Temperatura i szybkość reakcji

W ustalonej temperaturze reakcja jest możliwa, jeśli oddziałujące cząsteczki mają określoną ilość energii. Arrhenius nazwał to nadmiarem energii energia aktywacji i samych molekuł aktywowany.

Według Arrheniusa stała szybkości k i energia aktywacji E a są powiązane relacją zwaną równaniem Arrheniusa:

Tutaj A jest czynnikiem przedwykładniczym, R jest uniwersalną stałą gazową, T jest temperaturą bezwzględną.

Zatem w stałej temperaturze określa się szybkość reakcji E a. Więcej E a, tym mniejsza liczba aktywnych cząsteczek i wolniejszy przebieg reakcji. Kiedy maleje E a prędkość wzrasta i E a= 0 reakcja przebiega natychmiast.

Wartość E a charakteryzuje charakter reagujących substancji i jest określany eksperymentalnie na podstawie zależności k = F(T). Zapisując równanie (5.3) w postaci logarytmicznej i rozwiązując je dla stałych w dwóch temperaturach, znajdujemy E a:

γ to temperaturowy współczynnik prędkości Reakcja chemiczna. Reguła van't Hoffa ma ograniczone zastosowanie, ponieważ wartość γ zależy od temperatury i poza regionem E a= 50–100 kJ ∙ mol–1 ta zasada nie jest w ogóle spełniona.

na ryc. 5.4 widać, że energia zużyta na przejście produktów wyjściowych do stanu aktywnego (A* - aktywowany kompleks) jest następnie całkowicie lub częściowo ponownie emitowana podczas przejścia do produktów końcowych. Różnica między energiami produktów początkowych i końcowych określa Δ H reakcja niezależna od energii aktywacji.

Zatem na drodze ze stanu początkowego do stanu końcowego układ musi pokonać barierę energetyczną. Tylko aktywne molekuły, które w momencie zderzenia mają niezbędną nadwyżkę energii równą E a może pokonać tę barierę i wejść interakcja chemiczna. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta udział cząsteczek aktywnych w środowisku reakcji.

Mnożnik przedwykładniczyA charakteryzuje całkowitą liczbę kolizji. Do reakcji z prostymi cząsteczkami A blisko teoretycznej wielkości zderzenia Z, tj. A = Z obliczone z kinetycznej teorii gazów. Dla złożonych cząsteczek A ≠ Z, więc konieczne jest wprowadzenie czynnika sterycznego P:

Tutaj Z to liczba wszystkich kolizji, P to odsetek zderzeń korzystnych przestrzennie (przyjmuje wartości od 0 do ), to odsetek zderzeń aktywnych, czyli korzystnych energetycznie.

Wymiar stałej szybkości otrzymuje się z zależności

Analizując wyrażenie (5.3), dochodzimy do wniosku, że istnieją dwie podstawowe możliwości przyspieszenia reakcji:
a) wzrost temperatury,
b) spadek energii aktywacji.

Zadania i testy na temat „Kinetyka chemiczna. Temperatura i szybkość reakcji”

• Szybkość reakcji chemicznej. Katalizatory - Klasyfikacja reakcji chemicznych i schematy ich przebiegu. Ocena 8-9

  Lekcje: 5 Zadania: 8 Quizy: 1

Czynniki wpływające na przebieg reakcji

W ludzkim ciele w żywej komórce zachodzą tysiące reakcji enzymatycznych. Jednak w wieloetapowym łańcuchu procesów różnica w szybkości poszczególnych reakcji jest dość duża. Tak więc synteza cząsteczek białka w komórce jest poprzedzona co najmniej dwoma kolejnymi etapami: syntezą transferowego RNA i syntezą rybosomów. Ale czas, w którym stężenie cząsteczek tRNA podwaja się, wynosi 1,7 minuty, cząsteczek białka - 17 minut, a rybosomów - 170 minut. Szybkość całego procesu powolnego (ograniczającego) etapu, w naszym przykładzie szybkość syntezy rybosomów. Obecność reakcji ograniczającej zapewnia wysoką niezawodność i elastyczność w kontrolowaniu tysięcy reakcji zachodzących w komórce. Wystarczy obserwować i regulować tylko najwolniejsze z nich. Ta metoda kontrolowania szybkości syntezy wieloetapowej nazywana jest zasadą minimum. Pozwala znacznie uprościć i zrobić więcej niezawodny system autoregulacja komórek.

Podziały reakcji stosowane w kinetyce: reakcje jednorodne, heterogeniczne i mikroheterogeniczne; reakcje proste i złożone (równoległe, sekwencyjne, sprzężone, łańcuchowe). Molekularność elementarnego aktu reakcji. Równania kinetyczne. Kolejność reakcji. Pół życia

Reakcje mikroheterogeniczne -

Molekularność reakcji zależy od liczby cząsteczek, które wchodzą w interakcję chemiczną w elementarnym akcie reakcji. Na tej podstawie reakcje dzieli się na monomolekularne, dwucząsteczkowe i trójcząsteczkowe.

Wówczas reakcje typu A -> B będą jednocząsteczkowe, np.:

a) C 16 H 34 (t ° C) -> C g H 18 + C 8 H 16 - reakcja krakingu węglowodorów;

b) CaC0 3 (t ° C) -> CaO + C0 2 - rozkład termiczny węglanu wapnia.
Reakcje takie jak A + B -> C lub 2A -> C - są dwucząsteczkowe, na przykład:
a) C + 0 2 -> C0 2; b) 2Н 2 0 2 -> 2Н 2 0 + 0 2 itd.

Reakcje trójcząsteczkowe opisują ogólne równania typu:

a) A + B + C D; b) 2A + B D; c) 3A D.

Na przykład: a) 2Н 2 + 0 2 2Н 2 0; b) 2NO + H 2 N 2 0 + H 2 0.

Szybkość reakcji w zależności od cząsteczkowości wyrażą równania: a) V = k C A - dla reakcji monomolekularnej; b) V \u003d do C A C in lub c) V \u003d do C 2 A - dla reakcji dwucząsteczkowej; d) V \u003d k C C in C e) V \u003d k C 2 AC C in lub e) V \u003d k C 3 A - dla reakcji trójcząsteczkowej.

Molekularność to liczba cząsteczek, które reagują w jednym podstawowym akcie chemicznym.

Często trudno jest ustalić molekularność reakcji, dlatego stosuje się bardziej formalny znak - kolejność reakcji chemicznej.

Rząd reakcji jest równy sumie wykładników stężeń w równaniu wyrażającym zależność szybkości reakcji od stężenia reagentów (równanie kinetyczne).

Kolejność reakcji najczęściej nie pokrywa się z cząsteczkowością ze względu na fakt, że mechanizm reakcji, tj. „Akt elementarny” reakcji (patrz definicja znaku molekularności), jest trudny do ustalenia.

Rozważmy kilka przykładów ilustrujących to stanowisko.

1. Szybkość rozpuszczania kryształów opisują równania kinetyki rzędu zerowego, pomimo monomolekularnego charakteru reakcji: AgCl (TB) -> Ag + + CI", V = k C (AgCl (TB p = k „ C (AgCl (ra)) - p - gęstość i jest wartością stałą, tj. szybkość rozpuszczania nie zależy od ilości (stężenia) rozpuszczonej substancji.

2. Reakcja hydrolizy sacharozy: CO + H 2 0 -> C 6 H 12 0 6 (glukoza) + C 6 H 12 0 6 (fruktoza) jest reakcją dwucząsteczkową, ale jej kinetykę opisuje kinetyka pierwszego rzędu równanie: V \u003d k * C cax , ponieważ w warunkach eksperymentalnych, w tym w ciele, stężenie wody jest stałą wartością С(Н 2 0) - const.

3.
Reakcja rozkładu nadtlenku wodoru, przebiegająca z udziałem katalizatorów, zarówno jonów nieorganicznych Fe 3+, Cu 2+ metalicznej platyny, jak i enzymów biologicznych, takich jak katalaza, ma ogólną postać:

2H 2 0 2 -\u003e 2H 2 0 + O e, tj. jest dwucząsteczkowy.

Zależność szybkości reakcji od stężenia. Równania kinetyczne reakcji pierwszego, drugiego i zerowego rzędu. Eksperymentalne metody wyznaczania szybkości i stałej szybkości reakcji.

Zależność szybkości reakcji od temperatury. Reguła Van't Hoffa. Współczynnik temperaturowy szybkości reakcji i jego cechy dla procesy biochemiczne.

γ to współczynnik temperaturowy szybkości reakcji.

Fizyczne znaczenie wartości γ polega na tym, że pokazuje, ile razy zmienia się szybkość reakcji ze zmianą temperatury na każde 10 stopni.

15. Pojęcie teorii zderzeń aktywnych. Profil energetyczny reakcji; energia aktywacji; Równanie Arrheniusa. Rola czynnika sterycznego. Pojęcie teorii stanu przejściowego.

Zależność stałej szybkości, energii aktywacji i temperatury opisuje równanie Arrheniusa: k T \u003d k 0 *Ae ~ E / RT, gdzie k t i k 0 są stałymi szybkości w temperaturze T i T e e jest podstawą logarytm naturalny, A jest czynnikiem sterycznym.

Współczynnik steryczny A określa prawdopodobieństwo zderzenia dwóch reagujących cząstek w aktywnym centrum cząsteczki. Czynnik ten jest szczególnie ważny w przypadku reakcji biochemicznych z biopolimerami. W reakcjach kwasowo-zasadowych jon H+ musi reagować z końcową grupą karboksylową – COO.Jednakże nie każde zderzenie jonu H+ z cząsteczką białka doprowadzi do tej reakcji.Tylko te zderzenia, które przeprowadzane są bezpośrednio w pewnym efektywne będą punkty makrocząsteczek zwane centrami aktywnymi.

Z równania Arrheniusa wynika, że ​​im wyższa stała szybkości, tym mniejsza energia aktywacji E i wyższa temperatura T procesu.

Zadanie 336.
W temperaturze 150°C część reakcji jest zakończona w ciągu 16 minut. Przyjmując współczynnik temperaturowy szybkości reakcji równy 2,5 oblicz, jak długo zakończy się ta reakcja, jeśli zostanie przeprowadzona: a) o 20 0 °С; b) w 80°C.
Rozwiązanie:
Zgodnie z regułą van't Hoffa zależność prędkości od temperatury wyraża się równaniem:

v t i k t - szybkość i stała szybkości reakcji w temperaturze t°C; v (t + 10) i k (t + 10) te same wartości w temperaturze (t + 10 0 C); - współczynnik temperaturowy szybkości reakcji, którego wartość dla większości reakcji mieści się w przedziale 2 - 4.

a) Biorąc pod uwagę, że szybkość reakcji chemicznej w danej temperaturze jest odwrotnie proporcjonalna do czasu jej przebiegu, podstawiamy dane podane w warunku problemu do wzoru wyrażającego ilościowo regułę van't Hoffa, otrzymujemy :

b) Ponieważ reakcja ta przebiega ze spadkiem temperatury, to w danej temperaturze szybkość tej reakcji jest wprost proporcjonalna do czasu jej przebiegu, więc dane podane w warunku zadania podstawiamy do wzoru wyrażającego ilościowo reguły van't Hoffa, otrzymujemy:

Odpowiedź: a) w 200 0 С t2 = 9,8 s; b) w 80 0 С t3 = 162 h 1 min 16 s.

Zadanie 337.
Czy wartość stałej szybkości reakcji zmieni się: a) przy wymianie jednego katalizatora na inny; b) kiedy zmieniają się stężenia reagentów?
Rozwiązanie:
Stała szybkości reakcji jest wartością, która zależy od rodzaju reagentów, temperatury i obecności katalizatorów i nie zależy od stężenia reagentów. Może być równa szybkości reakcji w przypadku, gdy stężenia reagentów są równe jedności (1 mol/l).

a) Gdy jeden katalizator zostanie zastąpiony innym, szybkość danej reakcji chemicznej zmieni się lub wzrośnie. Jeśli zastosuje się katalizator, szybkość reakcji chemicznej wzrośnie, a zatem odpowiednio wzrośnie również wartość stałej szybkości reakcji. Zmiana wartości stałej szybkości reakcji nastąpi również w przypadku wymiany jednego katalizatora na inny, co spowoduje zwiększenie lub zmniejszenie szybkości tej reakcji w stosunku do pierwotnego katalizatora.

b) Gdy zmieni się stężenie reagentów, wartości szybkości reakcji zmienią się, a wartość stałej szybkości reakcji nie zmieni się.

Zadanie 338.
Czy efekt cieplny reakcji zależy od jej energii aktywacji? Uzasadnij odpowiedź.
Rozwiązanie:
Efekt cieplny reakcji zależy tylko od stanu początkowego i końcowego układu i nie zależy od etapów pośrednich procesu. Energia aktywacji to nadwyżka energii, jaką muszą mieć cząsteczki substancji, aby ich zderzenie doprowadziło do powstania nowej substancji. Energię aktywacji można zmienić, podnosząc lub obniżając temperaturę, odpowiednio ją obniżając lub zwiększając. Katalizatory obniżają energię aktywacji, podczas gdy inhibitory ją obniżają.

Zatem zmiana energii aktywacji prowadzi do zmiany szybkości reakcji, ale nie do zmiany ciepła reakcji. Efekt cieplny reakcji jest wartością stałą i nie zależy od zmiany energii aktywacji dla danej reakcji. Na przykład reakcja tworzenia amoniaku z azotu i wodoru to:

Ta reakcja jest egzotermiczna, > 0). Reakcja przebiega ze spadkiem liczby moli reagujących cząstek i liczby moli substancji gazowych, co doprowadza układ ze stanu mniej stabilnego do bardziej stabilnego, entropia maleje,< 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:

Zadanie 339.
Dla której reakcji, bezpośredniej lub odwrotnej, energia aktywacji jest większa, jeśli reakcja bezpośrednia przebiega z wydzieleniem ciepła?
Rozwiązanie:
Różnica między energiami aktywacji reakcji bezpośrednich i odwrotnych jest równa efektowi termicznemu: H \u003d E a (pr.) - E a (arr.) . Reakcja ta przebiega z wydzielaniem ciepła, tj. jest egzotermiczny,< 0 Исходя из этого, энергия активации прямой реакции имеет меньшее значение, чем энергия активации обратной реакции:
E a (przykł.)< Е а(обр.) .

Odpowiedź: E a (przykł.)< Е а(обр.) .

Zadanie 340.
Ile razy wzrośnie szybkość reakcji przebiegającej w temperaturze 298 K, jeśli jej energia aktywacji zmniejszy się o 4 kJ/mol?
Rozwiązanie:
Oznaczmy spadek energii aktywacji o Ea oraz stałe szybkości reakcji przed i po spadku energii aktywacji odpowiednio o k i k. Korzystając z równania Arrheniusa otrzymujemy:

E a to energia aktywacji, k i k" to stałe szybkości reakcji, T to temperatura w K (298).
Podstawiając dane problemu do ostatniego równania i wyrażając energię aktywacji w dżulach, obliczamy wzrost szybkości reakcji:

Odpowiedź: 5 razy.

Zadanie # 1. Interakcja z wolnym tlenem prowadzi do powstania wysoce toksycznego dwutlenku azotu / /, chociaż reakcja ta przebiega powoli w warunkach fizjologicznych i przy niskich stężeniach nie odgrywa znaczącej roli w toksycznym uszkodzeniu komórek, jednak efekty patogenne gwałtownie wzrastają wraz z jego nadprodukcją. Określ, ile razy wzrośnie szybkość interakcji tlenku azotu (II) z tlenem, gdy ciśnienie w mieszaninie gazów początkowych podwoi się, jeśli szybkość reakcji jest opisany równaniem ?

Rozwiązanie.

1. Podwojenie ciśnienia jest równoważne podwojeniu stężenia ( Z) I . Dlatego współczynniki interakcji odpowiadają i przyjmą, zgodnie z prawem akcji masowych, wyrażenia: I

Odpowiedź. Szybkość reakcji wzrośnie 8 razy.

Zadanie # 2. Uważa się, że stężenie chloru (zielonkawy gaz o ostrym zapachu) w powietrzu powyżej 25 ppm jest niebezpieczne dla życia i zdrowia, ale istnieją dowody na to, że jeśli pacjent wyzdrowiał po ostrym ciężkim zatruciu tym gazem, to nie obserwuje się skutków resztkowych. Określ, jak zmieni się szybkość reakcji: , przebiegająca w fazie gazowej, jeśli wzrośnie o współczynnik 3: stężenie , stężenie , 3) ​​​​ciśnienie / /?

Rozwiązanie.

1. Jeżeli oznaczymy stężenia i odpowiednio przez i , to wyrażenie na szybkość reakcji przyjmie postać: .

2. Po trzykrotnym zwiększeniu stężeń będą one równe dla i dla . Zatem wyrażenie na szybkość reakcji przyjmie postać: 1) 2)

3. Wzrost ciśnienia zwiększa zatem stężenie reagentów gazowych o tę samą wartość

4. O przyroście szybkości reakcji w stosunku do początkowej decyduje odpowiednio stosunek: 1) , 2) , 3) .

Odpowiedź. Szybkość reakcji wzrośnie: 1) , 2) , 3) ​​razy.

Zadanie nr 3. Jak zmienia się szybkość interakcji substancji wyjściowych ze zmianą temperatury od do, jeśli współczynnik temperaturowy reakcji wynosi 2,5?

Rozwiązanie.

1. Współczynnik temperaturowy pokazuje, jak zmienia się szybkość reakcji ze zmianą temperatury dla każdego (reguła van't Hoffa):

2. Jeżeli zmiana temperatury wynosi: , to biorąc pod uwagę fakt, że , otrzymujemy: . Stąd, .

3. Zgodnie z tabelą antylogarytmów znajdujemy: .

Odpowiedź. Wraz ze zmianą temperatury (tj. ze wzrostem) prędkość wzrośnie 67,7 razy.

Zadanie nr 4. Oblicz współczynnik temperaturowy szybkości reakcji, wiedząc, że wraz ze wzrostem temperatury szybkość wzrasta 128-krotnie.

Rozwiązanie.

1. Zależność szybkości reakcji chemicznej od temperatury wyraża praktyczna reguła van't Hoffa:

.Rozwiązując równanie dla , znajdujemy: , . Dlatego =2

Odpowiedź. =2.

Zadanie numer 5. Dla jednej z reakcji wyznaczono dwie stałe szybkości: 0,00670 i 0,06857. Wyznacz stałą szybkości tej samej reakcji w .

Rozwiązanie.

1. Na podstawie dwóch wartości stałych szybkości reakcji, korzystając z równania Arrheniusa, wyznaczamy energię aktywacji reakcji: . W tym przypadku: Stąd: J/mol.

2. Oblicz stałą szybkości reakcji w , korzystając ze stałej szybkości w i równania Arrheniusa w obliczeniach: . W tym przypadku: i biorąc pod uwagę, że: , otrzymujemy: . Stąd,

Odpowiedź.

Obliczanie stałej równowagi chemicznej i wyznaczanie kierunku przesunięcia równowagi zgodnie z zasadą Le Chateliera .

Zadanie numer 6. Dwutlenek węgla // w przeciwieństwie do tlenku węgla / / nie narusza funkcji fizjologicznych i integralności anatomicznej żywego organizmu, a ich duszące działanie wynika jedynie z obecności w wysokich stężeniach i spadku procentowej zawartości tlenu we wdychanym powietrzu. Co jest równe stała równowagi reakcji / /: w temperaturze wyrażonej jako: a) ciśnienia cząstkowe reagentów; b) ich stężenia molowe , wiedząc, że skład mieszaniny równowagowej jest wyrażony w ułamkach objętościowych: , i , a całkowite ciśnienie w układzie wynosi Pa?

Rozwiązanie.

1. Ciśnienie cząstkowe gazu jest równe iloczynowi ciśnienia całkowitego i ułamka objętościowego gazu w mieszaninie, więc:

2. Podstawiając te wartości do wyrażenia na stałą równowagi, otrzymujemy:

3. Zależność między i ustala się na podstawie równania Mendelejewa Clapeyrona dla gazów doskonałych i wyraża się równością: , gdzie jest różnica między liczbą moli gazowych produktów reakcji a gazowymi substancjami wyjściowymi. Dla tej reakcji: Następnie: .

Odpowiedź. Rocznie. .

Zadanie numer 7. W jakim kierunku przesunie się równowaga następujących reakcji:

3. ;

a) ze wzrostem temperatury, b) ze spadkiem ciśnienia, c) ze wzrostem stężenia wodoru?

Rozwiązanie.

1. Równowaga chemiczna w układzie ustalana jest przy stałości parametrów zewnętrznych (itp.). Jeżeli te parametry ulegają zmianie, to układ wychodzi ze stanu równowagi i zaczyna dominować reakcja bezpośrednia (w prawo) lub odwrotna (w lewo). Wpływ różnych czynników na przesunięcie równowagi odzwierciedla zasada Le Chateliera.

2. Rozważ wpływ na powyższe reakcje wszystkich 3 czynników wpływających na równowagę chemiczną.

a) Wraz ze wzrostem temperatury równowaga przesuwa się w kierunku reakcji endotermicznej, tj. reakcja zachodząca z pochłanianiem ciepła. Pierwsza i trzecia reakcja są egzotermiczne / /, dlatego wraz ze wzrostem temperatury równowaga przesunie się w kierunku reakcji odwrotnej, aw drugiej reakcji / / - w kierunku reakcji bezpośredniej.

b) Gdy ciśnienie maleje, równowaga przesuwa się w kierunku wzrostu liczby moli gazów, tj. w kierunku wyższego ciśnienia. W pierwszej i trzeciej reakcji lewa i prawa strona równania będą miały taką samą liczbę moli gazów (odpowiednio 2-2 i 1-1). A więc zmiana ciśnienia nie spowoduje przesunięcia równowagi w systemie. W drugiej reakcji po lewej stronie znajdują się 4 mole gazów, a po prawej 2 mole, dlatego wraz ze spadkiem ciśnienia równowaga przesunie się w kierunku reakcji odwrotnej.

V) Wraz ze wzrostem stężenia składników reakcji równowaga przesuwa się w kierunku ich zużycia. W pierwszej reakcji wodór znajduje się w produktach, a zwiększenie jego stężenia nasili reakcję odwrotną, podczas której zostanie zużyty. W 2. i 3. reakcji wodór jest jedną z substancji wyjściowych, dlatego wzrost jego stężenia przesuwa równowagę w kierunku reakcji przebiegającej ze zużyciem wodoru.

Odpowiedź.

a) Wraz ze wzrostem temperatury w reakcjach 1 i 3 równowaga przesunie się w lewo, aw reakcji 2 - w prawo.

b) Na reakcje 1 i 3 nie wpłynie spadek ciśnienia, aw reakcji 2 równowaga przesunie się w lewo.

c) Wzrost temperatury w reakcjach 2 i 3 spowoduje przesunięcie równowagi w prawo, aw reakcji 1 w lewo.

1.2. Zadania sytuacyjne №№ od 7 do 21 w celu utrwalenia materiału (wykonać w zeszycie protokolarnym).

Zadanie numer 8. Jak zmieni się szybkość utleniania glukozy w organizmie wraz ze spadkiem temperatury od do, jeśli współczynnik temperaturowy szybkości reakcji wynosi 4?

Zadanie numer 9 Korzystając z przybliżonej reguły van't Hoffa, oblicz, o ile należy podnieść temperaturę, aby szybkość reakcji wzrosła 80-krotnie? Przyjmij współczynnik temperaturowy prędkości równy 3.

Zadanie numer 10. Aby praktycznie zatrzymać reakcję, stosuje się szybkie schłodzenie mieszaniny reakcyjnej („zamrożenie reakcji”). Określ, ile razy zmieni się szybkość reakcji, gdy mieszanina reakcyjna zostanie schłodzona od 40 do , jeśli współczynnik temperaturowy reakcji wynosi 2,7.

Zadanie numer 11. Izotop stosowany w leczeniu niektórych nowotworów ma okres półtrwania wynoszący 8,1 dnia. Po jakim czasie zawartość radioaktywnego jodu w organizmie pacjenta zmniejszy się 5-krotnie?

Zadanie numer 12. Hydroliza jakiegoś syntetycznego hormonu (farmaceutycznego) jest reakcją pierwszego rzędu ze stałą szybkości 0,25 (). Jak zmieni się stężenie tego hormonu po 2 miesiącach?

Zadanie numer 13. Okres półtrwania substancji promieniotwórczych wynosi 5600 lat. W żywym organizmie utrzymywana jest stała ilość dzięki metabolizmowi. W szczątkach mamuta zawartość pochodziła z oryginału. Kiedy żył mamut?

Zadanie numer 14. Okres półtrwania insektycydu (pestycydu stosowanego do zwalczania owadów) wynosi 6 miesięcy. Pewna jego ilość dostała się do zbiornika, gdzie ustalono stężenie mol/l. Po jakim czasie stężenie insektycydu spadnie do poziomu mol/L?

Zadanie numer 15. Tłuszcze i węglowodany utleniają się w zauważalnym tempie w temperaturze 450 - 500 °, aw organizmach żywych - w temperaturze 36 - 40 °. Jaki jest powód gwałtownego spadku temperatury wymaganej do utleniania?

Zadanie numer 16. Nadtlenek wodoru rozkłada się w roztworach wodnych na tlen i wodę. Reakcję przyspiesza zarówno katalizator nieorganiczny (jon), jak i bioorganiczny (enzym katalaza). Energia aktywacji reakcji bez katalizatora wynosi 75,4 kJ/mol. Jon redukuje ją do 42 kJ/mol, a enzym katalaza do 2 kJ/mol. Oblicz stosunek szybkości reakcji bez katalizatora w przypadku obecności katalizatora i katalazy. Jaki wniosek można wyciągnąć na temat aktywności enzymu? Reakcja przebiega w temperaturze 27°C.

Zadanie numer 17 Stała szybkości rozpadu penicyliny w krótkofalówce J/mol.

1.3. Pytania kontrolne

1. Wyjaśnij, co oznaczają terminy: szybkość reakcji, stała szybkości?

2. Jak wyraża się średnią i prawdziwą szybkość reakcji chemicznych?

3. Dlaczego sensowne jest mówienie o szybkości reakcji chemicznych tylko w danym momencie?

4. Sformułuj definicję reakcji odwracalnych i nieodwracalnych.

5. Zdefiniuj prawo akcji masowej. Czy równanie wyrażające to prawo odzwierciedla zależność szybkości reakcji od charakteru reagentów?

6. Jak szybkość reakcji zależy od temperatury? Jaka jest energia aktywacji? Co to są cząsteczki aktywne?

7. Jakie czynniki determinują szybkość reakcji jednorodnej i niejednorodnej? Daj przykłady.

8. Jaka jest kolejność i molekularność reakcji chemicznych? W jakich przypadkach nie pasują?

9. Jakie substancje nazywane są katalizatorami? Jaki jest mechanizm przyspieszania działania katalizatora?

10. Czym jest pojęcie „zatrucia katalizatora”? Jakie substancje nazywane są inhibitorami?

11. Co nazywa się równowagą chemiczną? Dlaczego nazywa się to dynamicznym? Jakie stężenia reagentów nazywamy równowagą?

12. Co nazywa się stałą równowagi chemicznej? Czy zależy to od charakteru reagujących substancji, ich stężenia, temperatury, ciśnienia? Jakie są cechy zapisu matematycznego stałej równowagi w układach heterogenicznych?

13. Jaka jest farmakokinetyka leków?

14. Procesy zachodzące z lek w organizmie charakteryzują się ilościowo szeregiem parametrów farmakokinetycznych. Podaj główne.

Wzrost szybkości reakcji wraz ze wzrostem temperatury charakteryzuje się zwykle współczynnikiem temperaturowym szybkości reakcji, liczbą pokazującą, ile razy zwiększa się szybkość danej reakcji wraz ze wzrostem temperatury układu o 10°C. Współczynnik temperaturowy różnych reakcji jest inny. W zwykłych temperaturach jego wartość dla większości reakcji mieści się w zakresie 2 ... 4.

Współczynnik temperaturowy wyznaczany jest zgodnie z tzw. „regułą van't Hoffa”, którą matematycznie wyraża równanie

w 2 /w 1 = g( T 2 - T 1)/10 ,

Gdzie w 1 i w 2 – szybkości reakcji w temp T 1 i T 2; g jest współczynnikiem temperaturowym reakcji.

Na przykład, jeśli g = 2, to dla T 2 - T 1 = 50°С w 2 /w 1 = 2 5 = 32, tj. reakcja przyspieszyła 32 razy, a przyspieszenie to w żaden sposób nie zależy od wartości bezwzględnych T 1 i T 2, ale tylko na ich różnicy.

energia aktywacji, różnica między wartościami średniej energii cząstek (cząsteczek, rodników, jonów itp.) wchodzących w elementarny akt reakcji chemicznej a średnią energią wszystkich cząstek w układzie reagującym. Dla różnych reakcji chemicznych E. i. jest bardzo zróżnicowana - od kilku do ~10 j./mol. Dla tej samej reakcji chemicznej wartość E. a. zależy od rodzaju rozkładu funkcji molekuł pod względem energii ich ruchu translacyjnego i wewnętrznych stopni swobody (elektronowe, wibracyjne, obrotowe). Jako wartość statystyczna E. a. należy odróżnić od energii progowej, czyli bariery energetycznej - minimalnej energii, jaką musi mieć jedna para zderzających się cząstek, aby zaszła dana reakcja elementarna.

Równanie Arrheniusa, zależność stałej szybkości od temperatury Do chemia elementarna reakcje:

gdzie A jest czynnikiem przedwykładniczym (wymiar jest taki sam jak k), E a-energia aktywacji, zwykle przyjmująca dodatnią. wartości, T-abs. temperatura, stała k-Boltzmanna. Zwyczajem jest cytowanie E a na cząsteczkę. i od liczby cząstek nie dotyczy\u003d 6,02 * 10 23 (stała Avogadro) i wyrażona w kJ / mol; w takich przypadkach w równaniu Arrheniusa wartość k zastąpić stałą gazową R. Wykres 1nk w porównaniu z 1 /kT(Wykres Arrheniusa) - linia prosta, której ujemne nachylenie jest określone przez energię aktywacji E a i charakteryzuje się pozytywem. zależność od temperatury Do.

Katalizator Substancja chemiczna, która przyspiesza reakcję, ale nie jest częścią produktów reakcji. Ilość katalizatora, w przeciwieństwie do innych odczynników, nie zmienia się po reakcji. Ważne jest, aby zrozumieć, że katalizator bierze udział w reakcji. Zapewniając szybszą drogę reakcji, katalizator reaguje z substancją wyjściową, powstały związek pośredni ulega przemianom i ostatecznie dzieli się na produkt i katalizator. Następnie katalizator ponownie reaguje z materiałem wyjściowym, a ten cykl katalityczny powtarza się wielokrotnie (nawet milion razy) [ źródło?] jest powtorzone.

Katalizatory dzielą się na jednorodny I heterogeniczny. Katalizator homogeniczny znajduje się w tej samej fazie z reagentami, heterogeniczny tworzy niezależną fazę oddzieloną interfejsem od fazy, w której znajdują się reagenty. Typowymi katalizatorami homogenicznymi są kwasy i zasady. Metale, ich tlenki i siarczki są stosowane jako katalizatory heterogeniczne.

Reakcje tego samego typu mogą przebiegać zarówno z katalizatorami homogenicznymi, jak i heterogenicznymi. Tak więc obok roztworów kwasowych stosuje się stały Al 2 O 3 , TiO 2 , ThO 2 , glinokrzemiany i zeolity o właściwościach kwaśnych. Katalizatory heterogeniczne o właściwościach zasadowych: CaO, BaO, MgO.

Katalizatory heterogeniczne z reguły mają silnie rozwiniętą powierzchnię, dla której są rozprowadzane na obojętnym nośniku (żel krzemionkowy, tlenek glinu, węgiel aktywny itp.).

Dla każdego rodzaju reakcji skuteczne są tylko określone katalizatory. Oprócz już wymienionych kwasowo-zasadowy, są katalizatory redoks; charakteryzują się obecnością metalu przejściowego lub jego związku (Co +3, V 2 O 5 + MoO 3). W tym przypadku kataliza odbywa się poprzez zmianę stopnia utlenienia metalu przejściowego.

System rozproszony- są to formacje dwóch lub więcej faz (ciał), które w ogóle lub praktycznie się nie mieszają i nie reagują ze sobą chemicznie. Pierwsza z substancji faza rozproszona) jest dokładnie rozłożony w drugim ( ośrodek dyspersyjny). Jeśli występuje kilka faz, można je od siebie fizycznie oddzielić (poprzez odwirowanie, separację itp.).

Zwykle układami rozproszonymi są roztwory koloidalne, zole. Układy zdyspergowane obejmują również przypadek stałego ośrodka rozproszonego, w którym znajduje się faza rozproszona.

Najbardziej ogólna klasyfikacja układów dyspersyjnych opiera się na różnicy w stanie skupienia ośrodka dyspersyjnego i fazy rozproszonej. Kombinacje trzech typów stanów zagregowanych pozwalają wyróżnić dziewięć typów systemów rozproszonych. Dla zwięzłości oznacza się je zwykle ułamkiem, którego licznik wskazuje fazę rozproszoną, a mianownik wskazuje ośrodek dyspersyjny, np. dla układu „gaz w cieczy” przyjmuje się oznaczenie G/L.

roztwory koloidalne. Stan koloidalny jest charakterystyczny dla wielu substancji, których cząstki mają wielkość od 1 do 500 nm. Łatwo wykazać, że całkowita powierzchnia tych cząstek jest ogromna. Jeżeli przyjmiemy, że cząstki mają kształt kuli o średnicy 10 nm, to przy całkowitej objętości tych cząstki 1 cm 3 będą mieli

powierzchnia około 10 m2. Jak wspomniano wcześniej, warstwa powierzchniowa charakteryzuje się energią powierzchniową i zdolnością adsorbowania określonych cząstek, w tym jonów

z rozwiązania. charakterystyczna cecha Cząstkami koloidalnymi jest obecność na ich powierzchni ładunku w wyniku selektywnej adsorpcji jonów. Cząstka koloidalna ma złożoną strukturę. Obejmuje jądro, zaadsorbowane jony, kontryniny i rozpuszczalnik. Istnieją liofilowe (guid.

rofilowe) koloidy, w których rozpuszczalnik oddziałuje z jądrami cząstek, koloidy inofobowe (hydrofobowe), w których rozpuszczalnik nie oddziałuje z jądrami

cząstki. Rozpuszczalnik wchodzi w skład cząstek hydrofobowych tylko jako otoczka solwatu zaadsorbowanych jonów lub w obecności stabilizatorów (środków powierzchniowo czynnych) posiadających część liofobową i liofilową.

Oto kilka przykładów cząstek koloidalnych:

Jak. widać, że rdzeń składa się z elektrycznie obojętnego agregatu cząstek z zaadsorbowanymi jonami pierwiastków tworzących rdzeń (w tych przykładach jony Ag +, HS-, Fe 3+). Cząstka koloidalna oprócz jądra posiada przeciwjony i cząsteczki rozpuszczalnika. Zaadsorbowane jony i przeciwjony tworzą z rozpuszczalnikiem zaadsorbowaną warstwę. Całkowity ładunek cząstki jest równy różnicy między ładunkami zaadsorbowanych jonów i przeciwjonów. Wokół cząstek znajduje się rozproszona warstwa jonów, których ładunek jest równy liczbie cząstki koloidalnej. Cząstki koloidalne i rozproszone warstwy tworzą elektrycznie obojętną micelę

micele(zdrobnienie od łac. mika(cząstka, ziarno) - cząstki w układach koloidalnych składają się z bardzo małego jądra nierozpuszczalnego w danym ośrodku, otoczonego stabilizującą otoczką zaadsorbowanych jonów i cząsteczek rozpuszczalnika. Na przykład micela siarczku arsenu ma strukturę:

((As 2 S 3) m nHS − (n-x)H + ) X- xH +

Średnia wielkość miceli wynosi od 10-5 do 10-7 cm.

Koagulacja- rozdzielenie roztworu koloidalnego na dwie fazy - rozpuszczalnik i galaretowatą masę lub zgęstnienie roztworu w wyniku zgrubienia cząstek substancji rozpuszczonej

Peptyzacja to proces przejścia koloidalnego osadu lub żelu w roztwór koloidalny pod działaniem cieczy lub dodanych do niej substancji, które są dobrze adsorbowane przez osad lub żel, w tym przypadku zwanych peptyzatorami (na przykład peptyzacja tłuszczów pod działaniem żółci).
Peptyzacja - oddzielanie agregatów cząstek żeli (galaretki) lub luźnych osadów pod wpływem niektórych substancji - peptyzatorów po koagulacji roztworów koloidalnych. W wyniku peptyzacji osad (lub żel) przechodzi w stan zawiesiny.

ROZWIĄZANIA, systemy jednofazowe składające się z dwóch lub więcej elementów. W zależności od stanu skupienia roztwory mogą być stałe, ciekłe lub gazowe.

Rozpuszczalność, zdolność substancji do tworzenia z inną substancją (lub substancjami) jednorodnych mieszanin o rozproszonym rozkładzie składników (patrz Roztwory). Rozpuszczalnik jest ogólnie uważany za substancję, która czysta forma istnieje w tym samym stanie agregacji, co wynikowe rozwiązanie. Jeżeli przed rozpuszczeniem obie substancje były w tym samym stanie skupienia, za rozpuszczalnik uważa się substancję obecną w mieszaninie w znacznie większej ilości.

Rozpuszczalność jest określona przez fizyczne i chemiczne powinowactwo cząsteczek rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej, stosunek energii przez oddziaływanie jednorodnych i niepodobnych składników roztworu. Z reguły są dobrze rozpuszczalne w sobie, podobne pod względem fizycznym. i chemia. właściwości materii (empiryczna zasada „podobne rozpuszcza się w podobnym”). W szczególności substancje składające się z cząsteczek polarnych oraz substancje z wiązaniem jonowym są dobrze zolowe. w rozpuszczalnikach polarnych (woda, etanol, ciekły amoniak), a substancje niepolarne są dobrze rozpuszczalne. w rozpuszczalnikach niepolarnych (benzen, dwusiarczek węgla).

Rozpuszczalność danej substancji zależy od temperatury i odpowiada ciśnieniu ogólna zasada przesunięcie równowagi (patrz zasada Le Chateliera-Browna). Stężenie nasyconego roztworu w danych warunkach określa liczbowo R. substancji w danym rozpuszczalniku i jest również nazywane. rozpuszczalność. Roztwory przesycone zawierają większą ilość substancji rozpuszczonej, niż odpowiada jej rozpuszczalność, istnienie roztworów przesyconych wynika z kinetyki. trudności z krystalizacją (patrz Pochodzenie nowej fazy). Aby scharakteryzować rozpuszczalność substancji słabo rozpuszczalnych, stosuje się iloczyn aktywności PA (dla roztworów zbliżonych właściwościami do ideału, iloczyn rozpuszczalności PR).