रासायनिक अभिक्रियांचा दर, विविध घटकांवर त्याचे अवलंबन

एकसंध आणि विषम रासायनिक अभिक्रिया

रासायनिक अभिक्रिया वेगवेगळ्या वेगाने पुढे जातात: कमी वेगाने - स्टॅलेक्टाईट्स आणि स्टॅलेग्माइट्सच्या निर्मितीदरम्यान, सरासरी वेगाने - अन्न शिजवताना, त्वरित - स्फोटाच्या वेळी. जलीय द्रावणातील प्रतिक्रिया फार लवकर, जवळजवळ तात्काळ पुढे जातात. आम्ही बेरियम क्लोराईड आणि सोडियम सल्फेट - बेरियम सल्फेटचे द्रावण त्वरित अवक्षेपित स्वरूपात मिसळतो. सल्फर त्वरीत जळते, परंतु त्वरित नाही, मॅग्नेशियम हायड्रोक्लोरिक ऍसिडमध्ये विरघळते, इथिलीन ब्रोमाइन पाण्याचे रंग विरघळते. हळुहळू लोखंडी वस्तूंवर गंज, तांबे आणि पितळेच्या वस्तूंवर पट्टिका, झाडाची पाने हळूहळू कुजतात आणि दात नष्ट होतात.

रासायनिक अभिक्रियेच्या दराचा अंदाज लावणे, तसेच प्रक्रियेच्या परिस्थितीवर त्याचे अवलंबित्व स्पष्ट करणे हे एक कार्य आहे. रासायनिक गतीशास्त्र— वेळेत रासायनिक अभिक्रियांच्या नियमिततेचे विज्ञान.

जर रासायनिक अभिक्रिया एकसंध माध्यमात होत असेल, उदाहरणार्थ, द्रावणात किंवा वायूच्या टप्प्यात, तर अभिक्रिया करणार्‍या पदार्थांचा परस्परसंवाद संपूर्ण खंडात होतो. अशा प्रतिक्रिया, जसे आपल्याला माहित आहे, म्हणतात एकसंध.

एकसंध प्रतिक्रियेचा दर ($v_(homog.)$) प्रति युनिट व्हॉल्यूम प्रति युनिट वेळेत पदार्थाच्या प्रमाणात बदल म्हणून परिभाषित केला जातो:

$υ_(homog.)=(∆n)/(∆t V),$

जेथे $∆n$ हा एका पदार्थाच्या मोलच्या संख्येतील बदल आहे (बहुतेकदा प्रारंभिक, परंतु ते प्रतिक्रिया उत्पादन देखील असू शकते); $∆t$ — वेळ मध्यांतर (s, min.); $V$ हा वायू किंवा द्रावणाचा आकार (l) आहे.

पदार्थाच्या मात्रा आणि घनतेचे गुणोत्तर हे मोलर एकाग्रता $C$ असल्याने

$(∆n)/(V)=∆C.$

अशा प्रकारे, एकसंध प्रतिक्रिया दरप्रति युनिट वेळेत एका पदार्थाच्या एकाग्रतेतील बदल म्हणून परिभाषित केले आहे:

$υ_(homog.)=(∆C)/(∆t)[(mol)/(l s)]$

जर सिस्टमचा आवाज बदलला नाही. एकत्रीकरणाच्या वेगवेगळ्या अवस्थेतील पदार्थांमध्ये (उदाहरणार्थ, घन आणि वायू किंवा द्रव यांच्यामध्ये) किंवा एकसंध माध्यम तयार करू न शकणार्‍या पदार्थांमध्ये (उदाहरणार्थ, अविघटनशील द्रव्यांच्या दरम्यान) प्रतिक्रिया उद्भवल्यास, ती फक्त घडते. पदार्थांच्या संपर्क पृष्ठभागावर. अशा प्रतिक्रिया म्हणतात विषम.

विषम प्रतिक्रिया दरप्रति युनिट पृष्ठभाग प्रति युनिट वेळेत पदार्थाच्या प्रमाणात बदल म्हणून परिभाषित केले आहे:

$υ_(homog.)=(∆C)/(∆t S)[(mol)/(c m^2)]$

जेथे $S$ हे पदार्थांमधील संपर्काचे पृष्ठभाग क्षेत्र आहे ($m^2, cm^2$).

जर, चालू असलेल्या कोणत्याही प्रतिक्रियेसाठी, सुरुवातीच्या पदार्थाची एकाग्रता प्रायोगिकरित्या वेळेच्या वेगवेगळ्या बिंदूंवर मोजली गेली, तर या अभिकर्मकासाठी गतिज वक्र वापरून त्याचा बदल ग्राफिकरित्या प्रदर्शित केला जाऊ शकतो.

प्रतिक्रिया दर स्थिर मूल्य नाही. आम्ही एका विशिष्ट वेळेच्या अंतराने दिलेल्या प्रतिक्रियेचा फक्त एक विशिष्ट सरासरी दर सूचित करतो.

अशी कल्पना करा की आम्ही प्रतिक्रियेचा दर ठरवतो

$H_2+Cl_2→2HCl$

अ) $Н_2$ ची एकाग्रता बदलून;

b) $HCl$ ची एकाग्रता बदलून.

आम्हाला समान मूल्ये मिळतील का? शेवटी, $1$ mol $H_2$ $2$ mol $HCl$ पासून तयार होतो, त्यामुळे b) मध्ये वेग दुप्पट असेल. म्हणून, प्रतिक्रिया दराचे मूल्य देखील ते कोणत्या पदार्थाद्वारे निर्धारित केले जाते यावर अवलंबून असते.

पदार्थाच्या प्रमाणातील बदल ज्याद्वारे प्रतिक्रिया दर निर्धारित केला जातो हा संशोधकाने पाहिलेला बाह्य घटक आहे. खरं तर, सर्व प्रक्रिया सूक्ष्म स्तरावर चालतात. साहजिकच, काही कणांवर प्रतिक्रिया द्यायची असेल तर, ते सर्व प्रथम आदळले पाहिजेत आणि प्रभावीपणे आदळले पाहिजेत: वेगवेगळ्या दिशेने गोळ्यांसारखे विखुरले जाऊ नयेत, परंतु अशा प्रकारे की कणांमधील जुने बंध नष्ट होतात किंवा कमकुवत होतात आणि नवीन जोडू शकतात. फॉर्म, परंतु कणांसाठी पुरेशी ऊर्जा असणे आवश्यक आहे.

गणना डेटा दर्शविते की, उदाहरणार्थ, वायुमंडलीय दाबाने वायूंमधील रेणूंची टक्कर प्रति $1$ सेकंद अब्ज इतकी आहे, म्हणजे. सर्व प्रतिक्रिया तात्कालिक असाव्यात. पण ते नाही. असे दिसून आले की प्रभावी टक्कर निर्माण करण्यासाठी केवळ रेणूंच्या अगदी लहान अंशामध्ये आवश्यक ऊर्जा असते.

प्रभावी टक्कर होण्यासाठी कण (किंवा कणांची जोडी) कडे असलेली किमान अतिरिक्त ऊर्जा म्हणतात. सक्रियता ऊर्जा$E_a$.

अशा प्रकारे, अभिक्रियामध्ये प्रवेश करणार्‍या सर्व कणांच्या मार्गावर एक उर्जा अडथळा आहे, सक्रियकरण उर्जेच्या समान $E_a$. जेव्हा ते लहान असते, तेव्हा त्यावर मात करू शकणारे अनेक कण असतात आणि प्रतिक्रिया दर जास्त असतो. अन्यथा, एक धक्का आवश्यक आहे. जेव्हा तुम्ही स्पिरिट दिवा लावण्यासाठी मॅच आणता, तेव्हा तुम्ही ऑक्सिजनच्या रेणूंसोबत अल्कोहोलच्या रेणूंच्या प्रभावी टक्कर (अडथळ्यावर मात करण्यासाठी) आवश्यक असलेली अतिरिक्त ऊर्जा $E_a$ देत आहात.

शेवटी, आम्ही असा निष्कर्ष काढतो की अनेक संभाव्य प्रतिक्रिया व्यावहारिकरित्या उद्भवत नाहीत, कारण उच्च सक्रियता ऊर्जा.

हे आपल्या जीवनासाठी खूप महत्वाचे आहे. कल्पना करा की जर सर्व थर्मोडायनामिकली परवानगी असलेल्या प्रतिक्रिया कोणत्याही उर्जा अडथळ्याशिवाय (सक्रियीकरण ऊर्जा) पुढे जाऊ शकल्या तर काय होईल. हवेतील ऑक्सिजन जळू शकणार्‍या किंवा फक्त ऑक्सिडाइझ होऊ शकणार्‍या कोणत्याही गोष्टीवर प्रतिक्रिया देईल. सर्व सेंद्रिय पदार्थांना त्रास होईल, ते कार्बन डायऑक्साइड $CO_2$ आणि पाण्यात $H_2O$ बदलतील.

रासायनिक अभिक्रियाचा दर अनेक घटकांवर अवलंबून असतो. मुख्य म्हणजे: अभिक्रियाकांचे स्वरूप आणि एकाग्रता, दाब (वायूंचा समावेश असलेल्या अभिक्रियांमध्ये), तापमान, उत्प्रेरकांची क्रिया आणि विषम प्रतिक्रियांच्या बाबतीत अभिक्रियाकांची पृष्ठभाग. रासायनिक अभिक्रियाच्या दरावर या प्रत्येक घटकाचा प्रभाव विचारात घ्या.

तापमान

आपल्याला माहित आहे की जेव्हा तापमान वाढते, बहुतेक प्रकरणांमध्ये रासायनिक अभिक्रियाचा दर लक्षणीय वाढतो. 19 व्या शतकात डच रसायनशास्त्रज्ञ जे.एच. व्हॅनट हॉफ यांनी नियम तयार केला:

प्रत्येक $10°C$ साठी तापमानात वाढ झाल्याने प्रतिक्रिया दरात 2-4 च्या घटकाने वाढ होते (या मूल्याला अभिक्रियाचे तापमान गुणांक म्हणतात).

तापमानात वाढ झाल्यामुळे, रेणूंचा सरासरी वेग, त्यांची उर्जा आणि टक्करांची संख्या किंचित वाढते, परंतु प्रतिक्रियेच्या उर्जेच्या अडथळ्यावर मात करणार्‍या प्रभावी टक्करांमध्ये भाग घेणार्‍या सक्रिय रेणूंचा अंश झपाट्याने वाढतो.

गणितीयदृष्ट्या, हे अवलंबित्व संबंधांद्वारे व्यक्त केले जाते:

$υ_(t_2)=υ_(t_1)γ^((t_2-t_1)/(10)),$

जेथे $υ_(t_1)$ आणि $υ_(t_2)$ हे अनुक्रमे अंतिम $t_2$ आणि प्रारंभिक $t_1$ तापमानावरील प्रतिक्रिया दर आहेत आणि $γ$ हे अभिक्रिया दराचे तापमान गुणांक आहे, जे किती दर्शवते प्रत्येक $10°C$ साठी तापमान वाढीसह प्रतिक्रिया दर वेळा वाढते.

तथापि, प्रतिक्रिया दर वाढविण्यासाठी, तापमानात वाढ नेहमीच लागू होत नाही, कारण. सुरुवातीचे पदार्थ विघटित होऊ शकतात, सॉल्व्हेंट्स किंवा पदार्थ स्वतःच बाष्पीभवन करू शकतात.

रिएक्टंट एकाग्रता

प्रतिक्रियेतील वायू पदार्थांच्या सहभागासह दबावातील बदलामुळे या पदार्थांच्या एकाग्रतेतही बदल होतो.

कणांमध्ये रासायनिक संवाद होण्यासाठी, त्यांची प्रभावीपणे टक्कर झाली पाहिजे. रिअॅक्टंट्सची एकाग्रता जितकी जास्त असेल तितकी अधिक टक्कर आणि त्यानुसार, प्रतिक्रिया दर जास्त. उदाहरणार्थ, शुद्ध ऑक्सिजनमध्ये ऍसिटिलीन फार लवकर जळते. हे धातू वितळण्यासाठी पुरेसे तापमान विकसित करते. मोठ्या प्रमाणातील प्रायोगिक सामग्रीच्या आधारे, 1867 मध्ये नॉर्वेजियन के. गुल्डनबर्ग आणि पी. वेज आणि 1865 मध्ये त्यांच्यापासून स्वतंत्रपणे, रशियन शास्त्रज्ञ एन. आय. बेकेटोव्ह यांनी रासायनिक गतिशास्त्राचा मूलभूत नियम तयार केला, जो प्रतिक्रियांचे अवलंबित्व स्थापित करतो. प्रतिक्रिया देणाऱ्या पदार्थांच्या एकाग्रतेवर दर.

रासायनिक अभिक्रियेचा दर अभिक्रिया समीकरणात त्यांच्या गुणांकांच्या समान शक्तींमध्ये घेतलेल्या अभिक्रियाकांच्या एकाग्रतेच्या उत्पादनाच्या प्रमाणात असते.

या कायद्याला सामूहिक कृतीचा कायदा असेही म्हणतात.

प्रतिक्रियेसाठी $A+B=D$ हा कायदा खालीलप्रमाणे व्यक्त केला आहे:

$υ_1=k_1 C_A C_B$

प्रतिक्रियेसाठी $2A+B=D$ हा कायदा खालीलप्रमाणे व्यक्त केला आहे:

$υ_2=k_2 C_A^2 C_B$

येथे $C_A, C_B$ हे $A$ आणि $B$ (mol/l) पदार्थांचे सांद्रता आहेत; $k_1$ आणि $k_2$ हे आनुपातिकतेचे गुणांक आहेत, ज्याला प्रतिक्रिया दर स्थिरांक म्हणतात.

प्रतिक्रिया दर स्थिरांकाचा भौतिक अर्थ स्थापित करणे कठीण नाही - ते संख्यात्मकदृष्ट्या प्रतिक्रिया दराच्या समान आहे ज्यामध्ये अभिक्रियाकांची एकाग्रता $1$ mol/l किंवा त्यांचे उत्पादन एकतेच्या समान आहे. या प्रकरणात, हे स्पष्ट आहे की प्रतिक्रियेचा स्थिर दर केवळ तापमानावर अवलंबून असतो आणि पदार्थांच्या एकाग्रतेवर अवलंबून नाही.

वस्तुमान कृतीचा कायदा घन अवस्थेत प्रतिक्रिया देणाऱ्या पदार्थांची एकाग्रता विचारात घेत नाही, कारण ते पृष्ठभागावर प्रतिक्रिया देतात आणि त्यांची एकाग्रता सामान्यतः स्थिर असते.

उदाहरणार्थ, कोळशाच्या ज्वलन प्रतिक्रियेसाठी

प्रतिक्रिया दर अभिव्यक्ती खालीलप्रमाणे लिहिली पाहिजे:

$υ=k·C_(O_2)$,

म्हणजेच, प्रतिक्रिया दर केवळ ऑक्सिजन एकाग्रतेच्या प्रमाणात आहे.

जर प्रतिक्रिया समीकरण केवळ एकूण रासायनिक अभिक्रियाचे वर्णन करते, जी अनेक टप्प्यांत होते, तर अशा प्रतिक्रियेचा दर सुरुवातीच्या पदार्थांच्या एकाग्रतेवर जटिल मार्गाने अवलंबून असू शकतो. हे अवलंबित्व प्रायोगिक किंवा सैद्धांतिकदृष्ट्या प्रस्तावित प्रतिक्रिया यंत्रणेच्या आधारे निर्धारित केले जाते.

उत्प्रेरकांची क्रिया

विशेष पदार्थ वापरून प्रतिक्रिया दर वाढवणे शक्य आहे जे प्रतिक्रिया यंत्रणा बदलतात आणि कमी सक्रियकरण उर्जेसह उत्साहीपणे अधिक अनुकूल मार्गाने निर्देशित करतात. त्यांना म्हणतात उत्प्रेरक(lat पासून. उत्प्रेरक- विनाश).

उत्प्रेरक एक अनुभवी मार्गदर्शक म्हणून काम करतो, पर्यटकांच्या गटाला डोंगरावरील उंच खिंडीतून निर्देशित करतो (त्यावर मात करण्यासाठी खूप मेहनत आणि वेळ लागतो आणि प्रत्येकासाठी प्रवेशयोग्य नाही), परंतु त्याला ज्ञात असलेल्या वळणाच्या मार्गांसह तुम्ही पर्वतावर खूप सोप्या आणि जलद मात करू शकता. हे खरे आहे की, वळसा घालून तुम्ही मुख्य खिंडीत पोहोचू शकत नाही. पण कधी कधी तेच आपल्याला हवे असते! अशा प्रकारे उत्प्रेरक कार्य करतात, ज्याला म्हणतात निवडक. हे स्पष्ट आहे की अमोनिया आणि नायट्रोजन जाळण्याची गरज नाही, परंतु नायट्रिक ऍसिडच्या निर्मितीमध्ये नायट्रिक ऑक्साईड (II) वापरला जातो.

उत्प्रेरक हे पदार्थ आहेत जे रासायनिक अभिक्रियेत भाग घेतात आणि त्याचा वेग किंवा दिशा बदलतात, परंतु अभिक्रियेच्या शेवटी मात्रात्मक आणि गुणात्मकरित्या अपरिवर्तित राहतात.

उत्प्रेरकाच्या साहाय्याने रासायनिक अभिक्रियेचा दर किंवा त्याची दिशा बदलणे म्हणतात उत्प्रेरक. उत्प्रेरकांचा वापर विविध उद्योगांमध्ये आणि वाहतुकीमध्ये मोठ्या प्रमाणावर केला जातो (उत्प्रेरक कन्व्हर्टर्स जे कार एक्झॉस्ट वायूंमधील नायट्रोजन ऑक्साईड्सचे निरुपद्रवी नायट्रोजनमध्ये रूपांतर करतात).

उत्प्रेरकांचे दोन प्रकार आहेत.

एकसंध उत्प्रेरक, ज्यामध्ये उत्प्रेरक आणि अभिक्रियाक हे दोन्ही एकत्रीकरणाच्या (फेज) स्थितीत असतात.

विषम उत्प्रेरकजिथे उत्प्रेरक आणि अभिक्रियाक वेगवेगळ्या टप्प्यात असतात. उदाहरणार्थ, घन मॅंगनीज (IV) ऑक्साईड उत्प्रेरकाच्या उपस्थितीत हायड्रोजन पेरोक्साइडचे विघटन:

$2H_2O_2(→)↖(MnO_2(I))2H_2O_((l))+O_2(g)$

प्रतिक्रियेच्या परिणामी उत्प्रेरक स्वतःच वापरला जात नाही, परंतु जर इतर पदार्थ त्याच्या पृष्ठभागावर शोषले गेले (त्यांना म्हणतात उत्प्रेरक विष), नंतर पृष्ठभाग अकार्यक्षम होते, उत्प्रेरक पुनर्जन्म आवश्यक आहे. म्हणून, उत्प्रेरक प्रतिक्रिया पार पाडण्यापूर्वी, प्रारंभिक सामग्री पूर्णपणे शुद्ध केली जाते.

उदाहरणार्थ, संपर्क पद्धतीद्वारे सल्फ्यूरिक ऍसिडच्या निर्मितीमध्ये, एक घन उत्प्रेरक वापरला जातो - व्हॅनेडियम (V) ऑक्साइड $V_2O_5$:

$2SO_2+O_2⇄2SO_3$

मिथेनॉलच्या उत्पादनात, एक घन झिंक-क्रोमियम उत्प्रेरक वापरला जातो ($8ZnO Cr_2O_3×CrO_3$):

$CO_((g))+2H_(2(g))⇄CH_3OH_((g))$

जैविक उत्प्रेरक अतिशय प्रभावीपणे काम करतात - एंजाइम. रासायनिक स्वभावानुसार, ही प्रथिने आहेत. त्यांच्याबद्दल धन्यवाद, कमी तापमानात सजीवांमध्ये जटिल रासायनिक प्रतिक्रिया उच्च वेगाने पुढे जातात. एन्झाईम्स अतिशय विशिष्ट असतात, त्यातील प्रत्येक स्वतःची प्रतिक्रिया वाढवते, जी योग्य वेळी आणि योग्य ठिकाणी $100%$ च्या जवळपास उत्पन्नासह होते. एंजाइमसारखे कृत्रिम उत्प्रेरक तयार करणे हे रसायनशास्त्रज्ञांचे स्वप्न आहे!

नक्कीच, आपण इतर मनोरंजक पदार्थांबद्दल ऐकले आहे - अवरोधक(lat पासून. प्रतिबंधित करणे- विलंब). ते सक्रिय कणांवर उच्च दराने प्रतिक्रिया देऊन निष्क्रिय संयुगे तयार करतात. परिणामी, प्रतिक्रिया झपाट्याने कमी होते आणि नंतर थांबते. अवांछित प्रक्रिया टाळण्यासाठी इनहिबिटर्स सहसा विविध पदार्थांमध्ये जोडले जातात.

उदाहरणार्थ, इनहिबिटरच्या मदतीने हायड्रोजन पेरोक्साइड सोल्यूशन्स, अकाली पॉलिमरायझेशन रोखण्यासाठी मोनोमर्स, हायड्रोक्लोरिक ऍसिड स्थिर केले जाते जेणेकरून ते स्टीलच्या कंटेनरमध्ये वाहून नेले जाऊ शकते. इनहिबिटर सजीवांमध्ये देखील आढळतात; ते ऊतींच्या पेशींमध्ये विविध हानिकारक ऑक्सिडेशन प्रतिक्रिया दडपतात, ज्या सुरू केल्या जाऊ शकतात, उदाहरणार्थ, किरणोत्सर्गी किरणोत्सर्गाद्वारे.

अभिक्रियांचे स्वरूप (त्यांची रचना, रचना)

सक्रियकरण उर्जेचे मूल्य हे घटक आहे ज्याद्वारे प्रतिक्रिया दरावर प्रतिक्रिया देणाऱ्या पदार्थांच्या स्वरूपाचा प्रभाव पडतो.

सक्रियता ऊर्जा लहान असल्यास ($< 40$ кДж/моль), то это означает, что значительная часть столкновений между частицами реагирующих веществ приводит к их взаимодействию, и скорость такой реакции очень большая. Все реакции ионного обмена протекают практически мгновенно, ибо в этих реакциях участвуют разноименно заряженные ионы, и энергия активации в этих случаях ничтожно мала.

जर सक्रियता ऊर्जा जास्त असेल ($> 120$ kJ/mol), तर याचा अर्थ असा होतो की परस्परसंवाद करणाऱ्या कणांमधील टक्करांचा केवळ नगण्य भाग प्रतिक्रिया देतो. त्यामुळे अशा प्रतिक्रियेचा वेग खूपच कमी असतो. उदाहरणार्थ, सामान्य तापमानात अमोनिया संश्लेषण अभिक्रियाची प्रगती लक्षात घेणे जवळजवळ अशक्य आहे.

सक्रियकरण उर्जेची मध्यवर्ती मूल्ये असल्यास ($40-120$ kJ/mol), तर अशा प्रतिक्रियांचे दर सरासरी असतील. अशा प्रतिक्रियांमध्ये पाणी किंवा इथाइल अल्कोहोलसह सोडियमचा परस्परसंवाद, इथिलीनसह ब्रोमाइन पाण्याचे विघटन, हायड्रोक्लोरिक ऍसिडसह जस्तचा परस्परसंवाद इ.

अभिक्रियाकांच्या संपर्क पृष्ठभाग

पदार्थांच्या पृष्ठभागावर होणाऱ्या प्रतिक्रियांचा दर, म्हणजे. या पृष्ठभागाच्या गुणधर्मांवर विषम, अवलंबून, इतर गोष्टी समान आहेत. हे ज्ञात आहे की चूर्ण खडू खडूच्या समान वस्तुमानाच्या तुकड्यापेक्षा हायड्रोक्लोरिक ऍसिडमध्ये खूप वेगाने विरघळतो.

प्रतिक्रिया दरात वाढ स्पष्ट केली आहे, सर्व प्रथम, प्रारंभिक पदार्थांच्या संपर्क पृष्ठभागाच्या वाढीद्वारे, तसेच इतर अनेक कारणांमुळे, उदाहरणार्थ, नियमित क्रिस्टल जाळीच्या संरचनेचा नाश. यामुळे तयार झालेल्या मायक्रोक्रिस्टल्सच्या पृष्ठभागावरील कण गुळगुळीत पृष्ठभागावरील समान कणांपेक्षा अधिक प्रतिक्रियाशील असतात.

उद्योगात, विषम अभिक्रिया पार पाडण्यासाठी, द्रवयुक्त पलंगाचा वापर अभिक्रियाकांच्या संपर्काची पृष्ठभाग वाढवण्यासाठी, प्रारंभिक सामग्रीचा पुरवठा आणि उत्पादने काढून टाकण्यासाठी केला जातो. उदाहरणार्थ, द्रवयुक्त पलंगाचा वापर करून सल्फ्यूरिक ऍसिडच्या निर्मितीमध्ये, पायराइट भाजले जाते; सेंद्रिय रसायनशास्त्रात, द्रवयुक्त पलंगाचा वापर करून, पेट्रोलियम उत्पादनांचे उत्प्रेरक क्रॅकिंग आणि अयशस्वी (कोक्ड) उत्प्रेरक पुनर्जन्म (पुनर्प्राप्ती) चालते.

संकल्पना परिभाषित करताना रासायनिक प्रतिक्रिया दरएकसंध आणि विषम प्रतिक्रियांमध्ये फरक करणे आवश्यक आहे. जर प्रतिक्रिया एकसंध प्रणालीमध्ये पुढे जाते, उदाहरणार्थ, द्रावणात किंवा वायूंच्या मिश्रणात, तर ती प्रणालीच्या संपूर्ण व्हॉल्यूममध्ये होते. एकसंध प्रतिक्रियेचा दरप्रणालीच्या युनिट व्हॉल्यूममध्ये प्रति युनिट वेळेच्या प्रतिक्रियेच्या परिणामी किंवा प्रतिक्रियेमध्ये प्रवेश करणार्या पदार्थाचे प्रमाण म्हणतात. पदार्थाच्या मोलच्या संख्येचे प्रमाण आणि ते वितरीत केले जाणारे प्रमाण हे त्या पदार्थाच्या मोलर एकाग्रतेचे असल्याने, एकसंध अभिक्रियाचा दर अशी देखील परिभाषित केली जाऊ शकते. कोणत्याही पदार्थाच्या प्रति युनिट वेळेत एकाग्रतेमध्ये बदल: प्रारंभिक अभिकर्मक किंवा प्रतिक्रिया उत्पादन. गणनेचा परिणाम नेहमी सकारात्मक असतो हे सुनिश्चित करण्यासाठी, ते अभिकर्मक किंवा उत्पादनाद्वारे तयार केले जात असले तरीही, सूत्रामध्ये "±" चिन्ह वापरले जाते:

प्रतिक्रियेच्या स्वरूपावर अवलंबून, वेळ केवळ सेकंदातच व्यक्त केला जाऊ शकतो, SI प्रणालीच्या आवश्यकतेनुसार, परंतु मिनिट किंवा तासांमध्ये देखील. प्रतिक्रियेदरम्यान, त्याच्या दराचे मूल्य स्थिर नसते, परंतु सतत बदलते: ते कमी होते, कारण सुरुवातीच्या पदार्थांची एकाग्रता कमी होते. वरील गणना एका विशिष्ट वेळेच्या अंतराने प्रतिक्रिया दराचे सरासरी मूल्य देते Δτ = τ 2 – τ 1. खरा (तात्काळ) गती ही मर्यादा म्हणून परिभाषित केली जाते ज्याचे प्रमाण Δ आहे पासून/ Δτ at Δτ → 0, म्हणजे खरा वेग एकाग्रतेच्या वेळेच्या व्युत्पन्नाच्या समान आहे.

प्रतिक्रियेसाठी ज्याच्या समीकरणात स्टोइचियोमेट्रिक गुणांक असतात जे एकतेपेक्षा भिन्न असतात, भिन्न पदार्थांसाठी व्यक्त केलेली दर मूल्ये समान नसतात. उदाहरणार्थ, A + 3B \u003d D + 2E या प्रतिक्रियेसाठी, पदार्थ A चा वापर एक तीळ आहे, पदार्थ B तीन moles आहे, पदार्थ E चे आगमन दोन moles आहे. म्हणून υ (A) = ⅓ υ (ब) = υ (D)=½ υ (ई) किंवा υ (ई). = ⅔ υ (एटी).

विषम प्रणालीच्या वेगवेगळ्या टप्प्यांमध्ये असलेल्या पदार्थांमध्ये प्रतिक्रिया पुढे जात असल्यास, ती केवळ या टप्प्यांमधील इंटरफेसमध्येच होऊ शकते. उदाहरणार्थ, आम्ल द्रावण आणि धातूचा तुकडा यांचा परस्परसंवाद केवळ धातूच्या पृष्ठभागावर होतो. विषम प्रतिक्रियेचा दरप्रतिक्रियेत प्रवेश करणार्‍या किंवा टप्प्यांमधील इंटरफेसच्या प्रति युनिट प्रति युनिट प्रतिक्रियेच्या परिणामी तयार झालेल्या पदार्थाचे प्रमाण म्हणतात:

.

अभिक्रियाकांच्या एकाग्रतेवर रासायनिक अभिक्रियेच्या दराचे अवलंबन वस्तुमान कृतीच्या कायद्याद्वारे व्यक्त केले जाते: स्थिर तापमानात, रासायनिक अभिक्रियेचा दर हा अभिक्रिया समीकरणातील या पदार्थांच्या सूत्रांमधील गुणांकांच्या बरोबरीच्या शक्तींपर्यंत वाढलेल्या अणुभट्टीच्या दाढ सांद्रतेच्या उत्पादनाशी थेट प्रमाणात असतो.. मग प्रतिक्रियेसाठी

2A + B → उत्पादने

प्रमाण υ ~ · पासूनअ 2 पासूनबी, आणि समानतेच्या संक्रमणासाठी, आनुपातिकतेचा गुणांक सादर केला जातो k, म्हणतात प्रतिक्रिया दर स्थिर:

υ = k· पासूनअ 2 पासूनब = k[A] 2 [V]

(सूत्रांमध्ये मोलर सांद्रता अक्षर म्हणून दर्शविली जाऊ शकते पासूनसंबंधित निर्देशांकासह, आणि पदार्थाचे सूत्र चौरस कंसात बंद केलेले). प्रतिक्रिया दर स्थिरांकाचा भौतिक अर्थ म्हणजे 1 mol/l च्या समान सर्व अभिक्रियाकांच्या एकाग्रतेवरील प्रतिक्रिया दर. प्रतिक्रिया दर स्थिरांकाचे परिमाण समीकरणाच्या उजव्या बाजूला असलेल्या घटकांच्या संख्येवर अवलंबून असते आणि ते -1 पासून असू शकते; s -1 (l/mol); s –1 (l 2 / mol 2), इ., म्हणजे, कोणत्याही परिस्थितीत, गणनामध्ये, प्रतिक्रिया दर mol l –1 s –1 मध्ये व्यक्त केला जातो.

विषम प्रतिक्रियांसाठी, वस्तुमान क्रियेच्या कायद्याच्या समीकरणामध्ये फक्त त्या पदार्थांच्या सांद्रता समाविष्ट असतात जे वायूच्या टप्प्यात किंवा द्रावणात असतात. घन अवस्थेतील पदार्थाची एकाग्रता हे स्थिर मूल्य असते आणि दर स्थिरतेमध्ये समाविष्ट असते, उदाहरणार्थ, कोळशाच्या C + O 2 = CO 2 च्या ज्वलन प्रक्रियेसाठी, वस्तुमान क्रियेचा नियम लिहिला जातो:

υ = k I const = k·,

कुठे k= k I const

ज्या प्रणालींमध्ये एक किंवा अधिक पदार्थ वायू असतात, तेथे प्रतिक्रिया दर देखील दाबावर अवलंबून असतो. उदाहरणार्थ, जेव्हा हायड्रोजन आयोडीन वाष्प H 2 + I 2 \u003d 2HI शी संवाद साधतो, तेव्हा रासायनिक अभिक्रियाचा दर अभिव्यक्तीद्वारे निर्धारित केला जाईल:

υ = k··.

जर दबाव वाढला असेल, उदाहरणार्थ, 3 च्या घटकाने, तर सिस्टमने व्यापलेला आवाज त्याच प्रमाणात कमी होईल आणि परिणामी, प्रत्येक अभिक्रियाकांची एकाग्रता समान प्रमाणात वाढेल. या प्रकरणात प्रतिक्रिया दर 9 पट वाढेल

प्रतिक्रिया दर तापमान अवलंबनव्हॅन हॉफ नियमानुसार वर्णन केले आहे: तापमानात प्रत्येक 10 अंश वाढीसाठी, प्रतिक्रिया दर 2-4 पट वाढतो. याचा अर्थ असा की जसजसे तापमान झपाट्याने वाढते तसतसे रासायनिक अभिक्रियाचा दर वेगाने वाढतो. प्रगती सूत्राचा आधार आहे प्रतिक्रिया दर तापमान गुणांकγ, तापमानात 10 अंश वाढीसह दिलेल्या प्रतिक्रियेचा दर किती वेळा वाढतो (किंवा समान दर स्थिर आहे) दर्शवितो. गणितीयदृष्ट्या, व्हॅन हॉफ नियम सूत्रांद्वारे व्यक्त केला जातो:

किंवा

सुरवातीला अनुक्रमे प्रतिक्रिया दर कुठे आणि आहेत ट 1 आणि अंतिम ट 2 तापमान. व्हॅनट हॉफचा नियम खालीलप्रमाणे व्यक्त केला जाऊ शकतो:

; ; ; ,

कुठे आणि आहेत, अनुक्रमे, तापमानावरील प्रतिक्रियेचा दर आणि दर स्थिर ट; आणि तापमानात समान मूल्ये आहेत ट +10n; n"दहा-डिग्री" मध्यांतरांची संख्या आहे ( n =(ट 2 –ट 1)/10) ज्याद्वारे तापमान बदलले आहे (एक पूर्णांक किंवा अपूर्णांक असू शकते, सकारात्मक किंवा ऋण).

समस्या सोडवण्याची उदाहरणे

उदाहरण १दाब दुप्पट केल्यास बंद भांड्यात 2СО + О 2 = 2СО 2 या अभिक्रियाचा दर कसा बदलेल?

उपाय:

निर्दिष्ट रासायनिक अभिक्रियाचा दर अभिव्यक्तीद्वारे निर्धारित केला जातो:

υ प्रारंभ = k· [CO] 2 · [O 2].

दबाव वाढल्याने दोन्ही अभिकर्मकांच्या एकाग्रतेत 2 च्या घटकाने वाढ होते. हे लक्षात घेऊन, आम्ही सामूहिक कृतीच्या कायद्यासाठी अभिव्यक्ती पुन्हा लिहितो:

υ 1 = k२ = k२ २ [CO] २ २ [O २] \u003d ८ k[CO] २ [O २] \u003d ८ υ लवकर

उत्तर:प्रतिक्रिया दर 8 पट वाढेल.

उदाहरण २प्रणालीचे तापमान 20 °C वरून 100 °C पर्यंत वाढवल्यास प्रतिक्रिया दर किती वेळा वाढेल, प्रतिक्रिया दराच्या तापमान गुणांकाचे मूल्य 3 असे गृहीत धरून गणना करा.

उपाय:

दोन भिन्न तापमानांवर प्रतिक्रिया दरांचे गुणोत्तर तापमान गुणांक आणि सूत्रानुसार तापमान बदलाशी संबंधित आहे:

गणना:

उत्तर:प्रतिक्रिया दर 6561 पट वाढेल.

उदाहरण ३एकसंध अभिक्रिया A + 2B = 3D चा अभ्यास करताना असे दिसून आले की प्रतिक्रियेच्या 8 मिनिटांच्या आत, अणुभट्टीतील पदार्थ A चे प्रमाण 5.6 mol वरून 4.4 mol पर्यंत कमी झाले. प्रतिक्रिया वस्तुमानाची मात्रा 56 लिटर होती. A, B आणि D या पदार्थांसाठी अभ्यास केलेल्या कालावधीसाठी रासायनिक अभिक्रियाचा सरासरी दर मोजा.

उपाय:

आम्ही "रासायनिक अभिक्रियाचा सरासरी दर" या संकल्पनेच्या व्याख्येनुसार सूत्र वापरतो आणि अभिकर्मक A साठी सरासरी दर मिळवून संख्यात्मक मूल्ये बदलतो:

प्रतिक्रियेच्या समीकरणावरून असे दिसून येते की, पदार्थ A च्या नुकसानीच्या दराच्या तुलनेत, पदार्थ B च्या नुकसानाचा दर दुप्पट आहे आणि उत्पादन D च्या प्रमाणात वाढ होण्याचा दर तीनपट जास्त आहे. परिणामी:

υ (A) = ½ υ (B)=⅓ υ (डी)

आणि नंतर υ (B) = 2 υ (A) \u003d 2 2.68 10 -3 \u003d 6. 36 10 -3 mol l -1 मिनिट -1;

υ (D)=3 υ (A) = 3 2.68 10 -3 = 8.04 10 -3 mol l -1 मिनिट -1

उत्तर: यू(A) = 2.68 10 -3 mol l -1 min -1; υ (B) = 6.36 10–3 mol l–1 min–1; υ (D) = 8.04 10–3 mol l–1 मिनिट–1.

उदाहरण ४एकसंध अभिक्रिया A + 2B → उत्पादनांचा दर स्थिरांक निश्चित करण्यासाठी, पदार्थ B च्या वेगवेगळ्या एकाग्रतेवर दोन प्रयोग केले गेले आणि प्रतिक्रिया दर मोजला गेला.

साहित्यात "वेग" ही संकल्पना सामान्य आहे. भौतिकशास्त्रावरून हे ज्ञात आहे की एखाद्या भौतिक शरीराने (व्यक्ती, ट्रेन, स्पेसशिप) ठराविक कालावधीत जितके जास्त अंतर कापले असेल तितका या शरीराचा वेग जास्त असेल.

परंतु "कोठेही जात नाही" आणि कोणत्याही अंतरावर मात न करणार्‍या रासायनिक अभिक्रियाचा वेग कसा मोजायचा? या प्रश्नाचे उत्तर देण्यासाठी, काय ते शोधणे आवश्यक आहे नेहमीमध्ये बदल कोणतेहीरासायनिक प्रतिक्रिया? कोणतीही रासायनिक अभिक्रिया ही पदार्थ बदलण्याची प्रक्रिया असल्याने, मूळ पदार्थ त्यात नाहीसा होऊन अभिक्रिया उत्पादनांमध्ये बदलतो. अशा प्रकारे, रासायनिक अभिक्रियेच्या वेळी, पदार्थाचे प्रमाण नेहमी बदलते, सुरुवातीच्या पदार्थाच्या कणांची संख्या कमी होते आणि म्हणूनच त्याचे एकाग्रता (C).

परीक्षेचे कार्य.रासायनिक अभिक्रियाचा दर बदलाच्या प्रमाणात आहे:

1. प्रति युनिट वेळेत पदार्थाची एकाग्रता;
2. प्रति युनिट व्हॉल्यूम पदार्थाचे प्रमाण;
3. प्रति युनिट व्हॉल्यूम पदार्थाचे वस्तुमान;
4. प्रतिक्रिया दरम्यान पदार्थाची मात्रा.

आता तुमच्या उत्तराची योग्य उत्तराशी तुलना करा:

रासायनिक अभिक्रियेचा दर प्रति युनिट वेळेच्या प्रतिक्रियेच्या एकाग्रतेतील बदलासारखा असतो

कुठे 1 पासूनआणि 0 पासून- अनुक्रमे अंतिम आणि प्रारंभिक, अभिक्रियाकांची एकाग्रता; t1आणि t2- प्रयोगाची वेळ, अनुक्रमे अंतिम आणि प्रारंभिक वेळ मध्यांतर.

प्रश्न.तुम्हाला कोणते मूल्य मोठे वाटते? 1 पासूनकिंवा 0 पासून? t1किंवा t0?

दिलेल्या प्रतिक्रियेमध्ये अभिक्रियाकांचा वापर नेहमीच केला जातो

अशाप्रकारे, या प्रमाणांचे गुणोत्तर नेहमी ऋण असते आणि गती नकारात्मक मूल्य असू शकत नाही. म्हणून, सूत्रामध्ये वजा चिन्ह दिसते, जे एकाच वेळी गती दर्शवते कोणतेहीवेळोवेळी प्रतिक्रिया (स्थिर परिस्थितीत) नेहमी कमी होते.

तर रासायनिक अभिक्रियाचा दर आहे:

प्रश्न उद्भवतो, अभिक्रियाकांची (C) एकाग्रता कोणत्या युनिटमध्ये मोजली पाहिजे आणि का? त्याचे उत्तर देण्यासाठी, आपल्याला कोणती स्थिती आहे हे समजून घेणे आवश्यक आहे मुख्यकोणतीही रासायनिक प्रतिक्रिया घडण्यासाठी.

कणांना प्रतिक्रिया देण्यासाठी, ते कमीतकमी आदळले पाहिजेत. म्हणून कणांची संख्या * (मोलची संख्या) प्रति युनिट व्हॉल्यूम जितकी जास्त असेल तितकी जास्त वेळा ते एकमेकांशी आदळतात, रासायनिक अभिक्रिया होण्याची शक्यता जास्त असते.

* "तीळ" म्हणजे काय याबद्दल धडा 29.1 वाचा.

म्हणून, रासायनिक प्रक्रियांचे दर मोजताना, एक वापरतो मोलर एकाग्रताप्रतिक्रिया देणारे मिश्रणातील पदार्थ.

1 लीटर द्रावणात पदार्थाचे किती मोल आहेत हे त्याच्या मोलर एकाग्रतेवरून दिसून येते.

तर, प्रतिक्रिया करणार्‍या पदार्थांची मोलर एकाग्रता जितकी जास्त असेल तितके जास्त कण प्रति युनिट व्हॉल्यूम, जितक्या जास्त वेळा ते आदळतील, रासायनिक अभिक्रियाचा दर (सेटेरिस पॅरिबस) जास्त असेल. म्हणून, रासायनिक गतीशास्त्राचा मूलभूत नियम (हे रासायनिक अभिक्रियांच्या दराचे विज्ञान आहे) आहे सामूहिक कारवाईचा कायदा.

रासायनिक अभिक्रियाचा दर अणुभट्टीच्या एकाग्रतेच्या उत्पादनाशी थेट प्रमाणात असतो.

A + B → ... या प्रकारच्या प्रतिक्रियेसाठी, हा नियम खालीलप्रमाणे व्यक्त केला जाऊ शकतो:

जर प्रतिक्रिया अधिक जटिल असेल, उदाहरणार्थ, 2A + B → किंवा, जे समान आहे, A + A + B → ..., तर

अशा प्रकारे, घातांक वेग समीकरणात दिसला « दोन» , जे गुणांकाशी संबंधित आहे 2 प्रतिक्रिया समीकरणात. अधिक जटिल समीकरणांसाठी, मोठे घातांक सहसा वापरले जात नाहीत. तीन रेणू A आणि दोन रेणू B ची एकाचवेळी टक्कर होण्याची शक्यता अत्यंत कमी आहे या वस्तुस्थितीमुळे हे घडते. म्हणून, अनेक प्रतिक्रिया अनेक टप्प्यांत पुढे जातात, ज्या दरम्यान तीन कणांपेक्षा जास्त टक्कर होत नाही आणि प्रक्रियेचा प्रत्येक टप्पा विशिष्ट दराने पुढे जातो. हा वेग आणि त्यासाठी गतीचे गतिज समीकरण प्रायोगिकरित्या ठरवले जाते.

वरील रासायनिक प्रतिक्रिया दर समीकरणे (3) किंवा (4) फक्त साठी वैध आहेत एकसंधप्रतिक्रिया, म्हणजे, अशा प्रतिक्रियांसाठी जेव्हा प्रतिक्रिया करणारे पदार्थ पृष्ठभाग सामायिक करत नाहीत. उदाहरणार्थ, प्रतिक्रिया जलीय द्रावणात घडते आणि दोन्ही अभिक्रियाक पाण्यात किंवा वायूंच्या कोणत्याही मिश्रणासाठी अत्यंत विद्रव्य असतात.

दुसरी गोष्ट म्हणजे जेव्हा विषमप्रतिक्रिया या प्रकरणात, reactants दरम्यान एक इंटरफेस आहे, उदाहरणार्थ, कार्बन डायऑक्साइड गॅसपाण्याशी प्रतिक्रिया देते उपायअल्कली या प्रकरणात, कोणतेही वायू रेणू प्रतिक्रियामध्ये प्रवेश करण्याची तितकीच शक्यता असते, कारण हे रेणू वेगाने आणि यादृच्छिकपणे हलतात. द्रव कणांचे काय? हे कण अत्यंत मंद गतीने फिरतात आणि द्रावण सतत ढवळत नसल्यास "तळाशी" असलेल्या अल्कली कणांना कार्बन डायऑक्साइडवर प्रतिक्रिया होण्याची शक्यता नसते. "पृष्ठभागावर पडलेले" फक्त तेच कण प्रतिक्रिया देतील. म्हणून विषमप्रतिक्रिया -

प्रतिक्रियेचा दर इंटरफेस क्षेत्राच्या आकारावर अवलंबून असतो, जो ग्राइंडिंगसह वाढतो.

म्हणून, बर्याचदा प्रतिक्रिया देणारे पदार्थ ठेचले जातात (उदाहरणार्थ, ते पाण्यात विरघळले जातात), अन्न पूर्णपणे चघळले जाते, आणि स्वयंपाक प्रक्रियेदरम्यान ते ग्राउंड केले जातात, मांस ग्राइंडरमधून जातात, इ. एक अनग्राउंड अन्न उत्पादन व्यावहारिकदृष्ट्या नाही पचले!

अशा प्रकारे, जास्तीत जास्त गतीने (सेटेरिस पॅरिबस), द्रावणांमध्ये आणि वायूंमध्ये (जर हे वायू n.a. वर प्रतिक्रिया देत असतील तर) एकसंध प्रतिक्रिया पुढे जातात, शिवाय, ज्या द्रावणांमध्ये रेणू “शेजारी” असतात आणि ग्राइंडिंग सारखेच असते. वायूंमध्ये (आणि आणखी!), - प्रतिक्रिया दर जास्त आहे.

परीक्षेचे कार्य.खालीलपैकी कोणती प्रतिक्रिया खोलीच्या तपमानावर सर्वात जलद गतीने पुढे जाते?

1. ऑक्सिजनसह कार्बन;
2. हायड्रोक्लोरिक ऍसिडसह लोह;
3. एसिटिक ऍसिड द्रावणासह लोह
4. अल्कली आणि सल्फ्यूरिक ऍसिडचे द्रावण.

या प्रकरणात, आपल्याला कोणती प्रक्रिया एकसंध आहे हे शोधण्याची आवश्यकता आहे.

हे लक्षात घेतले पाहिजे की वायूंमधील रासायनिक अभिक्रियेचा दर किंवा विषम अभिक्रिया ज्यामध्ये वायूचा समावेश असतो ते देखील दाबावर अवलंबून असते, कारण दाब वाढला की वायू संकुचित होतात आणि कणांची एकाग्रता वाढते (सूत्र 2 पहा). वायूंचा सहभाग नसलेल्या अभिक्रियांचा दर दाबातील बदलामुळे प्रभावित होत नाही.

परीक्षेचे कार्य.आम्ल द्रावण आणि लोह यांच्यातील रासायनिक अभिक्रियाचा दर प्रभावित होत नाही

1. आम्ल एकाग्रता;
2. लोखंड पीसणे;
3. प्रतिक्रिया तापमान;
4. दबाव वाढणे.

शेवटी, प्रतिक्रिया दर देखील पदार्थांच्या प्रतिक्रियाशीलतेवर अवलंबून असते. उदाहरणार्थ, जर ऑक्सिजन एखाद्या पदार्थावर प्रतिक्रिया देत असेल, तर, सेटेरिस पॅरिबस, तोच पदार्थ नायट्रोजनशी संवाद साधतो त्यापेक्षा प्रतिक्रिया दर जास्त असेल. वस्तुस्थिती अशी आहे की ऑक्सिजनची प्रतिक्रिया नायट्रोजनपेक्षा खूप जास्त आहे. या घटनेचे कारण आपण पाठाच्या पुढील भागात (धडा 14) विचारात घेऊ.

परीक्षेचे कार्य.हायड्रोक्लोरिक ऍसिड आणि दरम्यान रासायनिक प्रतिक्रिया

1. तांबे;
2. लोखंड
3. मॅग्नेशियम;
4. जस्त

हे लक्षात घेतले पाहिजे की रेणूंच्या प्रत्येक टक्करमुळे त्यांच्या रासायनिक परस्परसंवाद (रासायनिक प्रतिक्रिया) होत नाहीत. हायड्रोजन आणि ऑक्सिजनच्या वायू मिश्रणात, सामान्य परिस्थितीत, प्रति सेकंद अनेक अब्ज टक्कर होतात. परंतु प्रतिक्रियेची पहिली चिन्हे (पाण्याचे थेंब) काही वर्षांनीच फ्लास्कमध्ये दिसून येतील. अशा प्रकरणांमध्ये, प्रतिक्रिया म्हणतात व्यावहारिकरित्या जात नाही. पण ती शक्य, अन्यथा हे मिश्रण 300 डिग्री सेल्सिअस गरम केल्यावर फ्लास्क त्वरीत धुके होते आणि 700 डिग्री सेल्सिअस तापमानात एक भयानक स्फोट होईल हे तथ्य कसे स्पष्ट करावे! हायड्रोजन आणि ऑक्सिजनच्या मिश्रणाला "स्फोटक वायू" म्हणतात यात आश्चर्य नाही.

प्रश्न.गरम झाल्यावर प्रतिक्रिया दर इतका नाटकीय का वाढतो असे तुम्हाला वाटते?

प्रतिक्रिया दर वाढतो कारण, प्रथम, कणांच्या टक्करांची संख्या वाढते आणि दुसरे म्हणजे, संख्या सक्रियटक्कर ही कणांची सक्रिय टक्कर आहे जी त्यांच्या परस्परसंवादाला कारणीभूत ठरते. अशी टक्कर होण्यासाठी, कणांमध्ये विशिष्ट प्रमाणात ऊर्जा असणे आवश्यक आहे.

रासायनिक अभिक्रिया घडण्यासाठी कणांमध्ये जी ऊर्जा असणे आवश्यक आहे तिला सक्रियकरण ऊर्जा म्हणतात.

ही ऊर्जा अणू आणि रेणूंच्या बाह्य इलेक्ट्रॉन्समधील तिरस्करणीय शक्तींवर मात करण्यासाठी आणि "जुने" रासायनिक बंध नष्ट करण्यासाठी खर्च केली जाते.

प्रश्न उद्भवतो: प्रतिक्रिया देणाऱ्या कणांची ऊर्जा कशी वाढवायची? उत्तर सोपे आहे - तापमान वाढवणे, कारण तापमान वाढल्याने, कणांच्या हालचालीचा वेग वाढतो आणि परिणामी, त्यांची गतिज ऊर्जा.

नियम व्हँट हॉफ*:

तापमानात प्रत्येक 10 अंश वाढीसाठी, प्रतिक्रिया दर 2-4 पट वाढतो.

व्हँट हॉफ जेकब हेंड्रिक(08/30/1852–03/01/1911) - डच केमिस्ट. भौतिक रसायनशास्त्र आणि स्टिरिओकेमिस्ट्रीच्या संस्थापकांपैकी एक. रसायनशास्त्रातील नोबेल पारितोषिक क्रमांक 1 (1901).

हे लक्षात घेतले पाहिजे की हा नियम (कायदा नाही!) मोजमापासाठी “सोयीस्कर” प्रतिक्रियांसाठी प्रायोगिकरित्या स्थापित केला गेला होता, म्हणजेच अशा प्रतिक्रियांसाठी ज्या फार लवकर किंवा खूप हळू आणि प्रयोगकर्त्याला प्रवेश करण्यायोग्य तापमानात (खूपही नाही) उच्च आणि खूप कमी नाही).

प्रश्न. तुम्हाला काय वाटते, शक्य तितक्या लवकर बटाटे कसे शिजवायचे: ते उकळवा किंवा तेलाच्या थरात तळून घ्या?

वर्णन केलेल्या घटनेचा अर्थ योग्यरित्या समजून घेण्यासाठी, आम्ही प्रतिक्रिया देणार्‍या रेणूंची तुलना विद्यार्थ्यांच्या गटाशी करू शकतो जे उंच उडी मारणार आहेत. जर त्यांना 1 मीटर उंचीचा अडथळा दिला गेला, तर तो अडथळा दूर करण्यासाठी विद्यार्थ्यांना व्यवस्थित विखुरावे लागेल (त्यांचे "तापमान" वाढवावे लागेल). तरीसुद्धा, नेहमीच असे विद्यार्थी ("निष्क्रिय रेणू") असतील जे या अडथळ्यावर मात करू शकणार नाहीत.

काय करायचं? जर तुम्ही या तत्त्वाचे पालन केले: “एक हुशार माणूस चढावर जाणार नाही, एक हुशार माणूस डोंगराला मागे टाकेल”, तर तुम्ही फक्त 40 सेंटीमीटरपर्यंत अडथळा कमी केला पाहिजे. मग कोणताही विद्यार्थी अडथळा पार करू शकेल. आण्विक स्तरावर, याचा अर्थ: प्रतिक्रियेचा दर वाढवण्यासाठी, या प्रणालीतील सक्रियता ऊर्जा कमी करणे आवश्यक आहे..

वास्तविक रासायनिक प्रक्रियांमध्ये, हे कार्य उत्प्रेरकाद्वारे केले जाते.

उत्प्रेरकहा एक पदार्थ आहे जो शिल्लक असताना रासायनिक अभिक्रियाचा दर बदलतो अपरिवर्तितरासायनिक अभिक्रियाच्या शेवटी.

उत्प्रेरक सहभागीरासायनिक अभिक्रियामध्ये, एक किंवा अधिक प्रारंभिक पदार्थांशी संवाद साधणे. या प्रकरणात, मध्यवर्ती संयुगे तयार होतात आणि सक्रियता ऊर्जा बदलते. जर इंटरमीडिएट कंपाऊंड अधिक सक्रिय (सक्रिय कॉम्प्लेक्स) असेल, तर सक्रियकरण ऊर्जा कमी होते आणि प्रतिक्रिया दर वाढते.

उदाहरणार्थ, SO 2 आणि O 2 मधील प्रतिक्रिया सामान्य परिस्थितीत खूप मंद असते व्यावहारिकरित्या जात नाही. परंतु NO च्या उपस्थितीत, प्रतिक्रिया दर नाटकीयपणे वाढते. प्रथम क्र अतिशय जलद O 2 सह प्रतिक्रिया देते:

नायट्रोजन डायऑक्साइड तयार केले जलदसल्फर ऑक्साईड (IV) सह प्रतिक्रिया देते:

कार्य 5.1.कोणता पदार्थ उत्प्रेरक आहे आणि कोणता सक्रिय कॉम्प्लेक्स आहे हे दाखवण्यासाठी हे उदाहरण वापरा.

याउलट, अधिक निष्क्रिय संयुगे तयार झाल्यास, सक्रियकरण ऊर्जा इतकी वाढू शकते की दिलेल्या परिस्थितीत प्रतिक्रिया व्यावहारिकपणे होणार नाही. अशा उत्प्रेरकांना म्हणतात अवरोधक.

सराव मध्ये, दोन्ही प्रकारचे उत्प्रेरक वापरले जातात. तर विशेष सेंद्रिय उत्प्रेरक - एंजाइम- पूर्णपणे सर्व जैवरासायनिक प्रक्रियांमध्ये भाग घ्या: अन्नाचे पचन, स्नायू आकुंचन, श्वसन. एंजाइमशिवाय जीवन अशक्य आहे!

धातूच्या उत्पादनांना गंज, चरबीयुक्त अन्न उत्पादनांना ऑक्सिडेशनपासून (रंसिडिटी) संरक्षित करण्यासाठी इनहिबिटर आवश्यक आहेत. काही औषधांमध्ये इनहिबिटर देखील असतात जे सूक्ष्मजीवांचे महत्त्वपूर्ण कार्य रोखतात आणि त्याद्वारे त्यांचा नाश करतात.

उत्प्रेरक एकसंध किंवा विषम असू शकते. सल्फर डायऑक्साइडच्या ऑक्सिडेशनवर NO चा प्रभाव (तो एक उत्प्रेरक आहे) हे एकसंध उत्प्रेरकाचे उदाहरण आहे. विषम उत्प्रेरकाचे उदाहरण म्हणजे अल्कोहोलवर गरम केलेल्या तांब्याची क्रिया:

ही प्रतिक्रिया दोन टप्प्यात होते:

कार्य 5.2.या प्रकरणात कोणता पदार्थ उत्प्रेरक आहे? या प्रकारचे उत्प्रेरक विषम का म्हणतात?

सराव मध्ये, विषम उत्प्रेरक बहुतेकदा वापरला जातो, जेथे घन पदार्थ उत्प्रेरक म्हणून काम करतात: धातू, त्यांचे ऑक्साइड इ. या पदार्थांच्या पृष्ठभागावर विशेष बिंदू (क्रिस्टल जाळीच्या साइट्स) असतात, जेथे, खरं तर, उत्प्रेरक प्रतिक्रिया असते. उद्भवते. जर हे बिंदू परदेशी पदार्थांसह बंद केले तर उत्प्रेरक थांबते. उत्प्रेरकासाठी हानिकारक या पदार्थाला म्हणतात उत्प्रेरक विष. इतर पदार्थ - प्रवर्तक- त्याउलट, ते उत्प्रेरक क्रियाकलाप वाढवतात.

उत्प्रेरक रासायनिक अभिक्रियेची दिशा बदलू शकतो, म्हणजेच उत्प्रेरक बदलून, भिन्न प्रतिक्रिया उत्पादने मिळवता येतात. तर, जस्त आणि अॅल्युमिनियम ऑक्साईडच्या उपस्थितीत अल्कोहोल C 2 H 5 OH मधून बुटाडीन मिळवता येते आणि एकाग्र सल्फ्यूरिक ऍसिडच्या उपस्थितीत इथिलीन मिळवता येते.

अशाप्रकारे, रासायनिक अभिक्रिया दरम्यान, प्रणालीची ऊर्जा बदलते. प्रतिक्रिया दरम्यान तर ऊर्जा सोडली जातेउबदारपणाच्या रूपात प्र, अशा प्रक्रियेला म्हणतात एक्झोथर्मिक:

च्या साठी endoथर्मल प्रक्रिया उष्णता शोषली जाते, म्हणजे थर्मल इफेक्ट प्र< 0 .

कार्य 5.3.कोणती प्रस्तावित प्रक्रिया एक्झोथर्मिक आहे आणि कोणती एंडोथर्मिक आहे ते ठरवा:

रासायनिक अभिक्रिया समीकरण ज्यामध्ये थर्मल प्रभाव, याला थर्मोकेमिकल प्रतिक्रिया समीकरण म्हणतात. असे समीकरण काढण्यासाठी, अणुभट्टीच्या प्रति 1 मोल थर्मल इफेक्टची गणना करणे आवश्यक आहे.

एक कार्य. 6 ग्रॅम मॅग्नेशियम जळताना, 153.5 kJ उष्णता सोडली गेली. या अभिक्रियासाठी थर्मोकेमिकल समीकरण लिहा.

उपाय.चला प्रतिक्रिया समीकरण तयार करू आणि दिलेल्या सूत्रांवर सूचित करूया:

प्रमाण संकलित करून, आम्हाला प्रतिक्रियेचा इच्छित थर्मल प्रभाव आढळतो:

या अभिक्रियासाठी थर्मोकेमिकल समीकरण आहे:

अशी कार्ये कार्यांमध्ये दिली जातात बहुमतपरीक्षा पर्याय! उदाहरणार्थ.

परीक्षेचे कार्य.थर्मोकेमिकल प्रतिक्रिया समीकरणानुसार

8 ग्रॅम मिथेनच्या ज्वलनाच्या वेळी सोडलेल्या उष्णतेचे प्रमाण आहे:

रासायनिक प्रक्रियांची उलटक्षमता. Le Chatelier च्या तत्त्व

* LE CHATELIER हेन्री लुईस(१०/८/१८५०–०९/१७/१९३६) - फ्रेंच भौतिक रसायनशास्त्रज्ञ आणि धातूशास्त्रज्ञ. समतोल विस्थापनाचा सामान्य कायदा तयार केला (1884).

प्रतिक्रिया उलट करण्यायोग्य आणि अपरिवर्तनीय आहेत.

अपरिवर्तनीयअशा प्रतिक्रिया म्हणतात ज्यासाठी कोणतीही परिस्थिती नाही ज्या अंतर्गत उलट प्रक्रिया शक्य आहे.

अशा प्रतिक्रियांचे उदाहरण म्हणजे जेव्हा दूध आंबट असते किंवा चवदार कटलेट जाळले जाते तेव्हा होणाऱ्या प्रतिक्रिया. ज्याप्रमाणे मांस ग्राइंडरमधून किसलेले मांस परत ठेवणे अशक्य आहे (आणि पुन्हा मांसाचा तुकडा मिळवणे), कटलेट "पुन्हा जिवंत करणे" किंवा दूध ताजे करणे देखील अशक्य आहे.

पण आपण स्वतःला एक साधा प्रश्न विचारू या: प्रक्रिया अपरिवर्तनीय आहे का:

या प्रश्नाचे उत्तर देण्यासाठी, उलट प्रक्रिया पार पाडणे शक्य आहे की नाही हे लक्षात ठेवण्याचा प्रयत्न करूया? होय! क्विकलाइम CaO मिळविण्यासाठी चुनखडीचे (चॉक) विघटन औद्योगिक स्तरावर वापरले जाते:

अशा प्रकारे, प्रतिक्रिया उलट करता येण्यासारखी आहे, कारण त्या अंतर्गत परिस्थिती आहेत दोन्हीप्रक्रिया:

शिवाय, ज्या अंतर्गत अटी आहेत अग्रेषित प्रतिक्रियेचा दर उलट प्रतिक्रियेच्या दरासारखा असतो.

या परिस्थितीत, रासायनिक समतोल स्थापित केला जातो. यावेळी, प्रतिक्रिया थांबत नाही, परंतु प्राप्त झालेल्या कणांची संख्या विघटित कणांच्या संख्येइतकी असते. म्हणून रासायनिक समतोल स्थितीत, प्रतिक्रिया देणाऱ्या कणांची सांद्रता बदलत नाही. उदाहरणार्थ, रासायनिक समतोलाच्या क्षणी आमच्या प्रक्रियेसाठी

चिन्ह म्हणजे समतोल एकाग्रता.

प्रश्न उद्भवतो, जर तापमान वाढले किंवा कमी केले किंवा इतर परिस्थिती बदलल्या तर समतोलपणाचे काय होईल? जाणून घेतल्यास या प्रश्नाचे उत्तर मिळू शकते Le Chatelier च्या तत्त्व:

जर आपण परिस्थिती (t, p, c) बदलली ज्या अंतर्गत सिस्टम समतोल स्थितीत आहे, तर समतोल त्या प्रक्रियेकडे वळेल बदलाला विरोध करतो.

दुस-या शब्दात सांगायचे तर, समतोल प्रणाली नेहमी बाहेरील कोणत्याही प्रभावाला विरोध करते, कारण एक लहरी मूल त्याच्या पालकांच्या इच्छेला विरोध करते, जे "सर्व काही उलटे आहे" करतात.

एक उदाहरण विचारात घ्या. अमोनिया मिळविण्याच्या प्रतिक्रियेमध्ये समतोल स्थापित होऊ द्या:

प्रश्न.अभिक्रिया करणार्‍या वायूंच्या मोलची संख्या अभिक्रियापूर्वी आणि नंतर सारखीच असते का? जर प्रतिक्रिया बंद व्हॉल्यूममध्ये होत असेल, जेव्हा दाब जास्त असेल: प्रतिक्रियेपूर्वी किंवा नंतर?

अर्थात, ही प्रक्रिया गॅस रेणूंच्या संख्येत घट झाल्यामुळे होते, याचा अर्थ असा होतो दबावथेट प्रतिक्रिया दरम्यान कमी होते. एटी उलटप्रतिक्रिया - त्याउलट, मिश्रणातील दबाव वाढते.

या व्यवस्थेत काय होईल हे आपण स्वतःला विचारू या वाढवणेदबाव? Le Chatelier च्या तत्त्वानुसार, प्रतिक्रिया जी "विरुद्ध करते", म्हणजे. कमी करतेदबाव ही थेट प्रतिक्रिया आहे: कमी गॅस रेणू - कमी दाब.

तर, येथेजाहिरात दाब, समतोल थेट प्रक्रियेकडे सरकतो, कुठेदबाव कमी होतो जसे रेणूंची संख्या कमी होतेवायू

परीक्षेचे कार्य.येथे जाहिरातदबाव संतुलन बदलतो बरोबरप्रणाली मध्ये:

प्रतिक्रिया परिणाम म्हणून तर रेणूंची संख्यावायू बदलत नाहीत, नंतर दाब बदलल्याने समतोल स्थितीवर परिणाम होत नाही.

परीक्षेचे कार्य.दबावातील बदलामुळे प्रणालीतील समतोल बदलावर परिणाम होतो:

या आणि इतर कोणत्याही प्रतिक्रियेची समतोल स्थिती प्रतिक्रिया करणार्‍या पदार्थांच्या एकाग्रतेवर अवलंबून असते: सुरुवातीच्या पदार्थांची एकाग्रता वाढवून आणि परिणामी पदार्थांची एकाग्रता कमी करून, आम्ही नेहमी समतोल थेट प्रतिक्रियेकडे (उजवीकडे) वळवतो.

परीक्षेचे कार्य.

डावीकडे शिफ्ट होईल जेव्हा:

1. दबाव वाढणे;
2. तापमान कमी करणे;
3. CO एकाग्रता वाढ;
4. CO एकाग्रता कमी होणे.

अमोनिया संश्लेषणाची प्रक्रिया एक्झोथर्मिक आहे, म्हणजेच ती उष्णता सोडण्यासोबत असते, म्हणजेच, तापमानात वाढमिश्रण मध्ये.

प्रश्न.या व्यवस्थेतील समतोल कधी बदलेल तापमान कमी करणे?

असाच वाद घालणे, आपण करतो निष्कर्ष: कमी करताना तापमान, समतोल अमोनियाच्या निर्मितीकडे वळेल, कारण या अभिक्रियामध्ये उष्णता सोडली जाते आणि तापमानउगवतो

प्रश्न.तापमान कमी झाल्यावर रासायनिक अभिक्रियाचा दर कसा बदलेल?

हे स्पष्ट आहे की तापमानात घट झाल्यामुळे, दोन्ही प्रतिक्रियांचे दर झपाट्याने कमी होतील, म्हणजे, इच्छित समतोल स्थापित झाल्यावर खूप वेळ प्रतीक्षा करावी लागेल. काय करायचं? या प्रकरणात, ते आवश्यक आहे उत्प्रेरक. जरी तो समतोल स्थितीवर परिणाम होत नाही, परंतु या अवस्थेच्या प्रारंभास गती देते.

परीक्षेचे कार्य.प्रणालीमध्ये रासायनिक समतोल

येथे प्रतिक्रिया उत्पादनाच्या निर्मितीकडे वळते:

1. दबाव वाढणे;
2. तापमानात वाढ;
3. दबाव कमी;
4. उत्प्रेरक वापर.

निष्कर्ष

रासायनिक अभिक्रियाचा दर यावर अवलंबून असतो:

• प्रतिक्रिया देणाऱ्या कणांचे स्वरूप;
• reactants च्या एकाग्रता किंवा इंटरफेस क्षेत्र;
• तापमान;
• उत्प्रेरकाची उपस्थिती.

जेव्हा अग्रेषित प्रतिक्रियेचा दर उलट प्रक्रियेच्या दराप्रमाणे असतो तेव्हा समतोल स्थापित केला जातो. या प्रकरणात, reactants च्या समतोल एकाग्रता बदलत नाही. रासायनिक समतोल स्थिती परिस्थितीवर अवलंबून असते आणि Le Chatelier च्या तत्त्वाचे पालन करते.

मूलभूत संकल्पनांचा अभ्यास केला:

रासायनिक अभिक्रियांचा दर

मोलर एकाग्रता

गतीशास्त्र

एकसंध आणि विषम प्रतिक्रिया

रासायनिक अभिक्रियांच्या दरावर परिणाम करणारे घटक

उत्प्रेरक, अवरोधक

उत्प्रेरक

उलट करता येण्याजोग्या आणि अपरिवर्तनीय प्रतिक्रिया

रासायनिक समतोल

रासायनिक अभिक्रिया ही प्रतिक्रिया असते, ज्याचा परिणाम म्हणून एका पदार्थापासून इतर पदार्थ मिळतात (मूळ पदार्थांपासून नवीन पदार्थ तयार होतात). काही रासायनिक अभिक्रिया सेकंदाच्या अंशांमध्ये (स्फोट) घडतात, तर काहींना मिनिटे, दिवस, वर्षे, दशके इत्यादी लागतात.

उदाहरणार्थ: गनपावडरची जळणारी प्रतिक्रिया प्रज्वलन आणि स्फोटाने त्वरित होते आणि चांदी गडद होण्याची किंवा लोखंडाची गंज (गंज) इतकी हळूहळू पुढे जाते की दीर्घ काळानंतरच त्याचे परिणाम पाळणे शक्य होते.

रासायनिक अभिक्रियेची गती दर्शवण्यासाठी, रासायनिक अभिक्रियेच्या दराची संकल्पना वापरली जाते - υ.

रासायनिक अभिक्रियाचा दरप्रति युनिट वेळेत प्रतिक्रियेतील एका अभिक्रियाकाच्या एकाग्रतेतील बदल आहे.

रासायनिक अभिक्रियाचा दर मोजण्याचे सूत्र आहे:

υ =	2 ते 1 पर्यंत	=	∆ एस
t2 - t1	∆t

c 1 - सुरुवातीच्या वेळी पदार्थाची मोलर एकाग्रता t 1

c 2 - सुरुवातीच्या वेळी पदार्थाची मोलर एकाग्रता t 2

रासायनिक अभिक्रियेचा दर प्रतिक्रिया करणार्‍या पदार्थांच्या (प्रारंभिक पदार्थांच्या) मोलर एकाग्रतेतील बदलाद्वारे दर्शविला जातो, नंतर t 2 > t 1, आणि c 2 > c 1 (प्रतिक्रिया पुढे जात असताना सुरुवातीच्या पदार्थांची एकाग्रता कमी होते. ).

मोलर एकाग्रता (चे)प्रति युनिट व्हॉल्यूम हे पदार्थाचे प्रमाण आहे. मोलर एकाग्रता मोजण्याचे एकक [mol/l] आहे.

रासायनिक अभिक्रियांच्या दराचा अभ्यास करणारी रसायनशास्त्राची शाखा म्हणतात रासायनिक गतीशास्त्र. त्याचे कायदे जाणून घेतल्यास, एखादी व्यक्ती रासायनिक प्रक्रिया नियंत्रित करू शकते, त्यांना एक विशिष्ट गती सेट करू शकते.

रासायनिक अभिक्रियेचा दर मोजताना, हे लक्षात ठेवले पाहिजे की प्रतिक्रिया एकसंध आणि विषम मध्ये विभागल्या जातात.

एकसंध प्रतिक्रिया- समान वातावरणात घडणार्‍या प्रतिक्रिया (म्हणजे, अभिकर्मक एकत्रीकरणाच्या समान स्थितीत असतात; उदाहरणार्थ: वायू + वायू, द्रव + द्रव).

विषम प्रतिक्रिया- या एकसंध माध्यमातील पदार्थांमधील प्रतिक्रिया आहेत (एक फेज इंटरफेस आहे, म्हणजे प्रतिक्रिया करणारे पदार्थ एकत्रीकरणाच्या वेगळ्या स्थितीत आहेत; उदाहरणार्थ: वायू + द्रव, द्रव + घन).

रासायनिक अभिक्रियेचा दर मोजण्यासाठी वरील सूत्र केवळ एकसंध अभिक्रियांसाठीच वैध आहे. जर प्रतिक्रिया विषम आहे, तर ती केवळ अभिक्रियाकांच्या दरम्यानच्या इंटरफेसवर होऊ शकते.

विषम प्रतिक्रियेसाठी, दर सूत्रानुसार मोजला जातो:

∆ν - पदार्थाच्या प्रमाणात बदल

S हे इंटरफेसचे क्षेत्रफळ आहे

∆ t हा वेळ मध्यांतर आहे ज्या दरम्यान प्रतिक्रिया झाली

रासायनिक अभिक्रियांचा दर विविध घटकांवर अवलंबून असतो: अभिक्रियाकांचे स्वरूप, पदार्थांचे प्रमाण, तापमान, उत्प्रेरक किंवा अवरोधक.

अभिक्रियांच्या स्वरूपावर प्रतिक्रिया दराचे अवलंबन.

प्रतिक्रिया दराच्या या अवलंबित्वाचे विश्लेषण करूया उदाहरणार्थ: आम्ही दोन टेस्ट ट्यूबमध्ये ठेवतो, ज्यामध्ये समान प्रमाणात हायड्रोक्लोरिक ऍसिड सोल्यूशन (HCl), त्याच क्षेत्राचे धातूचे कण असतात: पहिल्या चाचणी ट्यूबमध्ये, लोह (Fe) ग्रॅन्युल आणि दुसऱ्यामध्ये - एक मॅग्नेशियम (मिग्रॅ) ग्रॅन्युल. निरीक्षणांच्या परिणामी, हायड्रोजन उत्क्रांती (H 2) च्या दरानुसार, हे दिसून येते की लोहापेक्षा मॅग्नेशियम हायड्रोक्लोरिक ऍसिडशी उच्च दराने प्रतिक्रिया देते.. या रासायनिक अभिक्रियेचा दर धातूच्या स्वरूपावर प्रभाव टाकतो (म्हणजे मॅग्नेशियम हा लोहापेक्षा अधिक प्रतिक्रियाशील धातू आहे आणि त्यामुळे आम्लावर अधिक जोमाने प्रतिक्रिया देतो).

अभिक्रियाकांच्या एकाग्रतेवर रासायनिक अभिक्रियांच्या दराचे अवलंबन.

प्रतिक्रिया करणार्‍या (प्रारंभिक) पदार्थाची एकाग्रता जितकी जास्त असेल तितक्या वेगाने प्रतिक्रिया पुढे जाईल. याउलट, रिअॅक्टंटची एकाग्रता जितकी कमी असेल तितकी प्रतिक्रिया कमी होईल.

उदाहरणार्थ: आम्ही हायड्रोक्लोरिक ऍसिड (HCl) चे एकाग्र द्रावण एका चाचणी ट्यूबमध्ये आणि हायड्रोक्लोरिक ऍसिडचे पातळ द्रावण दुसर्यामध्ये ओतू. आम्ही दोन्ही टेस्ट ट्यूबमध्ये झिंक (Zn) चे ग्रेन्युल ठेवले. हायड्रोजन उत्क्रांतीच्या दरानुसार, पहिल्या चाचणी नळीमध्ये प्रतिक्रिया अधिक जलद होईल असे आपण निरीक्षण करतो, कारण त्यात हायड्रोक्लोरिक ऍसिडची एकाग्रता दुसऱ्या टेस्ट ट्यूबपेक्षा जास्त आहे.

रासायनिक अभिक्रियेच्या दराचे अवलंबन निश्चित करण्यासाठी, (अभिनय) जनतेच्या कृतीचा कायदा : रासायनिक अभिक्रियेचा दर त्यांच्या गुणांकांच्या समान शक्तींमध्ये घेतलेल्या अभिक्रियाकांच्या एकाग्रतेच्या उत्पादनाशी थेट प्रमाणात असतो.

उदाहरणार्थ, योजनेनुसार पुढे जाणाऱ्या प्रतिक्रियेसाठी: nA + mB → D , रासायनिक अभिक्रियाचा दर सूत्राद्वारे निर्धारित केला जातो:

υ ch.r. = k C (A) n C (B) m , कुठे

υ x.r - रासायनिक प्रतिक्रिया दर

C(A)- परंतु

C (V) - पदार्थाची मोलर एकाग्रताएटी

n आणि m - त्यांचे गुणांक

k- रासायनिक प्रतिक्रिया दर स्थिर (संदर्भ मूल्य).

वस्तुमान कृतीचा कायदा घन अवस्थेत असलेल्या पदार्थांना लागू होत नाही, कारण त्यांची एकाग्रता स्थिर आहे (ते केवळ पृष्ठभागावर प्रतिक्रिया देतात या वस्तुस्थितीमुळे, जे अपरिवर्तित राहते).

उदाहरणार्थ: प्रतिक्रियेसाठी 2 Cu + O 2 \u003d 2 CuO प्रतिक्रिया दर सूत्रानुसार निर्धारित केला जातो:

υ ch.r. \u003d k C (O 2)

समस्या: 2A + B = D प्रतिक्रियेचा दर स्थिरांक 0.005 आहे. पदार्थ A \u003d 0.6 mol / l, पदार्थ B \u003d 0.8 mol / l च्या मोलर एकाग्रतेवर प्रतिक्रिया दराची गणना करा.

तापमानावरील रासायनिक अभिक्रियाच्या दराचे अवलंबन.

हे अवलंबित्व निश्चित केले जाते van't Hoff नियम (1884): प्रत्येक 10 डिग्री सेल्सिअस तापमानात वाढ झाल्यास, रासायनिक अभिक्रियाचा दर सरासरी 2-4 पट वाढतो.

तर, हायड्रोजन (H 2) आणि ऑक्सिजन (O 2) यांचा परस्परसंवाद खोलीच्या तपमानावर जवळजवळ होत नाही, म्हणून या रासायनिक अभिक्रियाचा दर इतका कमी आहे. परंतु 500 सेल्सिअस तपमानावर ही प्रतिक्रिया 50 मिनिटांत होते आणि 700 सेल्सिअस तापमानात - जवळजवळ त्वरित.

व्हॅन हॉफ नियमानुसार रासायनिक अभिक्रियाचा दर मोजण्याचे सूत्र:

कुठे: υ t 1 आणि υ t 2 हे t 2 आणि t 1 वर रासायनिक अभिक्रियांचे दर आहेत

γ हे तापमान गुणांक आहे, जे तापमानात 10 डिग्री सेल्सिअस वाढीसह प्रतिक्रिया दर किती वेळा वाढते हे दर्शविते.

प्रतिक्रिया दरात बदल:

2. समस्या विधानातील डेटाला सूत्रामध्ये बदला:

विशेष पदार्थांवर प्रतिक्रिया दराचे अवलंबन - उत्प्रेरक आणि अवरोधक.

उत्प्रेरकएक पदार्थ जो रासायनिक अभिक्रियाचा दर वाढवतो परंतु स्वतः त्यात सहभागी होत नाही.

अवरोधकएक पदार्थ जो रासायनिक अभिक्रिया कमी करतो परंतु त्यात भाग घेत नाही.

उदाहरण: 3% हायड्रोजन पेरॉक्साइड (H 2 O 2) च्या द्रावणासह चाचणी ट्यूबमध्ये, जे गरम केले जाते, चला एक स्मोल्डिंग स्प्लिंटर जोडूया - ते उजळणार नाही, कारण हायड्रोजन पेरॉक्साईडच्या पाण्यामध्ये (H 2 O) आणि ऑक्सिजन (O 2) मध्ये विघटन होण्याची प्रतिक्रिया दर खूपच कमी आहे आणि परिणामी ऑक्सिजन ऑक्सिजनची गुणात्मक प्रतिक्रिया (दहन देखभाल) करण्यासाठी पुरेसे नाही. आता चाचणी ट्यूबमध्ये मॅंगनीज (IV) ऑक्साईड (MnO 2) ची थोडीशी काळी पावडर टाकू या आणि आपण पाहू की वायू (ऑक्सिजन) फुगे जलद सोडण्यास सुरुवात झाली आहे आणि चाचणी ट्यूबमध्ये धूसर टॉर्च चमकत आहे. . MnO 2 हा या प्रतिक्रियेसाठी उत्प्रेरक आहे, त्याने प्रतिक्रियेचा वेग वाढवला, परंतु स्वतः त्यात भाग घेतला नाही (प्रतिक्रियेपूर्वी आणि नंतर उत्प्रेरकाचे वजन करून हे सिद्ध केले जाऊ शकते - त्याचे वस्तुमान बदलणार नाही).

रासायनिक पद्धती

भौतिक पद्धती

प्रतिक्रिया दर मोजण्यासाठी पद्धती

वरील उदाहरणामध्ये, कॅल्शियम कार्बोनेट आणि आम्ल यांच्यातील अभिक्रिया दर वेळेचे कार्य म्हणून विकसित झालेल्या वायूच्या आकारमानाचा अभ्यास करून मोजला गेला. प्रतिक्रिया दरांवरील प्रायोगिक डेटा इतर प्रमाणात मोजून मिळवता येतो.

जर प्रतिक्रियेदरम्यान वायू पदार्थांचे एकूण प्रमाण बदलले तर त्याचा प्रवाह स्थिर व्हॉल्यूमवर वायूचा दाब मोजून पाहिला जाऊ शकतो. ज्या प्रकरणांमध्ये एक प्रारंभिक सामग्री किंवा प्रतिक्रिया उत्पादनांपैकी एक रंगीत आहे, द्रावणाच्या रंगातील बदलाचे निरीक्षण करून प्रतिक्रियेच्या प्रगतीचे परीक्षण केले जाऊ शकते. दुसरी ऑप्टिकल पद्धत म्हणजे प्रकाशाच्या ध्रुवीकरणाच्या समतल रोटेशनचे मोजमाप (जर प्रारंभिक पदार्थ आणि प्रतिक्रिया उत्पादनांमध्ये भिन्न रोटेशन क्षमता असेल).

काही प्रतिक्रिया द्रावणातील आयनांच्या संख्येत बदलासह असतात. अशा परिस्थितीत, द्रावणाची विद्युत चालकता मोजून प्रतिक्रिया दराचा अभ्यास केला जाऊ शकतो. पुढील प्रकरणामध्ये प्रतिक्रिया दर मोजण्यासाठी वापरल्या जाणार्‍या काही इतर इलेक्ट्रोकेमिकल पद्धतींबद्दल चर्चा केली जाईल.

विविध रासायनिक विश्लेषण पद्धतींचा वापर करून प्रतिक्रियेतील सहभागींपैकी एकाची एकाग्रता मोजून प्रतिक्रियेच्या प्रगतीचे परीक्षण केले जाऊ शकते. प्रतिक्रिया थर्मोस्टेड भांड्यात केली जाते. ठराविक अंतराने, द्रावणाचा नमुना (किंवा वायू) भांड्यातून घेतला जातो आणि त्यातील एका घटकाची एकाग्रता निश्चित केली जाते. विश्वसनीय परिणाम प्राप्त करण्यासाठी, विश्लेषणासाठी घेतलेल्या नमुन्यामध्ये कोणतीही प्रतिक्रिया उद्भवू नये हे महत्वाचे आहे. हे अभिकर्मकांपैकी एकाचे रासायनिक बंधन, जलद थंड होणे किंवा द्रावण सौम्य करणे याद्वारे प्राप्त होते.

प्रायोगिक अभ्यास दर्शविते की प्रतिक्रिया दर अनेक घटकांवर अवलंबून असतो. प्रथम गुणात्मक पातळीवर या घटकांच्या प्रभावाचा विचार करूया.

1.अभिक्रियाकांचे स्वरूप.प्रयोगशाळेच्या सरावातून, आम्हाला माहित आहे की बेसद्वारे आम्लाचे तटस्थीकरण

H + + OH - ® H 2 O

कमी प्रमाणात विरघळणाऱ्या कंपाऊंडच्या निर्मितीसह क्षारांचा परस्परसंवाद

Ag + + Cl – ® AgCl

आणि इलेक्ट्रोलाइट सोल्युशनमधील इतर प्रतिक्रिया फार लवकर होतात. अशा प्रतिक्रिया पूर्ण होण्यासाठी लागणारा वेळ मिलिसेकंद आणि अगदी मायक्रोसेकंदमध्ये मोजला जातो. हे अगदी समजण्यासारखे आहे, कारण अशा प्रतिक्रियांचे सार म्हणजे विरुद्ध चिन्हाच्या शुल्कासह चार्ज केलेल्या कणांचा दृष्टीकोन आणि संयोजन.

आयनिक प्रतिक्रियांच्या विरूद्ध, सहसंयोजक बंधित रेणूंमधील परस्परसंवाद सहसा अधिक हळूहळू पुढे जातो. खरंच, अशा कणांमधील प्रतिक्रियेच्या वेळी, प्रारंभिक पदार्थांच्या रेणूंमधील बंध तुटले पाहिजेत. हे करण्यासाठी, टक्कर करणाऱ्या रेणूंमध्ये विशिष्ट प्रमाणात ऊर्जा असणे आवश्यक आहे. याव्यतिरिक्त, जर रेणू पुरेसे गुंतागुंतीचे असतील, तर त्यांच्यामध्ये प्रतिक्रिया येण्यासाठी, ते एका विशिष्ट मार्गाने अवकाशात केंद्रित असले पाहिजेत.

2. रिएक्टंट एकाग्रता. रासायनिक अभिक्रियेचा दर, ceteris paribus, प्रति युनिट वेळेवर प्रतिक्रिया देणाऱ्या कणांच्या टक्करांच्या संख्येवर अवलंबून असतो. टक्कर होण्याची शक्यता प्रति युनिट व्हॉल्यूम कणांच्या संख्येवर अवलंबून असते, म्हणजे. एकाग्रता पासून. म्हणून, प्रतिक्रिया दर वाढत्या एकाग्रतेसह वाढते.

3. पदार्थांची भौतिक अवस्था. एकसंध प्रणालींमध्ये, प्रतिक्रिया दर कणांच्या टक्करांच्या संख्येवर अवलंबून असतो समाधान खंड(किंवा गॅस). विषम प्रणालींमध्ये, रासायनिक परस्परसंवाद होतो इंटरफेस वर. ग्राइंडिंग दरम्यान घनाच्या पृष्ठभागाच्या क्षेत्रफळात वाढ झाल्यामुळे घनकणांच्या कणांपर्यंत प्रतिक्रिया देणार्या कणांचा प्रवेश सुलभ होतो, ज्यामुळे प्रतिक्रियेचा महत्त्वपूर्ण प्रवेग होतो.

4. तापमानविविध रासायनिक आणि जैविक प्रक्रियांच्या दरावर लक्षणीय परिणाम होतो. तापमानात वाढ झाल्यामुळे, कणांची गतीज ऊर्जा वाढते आणि परिणामी, ज्या कणांची ऊर्जा रासायनिक परस्परसंवादासाठी पुरेशी आहे अशा कणांचा अंश वाढतो.

5. स्टेरिक फॅक्टरप्रतिक्रिया देणार्‍या कणांच्या परस्पर अभिमुखतेची आवश्यकता दर्शवते. रेणू जितके अधिक जटिल, त्यांच्या योग्य अभिमुखतेची संभाव्यता कमी, टक्करांची कार्यक्षमता कमी.

6. उत्प्रेरकांची उपलब्धता.उत्प्रेरक हे पदार्थ आहेत जे रासायनिक अभिक्रियाचा दर बदलतात.प्रतिक्रिया प्रणालीमध्ये थोड्या प्रमाणात सादर केले गेले आणि प्रतिक्रियेनंतर अपरिवर्तित राहिले, ते प्रक्रियेचा दर अत्यंत बदलण्यास सक्षम आहेत.

प्रतिक्रिया दर अवलंबून असलेल्या मुख्य घटकांवर खाली अधिक तपशीलवार चर्चा केली जाईल.