Formel für den Temperaturkoeffizienten der Reaktionsgeschwindigkeit. Berechnung von Geschwindigkeit, Konstante und Temperaturkoeffizient der Reaktionsgeschwindigkeit

Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion nimmt mit steigender Temperatur zu. Sie können den Anstieg der Reaktionsgeschwindigkeit mit der Temperatur mithilfe der Van't-Hoff-Regel abschätzen. Nach der Regel erhöht eine Temperaturerhöhung um 10 Grad die Reum das 2- bis 4-fache:

Diese Regel gilt nicht, wenn hohe Temperaturen, wenn sich die Geschwindigkeitskonstante nahezu nicht mit der Temperatur ändert.

Mit der Van't-Hoff-Regel können Sie schnell die Haltbarkeit eines Arzneimittels bestimmen. Eine Erhöhung der Temperatur erhöht die Zersetzungsgeschwindigkeit des Arzneimittels. Dies verkürzt die Zeit, die zur Bestimmung der Haltbarkeit des Arzneimittels benötigt wird.

Die Methode besteht darin, dass die Medikamente bei erhöhter Temperatur T gehalten werden bestimmte Zeit tT, ermitteln Sie die Menge des zersetzten Arzneimittels m und berechnen Sie sie auf eine Standardlagertemperatur von 298 K um. Betrachtet man den Prozess der Arzneimittelzersetzung als Reaktion erster Ordnung, wird die Geschwindigkeit bei der gewählten Temperatur T und T = 298 K wie folgt ausgedrückt:

Wenn man davon ausgeht, dass die Masse des zersetzten Arzneimittels bei Standard- und realen Lagerbedingungen gleich ist, kann die Zersetzungsrate wie folgt ausgedrückt werden:

Nehmen wir T=298+10n, wobei n = 1,2,3…,

Der endgültige Ausdruck für die Haltbarkeit des Arzneimittels wird unter Standardbedingungen von 298 K erhalten:

Theorie aktiver Kollisionen. Aktivierungsenergie. Arrhenius-Gleichung. Zusammenhang zwischen Reaktionsgeschwindigkeit und Aktivierungsenergie.

Die Theorie der aktiven Kollisionen wurde 1889 von S. Arrhenius formuliert. Diese Theorie basiert auf der Idee, dass für den Ablauf einer chemischen Reaktion ein Zusammenstoß zwischen den Molekülen der Ausgangsstoffe notwendig ist und die Anzahl der Zusammenstöße durch die Intensität bestimmt wird thermische Bewegung Moleküle, d.h. hängt von der Temperatur ab. Aber nicht jeder Zusammenstoß von Molekülen führt zu einer chemischen Umwandlung: Nur ein aktiver Zusammenstoß führt dazu.

Aktive Kollisionen sind Kollisionen, die beispielsweise zwischen den Molekülen A und B mit großer Energiemenge auftreten. Die Mindestenergiemenge, die die Moleküle der Ausgangsstoffe haben müssen, damit ihr Zusammenstoß aktiv ist, wird als Energiebarriere der Reaktion bezeichnet.

Aktivierungsenergie ist die überschüssige Energie, die einem Mol einer Substanz verliehen oder übertragen werden kann.

Die Aktivierungsenergie beeinflusst den Wert der Reaund ihre Abhängigkeit von der Temperatur erheblich: Je größer Ea, desto kleiner die Geschwindigkeitskonstante und desto stärker beeinflusst die Temperaturänderung sie.

Die Rehängt mit der Aktivierungsenergie durch eine komplexe Beziehung zusammen, die durch die Arrhenius-Gleichung beschrieben wird:

k=Aе–Ea/RT, wobei A der präexponentielle Faktor ist; Ea ist die Aktivierungsenergie, R ist die universelle Gaskonstante von 8,31 J/mol; T – absolute Temperatur;

E-Basis natürlicher Logarithmen.

Die beobachteten Reasind jedoch normalerweise viel kleiner als die aus der Arrhenius-Gleichung berechneten. Daher wird die Gleichung für die Rewie folgt geändert:

(Minus vor allen Brüchen)

Der Multiplikator ergibt Temperaturabhängigkeit Die Geschwindigkeitskonstante weicht von der Arrhenius-Gleichung ab. Da die Arrhenius-Aktivierungsenergie als Steigung der logarithmischen Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der inversen Temperatur berechnet wird, gilt dasselbe mit der Gleichung , wir bekommen:

Merkmale heterogener Reaktionen. Die Geschwindigkeit heterogener Reaktionen und ihre bestimmenden Faktoren. Kinetische und Diffusionsbereiche heterogener Prozesse. Beispiele für heterogene Reaktionen, die für die Pharmazie von Interesse sind.

HETEROGENE REAKTIONEN, chem. Reaktionen, bei denen sich Stoffe zersetzen. Phasen und bilden zusammen ein heterogenes System. Typische heterogene Reaktionen: thermisch. Zersetzung von Salzen unter Bildung gasförmiger und fester Produkte (z. B. CaCO3 -> CaO + CO2), Reduktion von Metalloxiden mit Wasserstoff oder Kohlenstoff (z. B. PbO + C -> Pb + CO), Auflösung von Metallen in Säuren (zum Beispiel Zn + + H2SO4 -> ZnSO4 + H2), Wechselwirkung. feste Reagenzien (A12O3 + NiO -> NiAl2O4). Eine besondere Klasse umfasst heterogene katalytische Reaktionen, die auf der Oberfläche des Katalysators ablaufen; In diesem Fall dürfen sich die Reaktanten und Produkte nicht in unterschiedlichen Phasen befinden. Während der auf der Oberfläche eines Eisenkatalysators auftretenden Reaktion N2 + + ZH2 -> 2NH3 befinden sich die Reaktanten und das Reaktionsprodukt in der Gasphase und bilden ein homogenes System.

Die Merkmale heterogener Reaktionen beruhen auf der Beteiligung kondensierter Phasen an ihnen. Dies erschwert das Mischen und Transportieren von Reagenzien und Produkten; Eine Aktivierung von Reagenzmolekülen an der Grenzfläche ist möglich. Die Kinetik jeder heterogenen Reaktion wird durch die Geschwindigkeit der Chemikalie selbst bestimmt. Umwandlungen sowie durch Transferprozesse (Diffusion), die notwendig sind, um den Verbrauch reagierender Substanzen wieder aufzufüllen und Reaktionsprodukte aus der Reaktionszone zu entfernen. In Abwesenheit von Diffusionshindernissen ist die Geschwindigkeit einer heterogenen Reaktion proportional zur Größe der Reaktionszone; Dies ist die spezifische Reaktionsgeschwindigkeit, die pro Oberflächeneinheit (oder Volumen) der Reaktion berechnet wird. Zonen, ändert sich im Laufe der Zeit nicht; bei einfachen (einstufigen) Reaktionen kann dies der Fall sein auf Basis des wirkenden Massengesetzes bestimmt. Dieses Gesetz ist nicht erfüllt, wenn die Diffusion von Stoffen langsamer verläuft als die chemische. Bezirk; In diesem Fall wird die beobachtete Geschwindigkeit einer heterogenen Reaktion durch die Gleichungen der Diffusionskinetik beschrieben.

Die Geschwindigkeit einer heterogenen Reaktion ist die Stoffmenge, die während einer Reaktion pro Zeiteinheit pro Oberflächeneinheit der Phase reagiert oder gebildet wird.

Faktoren, die die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion beeinflussen:

Die Art der Reaktanten

Reagenzkonzentration,

Temperatur,

Vorhandensein eines Katalysators.

Vheterogen = Δп(S Δt), wobei Vheterogen die Reaktionsgeschwindigkeit in einem heterogenen System ist; n ist die Molzahl einer der aus der Reaktion resultierenden Substanzen; V ist das Volumen des Systems; t – Zeit; S ist die Oberfläche der Phase, auf der die Reaktion stattfindet; Δ – Vorzeichen des Inkrements (Δp = p2 – p1; Δt = t2 – t1).

Temperatur und Reaktionsgeschwindigkeit

Bei einer festen Temperatur ist eine Reaktion möglich, wenn die interagierenden Moleküle eine bestimmte Energiemenge haben. Arrhenius nannte dies überschüssige Energie Aktivierungsenergie und die Moleküle selbst aktiviert.

Nach Arrhenius-Geschwindigkeitskonstante k und Aktivierungsenergie Ea hängen durch eine Beziehung zusammen, die Arrhenius-Gleichung genannt wird:

Hier A– präexponentieller Faktor, R- Universelle Gas Konstante, T- Absolute Temperatur.

Somit wird bei konstanter Temperatur die Reaktionsgeschwindigkeit bestimmt Ea. Je mehr Ea, je kleiner die Anzahl der aktiven Moleküle und desto langsamer verläuft die Reaktion. Beim Abnehmen Ea Geschwindigkeit steigt und wann Ea= 0, die Reaktion erfolgt sofort.

Größe Ea charakterisiert die Art der reagierenden Stoffe und wird experimentell aus der Abhängigkeit ermittelt k = F(T). Nachdem wir Gleichung (5.3) in logarithmischer Form geschrieben und nach Konstanten bei zwei Temperaturen gelöst haben, finden wir Ea:

γ ist der Temperaturkoeffizient der chemischen Reaktionsgeschwindigkeit. Die Van't-Hoff-Regel ist nur begrenzt anwendbar, da der Wert von γ von der Temperatur und außerhalb des Bereichs abhängt Ea= 50–100 kJ ∙ mol –1 gilt diese Regel überhaupt nicht.

In Abb. In Abb. 5.4 ist zu erkennen, dass die für die Überführung der Ausgangsprodukte in den aktiven Zustand (A* – aktivierter Komplex) aufgewendete Energie beim Übergang in die Endprodukte ganz oder teilweise wieder freigesetzt wird. Der Energieunterschied zwischen Ausgangs- und Endprodukt bestimmt Δ H eine Reaktion, die nicht von der Aktivierungsenergie abhängt.

Auf dem Weg vom Anfangszustand zum Endzustand muss das System daher eine Energiebarriere überwinden. Nur aktive Moleküle verfügen im Moment der Kollision über die nötige Überschussenergie Ea können diese Barriere überwinden und eine chemische Wechselwirkung eingehen. Mit steigender Temperatur steigt der Anteil aktiver Moleküle im Reaktionsmedium.

Präexponentieller FaktorA charakterisiert Gesamtzahl Kollisionen. Für Reaktionen mit einfachen Molekülen A nahe an der theoretischen Kollisionsgröße Z, d.h. A = Z, berechnet aus Kinetische Theorie Gase Für komplexe Moleküle A ≠ Z Daher ist es notwendig, einen sterischen Faktor einzuführen P:

Hier Z– Anzahl aller Kollisionen, P– der Anteil räumlich günstiger Kollisionen (nimmt Werte von 0 bis an) – der Anteil aktiver, also energetisch günstiger Kollisionen.

Die Dimension der Geschwindigkeitskonstante ergibt sich aus der Beziehung

Bei der Analyse des Ausdrucks (5.3) kommen wir zu dem Schluss, dass es zwei grundlegende Möglichkeiten gibt, die Reaktion zu beschleunigen:
a) Temperaturanstieg,
b) Abnahme der Aktivierungsenergie.

Aufgaben und Tests zum Thema „Chemische Kinetik. Temperatur und Reaktionsgeschwindigkeit“

• Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion. Katalysatoren - Klassifizierung chemische Reaktionen und Muster ihres Auftretens, Klassen 8–9

  Lektionen: 5 Aufgaben: 8 Tests: 1

Faktoren, die die Reaktion beeinflussen

Im menschlichen Körper finden in einer lebenden Zelle Tausende von enzymatischen Reaktionen statt. Allerdings ist in einer mehrstufigen Prozesskette der Unterschied zwischen den Geschwindigkeiten der einzelnen Reaktionen recht groß. Somit gehen der Synthese von Proteinmolekülen in einer Zelle mindestens zwei weitere Stufen voraus: die Synthese von Transfer-RNA und die Synthese von Ribosomen. Aber die Zeit, in der sich die Konzentration der t-RNA-Moleküle verdoppelt, beträgt 1,7 Minuten, der Proteinmoleküle 17 Minuten und der Ribosomen 170 Minuten. Die Geschwindigkeit des Gesamtprozesses der langsamen (limitierenden) Stufe, in unserem Beispiel die Geschwindigkeit der Ribosomensynthese. Das Vorhandensein einer limitierenden Reaktion bietet eine hohe Zuverlässigkeit und Flexibilität bei der Kontrolle Tausender in der Zelle ablaufender Reaktionen. Es genügt, nur die langsamsten zu überwachen und zu regeln. Diese Methode zur Regulierung der Geschwindigkeit einer mehrstufigen Synthese wird als Minimumprinzip bezeichnet. Dadurch können Sie das automatische Regulierungssystem im Käfig erheblich vereinfachen und zuverlässiger machen.

Klassifizierungen von Reaktionen, die in der Kinetik verwendet werden: Reaktionen, homogen, heterogen und mikroheterogen; Reaktionen sind einfach und komplex (parallel, sequentiell, konjugiert, Kette). Molekularität eines elementaren Reaktionsakts. Kinetische Gleichungen. Reihenfolge der Reaktion. Halbwertszeit

Mikroheterogene Reaktionen –

Die Molekularität einer Reaktion wird durch die Anzahl der Moleküle bestimmt, die bei einer Elementarreaktion eine chemische Wechselwirkung eingehen. Auf dieser Grundlage werden Reaktionen in monomolekulare, bimolekulare und trimolekulare unterteilt.

Dann sind Reaktionen vom Typ A -> B monomolekular, zum Beispiel:

a) C 16 H 34 (t°C) -> C g H 18 + C 8 H 16 – Kohlenwasserstoff-Crackreaktion;

b) CaC0 3 (t°C) -> CaO + C0 2 – thermische Zersetzung von Calciumcarbonat.
Reaktionen vom Typ A + B -> C oder 2A -> C – sind bimolekular, zum Beispiel:
a) C + 0 2 -> C0 2; b) 2H 2 0 2 -> 2H 2 0 + 0 2 usw.

Trimolekulare Reaktionen werden beschrieben allgemeine Gleichungen Typ:

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

Zum Beispiel: a) 2H 2 + 0 2 2H 2 0; b) 2NO + H 2 N 2 0 + H 2 0.

Die Reaktionsgeschwindigkeit wird je nach Molekularität durch die Gleichungen ausgedrückt: a) V = zu CA – für eine monomolekulare Reaktion; b) V = zu C A C in oder c) V = zu C 2 A – für eine bimolekulare Reaktion; d) V = k C C in C e e) V = k C 2 A C in oder f) V = k C 3 A – für eine trimolekulare Reaktion.

Molekularität ist die Anzahl der Moleküle, die in einem elementaren chemischen Vorgang reagieren.

Oft ist es schwierig, die Molekularität einer Reaktion festzustellen, daher wird ein formaleres Zeichen verwendet – die Reihenfolge der chemischen Reaktion.

Reaktionsreihenfolge gleich der Summe Indikatoren für Konzentrationsgrade in der Gleichung, die die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Konzentration der Reaktanten ausdrücken (kinetische Gleichung).

Die Reihenfolge der Reaktion stimmt meist nicht mit der Molekularität überein, da der Reaktionsmechanismus, d. h. der „Elementarakt“ der Reaktion (siehe Definition des Zeichens der Molekularität), schwer zu ermitteln ist.

Betrachten wir eine Reihe von Beispielen, die diese Position veranschaulichen.

1. Die Geschwindigkeit der Kristallauflösung wird trotz der monomolekularen Natur der Reaktion durch kinetische Gleichungen nullter Ordnung beschrieben: AgCl (TB) ->Ag + + CI", V = k C(AgCl (TB p= k"C( AgCl (ra)) - p - Dichte und ist ein konstanter Wert, d. h. die Auflösungsgeschwindigkeit hängt nicht von der Menge (Konzentration) des gelösten Stoffes ab.

2. Die Hydrolysereaktion von Saccharose: CO + H 2 0 -> C 6 H 12 0 6 (Glucose) + C 6 H 12 0 6 (Fructose) ist eine bimolekulare Reaktion, ihre Kinetik wird jedoch durch die Kinetik erster Ordnung beschrieben Gleichung: V = k*C cax, da unter experimentellen Bedingungen, auch im Körper, die Wasserkonzentration ein konstanter Wert ist C(H 2 0) - const.

3.
Die Zersetzungsreaktion von Wasserstoffperoxid, die unter Beteiligung von Katalysatoren, sowohl anorganischen Ionen Fe 3+, Cu 2+ Metallplatin, als auch biologischen Enzymen, beispielsweise Katalase, abläuft, hat die allgemeine Form:

2H 2 0 2 -> 2H 2 0 + O d. h. es ist bimolekular.

Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Konzentration. Kinetische Gleichungen von Reaktionen erster, zweiter und nullter Ordnung. Experimentelle Methoden zur Bestimmung der Geschwindigkeit und Geschwindigkeitskonstante von Reaktionen.

Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur. Van't Hoff-Regel. Temperaturkoeffizient der Reaktionsgeschwindigkeit und seine Eigenschaften für biochemische Prozesse.

γ-Temperaturkoeffizient der Reaktionsgeschwindigkeit.

Physikalische Bedeutung Der Wert von γ gibt an, wie oft sich die Reaktionsgeschwindigkeit bei einer Temperaturänderung alle 10 Grad ändert.

15. Das Konzept der Theorie aktiver Kollisionen. Energieprofil der Reaktion; Aktivierungsenergie; Arrhenius-Gleichung. Die Rolle des sterischen Faktors. Das Konzept der Theorie des Übergangszustands.

Die Beziehung zwischen Geschwindigkeitskonstante, Aktivierungsenergie und Temperatur wird durch die Arrhenius-Gleichung beschrieben: k T = k 0 *Ae~ E / RT, wobei k t und k 0 die Geschwindigkeitskonstanten bei der Temperatur T sind und T e die Basis von ist Natürlicher Logarithmus, A ist der sterische Faktor.

Der sterische Faktor A bestimmt die Wahrscheinlichkeit der Kollision zweier reagierender Teilchen im aktiven Zentrum des Moleküls. Dieser Faktor ist besonders wichtig für biochemische Reaktionen mit Biopolymeren. Bei Säure-Base-Reaktionen muss das H + -Ion mit der terminalen Carboxylgruppe – COO – reagieren. Allerdings führt nicht jeder Zusammenstoß des H + -Ions mit einem Proteinmolekül zu dieser Reaktion. Nur solche Zusammenstöße, die an einigen Stellen direkt auftreten der Makromoleküle werden wirksam sein, sogenannte aktive Zentren.

Aus der Arrhenius-Gleichung folgt, dass die Geschwindigkeitskonstante umso höher ist, je niedriger die Aktivierungsenergie E und je höher die Temperatur T des Prozesses ist.

Aufgabe 336.
Bei 150 °C ist ein Teil der Reaktion in 16 Minuten abgeschlossen. Berechnen Sie unter Annahme des Temperaturkoeffizienten der Reaktionsgeschwindigkeit von 2,5, nach welcher Zeit diese Reaktion endet, wenn sie wie folgt durchgeführt wird: a) bei 20 0 °C; b) bei 80°C.
Lösung:
Nach der Van't-Hoff-Regel wird die Abhängigkeit der Geschwindigkeit von der Temperatur durch die Gleichung ausgedrückt:

v t und k t – Geschwindigkeit und Geschwindigkeitskonstante der Reaktion bei der Temperatur t°C; v (t + 10) und k (t + 10) sind die gleichen Werte bei der Temperatur (t + 10 0 C); - Temperaturkoeffizient der Reaktionsgeschwindigkeit, dessen Wert für die meisten Reaktionen im Bereich von 2 – 4 liegt.

a) Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion bei einer bestimmten Temperatur umgekehrt proportional zur Dauer ihres Auftretens ist, setzen wir die in der Problemstellung angegebenen Daten in eine Formel ein, die die Van’t-Hoff-Regel quantitativ ausdrückt, und erhalten:

b) Da diese Reaktion mit einer Temperaturabnahme abläuft, ist die Geschwindigkeit dieser Reaktion bei einer gegebenen Temperatur direkt proportional zur Dauer ihres Auftretens. Wir ersetzen die in der Problemstellung angegebenen Daten in eine Formel, die den Van quantitativ ausdrückt. Nach der Hoff-Regel erhalten wir:

Antwort: a) bei 200 0 C t2 = 9,8 s; b) bei 80 0 C t3 = 162 h 1 min 16 s.

Aufgabe 337.
Ändert sich der Wert der Reaktionsgeschwindigkeitskonstante: a) wenn ein Katalysator durch einen anderen ersetzt wird; b) wenn sich die Konzentrationen reagierender Stoffe ändern?
Lösung:
Die Reist ein Wert, der von der Art der Reaktanten, der Temperatur und der Anwesenheit von Katalysatoren abhängt und nicht von der Konzentration der Reaktanten abhängt. Sie kann der Reaktionsgeschwindigkeit entsprechen, wenn die Konzentrationen der Reaktanten gleich eins (1 mol/l) sind.

a) Beim Ersetzen eines Katalysators durch einen anderen ändert oder erhöht sich die Geschwindigkeit einer bestimmten chemischen Reaktion. Wenn ein Katalysator verwendet wird, erhöht sich die Geschwindigkeit der chemischen Reaktion und der Wert der Reerhöht sich entsprechend. Wenn ein Katalysator durch einen anderen ersetzt wird, ändert sich auch der Wert der Reaktionsgeschwindigkeitskonstante, wodurch sich die Geschwindigkeit dieser Reaktion im Vergleich zum ursprünglichen Katalysator erhöht oder verringert.

b) Wenn sich die Konzentration der Reaktanten ändert, ändern sich die Werte der Reaktionsgeschwindigkeit, der Wert der Reändert sich jedoch nicht.

Aufgabe 338.
Hängt die thermische Wirkung einer Reaktion von ihrer Aktivierungsenergie ab? Begründen Sie die Antwort.
Lösung:
Der thermische Effekt der Reaktion hängt nur vom Anfangs- und Endzustand des Systems ab und ist nicht von den Zwischenstufen des Prozesses abhängig. Aktivierungsenergie ist die überschüssige Energie, die Stoffmoleküle haben müssen, damit ihr Zusammenstoß zur Bildung eines neuen Stoffes führt. Die Aktivierungsenergie kann durch Erhöhen oder Erniedrigen der Temperatur, entsprechendes Absenken oder Erhöhen verändert werden. Katalysatoren senken die Aktivierungsenergie und Inhibitoren senken sie.

Somit führt eine Änderung der Aktivierungsenergie zu einer Änderung der Reaktionsgeschwindigkeit, nicht jedoch zu einer Änderung der thermischen Wirkung der Reaktion. Der thermische Effekt einer Reaktion ist ein konstanter Wert und hängt nicht von Änderungen der Aktivierungsenergie für eine bestimmte Reaktion ab. Beispielsweise hat die Reaktion zur Bildung von Ammoniak aus Stickstoff und Wasserstoff die Form:

Diese Reaktion ist exotherm, > 0). Die Reaktion verläuft mit einer Abnahme der Molzahl der reagierenden Teilchen und der Molzahl der gasförmigen Substanzen, was das System von einem weniger stabilen Zustand in einen stabileren Zustand führt, die Entropie nimmt ab,< 0. Данная реакция в обычных условиях не протекает (она возможна только при достаточно niedrige Temperaturen). In Gegenwart eines Katalysators nimmt die Aktivierungsenergie ab und die Reaktionsgeschwindigkeit steigt. Aber sowohl vor der Verwendung des Katalysators als auch in seiner Anwesenheit ändert sich der thermische Effekt der Reaktion nicht, die Reaktion hat die Form:

Aufgabe 339.
Bei welcher Reaktion, direkt oder umgekehrt, ist die Aktivierungsenergie größer, wenn bei der direkten Reaktion Wärme freigesetzt wird?
Lösung:
Der Unterschied zwischen den Aktivierungsenergien der Hin- und Rückreaktion ist gleich thermischer Effekt: H = E a(Bsp.) - E a(Bsp.) . Diese Reaktion erfolgt unter Freisetzung von Wärme, d.h. ist exotherm,< 0 Исходя из этого, энергия активации прямой реакции имеет меньшее значение, чем энергия активации обратной реакции:
E a(Bsp.)< Е а(обр.) .

Antwort: E a(Bsp.)< Е а(обр.) .

Aufgabe 340.
Wie oft erhöht sich die Geschwindigkeit einer Reaktion bei 298 K, wenn ihre Aktivierungsenergie um 4 kJ/mol verringert wird?
Lösung:
Bezeichnen wir die Abnahme der Aktivierungsenergie mit Ea und die Reavor und nach der Abnahme der Aktivierungsenergie mit k bzw. k. Mit der Arrhenius-Gleichung erhalten wir:

E a – Aktivierungsenergie, k und k“ – Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten, T – Temperatur in K (298).
Indem wir die Problemdaten in die letzte Gleichung einsetzen und die Aktivierungsenergie in Joule ausdrücken, berechnen wir den Anstieg der Reaktionsgeschwindigkeit:

Antwort: 5 mal.

Aufgabe Nr. 1. Die Wechselwirkung mit freiem Sauerstoff führt zur Bildung von hochgiftigem Stickstoffdioxid / /, obwohl diese Reaktion unter physiologischen Bedingungen langsam abläuft und bei niedrigen Konzentrationen keine wesentliche Rolle bei der toxischen Schädigung von Zellen spielt, nimmt die pathogene Wirkung jedoch stark zu Überproduktion. Bestimmen Sie, wie oft die Wechselwirkungsrate von Stickoxid (II) mit Sauerstoff zunimmt, wenn sich der Druck im Ausgangsgasgemisch verdoppelt, wenn die Reaktionsgeschwindigkeit zunimmt durch die Gleichung beschrieben ?

Lösung.

1. Eine Verdoppelung des Drucks ist gleichbedeutend mit einer Verdoppelung der Konzentration ( Mit) Und . Daher entsprechen die Wechselwirkungsraten und nehmen gemäß dem Massenwirkungsgesetz die folgenden Ausdrücke an: Und

Antwort. Die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht sich um das Achtfache.

Aufgabe Nr. 2. Man geht davon aus, dass eine Konzentration von Chlor (einem grünlichen Gas mit stechendem Geruch) in der Luft über 25 ppm lebens- und gesundheitsgefährlich ist, es gibt jedoch Hinweise darauf, dass, wenn sich der Patient von einer akuten schweren Vergiftung mit diesem Gas erholt hat, dann werden keine Resteffekte beobachtet. Bestimmen Sie, wie sich die Geschwindigkeit der in der Gasphase ablaufenden Reaktion ändert, wenn Sie sie um das Dreifache erhöhen: Konzentration, Konzentration, 3) Druck / /?

Lösung.

1. Wenn wir die Konzentrationen bzw. mit und bezeichnen, dann erhält der Ausdruck für die Reaktionsgeschwindigkeit die Form: .

2. Nach einer dreifachen Erhöhung der Konzentrationen sind sie für und für gleich. Daher wird der Ausdruck für die Reaktionsgeschwindigkeit die Form annehmen: 1) 2)

3. Eine Druckerhöhung erhöht daher die Konzentration gasförmiger Reaktanten um den gleichen Betrag

4. Der Anstieg der Reaktionsgeschwindigkeit im Vergleich zur ursprünglichen wird jeweils durch das Verhältnis bestimmt: 1) , 2) , 3) .

Antwort. Die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht sich um das 1) , 2) , 3) ​​fache.

Problem Nr. 3. Wie verändert sich die Wechselwirkungsgeschwindigkeit der Ausgangsstoffe bei einer Temperaturänderung von auf , wenn der Temperaturkoeffizient der Reaktion 2,5 beträgt?

Lösung.

1. Der Temperaturkoeffizient zeigt, wie sich die Reaktionsgeschwindigkeit bei jeder Temperaturänderung ändert (Van't-Hoff-Regel): .

2. Wenn die Temperaturänderung: ist, dann erhalten wir unter Berücksichtigung der Tatsache, dass: . Von hier, .

3. Mithilfe der Antilogarithmentabelle finden wir: .

Antwort. Wenn sich die Temperatur ändert (d. h. erhöht), erhöht sich die Geschwindigkeit um das 67,7-fache.

Problem Nr. 4. Berechnen Sie den Temperaturkoeffizienten der Reaktionsgeschwindigkeit und wissen Sie, dass die Geschwindigkeit mit steigender Temperatur um den Faktor 128 zunimmt.

Lösung.

1. Die Abhängigkeit der Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion von der Temperatur wird durch die empirische Van't-Hoff-Regel ausgedrückt:

Wenn wir die Gleichung nach auflösen, finden wir: , . Daher =2

Antwort. =2.

Problem Nr. 5. Für eine der Reaktionen wurden zwei Geschwindigkeitskonstanten bestimmt: bei 0,00670 und bei 0,06857. Bestimmen Sie die Geschwindigkeitskonstante für dieselbe Reaktion bei .

Lösung.

1. Basierend auf zwei Werten der Reabestimmen wir mithilfe der Arrhenius-Gleichung die Aktivierungsenergie der Reaktion: . Für dieser Fall: Von hier: J/mol.

2. Berechnen Sie die Rebei und verwenden Sie dabei die Geschwindigkeitskonstante bei und die Arrhenius-Gleichung in den Berechnungen: . Für diesen Fall: und unter Berücksichtigung der Tatsache, dass: , wir bekommen: . Somit,

Antwort.

Berechnung der chemischen Gleichgewichtskonstante und Bestimmung der Richtung der Gleichgewichtsverschiebung nach dem Prinzip von Le Chatelier .

Aufgabe Nr. 6. Kohlendioxid / / im Gegensatz zu Kohlenmonoxid / / beeinträchtigt nicht die physiologischen Funktionen und die anatomische Integrität eines lebenden Organismus und ihre erstickende Wirkung ist nur auf das Vorhandensein in hohen Konzentrationen und eine Verringerung des Sauerstoffanteils in der eingeatmeten Luft zurückzuführen. Was ist es gleich Reaktionsgleichgewichtskonstante / /: bei der Temperatur, ausgedrückt durch: a) Partialdrücke der reagierenden Substanzen; b) ihre molaren Konzentrationen, wobei bekannt ist, dass die Zusammensetzung der Gleichgewichtsmischung durch Volumenanteile ausgedrückt wird: , und , und der Gesamtdruck im System Pa beträgt?

Lösung.

1. Der Partialdruck eines Gases ist gleich dem Gesamtdruck multipliziert mit dem Volumenanteil des Gases in der Mischung, daher:

2. Wenn wir diese Werte in den Ausdruck der Gleichgewichtskonstante einsetzen, erhalten wir:

3. Die Beziehung zwischen und wird auf der Grundlage der Mendeleev-Clapeyron-Gleichung für hergestellt ideale Gase und wird durch die Gleichheit ausgedrückt: , wobei die Differenz zwischen der Molzahl der gasförmigen Reaktionsprodukte und der gasförmigen Ausgangsstoffe ist. Für diese Reaktion: . Dann: .

Antwort. Pa. .

Aufgabe Nr. 7. In welche Richtung verschiebt sich das Gleichgewicht bei folgenden Reaktionen:

3. ;

a) mit steigender Temperatur, b) mit sinkendem Druck, c) mit steigender Wasserstoffkonzentration?

Lösung.

1. Das chemische Gleichgewicht im System stellt sich bei konstanten äußeren Parametern (usw.) ein. Ändern sich diese Parameter, verlässt das System den Gleichgewichtszustand und die direkte (nach rechts) oder umgekehrte Reaktion (nach links) beginnt zu überwiegen. Der Einfluss verschiedener Faktoren auf die Gleichgewichtsverschiebung spiegelt sich im Prinzip von Le Chatelier wider.

2. Betrachten wir den Einfluss aller drei Faktoren, die das chemische Gleichgewicht beeinflussen, auf die oben genannten Reaktionen.

a) Mit zunehmender Temperatur verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung der endothermen Reaktion, d. h. Reaktion, die bei der Aufnahme von Wärme auftritt. Die 1. und 3. Reaktion sind exotherm / /, daher verschiebt sich das Gleichgewicht mit steigender Temperatur in Richtung der Rückreaktion und in der 2. Reaktion / / - in Richtung der Vorwärtsreaktion.

b) Mit abnehmendem Druck verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung einer Zunahme der Molzahl der Gase, d.h. hin zu mehr Druck. In der 1. und 3. Reaktion wird es auf der linken und rechten Seite der Gleichung sein selbe Nummer Mol Gase (2-2 bzw. 1-1). Daher die Druckänderung wird nicht dazu führen Gleichgewichtsverschiebungen im System. Bei der 2. Reaktion befinden sich auf der linken Seite 4 Mol Gase und auf der rechten Seite 2 Mol. Daher verschiebt sich das Gleichgewicht mit abnehmendem Druck in Richtung der Rückreaktion.

V) Mit zunehmender Konzentration der Reaktionskomponenten verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung deren Verbrauch. In der ersten Reaktion ist Wasserstoff in den Produkten vorhanden, und eine Erhöhung seiner Konzentration beschleunigt die Rückreaktion, bei der er verbraucht wird. Bei der 2. und 3. Reaktion gehört Wasserstoff zu den Ausgangsstoffen, so dass sich mit zunehmender Konzentration das Gleichgewicht in Richtung der Reaktion verschiebt, die unter Wasserstoffverbrauch abläuft.

Antwort.

a) Mit steigender Temperatur verschiebt sich das Gleichgewicht in den Reaktionen 1 und 3 nach links und in Reaktion 2 nach rechts.

b) Die Reaktionen 1 und 3 werden durch einen Druckabfall nicht beeinflusst, aber bei Reaktion 2 verschiebt sich das Gleichgewicht nach links.

c) Eine Temperaturerhöhung führt bei den Reaktionen 2 und 3 zu einer Gleichgewichtsverschiebung nach rechts und bei Reaktion 1 nach links.

1.2. Situationsaufgaben Nr. 7 bis 21 zur Konsolidierung des Materials (durchgeführt in einem Protokollheft).

Aufgabe Nr. 8. Wie ändert sich die Geschwindigkeit der Glukoseoxidation im Körper, wenn die Temperatur von auf absinkt, wenn der Temperaturkoeffizient der Reaktionsgeschwindigkeit 4 beträgt?

Problem Nr. 9.Berechnen Sie mithilfe der ungefähren Van't-Hoff-Regel, um wie viel die Temperatur erhöht werden muss, damit die Reaktionsgeschwindigkeit um das 80-fache steigt? Nehmen Sie den Temperagleich 3.

Aufgabe Nr. 10. Um die Reaktion praktisch zum Stillstand zu bringen, wird die Reaktionsmischung schnell abgekühlt („Reaktionseinfrieren“). Bestimmen Sie, wie oft sich die Reaktionsgeschwindigkeit ändert, wenn die Reaktionsmischung von 40 auf abgekühlt wird, wenn der Temperaturkoeffizient der Reaktion 2,7 beträgt.

Aufgabe Nr. 11. Das zur Behandlung einiger Tumoren verwendete Isotop hat eine Halbwertszeit von 8,1 Tagen. Nach welcher Zeit sinkt der Gehalt an radioaktivem Jod im Körper des Patienten um das Fünffache?

Aufgabe Nr. 12. Die Hydrolyse einiger synthetischer Hormone (Arzneimittel) ist eine Reaktion erster Ordnung mit einer Geschwindigkeitskonstante von 0,25 (). Wie verändert sich die Konzentration dieses Hormons nach 2 Monaten?

Aufgabe Nr. 13. Die radioaktive Halbwertszeit beträgt 5600 Jahre. In einem lebenden Organismus wird durch den Stoffwechsel eine konstante Menge aufrechterhalten. In den Überresten des Mammuts war der Inhalt derselbe wie im Original. Bestimmen Sie, wann das Mammut lebte?

Problem Nr. 14. Die Halbwertszeit eines Insektizids (ein Pestizid zur Bekämpfung von Insekten) beträgt 6 Monate. Eine bestimmte Menge davon gelangte in das Reservoir, wo die Konzentration mol/l ermittelt wurde. Wie lange wird es dauern, bis die Insektizidkonzentration auf den mol/l-Wert sinkt?

Aufgabe Nr. 15. Fette und Kohlenhydrate oxidieren bei einer Temperatur von 450 - 500 ° und in lebenden Organismen bei einer Temperatur von 36 - 40 ° mit spürbarer Geschwindigkeit. Was ist der Grund für den starken Temperaturabfall, der für die Oxidation erforderlich ist?

Problem Nr. 16. Wasserstoffperoxid zerfällt in wässrigen Lösungen in Sauerstoff und Wasser. Die Reaktion wird sowohl durch einen anorganischen Katalysator (Ion) als auch durch einen bioorganischen Katalysator (Katalase-Enzym) beschleunigt. Die Aktivierungsenergie der Reaktion in Abwesenheit eines Katalysators beträgt 75,4 kJ/mol. Das Ion reduziert es auf 42 kJ/mol und das Enzym Katalase auf 2 kJ/mol. Berechnen Sie das Verhältnis der Reaktionsgeschwindigkeiten in Abwesenheit eines Katalysators bei Anwesenheit von Katalase. Welche Schlussfolgerung lässt sich über die Aktivität des Enzyms ziehen? Die Reaktion findet bei einer Temperatur von 27 °C statt.

Problem Nr. 17 Konstante der Penicillin-Zerfallsrate für Walkie-Talkies J/mol.

1.3. Kontrollfragen

1. Erklären Sie, was die Begriffe bedeuten: Reaktionsgeschwindigkeit, Geschwindigkeitskonstante?

2. Wie werden die durchschnittlichen und tatsächlichen Geschwindigkeiten chemischer Reaktionen ausgedrückt?

3. Warum ist es sinnvoll, nur über die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen zu sprechen? in diesem Moment Zeit?

4. Formulieren Sie die Definition einer reversiblen und irreversiblen Reaktion.

5. Definieren Sie das Massenwirkungsgesetz. Spiegelt sich in den Gleichungen, die dieses Gesetz ausdrücken, die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Art der Reaktanten wider?

6. Wie hängt die Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur ab? Wie nennt man Aktivierungsenergie? Was sind aktive Moleküle?

7. Von welchen Faktoren hängt die Geschwindigkeit homogener und heterogener Reaktionen ab? Nenne Beispiele.

8. Wie ist die Reihenfolge und Molekularität chemischer Reaktionen? In welchen Fällen stimmen sie nicht überein?

9. Welche Stoffe werden Katalysatoren genannt? Was ist der Mechanismus der beschleunigenden Wirkung des Katalysators?

10. Was ist der Begriff „Katalysatorvergiftung“? Welche Substanzen werden als Inhibitoren bezeichnet?

11. Was nennt man chemisches Gleichgewicht? Warum heißt es dynamisch? Welche Reaktantenkonzentrationen werden als Gleichgewicht bezeichnet?

12. Was nennt man die chemische Gleichgewichtskonstante? Kommt es auf die Art der reagierenden Stoffe, deren Konzentration, Temperatur, Druck an? Welche Funktionen gibt es? mathematische Notation für die Gleichgewichtskonstante in heterogenen Systemen?

13. Wie ist die Pharmakokinetik von Arzneimitteln?

14. Prozesse, die mit auftreten Medizin im Körper, werden durch eine Reihe pharmakokinetischer Parameter quantitativ charakterisiert. Nennen Sie die wichtigsten.