เวลาผ่อนคลายของโมเลกุลของสาร- นี่คือเวลาที่โมเลกุลจะเคลื่อนที่ (ทำปฏิกิริยา) ต่อการกระแทก หากเวลาพักผ่อนของโมเลกุลของสารที่กำหนดนานกว่าเวลาที่สัมผัสกับสารมาก โมเลกุลจะไม่มีเวลาจัดเรียงใหม่ (เคลื่อนที่) ภายใต้ภาระ ซึ่งนำไปสู่การทำลายพันธะเคมีในสาร สำหรับสารต่างๆ เวลาในการพักผ่อนจะแตกต่างกันและสามารถเปลี่ยนแปลงได้หลากหลายมาก ตั้งแต่หนึ่งในพันของวินาทีไปจนถึงหลายพันปี
เรื่องราว
ในศตวรรษที่ 19 มีการแนะนำว่าวัตถุที่เป็นของเหลวและของแข็งไม่มีขอบเขตที่ชัดเจน หากคุณลองคิดดู ไม่มีอะไรน่าแปลกใจเป็นพิเศษที่นี่ ตัวอย่างเช่น หากคุณใช้ฝ่ามือตีน้ำแรง น้ำก็จะมีลักษณะเหมือนร่างกายที่แข็ง (คุณสามารถสัมผัสได้หากต้องการ!) หากคุณใช้ค้อนทุบของเหลวหนา ๆ ด้วยความช่วยเหลือของความเร็วชัตเตอร์ต่ำของกล้องคุณสามารถแก้ไขได้ว่าเจ็ตจะกระจายเป็นเศษเล็กเศษน้อย (หยด) ที่แหลมคมจากการกระแทกซึ่งบ่งบอกถึงคุณสมบัติบางอย่างของ ร่างกายแข็งเปราะ หรือถ้าเอาเรซินชิ้นนึง แก้วเป็นวัตถุอสัณฐาน มีความหนืดสูงจนมองไม่เห็นคุณสมบัติการไหลของวัสดุเหล่านี้ อันที่จริงพวกมันกำลังไหลและสามารถกำหนดได้อย่างง่ายดายโดยใช้ภาระกับพวกมัน! (แน่นอนว่าแก้วเป็นสารที่มีความหนืดมากกว่าและต้องการสภาวะเฉพาะมากกว่าสำหรับการแสดงคุณสมบัติของการไหล เช่น การให้ความร้อนหรือการใช้งานโหลดเป็นเวลานาน)เวลาพักผ่อนที่กระจก
แก้วมีเวลาพักผ่อนค่อนข้างนาน ดังนั้น เนื่องจากการเย็นตัวอย่างรวดเร็ว โมเลกุลจึงไม่มีเวลาที่จะเข้าสู่สถานะที่แพร่กระจายได้ในโครงสร้าง ต่อจากนั้นก็แข็งตัวในโครงสร้างที่วุ่นวาย และเป็นความผิดปกติของโครงสร้างของสารที่ทำให้เกิดพลังงานกิ๊บส์ส่วนเกินซึ่งตรงกันข้ามกับรูปแบบผลึกซึ่งโมเลกุลมีพลังงานน้อยที่สุด ด้วยเหตุนี้ สิ่งนี้ทำให้โมเลกุลในสถานะคล้ายแก้วมีแรงจูงใจที่จะพัฒนาโครงสร้างให้เป็นระเบียบมากขึ้น (กล่าวคือ ไปสู่โครงสร้างที่มีพลังงานน้อยกว่า)วิวัฒนาการที่เกิดขึ้นเองซึ่งเป็นคุณสมบัติทั่วไปของแว่นสายตาทั้งหมด ได้รับชื่อรวมของการคลายตัวของโครงสร้าง ในกรณีของแว่นตาโลหะ นี่เป็นปรากฏการณ์ขนาดใหญ่ที่เปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพทั้งหมดอย่างเห็นได้ชัดหรือแม้กระทั่งอย่างมาก แม้จะมีการศึกษาปรากฏการณ์นี้หลายครั้ง แต่ก็ยังส่วนใหญ่ยังไม่ได้สำรวจ และกลไกของปรากฏการณ์นี้ก็ยังเข้าใจยาก
– ปฏิกิริยาที่ซับซ้อน – ผลกระทบของอุณหภูมิต่ออัตราคงที่ – ปฏิกิริยาย้อนกลับและต่างกัน – ปฏิกิริยาโฟโตเคมี – ตัวเร่งปฏิกิริยา
2.1.7 ปฏิกิริยาที่ซับซ้อน
ปฏิกิริยาที่ซับซ้อนคือปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นมากกว่าหนึ่งขั้นตอน พิจารณาเป็นตัวอย่างหนึ่งของปฏิกิริยาที่ซับซ้อน ซึ่งมีการศึกษาจลนพลศาสตร์และกลไกเป็นอย่างดี:
2НI + Н 2 О 2 ––> ฉัน 2 + 2Н 2 О
ปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาลำดับที่สอง สมการจลนศาสตร์มีรูปแบบดังนี้
การศึกษากลไกการเกิดปฏิกิริยาพบว่าเป็นสองขั้นตอน (ดำเนินการในสองขั้นตอน):
1) HI + H 2 O 2 --> HIO + H 2 O
2) HIO + HI -> I 2 + H 2 O
อัตราของระยะแรก V 1 นั้นมากกว่าอัตราของระยะที่สอง V 2 อย่างมาก และอัตราการเกิดปฏิกิริยาโดยรวมถูกกำหนดโดยอัตราของระยะที่ช้ากว่า จึงเรียกว่า การกำหนดอัตรา หรือ จำกัด .
เป็นไปได้ที่จะสรุปได้ว่าปฏิกิริยาเป็นปฏิกิริยาพื้นฐานหรือซับซ้อนโดยพิจารณาจากผลการศึกษาจลนศาสตร์ของปฏิกิริยา ปฏิกิริยาจะซับซ้อน ถ้าลำดับบางส่วนของปฏิกิริยาที่กำหนดโดยการทดลองไม่ตรงกับสัมประสิทธิ์สำหรับวัสดุตั้งต้นในสมการปฏิกิริยาปริมาณสัมพันธ์ ลำดับบางส่วนของปฏิกิริยาเชิงซ้อนอาจเป็นเศษส่วนหรือลบก็ได้ สมการจลนศาสตร์ของปฏิกิริยาเชิงซ้อนอาจรวมถึงความเข้มข้นไม่เพียงแต่สารตั้งต้นเท่านั้น แต่ยังรวมถึงผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาด้วย
2.1.8 การจำแนกประเภทของปฏิกิริยาที่ซับซ้อน
ปฏิกิริยาต่อเนื่อง
ลำดับคือปฏิกิริยาที่ซับซ้อนซึ่งดำเนินการในลักษณะที่สารที่เกิดขึ้นจากระยะหนึ่ง (เช่น ผลิตภัณฑ์ในระยะนี้) เป็นวัสดุเริ่มต้นสำหรับอีกระยะหนึ่ง แผนผัง ปฏิกิริยาตามลำดับสามารถอธิบายได้ดังนี้:
A ––> B ––> C ––> ...
จำนวนขั้นตอนและสารที่เกี่ยวข้องในแต่ละขั้นตอนอาจแตกต่างกัน
ปฏิกิริยาคู่ขนาน
เรียกว่าปฏิกิริยาเคมีแบบขนานซึ่งสารตั้งต้นเดียวกันสามารถสร้างผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาที่แตกต่างกันได้พร้อมกันเช่นไอโซเมอร์สองตัวหรือมากกว่า:
ปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้อง
ปฏิกิริยาคอนจูเกตเรียกว่าปฏิกิริยาที่ซับซ้อนซึ่งดำเนินการดังนี้:
1) A + B ––> C
2) A + D ––> E ,
นอกจากนี้ ปฏิกิริยาอย่างใดอย่างหนึ่งสามารถดำเนินไปอย่างอิสระ และปฏิกิริยาที่สองเป็นไปได้เฉพาะเมื่อมีปฏิกิริยาแรกเท่านั้น สาร A ร่วมกับปฏิกิริยาทั้งสองเรียกว่า นักแสดงชาย, สาร B - ตัวเหนี่ยวนำ, สาร D, ทำปฏิกิริยากับ A เฉพาะเมื่อมีปฏิกิริยาแรก - ตัวรับ. ตัวอย่างเช่น น้ำมันเบนซินในสารละลายในน้ำจะไม่ถูกออกซิไดซ์โดยไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ แต่เมื่อเติมเกลือ Fe(II) เข้าไป จะถูกแปลงเป็นฟีนอลและไดฟีนิล กลไกการเกิดปฏิกิริยามีดังนี้ ในระยะแรกจะเกิดอนุมูลอิสระ:
Fe 2+ + H 2 O 2 ––> Fe 3+ + OH – + OH
ซึ่งทำปฏิกิริยากับไอออน Fe 2+ และเบนซิน:
เฟ 2+ + OH ––> เฟ 3+ + OH –
C 6 H 6 + OH --> C 6 H 5 + H 2 O
การรวมตัวของอนุมูลยังเกิดขึ้น:
C 6 H 5 + OH --> C 6 H 5 OH
C 6 H 5 + C 6 H 5 ––> C 6 H 5 –C 6 H 5
ดังนั้น ปฏิกิริยาทั้งสองจึงดำเนินไปโดยมีส่วนร่วมของ OH อนุมูลอิสระระดับกลางทั่วไป
ปฏิกิริยาลูกโซ่
ปฏิกิริยาลูกโซ่เรียกว่าปฏิกิริยาซึ่งประกอบด้วยขั้นตอนที่สัมพันธ์กันจำนวนหนึ่งเมื่ออนุภาคเกิดขึ้นจากแต่ละขั้นตอนทำให้เกิดขั้นตอนต่อมา ตามกฎแล้วปฏิกิริยาลูกโซ่จะดำเนินการกับอนุมูลอิสระ ปฏิกิริยาลูกโซ่ทั้งหมดมีลักษณะทั่วไปสามขั้นตอน ซึ่งเราจะพิจารณาโดยใช้ปฏิกิริยาโฟโตเคมีของการเกิดไฮโดรเจนคลอไรด์เป็นตัวอย่าง
1. ที่มาของห่วงโซ่ (การเริ่มต้น):
Сl 2 + hν ––> 2 Сl
2. การพัฒนาลูกโซ่:
H 2 + Cl --> HCl + H
H + Cl 2 ––> HCl + Cl
ขั้นตอนของการพัฒนาลูกโซ่นั้นโดดเด่นด้วยจำนวนโมเลกุลของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาต่อหนึ่งอนุภาคที่ใช้งาน - ความยาวของสายโซ่
3. วงจรเปิด (recombination):
H + H --> H 2
Cl + Cl ––> Cl 2
H + Cl ––> HCl
การยุติลูกโซ่ยังเป็นไปได้เมื่ออนุภาคแอคทีฟทำปฏิกิริยากับวัสดุผนังของถังบรรจุที่ทำปฏิกิริยา ดังนั้น อัตราของปฏิกิริยาลูกโซ่อาจขึ้นอยู่กับวัสดุและแม้กระทั่งรูปร่างของถังปฏิกิริยา
ปฏิกิริยาของการเกิดไฮโดรเจนคลอไรด์เป็นตัวอย่างของปฏิกิริยาลูกโซ่ที่ไม่มีการแยกย่อย ซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่อนุภาคแอคทีฟที่เกิดใหม่ไม่เกินหนึ่งปฏิกิริยา ปฏิกิริยาลูกโซ่แบบแยกแขนงถูกเรียก ซึ่งในแต่ละอนุภาคแอคทีฟที่เกิดปฏิกิริยา จะมีการเกิดใหม่มากกว่าหนึ่งตัว กล่าวคือ จำนวนอนุภาคแอคทีฟในระหว่างปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ตัวอย่างของปฏิกิริยาลูกโซ่แบบแยกแขนงคือปฏิกิริยาของปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนกับออกซิเจน:
1. การเริ่มต้น:
H 2 + O 2 --> H 2 O + O
2. การพัฒนาลูกโซ่:
O + H 2 ––> H + OH
H + O 2 ––> O + OH
OH + H 2 --> H 2 O + H
ลิขสิทธิ์© S. I. Levchenkov, 1996 - 2005
กระทรวงศึกษาธิการและวิทยาศาสตร์แห่งรัสเซีย
สถาบันการศึกษางบประมาณของรัฐบาลกลาง
การศึกษาระดับมืออาชีพที่สูงขึ้น
"มหาวิทยาลัยรัฐวิจัยแห่งชาติโนโวซีบีสค์"
คณะวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ
ป. Kolinko, D.V. Kozlov
จลนพลศาสตร์เคมีในวิชาเคมีกายภาพ
สื่อการสอน
โนโวซีบีสค์
สื่อการสอนประกอบด้วยเนื้อหาการบรรยายในหัวข้อ "จลนพลศาสตร์เคมี" ของหลักสูตร "เคมีกายภาพ" อ่านให้นักศึกษาชั้นปีที่ 1 ของคณะวิทยาศาสตร์ธรรมชาติของ NSU
ออกแบบมาสำหรับนักศึกษาชั้นปีที่ 1 ของคณะวิทยาศาสตร์ธรรมชาติแห่งมหาวิทยาลัยแห่งรัฐโนโวซีบีร์สค์
รวบรวมโดย:
แคนดี้ เคมี วิทยาศาสตร์ รศ. ดี.วี.คอซลอฟ, Ph.D. เคมี วิทยาศาสตร์ ป.ล. Kolinko
คู่มือได้จัดทำขึ้นเป็นส่วนหนึ่งของการดำเนินการ
โครงการพัฒนา NRU - NSU
©รัฐโนโวซีบีสค์
มหาวิทยาลัย ปี 2556
คำนำ |
|
จลนพลศาสตร์ทางเคมีเป็นส่วน |
|
เคมีกายภาพ |
|
แนวคิดพื้นฐานของจลนพลศาสตร์เคมี |
|
วิธีการวัดอัตราสารเคมี |
|
แนวคิดของกลไกของปฏิกิริยาเคมี |
|
ปฏิกิริยาเคมีเบื้องต้น |
|
สมการจลนศาสตร์ของปฏิกิริยาเคมี |
|
วิธีการหาลำดับของปฏิกิริยา |
|
อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีคงที่ |
|
กฎหมายอาร์เรเนียส |
|
จลนพลศาสตร์อย่างเป็นทางการเป็นสาขาหนึ่งของเคมี |
|
จลนศาสตร์ |
|
ปฏิกิริยาของคำสั่งแรกที่เปลี่ยนกลับไม่ได้ |
|
ปฏิกิริยาลำดับที่สองที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ |
|
ปฏิกิริยาลำดับที่สามที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ |
|
เวลาตอบสนองที่มีประสิทธิภาพ |
|
ปฏิกิริยาย้อนกลับ |
|
แนวความคิดของเส้นทางของปฏิกิริยาเคมี |
|
แนวคิดทั่วไปของทฤษฎีการกระทำเบื้องต้น |
|
ปฏิกิริยาเคมี |
|
วิธีการทางอุณหพลศาสตร์ในทางทฤษฎี |
|
ทรานซิชันคอมเพล็กซ์ |
|
ทฤษฎีผลกระทบ |
|
ปฏิกิริยาที่ซับซ้อนและปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับ |
|
อนุภาคระดับกลาง การจำแนกประเภท |
|
คำนำ
ในวิทยาศาสตร์เคมีโดยทั่วไปและในเคมีกายภาพ ใน
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง มีพื้นที่พิเศษที่ศึกษากลไกและรูปแบบของกระบวนการทางเคมีอย่างทันท่วงที วิทยาศาสตร์นี้เรียกว่า
จลนพลศาสตร์เคมี. จลนพลศาสตร์เคมีพิจารณาและสร้างการพึ่งพาอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีกับความเข้มข้นของรีเอเจนต์
อุณหภูมิและสภาวะภายนอกอื่นๆ
จลนพลศาสตร์เคมีเป็นรากฐานที่สำคัญของอุตสาหกรรมเคมีสมัยใหม่และโดยเฉพาะอย่างยิ่งปิโตรเคมี
การกลั่นน้ำมันและการผลิตพอลิเมอร์
ในปีแรกของ FEN NGU จลนพลศาสตร์เคมีจะถูกอ่านเมื่อสิ้นสุดหลักสูตร "Physical Chemistry" ในห้าการบรรยายที่ผ่านมา อาจเป็นเพราะว่าเมื่อจบหลักสูตรมากกว่า 30 บทเรียน นักเรียนรู้สึกเหนื่อย การบรรยายส่วนนี้จึงไม่ค่อยซึมซับได้ดีพอ เหตุผลที่สอง ดังนั้น
ว่าอยู่ในจลนพลศาสตร์เคมีที่มีการคำนวณและสูตรทางคณิตศาสตร์มากที่สุดเมื่อเทียบกับส่วนอื่น ๆ ของหลักสูตรเคมีเชิงฟิสิกส์
จุดประสงค์ของคู่มือนี้คือเพื่อให้นักเรียนมีโอกาสทำความคุ้นเคยกับแนวคิดพื้นฐานของจลนศาสตร์เคมี จลนพลศาสตร์เชิงรูปแบบ ทฤษฎีการกระทำเบื้องต้นของปฏิกิริยาเคมี ทฤษฎีการชนกัน และอื่นๆ อีกมากมาย ในขณะเดียวกัน ผู้อ่านมีโอกาสเปรียบเทียบเนื้อหาที่อาจารย์ของมหาวิทยาลัยอ่านกับเนื้อหาในคู่มือการฝึกอบรม และถามคำถามในหัวข้อที่ไม่เข้าใจกับอาจารย์และเซมินารี เราหวังว่าสิ่งนี้จะช่วยให้นักเรียนเข้าใจเนื้อหาได้ดีขึ้น
เพื่อความสะดวกในการทำความเข้าใจแนวคิดพื้นฐาน
ที่กล่าวถึงในข้อความเป็นครั้งแรกเป็นตัวหนา ตัวเอียง คำจำกัดความเป็นตัวหนา
1. จลนพลศาสตร์เคมีเป็นสาขาหนึ่งของเคมีฟิสิกส์
องค์ประกอบและเอฟเฟกต์พลังงาน ปฏิกิริยาเคมี.
อย่างไรก็ตาม วิทยาศาสตร์นี้ไม่สามารถตอบคำถามเกี่ยวกับวิธีการทำปฏิกิริยานี้และความเร็วเท่าใด คำถามเหล่านี้คือ คำถามเกี่ยวกับกลไกและ อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีอยู่ในขอบเขตของจลนพลศาสตร์เคมี
จลนพลศาสตร์เคมีหรือจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาเคมี (จากภาษากรีก κίνησις - การเคลื่อนไหว) -ส่วน
เคมีกายภาพ ศึกษารูปแบบของปฏิกิริยาเคมีในเวลา การพึ่งพารูปแบบเหล่านี้กับสภาวะภายนอก ตลอดจนกลไกของการเปลี่ยนแปลงทางเคมี . จลนพลศาสตร์เคมีศึกษาหลักสูตรของปฏิกิริยาเคมีต่างจากอุณหพลศาสตร์ภายในเวลาที่กำหนด. เหล่านั้น. อุณหพลศาสตร์ศึกษาสถานะเริ่มต้นและขั้นสุดท้ายของระบบ ในขณะที่จลนพลศาสตร์เคมีศึกษาการเปลี่ยนแปลงในระบบระหว่างการเปลี่ยนจากสถานะเริ่มต้นไปเป็นสถานะสุดท้าย ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยา
จากมุมมองของอุณหพลศาสตร์ ในทุกกรณีที่อุณหภูมิต่ำกว่า 1,000 ° C (ที่
ที่อุณหภูมิสูงขึ้นจะเกิดการสลายตัวของโมเลกุล CO2) เช่น คาร์บอนและออกซิเจนควร (โดยให้ผลผลิต 100%) กลายเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ อย่างไรก็ตาม จากประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าถ่านหินชิ้นหนึ่งสามารถลอยอยู่ในอากาศได้นานหลายปี โดยสามารถเข้าถึงออกซิเจนได้ฟรี โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงใดๆ อาจกล่าวได้เช่นเดียวกันเกี่ยวกับปฏิกิริยาอื่นๆ ที่ทราบกันดีอยู่แล้ว ดังนั้น ความรู้เกี่ยวกับความสม่ำเสมอของจลนศาสตร์จึงมีความสำคัญในการจัดเก็บและการทำงานของผลิตภัณฑ์เคมี เมื่อจำเป็นต้องชะลอการทำลาย นี่เป็นสิ่งสำคัญ ตัวอย่างเช่น เมื่อเก็บอาหาร ยา เชื้อเพลิง โพลีเมอร์
2. แนวคิดพื้นฐานของจลนพลศาสตร์เคมี
2.1. สมการปริมาณสัมพันธ์ของปฏิกิริยาเคมี
จลนพลศาสตร์ที่เป็นทางการทำให้สามารถอธิบายเส้นทางของกระบวนการทางเคมีในเชิงปริมาณได้ในเวลาที่อุณหภูมิคงที่ ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารตั้งต้นและองค์ประกอบของเฟส ใช้เพื่ออธิบาย สมการปริมาณสัมพันธ์–
นี่คือสมการที่แสดงอัตราส่วนเชิงปริมาณของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาเคมี . ตัวอย่างที่ง่ายที่สุดของสมการดังกล่าวคือ
สัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์ А ผม – รีเอเจนต์, B j – ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา
สมการปริมาณสัมพันธ์กับการเพิ่มขึ้นของปริมาณของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์และบนพื้นฐานของมันจะถูกกำหนด ความสมดุลของวัสดุสารในระหว่างการเปลี่ยนรูปทางเคมี ปริมาณของสารมักจะวัดเป็นโมล หากจำเป็น จะแสดงคุณลักษณะมวลอื่นๆ ของระบบ การใช้สมการปริมาณสัมพันธ์เป็นวิธีหลักในการอธิบายปฏิกิริยาเคมีในวิชาเคมีแบบคลาสสิก อย่างไรก็ตาม สมการปริมาณสัมพันธ์ไม่ได้อธิบายไว้ กลไกการเกิดปฏิกิริยา. ปฏิกิริยาเคมีใด ๆ ค่อนข้างซับซ้อน ตามกฎปริมาณสัมพันธ์ของมันไม่ได้คำนึงถึงความซับซ้อนของกระบวนการพื้นฐาน
2.2. ความลึกของปฏิกิริยา
ที่ ในระบบปฏิกิริยาดังกล่าว (1) มวลของสารแต่ละชนิดไม่ใช่ตัวแปรอิสระ เปลี่ยนจำนวนโมลdnฉันสัดส่วน
สัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์ในสมการปฏิกิริยา นั่นคือคุณสามารถเขียน
หรือในรูปปริพันธ์
โดยที่ ni 0 คือปริมาณเริ่มต้นของรีเอเจนต์หรือผลิตภัณฑ์ (โมล) ni คือปริมาณปัจจุบันของรีเอเจนต์หรือผลิตภัณฑ์ (โมล); yi คือสัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์ จำได้ว่าสำหรับผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา yi >0 และสำหรับสารตั้งต้น yi<0.
ดังนั้นการกระจายมวลในระบบอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาสามารถอธิบายได้ด้วยตัวแปรเดียว ξ ซึ่งเรียกว่า ตัวแปรทางเคมี. ตัวแปรทางเคมีวัดเป็นโมล
และ สามารถรับค่าได้หลากหลาย
ที่ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สถานะเริ่มต้นของระบบถูกกำหนดโดยค่า ξ = 0 หากกระบวนการดำเนินไปสู่ผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยา ξ จะมากกว่า 0 และหากไปยังสารตั้งต้น (ปฏิกิริยาย้อนกลับ) แล้ว ξ< 0. Вообще,
หลักสูตรของปฏิกิริยา
2.3. อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
การศึกษาจลนศาสตร์ของปฏิกิริยาเคมีจำเพาะเริ่มต้นขึ้นตามกฎโดยการสร้างการพึ่งพาที่กำหนดโดยการทดลอง Ci = f(t) ซึ่งเรียกว่า เส้นโค้งจลนศาสตร์. จากนั้นการวิเคราะห์ข้อมูลเหล่านี้และการศึกษากลไกการเกิดปฏิกิริยาก็เริ่มต้นขึ้น แต่ต้องใช้การศึกษาที่ยาวนานและซับซ้อน ดังนั้นหลังจากได้กราฟเส้นจลนศาสตร์แล้ว จึงสามารถประมวลผลสิ่งเหล่านี้ได้
ผ่อนคลาย
(จากภาษาละติน relaxatio-weakening) กระบวนการสร้างในระบบ สมดุลทางอุณหพลศาสตร์สถานะมหภาค ระบบถูกกำหนดโดยหลาย ๆ คน พารามิเตอร์และกระบวนการบรรลุความสมดุลในพารามิเตอร์ต่าง ๆ สามารถดำเนินการได้ด้วยการแยกย่อย ความเร็ว จัดสรรช่วงเวลาของเชิงเส้น R. เมื่อพารามิเตอร์บางอย่างของรัฐ ฉันแตกต่างเพียงเล็กน้อยจากค่าดุลยภาพ ในช่วงเวลานี้ อัตราการเปลี่ยนแปลงของพารามิเตอร์ ฉัน/dtได้สัดส่วนกับส่วนเบี่ยงเบน x ฉันจาก:
ที่ไหน t ฉัน-เวลา P. ตามด้วยเวลาที่ t ค่าเบี่ยงเบน exp (Тt/t ฉัน). ในช่วงเวลา t ฉันค่าเบี่ยงเบนพารามิเตอร์ขนาดเล็ก x ฉันลดลงจากค่าสมดุลโดยตัวคูณของ e คูณ ปริมาณ = 1/t ฉัน, ซึ่งกันและกันครั้ง ร. เรียกว่า ความถี่อาร์
เวลาของ R. จะกำหนดโดยระบบ St. you และประเภทของกระบวนการที่อยู่ระหว่างการพิจารณา ในระบบจริงสามารถเปลี่ยนแปลงได้จากค่าเล็กน้อยเล็กน้อยไปจนถึงค่าตามลำดับอายุของจักรวาล ระบบสามารถบรรลุสมดุลในพารามิเตอร์บางอย่างและยังคงไม่สมดุลในพารามิเตอร์อื่น (สมดุลบางส่วน) กระบวนการ R. ทั้งหมดนั้นไม่สมดุลและไม่สามารถย้อนกลับได้ และมาพร้อมกับการกระจายพลังงาน กล่าวคือ มันถูกผลิตขึ้นในระบบ (ดู อุณหพลศาสตร์ของกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้)
ในก๊าซ R. เกิดจากการแลกเปลี่ยนพลังงานและปริมาณของการเคลื่อนไหวระหว่างการชนกันของอนุภาค และเวลาของ R. ถูกกำหนดโดยเวลาที่ว่าง รัน (เวลาเฉลี่ยระหว่างการชนกันของโมเลกุลสองครั้งต่อเนื่องกัน) และประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยนพลังงานระหว่างระดับอิสระทุกระดับของการชนกันของอนุภาค ในก๊าซ monatomic ระยะของ R เร็วมีความโดดเด่นเมื่อในช่วงเวลาสั้น ๆ ตามคำสั่งของเวลาที่เกิดการชนกันของโมเลกุลสถานะเริ่มต้น (ไม่สมดุลอย่างยิ่ง) จะวุ่นวายมากจนอธิบายได้ก็เพียงพอแล้ว เพื่อทราบวิธีการแจกแจงบนพิกัดและโมเมนตัมของอนุภาคเพียงตัวเดียว (เรียกว่าฟังก์ชันการกระจายอนุภาค .single) ในขั้นตอนที่สอง ร. ในช่วงเวลาของลำดับเวลาว่าง ทำงานเป็นผลจากหลาย ๆ อย่างเท่านั้น การชนกันของปริมาตรขนาดเล็กในระดับมหภาคที่เคลื่อนที่ด้วยอัตราการถ่ายเทมวลเฉลี่ย (ความเร็วมวล) จะมีการจัดตั้งอุณหพลศาสตร์เฉพาะที่ สมดุล. มันถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์ของรัฐ (t-swarm, ศักยภาพทางเคมี ฯลฯ ) ซึ่งขึ้นอยู่กับช่องว่าง พิกัดและเวลาและค่อย ๆ มีแนวโน้มที่จะสมดุลค่าอันเป็นผลมาจากการชนกันจำนวนมาก (กระบวนการของการนำความร้อน, การแพร่กระจาย, ความหนืด, ฯลฯ ) เวลา R ขึ้นอยู่กับขนาดของระบบและมีขนาดใหญ่เมื่อเปรียบเทียบกับเวลาที่ว่างโดยเฉลี่ย วิ่ง.
ในก๊าซ polyatomic (ที่มีองศาอิสระภายใน) ม. การแลกเปลี่ยนพลังงานระหว่าง และต่อ องศาอิสระ (หมุน, แกว่ง) และ R. เกิดขึ้นซึ่งเกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์นี้ ความสมดุลเกิดขึ้นได้รวดเร็วที่สุดโดยการกระทำ องศาของเสรีภาพซึ่งมีลักษณะเป็น t-swarm ที่สอดคล้องกัน ความสมดุลระหว่างการกระทำ และหมุน องศาของเสรีภาพถูกกำหนดช้ากว่ามาก แรงกระตุ้นจะสั่น องศาอิสระสามารถทำได้ที่อุณหภูมิสูงเท่านั้น ดังนั้นในก๊าซ polyatomic กระบวนการ R หลายขั้นตอนจึงเป็นไปได้ (ดู จลนพลศาสตร์ที่ไม่สมดุล)หากก๊าซประกอบด้วยส่วนประกอบที่มีโมเลกุลซึ่งมีมวลแตกต่างกันอย่างมาก การแลกเปลี่ยนพลังงานระหว่างส่วนประกอบต่างๆ จะช้าลง ซึ่งเป็นผลมาจากการสลายตัว ส่วนประกอบทีรามิ ตัวอย่างเช่น อิออนและอิเล็กทรอนิก t-ry ต่างกันในพลาสมาและกระบวนการที่ช้าของ R เกิดขึ้น (ดู เคมีในพลาสมา)
ในของเหลว R. อธิบายโดยใช้ความสัมพันธ์เชิงพื้นที่และเวลา หน้าที่ที่กำหนดลักษณะการลดทอนในเวลาและพื้นที่ของอิทธิพลร่วมกันของโมเลกุล (สหสัมพันธ์) ความสัมพันธ์เหล่านี้เป็นสาเหตุของกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ - การนำความร้อนและความหนืด (ดูรูปที่ ของเหลว).ถึงเวลาของ R. ที่จะเป็นเทอร์โมไดนามิกส์เต็มรูปแบบ สามารถประเมินสมดุลได้โดยใช้จลนศาสตร์ ค่าสัมประสิทธิ์ ตัวอย่างเช่น ในสารละลายเลขฐานสอง เวลา R. ความเข้มข้น t! 2
/ดี,โดยที่ L คือขนาดของระบบ D คือสัมประสิทธิ์ การแพร่กระจาย; เวลา R. t-ry t! L 2 /x โดยที่ค่าสัมประสิทธิ์ x การกระจายความร้อน ฯลฯ (สำหรับรายละเอียด โปรดดูที่ แมคโครจลนศาสตร์).
ในของแข็ง R. ถูกอธิบายว่าเป็น R. ในก๊าซของอนุภาคกึ่งหนึ่ง ตัวอย่างเช่น ในผลึก ตาข่ายที่อุณหภูมิต่ำการสั่นสะเทือนแบบยืดหยุ่นถูกตีความว่าเป็นก๊าซของโฟนอน (การแผ่รังสีอะคูสติก) ในระบบแม่เหล็กหมุน โมเมนต์ของเฟอร์โรแมกเนติก quasiparticles เป็นแม็กนอน
ที่ การเปลี่ยนเฟสแม่น้ำสามารถมีลักษณะที่ยากลำบาก หากการเปลี่ยนจากสถานะไม่สมดุลไปเป็นสภาวะสมดุลเป็นการเปลี่ยนแปลงลำดับแรก ระบบสามารถเข้าสู่สถานะ metastable ก่อนแล้วค่อยคลายตัวช้ามาก (ดูรูปที่ สภาพแก้ว)การผ่อนคลายเป็นเรื่องยากโดยเฉพาะ การเปลี่ยนแปลงในโพลีเมอร์ที่มีชุด (สเปกตรัม) ของการผ่อนคลาย ปรากฏการณ์ซึ่งแต่ละอย่างเกิดจากกลไกของมันเอง ในบริเวณใกล้เคียงกับจุดเปลี่ยนเฟสของชนิดที่สอง ระดับของลำดับเฟสจะมีลักษณะเฉพาะด้วยพารามิเตอร์ลำดับ ซึ่งมีแนวโน้มจะเป็นศูนย์ และเวลา R. จะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ยากกว่านั้นคือธรรมชาติของ R. จากสถานะที่อยู่ห่างไกลจากเทอร์โมไดนามิกส์มาก สมดุล. ในระบบเปิด ปรากฏการณ์เกิดขึ้นได้ องค์กรตนเอง
การวัดเวลาที่ใช้ในสารเคมีของ ร. จลนพลศาสตร์สำหรับการศึกษากระบวนการที่สร้างสมดุลอย่างรวดเร็ว (ดู วิธีการผ่อนคลาย) Mechanical R. แสดงออกในช่วงเวลาความเครียดที่ลดลง ซึ่งทำให้เกิดการเสียรูปในร่างกาย Mechanical R. สัมพันธ์กับ viscoelasticity ซึ่งนำไปสู่ปรากฏการณ์การคืบคลานฮิสเทรีซิสในระหว่างการเปลี่ยนรูป (ดู รีโอโลยี)ว่าด้วยเรื่องของไบโอ ระบบคำว่า "อาร์" บางครั้งใช้เพื่อกำหนดลักษณะอายุของระบบ ซึ่งเมื่อถึงเวลาแห่งความตายทางสรีรวิทยาจะเข้าสู่สภาวะสมดุลบางส่วน (กึ่งสมดุล) กับสิ่งแวดล้อม ในธรรมชาติ ระบบ R. ครั้งคั่นด้วยความไม่เท่าเทียมกันที่รุนแรง การจัดเรียงจากน้อยไปมากหรือมากไปน้อยช่วยให้เราพิจารณาระบบเป็นลำดับชั้นได้ ระดับที่มีความแตกต่าง ระดับความเป็นระเบียบในโครงสร้าง (cf. อุณหพลศาสตร์ของระบบลำดับชั้น)
ย่อ: Zubarev D.N. , ไม่สมดุล, M. , 1971; Lifshits E. M. , Pitaevsky L. P. , จลนพลศาสตร์ทางกายภาพ, ในหนังสือ: Theoretical Physics, vol. 10, M. , 1979; Gladyshev G.P. , อุณหพลศาสตร์และกระบวนการลำดับชั้นตามธรรมชาติ, M. , 1988; Denisov E. T. , จลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาเคมีที่เป็นเนื้อเดียวกัน, 2nd ed., M. , 1988.
สารานุกรมเคมี - ม.: สารานุกรมโซเวียต. เอ็ด I. L. Knunyants. 1988 .
คำพ้องความหมาย:ดูว่า "RELAXATION" ในพจนานุกรมอื่นๆ คืออะไร:
- (จาก lat. relaxatio อ่อนตัวลง, การลดลง) กระบวนการสร้างสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ในระดับมหภาค ทางกายภาพ ระบบ (ก๊าซ ของเหลว วัตถุแข็ง) สถานะมหภาค ระบบถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์จำนวนมากและการจัดตั้ง ... ... สารานุกรมทางกายภาพ
การพักผ่อน- (จาก lat. relahatio ลดความตึงเครียด, อ่อนตัวลง) สภาวะของการพักผ่อนการผ่อนคลายซึ่งเกิดขึ้นในตัวแบบอันเป็นผลมาจากการบรรเทาความเครียดหลังจากประสบการณ์ที่รุนแรงหรือความพยายามทางร่างกาย ร.อาจไม่ได้ตั้งใจ (ผ่อนปรนเมื่อออกเดินทาง ... ... สารานุกรมจิตวิทยาที่ยิ่งใหญ่
การพักผ่อน- เป็นกระบวนการของการเปลี่ยนแปลงทีละน้อยของระบบอุณหพลศาสตร์จากสถานะไม่สมดุลที่เกิดจากอิทธิพลภายนอกไปสู่สภาวะสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ ตัวอย่างกระบวนการผ่อนคลาย: การเปลี่ยนแปลงความเครียดในร่างกายทีละน้อย ... ... สารานุกรมคำศัพท์คำจำกัดความและคำอธิบายของวัสดุก่อสร้าง
- [ลาดพร้าว ผ่อนคลายความตึงเครียดลดลง] น้ำผึ้ง การผ่อนคลายกล้ามเนื้อโครงร่าง บรรเทาความเครียดทางจิต พจนานุกรมคำต่างประเทศ Komlev N.G., 2006. การผ่อนคลาย (Latin relaxatio, stress reduction, blurening) 1) ทางกายภาพ. กระบวนการ … พจนานุกรมคำต่างประเทศของภาษารัสเซีย
การพักผ่อน- และดี. การพักผ่อน, เยอรมัน การผ่อนคลาย การผ่อนคลาย การลดความตึงเครียด การผ่อนคลาย 1. ทางกายภาพ. กระบวนการค่อยๆ กลับสู่สภาวะสมดุล ระบบที่นำออกจากสภาพดังกล่าว ภายหลังความดับของปัจจัยที่นำมันออกมา ... พจนานุกรมประวัติศาสตร์ของ Gallicisms ของภาษารัสเซีย
RELAXATION กระบวนการสร้างสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ในระบบกายภาพระดับมหภาคที่ประกอบด้วยอนุภาคจำนวนมาก ลักษณะของกระบวนการเวลาพักผ่อน ตัวอย่างเช่น สำหรับระบบอิเล็กตรอนในโลหะ เวลาพักผ่อน t 10 ... ... สารานุกรมสมัยใหม่
ในทางสรีรวิทยาการผ่อนคลายหรือลดลงอย่างรวดเร็วของโทนสีของกล้ามเนื้อโครงร่างจนถึงการตรึงอย่างสมบูรณ์ อาจเกิดขึ้นเป็นภาวะทางพยาธิวิทยา การผ่อนคลายประดิษฐ์ทำได้โดยการใช้สารคลายกล้ามเนื้อ ... พจนานุกรมสารานุกรมขนาดใหญ่
การผ่อนคลาย คลายความร้อน การลดทอน พจนานุกรมคำพ้องความหมายภาษารัสเซีย คำนามการผ่อนคลายจำนวนคำพ้องความหมาย: 6 autorelaxation (1) … พจนานุกรมคำพ้องความหมาย
- (จากภาษาละติน relaxatio การผ่อนคลาย, การปลดปล่อย, การพักผ่อน), 1) การผ่อนคลายหรือการลดลงของกล้ามเนื้อโครงร่าง การผ่อนคลายประดิษฐ์ที่เกิดจากการใช้ยาคลายกล้ามเนื้อใช้ในการผ่าตัด ... ... สารานุกรมสมัยใหม่
- (จากภาษาละติน relaxatio relief, การผ่อนคลาย) สถานะของการพักผ่อนที่เกี่ยวข้องกับการผ่อนคลายกล้ามเนื้อทั้งหมดหรือบางส่วน พวกเขาแบ่งปันการผ่อนคลายระยะยาวที่เกิดขึ้นระหว่างการนอนหลับ การสะกดจิต ภายใต้อิทธิพลทางเภสัชวิทยา และ ... ... พจนานุกรมจิตวิทยา
สมมติว่าคุณจำเป็นต้องได้รับปริมาณแอมโมเนียสูงสุดจากปริมาณไฮโดรเจนและไนโตรเจนที่กำหนด จากเนื้อหาในหัวข้อที่แล้ว คุณรู้อยู่แล้วว่าคุณจะมีอิทธิพลต่อแนวทางของปฏิกิริยาได้อย่างไรโดยการเปลี่ยนสมดุลเคมีไปในทิศทางเดียวหรืออีกทางหนึ่ง อย่างไรก็ตาม เพื่อแก้ปัญหาได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด ควรคำนึงถึงอัตราการเกิดปฏิกิริยาด้วย ความรู้เกี่ยวกับอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีมีความสำคัญทางวิทยาศาสตร์และทางปฏิบัติอย่างมาก ตัวอย่างเช่น ในอุตสาหกรรมเคมีในการผลิตสารชนิดใดชนิดหนึ่ง ขนาดและผลผลิตของอุปกรณ์ ปริมาณของผลิตภัณฑ์ที่ผลิตขึ้นกับอัตราการเกิดปฏิกิริยา
ปฏิกิริยาเคมีดำเนินไปในอัตราที่ต่างกัน บางส่วนจบลงด้วยเสี้ยววินาที บางช่วงสุดท้าย นาที ชั่วโมง หรือกระทั่งวัน ดังนั้น ในการใช้งานจริงของปฏิกิริยาเคมี มันสำคัญมากที่จะต้องรู้ว่าปฏิกิริยาที่กำหนดจะดำเนินไปในอัตราใดภายใต้เงื่อนไขบางประการและจะเปลี่ยนแปลงสภาวะเหล่านี้อย่างไรเพื่อให้ปฏิกิริยาดำเนินไปในอัตราที่ต้องการ
ปฏิกิริยาเร็วและช้า: จลนพลศาสตร์เคมี
สาขาเคมีที่ศึกษาอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีเรียกว่าจลนพลศาสตร์เคมี
ปัจจัยที่สำคัญที่สุดที่ส่งผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาคือ:
S ธรรมชาติของสารตั้งต้น;
ขนาดอนุภาคของรีเอเจนต์
S ความเข้มข้นของสารตั้งต้น;
S ความดันของรีเอเจนต์ที่เป็นก๊าซ
อุณหภูมิ S;
การปรากฏตัวของ S ในระบบของตัวเร่งปฏิกิริยา
ลักษณะของสารตั้งต้น
ตามที่ระบุไว้แล้ว เงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับปฏิกิริยาทางเคมีที่จะเกิดขึ้นระหว่างอนุภาคของสารตั้งต้นคือการชนกันของพวกมัน (การชนกัน) และที่ตำแหน่งของโมเลกุลที่มีปฏิกิริยาตอบสนองสูง (ดูหัวข้อ "ปฏิกิริยาเกิดขึ้นได้อย่างไร: ทฤษฎีการชน" ข้างต้นในบท ) ยิ่งโมเลกุลของสารตั้งต้นมีขนาดใหญ่และซับซ้อนมากขึ้น ความน่าจะเป็นที่จะเกิดการชนกันในบริเวณนั้นก็จะยิ่งต่ำลง
โมเลกุลที่มีปฏิกิริยาสูง บ่อยครั้ง ในโมเลกุลที่ค่อนข้างซับซ้อน บริเวณที่มีปฏิกิริยาสูงจะถูกบล็อกโดยส่วนอื่นของโมเลกุลอย่างสมบูรณ์ และปฏิกิริยาจะไม่เกิดขึ้น ในกรณีนี้ จากการชนกันจำนวนมาก เฉพาะที่เกิดขึ้นในบริเวณที่เกิดปฏิกิริยาเท่านั้นที่มีผล (กล่าวคือ นำไปสู่ปฏิกิริยาทางเคมี)
กล่าวอีกนัยหนึ่ง ยิ่งโมเลกุลของสารตั้งต้นมีขนาดใหญ่และซับซ้อนมากขึ้น อัตราการเกิดปฏิกิริยาก็จะยิ่งช้าลง
ขนาดอนุภาครีเอเจนต์
อัตราการเกิดปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับจำนวนการชนกันระหว่างโมเลกุลของสารตั้งต้น ดังนั้น ยิ่งพื้นที่ผิวเกิดการชนกันมากเท่าใด อัตราการเกิดปฏิกิริยาก็จะยิ่งสูงขึ้น ตัวอย่างเช่น หากคุณนำไม้ขีดไฟมาเผาถ่านก้อนใหญ่ จะไม่เกิดปฏิกิริยาใดๆ อย่างไรก็ตาม หากคุณบดถ่านหินชิ้นนี้เป็นผง พ่นขึ้นไปในอากาศ แล้วตีไม้ขีด การระเบิดจะเกิดขึ้น สาเหตุของการระเบิด (เช่น อัตราการเกิดปฏิกิริยาสูง) คือการเพิ่มขึ้นอย่างมากในพื้นที่ผิวของถ่านหิน
ความเข้มข้นของสารตั้งต้น
การเพิ่มจำนวนการชนกันของสารตั้งต้นทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น ดังนั้นอัตราการเกิดปฏิกิริยาจึงเป็นสัดส่วนกับจำนวนการชนกันที่โมเลกุลของสารตั้งต้นได้รับ ในทางกลับกันจำนวนการชนยิ่งมากขึ้นความเข้มข้นของสารตั้งต้นแต่ละชนิดก็จะยิ่งสูงขึ้น ตัวอย่างเช่น แผ่นไม้เผาไหม้ได้ค่อนข้างดีในอากาศธรรมดา (ซึ่งมีออกซิเจน 20%) แต่ในออกซิเจนบริสุทธิ์ การเผาไหม้จะเกิดขึ้นอย่างเข้มข้นกว่า กล่าวคือ ในอัตราที่เร็วกว่า
ในปฏิกิริยาง่ายๆ ส่วนใหญ่ การเพิ่มความเข้มข้นของสารตั้งต้นจะเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยา อย่างไรก็ตาม ในปฏิกิริยาที่ซับซ้อนที่เกิดขึ้นในหลายขั้นตอน การพึ่งพาอาศัยกันนี้จะไม่ถูกสังเกต ในความเป็นจริง โดยการพิจารณาผลของความเข้มข้นต่ออัตราของปฏิกิริยา คุณจะสามารถค้นหาได้ว่าสารตั้งต้นตัวใดที่มีผลต่อขั้นตอนในปฏิกิริยาที่กำหนดอัตราของมัน (ข้อมูลนี้จะช่วยคำนวณกลไกการเกิดปฏิกิริยา) ซึ่งสามารถทำได้โดยเรียกใช้ปฏิกิริยาที่ความเข้มข้นต่างๆ กันหลายระดับและสังเกตผลกระทบต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา ตัวอย่างเช่น หากการเปลี่ยนความเข้มข้นของสารตั้งต้นหนึ่งตัวไม่ส่งผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา คุณจะรู้ว่าที่ระยะที่ช้าที่สุดของกลไกการเกิดปฏิกิริยา (และอัตราการเกิดปฏิกิริยาถูกกำหนดอย่างแม่นยำโดยระยะดังกล่าว) สารตั้งต้นนี้คือ ไม่เกี่ยวข้อง
ความดันของรีเอเจนต์ก๊าซ
ความดันของสารตั้งต้นที่เป็นแก๊สมีผลเช่นเดียวกันกับอัตราการเกิดปฏิกิริยาเช่นเดียวกับความเข้มข้น ยิ่งความดันของสารตั้งต้นในสถานะก๊าซสูงขึ้น อัตราการเกิดปฏิกิริยาก็จะยิ่งสูงขึ้น นี่เป็นเพราะ (คุณเดาได้!) การชนกันที่เพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม หากปฏิกิริยามีกลไกที่ซับซ้อน การเปลี่ยนแปลงความดันอาจไม่นำไปสู่ผลลัพธ์ที่คาดหวัง
อุณหภูมิ
ทำไมแม่บ้านทุกคนจึงรีบนำไก่งวงที่เหลือไปแช่ตู้เย็นหลังอาหารค่ำวันขอบคุณพระเจ้า? ใช่เพราะหากไม่ทำไก่งวงอาจเสื่อมสภาพได้ "เสีย" หมายถึงอะไร? ซึ่งหมายความว่าการเจริญเติบโตของแบคทีเรียเพิ่มขึ้น ตอนนี้เมื่อไก่งวงอยู่ในตู้เย็นจะทำให้อัตราการเติบโตของแบคทีเรียช้าลงเนื่องจากอุณหภูมิที่ต่ำกว่า
การเพิ่มจำนวนแบคทีเรียเป็นปฏิกิริยาทางชีวเคมีทั่วไป กล่าวคือ ปฏิกิริยาเคมีที่เกี่ยวข้องกับสิ่งมีชีวิต ในกรณีส่วนใหญ่ อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจะทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาดังกล่าวเพิ่มขึ้น มีกฎในเคมีอินทรีย์ว่าอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น 10°C จะเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาเป็นสองเท่า
ทำไมสิ่งนี้ถึงเกิดขึ้น? ส่วนหนึ่ง (คุณเดาได้!) เนื่องจากจำนวนการชนที่เพิ่มขึ้น เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น โมเลกุลจะเคลื่อนที่เร็วขึ้น ซึ่งเพิ่มโอกาสในการชนกันของพวกมัน และด้วยเหตุนี้จึงมีปฏิสัมพันธ์ทางเคมีของพวกมัน อย่างไรก็ตาม นั่นไม่ใช่ทั้งหมด เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น พลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุลก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ให้ความสนใจกับรูปที่ 8.7 ซึ่งให้ตัวอย่างว่าอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นส่งผลต่อพลังงานจลน์ของสารตั้งต้นและอัตราการเกิดปฏิกิริยาอย่างไร
ที่อุณหภูมิที่กำหนด ไม่ใช่ทุกโมเลกุลที่มีพลังงานจลน์เท่ากัน บางชนิดสามารถเคลื่อนที่ได้ช้ามาก (เช่น มีพลังงานจลน์ต่ำ) ในขณะที่บางชนิดเคลื่อนที่ได้ค่อนข้างเร็ว (เช่น มีพลังงานจลน์สูง) อย่างไรก็ตาม ในกรณีส่วนใหญ่ ค่าความเร็วของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลจะอยู่ที่จุดกึ่งกลางระหว่างความเร็วทั้งสองนี้
ในความเป็นจริง อุณหภูมิเป็นตัววัดพลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุล ดังที่เห็นในรูป 8.7 อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของพลังงานจลน์เฉลี่ยของสารตั้งต้น ในขณะที่เส้นโค้งเลื่อนไปทางขวา ไปสู่ค่าพลังงานจลน์ที่สูงขึ้น ให้ใส่ใจกับปริมาณพลังงานจลน์ขั้นต่ำที่โมเลกุลต้องมีเพื่อให้เกิดการชนกันเพื่อนำไปสู่การก่อตัวของสารใหม่ กล่าวคือ พลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยานี้ โมเลกุลที่มีพลังงานนี้เรียกว่าโมเลกุลที่ใช้งาน
สารตั้งต้นไม่เพียงแต่จะต้องชนกันในบริเวณที่เกิดปฏิกิริยาเท่านั้น แต่ยังต้องถ่ายโอนพลังงานที่เพียงพอเพื่อทำลายพันธะที่มีอยู่และสร้างพันธะใหม่ หากพลังงานนี้ไม่เพียงพอ ปฏิกิริยาจะไม่เกิดขึ้นระหว่างการชนกันของโมเลกุลเริ่มต้น
โปรดทราบว่าที่อุณหภูมิต่ำกว่า (T1) โมเลกุลของสารตั้งต้นจำนวนน้อยมีพลังงานกระตุ้นที่ต้องการ ที่อุณหภูมิสูงขึ้น (T2)
พลังงานกระตุ้น (จำนวนพลังงานจลน์ขั้นต่ำที่จำเป็นในการสร้างสารใหม่) จะมีโมเลกุลมากขึ้นอยู่แล้ว กล่าวคือ การชนกันจำนวนมากขึ้นจะได้ผล
ดังนั้นอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นไม่เพียงเพิ่มจำนวนการชนเท่านั้น แต่ยังเพิ่มจำนวนการชนกันที่มีประสิทธิภาพซึ่งเป็นผลมาจากปฏิกิริยาเคมีของอนุภาคเกิดขึ้น
ตัวเร่งปฏิกิริยา
สารที่ไม่ได้รับการบริโภคอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยา แต่ส่งผลต่ออัตราเรียกว่าตัวเร่งปฏิกิริยา ปรากฏการณ์ของการเปลี่ยนแปลงอัตราการเกิดปฏิกิริยาภายใต้การกระทำของสารดังกล่าวเรียกว่าการเร่งปฏิกิริยา ในกรณีส่วนใหญ่ ผลกระทบของตัวเร่งปฏิกิริยาอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่ามันลดพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยา
ดูตัวอย่างเช่นที่รูปที่ 8.1. หากค่าพลังงานกระตุ้นที่สอดคล้องกับค่าสูงสุดบนกราฟต่ำกว่า จำนวนการชนกันของโมเลกุลสารตั้งต้นที่มีประสิทธิผลจะสูงขึ้น ซึ่งหมายความว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาก็จะสูงขึ้นเช่นกัน เดียวกันสามารถเห็นได้ในรูปที่ 8.7. หากเราเลื่อนเส้นประไปทางซ้าย ซึ่งระบุพลังงานจลน์ขั้นต่ำที่จำเป็นในการเข้าถึงพลังงานกระตุ้น จากนั้นโมเลกุลจำนวนมากจะมีพลังงานกระตุ้น ดังนั้นปฏิกิริยาจะดำเนินไปเร็วขึ้น
ตัวเร่งปฏิกิริยาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเคมี ภายใต้อิทธิพลของตัวเร่งปฏิกิริยา ปฏิกิริยาสามารถเร่งได้หลายล้านครั้งหรือมากกว่านั้น
แยกแยะระหว่างตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันและต่างกัน ในการเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกัน ตัวเร่งปฏิกิริยาและสารตั้งต้นจะก่อตัวเป็นเฟสเดียว (ก๊าซหรือสารละลาย) ในการเร่งปฏิกิริยาที่ต่างกัน ตัวเร่งปฏิกิริยามีอยู่ในระบบเป็นเฟสอิสระ
ตัวเร่งปฏิกิริยาต่างกัน
ในส่วน How Reactions Occur: Collision Theory เมื่อพูดถึงกลไกการโต้ตอบระหว่างโมเลกุล จะใช้สูตรต่อไปนี้เป็นตัวอย่าง
เพื่อที่จะทำลายพันธะ A-B และสร้างพันธะ C-A ที่แสดงในสมการ สารตั้งต้น C ต้องชนกับส่วนของโมเลกุล A-B ที่ A ตั้งอยู่ การชนกันจะเกิดขึ้นในลักษณะนี้หรือไม่นั้นส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับโอกาส อย่างไรก็ตาม ตามทฤษฎีความน่าจะเป็น ไม่ช้าก็เร็ว มันจะยังคงเกิดขึ้น เพื่อเพิ่มความน่าจะเป็นของการชนกันดังกล่าว โมเลกุล A-B ควร "แนบ" ในลักษณะที่ส่วน A ของมัน "มุ่ง" ไปทางรีเอเจนต์ C
สิ่งนี้สามารถทำได้โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่แตกต่างกัน: มัน "จับ" โมเลกุลของสารตั้งต้นหนึ่งตัวกับพื้นผิวของมัน โดยปรับทิศทางของมันในลักษณะที่จะเร่งปฏิกิริยาให้เร็วขึ้น กระบวนการเร่งปฏิกิริยาต่างกันแสดงในรูปที่ 8.8.
ตัวเร่งปฏิกิริยาเรียกว่า heterogeneous ("heterogeneous") เนื่องจากอยู่ในสถานะการรวมตัวที่แตกต่างจากสถานะของการรวมตัวของสารที่ทำปฏิกิริยา ตัวเร่งปฏิกิริยามักจะเป็นโลหะแข็งหรือออกไซด์ของโลหะแข็งที่แบ่งละเอียด ในขณะที่สารตั้งต้นคือก๊าซหรือสารละลาย ในการเร่งปฏิกิริยาที่แตกต่างกัน ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยา กิจกรรมของตัวเร่งปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับขนาดและคุณสมบัติของพื้นผิวของมัน เพื่อให้มีพื้นผิวที่ใหญ่ ตัวเร่งปฏิกิริยาต้องมีโครงสร้างเป็นรูพรุนหรืออยู่ในสภาพที่ถูกบดขยี้
ในการเร่งปฏิกิริยาที่แตกต่างกัน ปฏิกิริยาจะดำเนินการผ่านตัวกลางที่ใช้งานอยู่ - สารประกอบพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยากับสารตั้งต้น เมื่อผ่านชุดของขั้นตอนที่ตัวกลางเหล่านี้มีส่วนร่วม ปฏิกิริยาจะจบลงด้วยการก่อตัวของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย และเป็นผลให้ตัวเร่งปฏิกิริยาไม่ถูกบริโภค
พวกเราหลายคนต้องรับมือกับการทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยาที่ต่างกันเกือบทุกวัน นี่คือเครื่องฟอกไอเสียเชิงเร่งปฏิกิริยาในรถยนต์ คอนเวอร์เตอร์นี้ประกอบด้วยโลหะบด (แพลตตินัมและ/หรือแพลเลเดียม) ที่ใช้ในการเร่งปฏิกิริยาที่สลายก๊าซที่เป็นอันตรายจากการเผาไหม้ของน้ำมันเบนซิน (เช่น คาร์บอนมอนอกไซด์และไฮโดรคาร์บอนที่ยังไม่เผาไหม้) ให้เป็นผลิตภัณฑ์ที่ไม่เป็นอันตราย (เช่น น้ำและคาร์บอนไดออกไซด์)
รายการนี้ถูกโพสต์เมื่อ วันอาทิตย์ที่ 25 พฤษภาคม 2014 เวลา 18:20 น. and is filed under . คุณสามารถติดตามคำตอบของรายการนี้ได้ทางฟีด ขณะนี้ทั้งความคิดเห็นและการส่ง Ping ปิดอยู่