ჩვენ მუდმივად ვაწყდებით სხვადასხვა ქიმიურ ურთიერთქმედებას. ბუნებრივი აირის წვა, რკინის დაჟანგვა, რძის გამოწურვა შორს არის ყველა იმ პროცესისგან, რომელიც დეტალურად არის შესწავლილი სასკოლო ქიმიის კურსში.
ზოგიერთ რეაქციას სჭირდება წამების ფრაქციები, ხოლო ზოგიერთ ურთიერთქმედებას დღეები ან კვირა სჭირდება.
მოდით ვცადოთ განვსაზღვროთ რეაქციის სიჩქარის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე, კონცენტრაციაზე და სხვა ფაქტორებზე. ახალ საგანმანათლებლო სტანდარტში ამ საკითხზე სწავლის მინიმალური დროა გამოყოფილი. ერთიანი სახელმწიფო გამოცდის ტესტებში არის დავალებები რეაქციის სიჩქარის ტემპერატურაზე, კონცენტრაციაზე დამოკიდებულების შესახებ და შემოთავაზებულია საანგარიშო ამოცანებიც კი. ბევრ საშუალო სკოლის მოსწავლეს აქვს გარკვეული სირთულეები ამ კითხვებზე პასუხების პოვნაში, ამიტომ ჩვენ დეტალურად გავაანალიზებთ ამ თემას.
განხილული საკითხის აქტუალობა
ინფორმაციას რეაქციის სიჩქარის შესახებ დიდი პრაქტიკული და სამეცნიერო მნიშვნელობა აქვს. მაგალითად, მოცემული ნივთიერებების და პროდუქტების სპეციფიკურ წარმოებაშიღირებულება პირდაპირ დამოკიდებულია აღჭურვილობის მუშაობაზე, საქონლის ღირებულებაზე.
მიმდინარე რეაქციების კლასიფიკაცია
არსებობს პირდაპირი კავშირი საწყისი კომპონენტების აგრეგაციის მდგომარეობასა და ქიმიური პროცესის დროს წარმოქმნილ პროდუქტებს შორის: ჰეტეროგენული ურთიერთქმედებები.
სისტემა ჩვეულებრივ გაგებულია ქიმიაში, როგორც ნივთიერება ან მათი კომბინაცია.
ჰომოგენური სისტემა არის ის, რომელიც შედგება ერთი ფაზისგან (აგრეგაციის იგივე მდგომარეობა). მაგალითად, შეგვიძლია აღვნიშნოთ გაზების ნარევი, რამდენიმე განსხვავებული სითხე.
ჰეტეროგენული არის სისტემა, რომელშიც რეაქტორები არიან გაზების და სითხეების, მყარი და აირის სახით.
არის არა მხოლოდ რეაქციის სიჩქარის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე, არამედ იმ ფაზაზე, რომელშიც გამოყენებულია გაანალიზებულ ურთიერთქმედებაში ჩართული კომპონენტები.
ერთგვაროვანი კომპოზიცია ხასიათდება პროცესის დინებით მთელ მოცულობაში, რაც საგრძნობლად აუმჯობესებს მის ხარისხს.
თუ საწყისი ნივთიერებები სხვადასხვა ფაზურ მდგომარეობაშია, ამ შემთხვევაში მაქსიმალური ურთიერთქმედება შეინიშნება ფაზის საზღვარზე. მაგალითად, როდესაც აქტიური ლითონი იხსნება მჟავაში, პროდუქტის (მარილის) წარმოქმნა შეინიშნება მხოლოდ მათი კონტაქტის ზედაპირზე.
მათემატიკური კავშირი პროცესის სიჩქარესა და სხვადასხვა ფაქტორებს შორის
როგორ გამოიყურება განტოლება ქიმიური რეაქციის სიჩქარისა და ტემპერატურის მიმართ? ერთგვაროვანი პროცესისთვის მაჩვენებელი განისაზღვრება ოდენობითნივთიერება, რომელიც ურთიერთქმედებს ან წარმოიქმნება რეაქციის დროს სისტემის მოცულობით დროის ერთეულზე.
ჰეტეროგენული პროცესისთვის სიჩქარე განისაზღვრება იმ ნივთიერების რაოდენობით, რომელიც რეაგირებს ან წარმოიქმნება პროცესში ერთეულ ფართობზე დროის მინიმალური პერიოდის განმავლობაში.
ქიმიური რეაქციის სიჩქარეზე მოქმედი ფაქტორები
რეაქტიული ნივთიერებების ბუნება პროცესების განსხვავებული სიჩქარის ერთ-ერთი მიზეზია. მაგალითად, ტუტე ლითონები ქმნიან ტუტეებს წყალთან ერთად ოთახის ტემპერატურაზე და პროცესს თან ახლავს აირისებრი წყალბადის ინტენსიური ევოლუცია. კეთილშობილ ლითონებს (ოქრო, პლატინა, ვერცხლი) არ შეუძლიათ ასეთი პროცესები არც ოთახის ტემპერატურაზე და არც გაცხელებისას.
რეაგენტების ბუნება არის ფაქტორი, რომელიც მხედველობაში მიიღება ქიმიურ ინდუსტრიაში წარმოების მომგებიანობის გაზრდის მიზნით.
გამოვლინდა კავშირი რეაგენტების კონცენტრაციასა და ქიმიური რეაქციის სიჩქარეს შორის. რაც უფრო მაღალია ის, მით მეტი ნაწილაკი შეეჯახება, შესაბამისად, პროცესი უფრო სწრაფად გაგრძელდება.
მასების მოქმედების კანონი მათემატიკური ფორმით აღწერს პირდაპირ პროპორციულ ურთიერთობას საწყისი ნივთიერებების კონცენტრაციასა და პროცესის სიჩქარეს შორის.
ის ჩამოაყალიბა მეცხრამეტე საუკუნის შუა წლებში რუსმა ქიმიკოსმა ნ.ნ.ბეკეტოვმა. თითოეული პროცესისთვის განისაზღვრება რეაქციის მუდმივი, რომელიც არ არის დაკავშირებული ტემპერატურასთან, კონცენტრაციასთან ან რეაქტანტების ბუნებასთან.
კენიმისათვის, რომ დააჩქაროთ რეაქცია, რომელშიც შედის მყარი, თქვენ უნდა დაფქვათ იგი ფხვნილამდე.
ამ შემთხვევაში, ზედაპირის ფართობი იზრდება, რაც დადებითად მოქმედებს პროცესის სიჩქარეზე. დიზელის საწვავისთვის გამოიყენება სპეციალური ინექციური სისტემა, რის გამოც ჰაერთან შეხებისას ნახშირწყალბადების ნარევის წვის სიჩქარე მნიშვნელოვნად იზრდება.
გათბობა
ქიმიური რეაქციის სიჩქარის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე აიხსნება მოლეკულური კინეტიკური თეორიით. ის საშუალებას გაძლევთ გამოთვალოთ რეაგენტების მოლეკულებს შორის შეჯახების რაოდენობა გარკვეულ პირობებში. ასეთი ინფორმაციით შეიარაღებული, ნორმალურ პირობებში, ყველა პროცესი მყისიერად უნდა მიმდინარეობდეს.
მაგრამ თუ განვიხილავთ რეაქციის სიჩქარის ტემპერატურაზე დამოკიდებულების კონკრეტულ მაგალითს, გამოდის, რომ ურთიერთქმედების მიზნით, ჯერ აუცილებელია ატომებს შორის ქიმიური ბმების გაწყვეტა, რათა მათგან ახალი ნივთიერებები წარმოიქმნას. ეს მოითხოვს ენერგიის მნიშვნელოვან რაოდენობას. რა არის რეაქციის სიჩქარის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე? აქტივაციის ენერგია განსაზღვრავს მოლეკულების რღვევის შესაძლებლობას, ის ახასიათებს პროცესების რეალობას. მისი ერთეულებია კჯ/მოლი.
თუ ენერგია არასაკმარისია, შეჯახება არაეფექტური იქნება, ამიტომ მას არ ახლავს ახალი მოლეკულის წარმოქმნა.
გრაფიკული გამოსახულება
ქიმიური რეაქციის სიჩქარის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე შეიძლება წარმოდგენილი იყოს გრაფიკულად. როდესაც ცხელდება, ნაწილაკებს შორის შეჯახების რაოდენობა იზრდება, რაც ხელს უწყობს ურთიერთქმედების აჩქარებას.
როგორ გამოიყურება რეაქციის სიხშირე ტემპერატურის დიაგრამასთან მიმართებაში? მოლეკულების ენერგია გამოსახულია ჰორიზონტალურად, ხოლო მაღალი ენერგიის რეზერვის მქონე ნაწილაკების რაოდენობა მითითებულია ვერტიკალურად. გრაფიკი არის მრუდი, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას კონკრეტული ურთიერთქმედების სიჩქარის შესაფასებლად.
რაც მეტია ენერგიის სხვაობა საშუალოდან, მით უფრო შორს არის მრუდის წერტილი მაქსიმუმს და მოლეკულების უფრო მცირე პროცენტს აქვს ასეთი ენერგიის რეზერვი.
მნიშვნელოვანი ასპექტები
შესაძლებელია თუ არა დაწეროთ განტოლება რეაქციის სიჩქარის მუდმივის ტემპერატურაზე დამოკიდებულების შესახებ? მისი მატება პროცესის სიჩქარის ზრდაში აისახება. ასეთი დამოკიდებულება ხასიათდება გარკვეული მნიშვნელობით, რომელსაც ეწოდება პროცესის სიჩქარის ტემპერატურული კოეფიციენტი.
ნებისმიერი ურთიერთქმედებისთვის, გამოვლინდა რეაქციის სიჩქარის მუდმივის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე. თუ ის გაიზარდა 10 გრადუსით, პროცესის სიჩქარე იზრდება 2-4 ჯერ.
ერთგვაროვანი რეაქციების სიჩქარის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე შეიძლება წარმოდგენილი იყოს მათემატიკური ფორმით.
ოთახის ტემპერატურაზე ურთიერთქმედების უმეტესობისთვის, კოეფიციენტი არის 2-დან 4-მდე დიაპაზონში. მაგალითად, ტემპერატურის კოეფიციენტით 2,9, ტემპერატურის მატება 100 გრადუსით აჩქარებს პროცესს თითქმის 50000-ჯერ.
რეაქციის სიჩქარის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე ადვილად აიხსნება აქტივაციის ენერგიის განსხვავებული მნიშვნელობით. მას აქვს მინიმალური მნიშვნელობა იონური პროცესების დროს, რომლებიც განისაზღვრება მხოლოდ კათიონებისა და ანიონების ურთიერთქმედებით. მრავალი ექსპერიმენტი მოწმობს ასეთი რეაქციების მყისიერ წარმოქმნას.
როდესაც აქტივაციის ენერგია მაღალია, ნაწილაკებს შორის მხოლოდ მცირე რაოდენობის შეჯახება გამოიწვევს ურთიერთქმედების განხორციელებას. საშუალო აქტივაციის ენერგიით, რეაგენტები ურთიერთქმედებენ საშუალო სიჩქარით.
დავალებები რეაქციის სიჩქარის კონცენტრაციაზე და ტემპერატურაზე დამოკიდებულების შესახებ განიხილება მხოლოდ განათლების მაღალ საფეხურზე, რაც ხშირად იწვევს ბავშვებს სერიოზულ სირთულეებს.
პროცესის სიჩქარის გაზომვა
ის პროცესები, რომლებიც საჭიროებენ მნიშვნელოვან აქტივაციის ენერგიას, მოიცავს თავდაპირველ ნივთიერებებში ატომებს შორის კავშირების თავდაპირველ გაწყვეტას ან შესუსტებას. ამ შემთხვევაში, ისინი გადადიან გარკვეულ შუალედურ მდგომარეობაში, რომელსაც ეწოდება გააქტიურებული კომპლექსი. ეს არის არასტაბილური მდგომარეობა, საკმაოდ სწრაფად იშლება რეაქციის პროდუქტებად, პროცესს თან ახლავს დამატებითი ენერგიის გამოყოფა.
მისი უმარტივესი ფორმით, გააქტიურებული კომპლექსი არის ატომების კონფიგურაცია დასუსტებული ძველი ბმებით.
ინჰიბიტორები და კატალიზატორები
მოდით გავაანალიზოთ ფერმენტული რეაქციის სიჩქარის დამოკიდებულება საშუალო ტემპერატურაზე. ასეთი ნივთიერებები მოქმედებენ როგორც ამაჩქარებლებიპროცესი.
ისინი თავად არ არიან ურთიერთქმედების მონაწილეები, მათი რაოდენობა პროცესის დასრულების შემდეგ უცვლელი რჩება. თუ კატალიზატორები ზრდის რეაქციის სიჩქარეს, მაშინ ინჰიბიტორები, პირიქით, ანელებენ ამ პროცესს.
ამის არსი შუალედური ნაერთების წარმოქმნაა, რის შედეგადაც შეინიშნება პროცესის სიჩქარის ცვლილება.
დასკვნა
სხვადასხვა ქიმიური ურთიერთქმედება ყოველ წუთს ხდება მსოფლიოში. როგორ დავადგინოთ რეაქციის სიჩქარის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე? არენიუსის განტოლება არის მათემატიკური ახსნა სიჩქარის მუდმივობასა და ტემპერატურას შორის. ის იძლევა წარმოდგენას აქტივაციის ენერგიის იმ მნიშვნელობებზე, რომლებშიც შესაძლებელია ატომებს შორის კავშირების განადგურება ან შესუსტება მოლეკულებში, ნაწილაკების განაწილება ახალ ქიმიკატებში.
მოლეკულურ-კინეტიკური თეორიის წყალობით შესაძლებელია საწყის კომპონენტებს შორის ურთიერთქმედების ალბათობის პროგნოზირება, პროცესის სიჩქარის გამოთვლა. იმ ფაქტორებს შორის, რომლებიც გავლენას ახდენენ რეაქციის სიჩქარეზე, განსაკუთრებული მნიშვნელობა ენიჭება ტემპერატურის ინდექსის ცვლილებას, ურთიერთქმედების ნივთიერებების პროცენტულ კონცენტრაციას, საკონტაქტო ზედაპირის ფართობს, კატალიზატორის (ინჰიბიტორის) არსებობას, აგრეთვე ურთიერთქმედების კომპონენტების ბუნებას..
