO} + \mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{2NO_2}$ reaksiyasında qabdakı təzyiqi 2 dəfə artırdıqda düz reaksiyanın sürəti neçə dəfə artar?
1. 2
2. 4
3. 6
4. 8
5. 16
Cavabı göstərCavabı gizlət
Düzgün cavab: D 8
$v = k[\mathrm{NO}]^2[\mathrm{O_2}]$ . Təzyiq 2 dəfə artanda hər qazın qatılığı 2 dəfə artır: $2^2 \cdot 2 = 8$ dəfə.
Hansı tarazlığa təzyiqin dəyişməsi təsir etmir?
1. $\mathrm{N_2} + \mathrm{3H_2} \rightleftarrows \mathrm{2NH_3}$
2. $\mathrm{N_2} + \mathrm{O_2} \rightleftarrows \mathrm{2NO}$
3. $\mathrm{2SO_2} + \mathrm{O_2} \rightleftarrows \mathrm{2SO_3}$
4. $\mathrm{N_2O_4} \rightleftarrows \mathrm{2NO_2}$
5. $\mathrm{C}$ (bərk) $+\ \mathrm{CO_2} \rightleftarrows \mathrm{2CO}$
Cavabı göstərCavabı gizlət
Düzgün cavab: B $\mathrm{N_2} + \mathrm{O_2} \rightleftarrows \mathrm{2NO}$
$\mathrm{N_2} + \mathrm{O_2} \rightleftarrows \mathrm{2NO}$ reaksiyasında hər iki tərəfdə 2 mol qaz var. E variantında bərk karbon sayılmır: solda 1 mol, sağda 2 mol qaz var, ona görə təzyiq bu tarazlığa təsir edir.

Tipik səhvlər

Kütlələrin təsiri qanununda bərk maddənin qatılığını yazmaq və ya əmsalları qüvvət kimi yazmağı unutmaq.
Katalizatorun tarazlığı məhsullar tərəfə yönəltdiyini düşünmək. Katalizator yalnız tarazlığın tez yaranmasını təmin edir.
Təzyiqin təsirini müəyyən edərkən bərk və maye maddələri də saymaq; yalnız qazların mol sayı müqayisə olunur.

Hələ də tam aydın deyil?

Mövzunu sənə səsli dərs kimi izah edir, lövhədə yazır və suallarla yoxlayır.

Bu mövzunu Canlı Müəllimlə öyrən Məsələni şəkillə həll et