Keemilised reaktsioonid. Keemiliste reaktsioonide kulgemise ja lõppemise tingimused. Keemilised protsessid ja nende kulgemise tingimused Mis on reaktsiooni tingimus

Keemilise reaktsiooni kiirus Kas reagendi või reaktsioonisaaduse koguse muutus ajaühikus ruumalaühiku kohta (homogeense reaktsiooni korral) või liidese ühiku kohta (heterogeense reaktsiooni korral).

Massitegevuse seadus: reaktsioonikiiruse sõltuvus reagentide kontsentratsioonist. Mida suurem on kontsentratsioon, seda rohkem molekule mahus sisaldub. Järelikult suureneb kokkupõrgete arv, mis toob kaasa protsessi kiiruse tõusu.

Kineetiline võrrand- reaktsioonikiiruse sõltuvus kontsentratsioonist.

Tahked kehad võrdne 0-ga

Reaktsiooni molekulaarsus Kas elementaarses keemilises protsessis osalevate molekulide minimaalne arv. Molekulaarsuse poolest jagunevad elementaarsed keemilised reaktsioonid molekulaarseteks (A →) ja bimolekulaarseteks (A + B →); Trimolekulaarsed reaktsioonid on äärmiselt haruldased.

Üldine reaktsiooni järjekord on kineetilises võrrandis sisalduvate kontsentratsiooniastmete näitajate summa.

Reaktsioonikiiruse konstant- proportsionaalsuse koefitsient kineetilises võrrandis.

Van't Hoffi reegel: Temperatuuri tõusuga iga 10 kraadi võrra suureneb homogeense elementaarreaktsiooni kiiruskonstant kaks kuni neli korda

Aktiivse kokkupõrke teooria(TAS), reaktsiooni toimumiseks on vaja kolme tingimust:

Molekulid peavad põrkuma. See on oluline tingimus, kuid sellest ei piisa, sest kokkupõrge ei pruugi põhjustada reaktsiooni.

Molekulidel peab olema vajalik energia (aktivatsioonienergia).

Molekulid peavad olema üksteise suhtes õigesti orienteeritud.

Aktiveerimisenergia– minimaalne energiahulk, mis tuleb süsteemile reaktsiooni toimumiseks teatada.

Arrheniuse võrrand määrab keemilise reaktsiooni kiiruskonstandi sõltuvuse temperatuurist

A - iseloomustab reageerivate molekulide kokkupõrgete sagedust

R on universaalne gaasikonstant.

Katalüsaatorite mõju reaktsioonikiirusele.

Katalüsaator on aine, mis muudab keemilise reaktsiooni kiirust, kuid iseennast reaktsioonis ei kulutata ega sisaldu lõpptoodetes.

Sel juhul toimub reaktsioonikiiruse muutus aktiveerimisenergia muutumise tõttu ja katalüsaator koos reaktiividega moodustab aktiveeritud kompleksi.

Katalüüs - keemiline nähtus, mille olemus on kiiruste muutumine keemilised reaktsioonid teatud ainete toimel (neid nimetatakse katalüsaatoriteks).

Heterogeenne katalüüs - reaktiiv ja katalüsaator on erinevates faasides – gaasiline ja tahke.

Homogeenne katalüüs - reaktiivid (reaktiivid) ja katalüsaator on samas faasis - näiteks mõlemad on gaasid või mõlemad lahustis lahustis.

Keemilise tasakaalu tingimused

keemilise tasakaalu seisund säilib seni, kuni reaktsioonitingimused jäävad muutumatuks: kontsentratsioon, temperatuur ja rõhk.

Le Chatelier' põhimõte: kui tasakaalus olevale süsteemile avaldatakse mingit välist mõju, siis tasakaal nihkub reaktsiooni suunas, mida see tegevus nõrgendab.

tasakaalukonstant - See on reaktsiooni käigu täielikkuse mõõt, mida suurem on tasakaalukonstandi väärtus, seda kõrgem on lähteainete reaktsioonisaadusteks muutumise määr.

K p = C pr \ C ref

ΔG<0 К р >1 C pr> C ref

ΔG> 0 K p<1 С пр <С исх

Kogu oma elu seisame pidevalt silmitsi füüsikaliste ja keemiliste nähtustega. Looduslikud füüsikalised nähtused on meile nii tuttavad, et pole ammu neile erilist tähtsust omistanud. Meie kehas toimuvad pidevalt keemilised reaktsioonid. Keemiliste reaktsioonide käigus eralduvat energiat kasutatakse pidevalt igapäevaelus, tootmises, kosmoselaevade startimisel. Paljud materjalid, millest meid ümbritsevad asjad on valmistatud, ei ole võetud loodusest valmis kujul, vaid on valmistatud keemiliste reaktsioonide abil. Igapäevaelus pole meil suurt mõtet juhtunust aru saada. Kuid füüsikat ja keemiat piisaval tasemel õppides ei saa ilma nende teadmisteta hakkama. Kuidas teha vahet füüsikalistel ja keemilistel nähtustel? Kas on mingeid märke, mis aitavad teil seda teha?

Keemiliste reaktsioonide käigus tekivad mõnedest ainetest uued, algsetest erinevad ained. Esimese märkide kadumise ja viimaste märkide ilmnemise, samuti energia vabanemise või neeldumise põhjal järeldame, et on toimunud keemiline reaktsioon.

Kui vaskplaat on kaltsineeritud, ilmub selle pinnale must kate; süsinikdioksiidi puhumisel läbi lubjavee langeb välja valge sade; puidu põlemisel tekivad anuma külmadele seintele veetilgad, magneesiumi põlemisel saadakse valge pulber.

Selgub, et keemiliste reaktsioonide tunnusteks on värvimuutus, lõhn, setete teke ja gaasi välimus.

Keemiliste reaktsioonide käsitlemisel tuleb pöörata tähelepanu mitte ainult nende kulgemisele, vaid ka tingimustele, mis peavad olema täidetud reaktsiooni alguseks ja kulgemiseks.

Millised tingimused peavad siis olema täidetud, et keemiline reaktsioon algaks?

Selleks on ennekõike vaja reageerivad ained kokku puutuda (ühendada, segada). Mida rohkem on aineid purustatud, seda suurem on nende kokkupuutepind, seda kiiremini ja aktiivsemalt toimub nendevaheline reaktsioon. Näiteks tükksuhkur on raskesti süttiv, kuid purustatuna ja õhus hajutatuna põleb see sekundi murdosaga läbi, moodustades omamoodi plahvatuse.

Lahustumisel saame aine purustada pisikesteks osakesteks. Mõnikord soodustab lähteainete eellahustumine ainete vahelist keemilist reaktsiooni.

Mõnel juhul piisab reaktsiooni tekkimiseks ainete, näiteks raua kokkupuutest niiske õhuga. Kuid sagedamini ei piisa selleks ühest kokkupuutest ainetega: on vaja täita mõned muud tingimused.

Seega ei reageeri vask õhuhapnikuga madalal temperatuuril umbes 20–25˚С. Vase ja hapniku vahelise reaktsiooni esilekutsumiseks tuleb kasutada kuumutamist.

Kuumutamine mõjutab keemiliste reaktsioonide toimumist erineval viisil. Mõned reaktsioonid nõuavad pidevat kuumutamist. Kui kuumutamine peatub, peatub keemiline reaktsioon. Näiteks suhkru lagundamiseks on vaja pidevat kuumutamist.

Muudel juhtudel on kuumutamine vajalik ainult reaktsiooni toimumiseks, see annab tõuke ja seejärel kulgeb reaktsioon ilma kuumutamiseta. Näiteks jälgime sellist kuumutamist magneesiumi, puidu ja muude põlevate ainete põletamisel.

ajaveebi saidil, materjali täieliku või osalise kopeerimisega on nõutav link allikale.

Peatükis 5.2 tutvusime keemiliste reaktsioonide kulgemise põhiprintsiipidega. Need moodustavad elementaarsete vastastikmõjude teooria.

§ 5.3.1 Elementaarsete vastastikmõjude teooria

Allpool loetletud põhisätted TEV vasta küsimusele:

Mida on vaja keemiliste reaktsioonide toimumiseks?

1. Keemilise reaktsiooni käivitavad aktiivsed reagendi osakesed peale küllastunud molekulide: radikaalid, ioonid, koordinatsiooniküllastumata ühendid. Lähteainete reaktsioonivõime määrab nende aktiivsete liikide olemasolu nende koostises.

Keemia tuvastab kolm peamist keemilist reaktsiooni mõjutavad tegurit:

• temperatuur;
• katalüsaator (vajadusel);
• reagentide olemus.

Neist viimane on kõige olulisem. See on aine olemus, mis määrab selle võime moodustada teatud aktiivseid osakesi. Ja stiimulid ainult aitavad sellel protsessil ellu viia.

2. Aktiivsed osakesed on algsete küllastunud molekulidega termodünaamilises tasakaalus.

3. Aktiivsed osakesed interakteeruvad lähtemolekulidega ahelmehhanismi kaudu.

4. Aktiivse osakese ja reagendi molekuli interaktsioon toimub kolmes etapis: assotsiatsioon, elektrooniline isomerisatsioon ja dissotsiatsioon.

Keemilise reaktsiooni esimeses etapis - assotsiatsioonifaasis - seotakse aktiivne osake teise reagendi küllastunud molekuliga, kasutades kovalentsetest sidemetest nõrgemaid keemilisi sidemeid. Assotsiatsiooni saab moodustada van der Waalsi, vesiniku, doonor-aktseptor- ja dünaamiliste sidemete abil.

Keemilise reaktsiooni teises etapis - elektroonilise isomerisatsiooni etapis - toimub kõige olulisem protsess - tugeva kovalentse sideme muundumine algses reaktiivi molekulis nõrgemaks: vesinikuks, doonor-aktseptor-, dünaamiliseks või isegi van deriks. Waals.

5. Aktiivse osakese ja reagendi molekuli vahelise interaktsiooni kolmas etapp - isomeeritud assotsiatsiooni dissotsiatsioon koos reaktsiooni lõppsaaduse moodustumisega - on kogu protsessi piirav ja aeglasem etapp.

Ainete keemilise olemuse suur "trikk".

Just see etapp määrab kogu keemilise reaktsiooni kolmeetapilise protsessi energiatarbimise. Ja siin peitub ainete keemilise olemuse suur "trikk". Kõige energiakulukam protsess – kovalentse sideme katkemine reagendis – toimus reaktsiooni kolmanda, piirava etapiga võrreldes lihtsalt ja graatsiliselt, ajaliselt peaaegu nähtamatult. Meie näites muudeti 430 kJ / mol energiaga vesiniku molekulis olev side nii lihtsalt ja loomulikult van der Waalsi sidemeks energiaga 20 kJ / mol. Ja kogu reaktsiooni energiatarve vähenes selle nõrga van der Waalsi sideme katkestamiseni. Seetõttu on kovalentse sideme keemiliste vahenditega purustamiseks vajalikud energiakulud oluliselt väiksemad kui selle sideme termilise hävitamise kulud.

Seega annab elementaarsete vastastikmõjude teooria "aktiveerimisenergia" mõistele range füüsilise tähenduse. See on energia, mis on vajalik vastava keemilise sideme purustamiseks assotsieerunud ühendis, mille moodustumine eelneb keemilise reaktsiooni lõppsaaduse tekkele.

Rõhutame veel kord aine keemilise olemuse ühtsust. See võib reageerida ainult ühel juhul: aktiivse osakese ilmumisel. Ja temperatuur, katalüsaator ja muud tegurid koos kõigi nende füüsikaliste erinevustega mängivad sama rolli: initsiaatorit.

1. Märkige, kas joonistel kujutatud nähtused on füüsikalised või keemilised.

2. Järgige vastavust.

Näited keemilistest reaktsioonidest:
I. marmori interaktsioon vesinikkloriidhappega;
II. raua koostoime väävliga;
III. vesinikperoksiidi lagunemine;
IV. süsihappegaasi koostoime lubjaveega.

Keemiliste reaktsioonide toimumise tingimused:
a) ainete kokkupuude;
b) küte;
c) katalüsaatori kasutamine.

Vastus: I - a; II - a, b; III - c; IV - a.

3. Täitke diagramm 2.

4. "Crossover - vastupidi". Kõik ristsõna sõnad on juba sisestatud. Määratlege iga sõna võimalikult täpselt.

"Märksõna" on esimene keemiline reaktsioon, mida inimene on kohanud.

1. Üks neljast aine agregatsiooni olekust.
2. Tahke aine tekkimine lahuses keemilise reaktsiooni käigus.
3. Kahe või enama keha, eseme, aine asukoht.
4. Kaasaskantav või mobiilne seade tulekahjude kustutamiseks.
5. Protsessi iseloomustab temperatuuri tõus.
6. Keemiline aine, mis kiirendab reaktsiooni, kuid ei sisaldu reaktsiooniproduktide koostises.
7. Esemete mõju üksteisele.

I. Keemiliste reaktsioonide tunnused ja tingimused

Sa juba tunned paljusid aineid, oled jälginud nende muundumisi ja nendega kaasnevaid muundumisi. märgid.

Kõige peamine omadus keemiline reaktsioon on uute ainete moodustumine. Kuid seda saab hinnata reaktsioonide käigu mõningate väliste märkide järgi.

Keemiliste reaktsioonide välised märgid:

• sademed
• värvimuutus
• gaasi eraldumine
• lõhna välimus
• energia neeldumine ja vabanemine (soojus, elekter, valgus)

See on ilmne keemiliste reaktsioonide toimumiseks ja kulgemiseks on vajalikud mõned tingimused:

• lähteainete (reaktiivide) kokkupuude
• kuumutamine teatud temperatuurini
• keemilist reaktsiooni kiirendavate ainete (katalüsaatorid) kasutamine

II. Keemilise reaktsiooni soojusefekt

DI. Mendelejev tõi välja: kõigi keemiliste reaktsioonide kõige olulisem tunnus on energia muutumine nende kulgemise käigus.

Igas aines on salvestatud teatud kogus energiat. Selle ainete omadusega puutume kokku juba hommiku-, lõuna- või õhtusöögi ajal, kuna toiduained võimaldavad meie kehal kasutada väga erinevate toidus sisalduvate keemiliste ühendite energiat. Kehas muundub see energia liikumiseks, tööks, läheb püsiva (ja üsna kõrge!) kehatemperatuuri hoidmiseks.

Soojuse eraldumine või neeldumine keemiliste reaktsioonide protsessis on tingitud asjaolust, et energia kulub osade ainete hävimisprotsessile (aatomite ja molekulide vaheliste sidemete hävitamine) ja vabaneb teiste ainete moodustumisel (aatomite moodustumine). sidemed aatomite ja molekulide vahel).

Energiamuutused avalduvad kas soojuse eraldumises või neeldumises.

Reaktsioone, mis kulgevad soojuse eraldumisega, nimetatakse eksotermiline (kreeka keelest "exo" - väljapoole).

Nimetatakse reaktsioone, mis kulgevad energia neeldumisegaendotermiline (ladina keelest "endo" - sissepoole).

Kõige sagedamini vabaneb või neeldub energia soojuse kujul (harvemini valguse või mehaanilise energia kujul). Seda soojust saab mõõta. Mõõtmistulemus väljendatakse kilodžaulides (kJ) reaktiivi ühe MOL või (harvemini) reaktsioonisaaduse mooli kohta. Keemilises reaktsioonis vabanenud või neeldunud soojushulka nimetatakse reaktsiooni termiline efekt(Q).

Eksotermiline reaktsioon:

Algained → reaktsiooniproduktid + Q kJ

Endotermiline reaktsioon:

Algained → reaktsiooniproduktid - Q kJ

Keemiliste reaktsioonide soojusefekte on vaja paljude tehniliste arvutuste jaoks. Kujutage end hetkeks ette võimsa raketi disainerina, mis suudab orbiidile saata kosmoselaevu ja muid kasulikke koormaid.

Oletame, et teate tööd (kJ), mis tuleb kulutada laetud raketi Maa pinnalt orbiidile toimetamiseks; teate ka tööd õhutakistuse ja muude energiakulude ületamiseks lennu ajal. Kuidas arvutada vajalikku vesiniku ja hapniku varu, mida (vedeldatud olekus) selles raketis kütusena ja oksüdeerijana kasutatakse?

Seda on raske teha ilma vesinikust ja hapnikust tekkiva vee moodustumise reaktsiooni termilise efekti abita. Lõppude lõpuks on soojusefekt just see energia, mis peaks raketi orbiidile viima. Raketi põlemiskambrites muundatakse see soojus kuuma gaasi (auru) molekulide kineetiliseks energiaks, mis väljub düüsidest ja tekitab joa tõukejõu.

Keemiatööstuses on soojusefekte vaja soojushulga arvutamiseks küttereaktorite jaoks, milles toimuvad endotermilised reaktsioonid. Energeetikas arvutatakse soojuse tootmine kütuse põlemissoojuste põhjal.

Toitumisspetsialistid kasutavad toidu oksüdatsiooni termilisi mõjusid kehas, et koostada õigeid dieete mitte ainult haigetele, vaid ka tervetele inimestele – sportlastele, erinevate elukutsete töötajatele. Traditsiooniliselt kasutavad nad arvutustes mitte džaule, vaid muid energiaühikuid - kaloreid (1 cal = 4,1868 J). Toidu energiasisaldus on seotud mõne toiduainete massiga: 1 g, 100 g või isegi toote standardpakendiga. Näiteks võib kondenspiimapurgi etiketilt lugeda järgmist kirja: "kalorite sisaldus 320 kcal / 100 g".

Keemia valdkonda, mis tegeleb soojusmõjude, keemiliste reaktsioonide uurimisega, nimetatakse termokeemia.

Nimetatakse keemiliste reaktsioonide võrrandeid, milles on näidatud termiline efekt termokeemiline.