If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Եթե գտնվում ես վեբ զտիչի հետևում, խնդրում ենք համոզվել, որ *.kastatic.org և *.kasandbox.org տիրույթները հանված են արգելափակումից։

Հիմնական նյութ

10-րդ դասարան. քիմիա

Դասընթաց․ (10-րդ դասարան. քիմիա)  > Բաժին 4

Դաս 4: Կինետիկա
Գիտություն
10-րդ դասարան. քիմիա
Կինետիկա և հավասարակշռություն
Կինետիկա
© 2023 Khan AcademyՕգտագործման պայմաններԳաղտնիության քաղաքականությունՔուքի (Cookie) ծանուցում

Ռեակցիայի մեխանիզմներ

«Google Classroom»
Ռեակցիայի մեխանիզմի, միջանկյալ նյութերի և արագությունը սահմանափակող փուլի սահմանում։ Ինչպես գնահատել տրված ռեակցիայի մեխանիզմը՝ օգտվելով արագության օրենքից։ 

Հիմնական դրույթներ

  • Ռեակցիայի մեխանիզմը նկարագրում է ռեակցիայի տարրական փուլերի հաջորդականությունը, որոնք պետք է տեղի ունենան ելանյութերից վերջանյութերի ստացման համար:
  • Ռեակցիայի միջանկայլ նյութերն առաջանում են ռեակցիայի մեխանիզմի որևէ փուլում և ծախսվում են մեկ այլ փուլի ընթացքում:
  • Մեխանիզմի ամենադանդաղ փուլը կոչվում է ռեակցիայի արագությունը որոշող կամ ռեակցիայի արագությունը սահմանափակող փուլ:
  • Ընդհանուր ռեակցիայի արագությունը որոշվում է ռեակցիայի այն փուլերի արագությամբ, որոնք տեղի են ունենում մինչև (և ներառյալ) ռեակցիայի արագությունը որոշող փուլը:

Ներածություն: Արագության օրենքը և ռեակցիայի մեխանիզմները

Քիմիական կինետիկայի ամենաօգտակար կիրառություններից ռեակցիայի արագության միջոցով ռեակցիայի մեխանիզմի մասին պատկերացում կազմելն է: Ռեակցիայի մեխանիզմը նկարագրում է ռեակցիայի տարրական փուլերի հաջորդականությունը, որոնք տեղի են ունենում ելանյութերից վերջանյութերի ստացման համար: Եկեք մեր դիտարկումը սկսենք ազոտի երկօքսիդի և ածխածնի մոնօքսիդի միջև տեղի ունեցող քիմիական ռեակցիայից.
start text, N, O, end text, start subscript, 2, end subscript, left parenthesis, գ, right parenthesis, plus, start text, C, O, end text, left parenthesis, գ, right parenthesis, right arrow, start text, N, O, end text, left parenthesis, գ, right parenthesis, plus, start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript, left parenthesis, գ, right parenthesis
Հավասարեցված ռեակցիայի վրա հիմնվելով՝ մենք կարող ենք առաջադրել վարկած, որ այս ռեակցիան տեղի է ունենում մեկ փուլով՝ ազոտի երկօքսիդի մոլեկուլի և ածխածնի մոնօքսիդի մոլեկուլի միջև տեղի ունեցող բախումների հետևանքով: Այլ խոսքով ասած՝ մենք այս ռեակիցայի համար առաջադրում ենք վարկած, ըստ որի՝ այս ռեակցիան պատկերացնում ենք որպես տարրական ռեակցիա:
Այսինքն՝ հիմնվելով հավասարեցված ռեակցիայի ստեխիոմետրիայի վրա՝ մենք կարող ենք կանխատեսել, որ ռեակցիան առաջին կարգի է և՛ ըստ start text, N, O, end text, start subscript, 2, end subscript-ի, և՛ ըստ start text, C, O, end text-ի: Մեր վարկածը փորձարկելու համար կարող ենք իրականացնել որոշ կինետիկական փորձարկումներ արագության հետևյալ օրենքը ստանալու համար.
start text, ա, ր, ա, գ, ո, ւ, թ, յ, ո, ւ, ն, end text, equals, k, open bracket, start text, N, O, end text, start subscript, 2, end subscript, close bracket, squared
Քանի որ փորձառականորեն ստացված արագության օրենքը չի համընկնում մեր ենթադրած արագության օրենքի հետ, մենք անմիջապես հասկանում ենք, որ ռեակցիան ներառում է մեկից ավելի փուլեր: Այն ռեակցիաները, որոնք ներառում են մեկից ավելի տարրական փուլեր, կոչվում են բարդ ռեակցիաներ: Մենք կարող ենք օգտագործել արագության օրենքը ռեակցիայի մեխանիզմի մեջ ներառված յուրաքանչյուր փուլի վերաբերյալ հավելյալ տեղեկատվություն ստանալու համար:

Ռեակցիայի մեխանիզմներ և արագության օրենքը

Բարդ ռեակցիան կարելի է համեմատել արտադրական հոսքագծի վրա ավտոմեքենայի հավաքման գործընթացի հետ, որտեղ մեքենայի հավաքման յուրաքանչյուր փուլ ներկայացվում է որպես մոլեկուլային բախում: Յուրաքանչյուր բախում կարող է հանգեցնել մեկ կամ ավելի քիմիական կապերի քանդմանը և/կամ առաջացմանը:
Քիմիկոսները, հիմնվելով արագության օրենքի և քիմիական ներըմբռնման վրա, կարող են առաջարկել տարբեր վարկածներ քիմիական ռեակցիայի մեխանիզմի համար: Նվազագույնը, տարրական ռեակցիաները, որոնք առաջարկված են որպես ռեակցիայի մեխանիզմի բաղադրիչներ, պետք է գումարվեն ընդհանուր ռեակցիայի ստացման համար: Այս հոդվածում մենք կսովորենք՝ ինչպես վերլուծել ռեակցիայի մեխանիզմը քիմիական կինետիկայի միջոցով (և միգուցե մի քիչ նաև քիմիական ներըմբռնման օգնությամբ):

Մեխանիզմի օրինակ և ռեակցիայի միջանկյալ նյութեր

Այժմ, երբ մենք գիտենք որ ազոտի երկօքսիդի և ածխածնի մոնօքսիդի միջև ընթացող ռեակցիան տարրական ռեակցիա չէ, մենք կարող ենք փորձել մտածել այլընտրանքային մեխանիզմ, ինչպիսին է, օրինակ, այս երկոփուլանի ռեակցիան.
2NO2(գ)→դանդաղNO(գ)+NO3(գ)Տարրական փուլ 1NO3(գ)+CO(գ)→արագNO2(գ)+CO2(գ)Տարրական փուլ 2NO2(գ)+CO(գ)→NO(գ)+CO2(գ)  Ընդհանուր ռեակցիա\begin{aligned}\cancel{2}\text{NO}_2(գ) \quad\quad\quad &\xrightarrow{դանդաղ}\text{NO}(գ)+ \cancel{\text{NO}_3}(գ)\quad{\text{Տարրական փուլ 1}}\\ \\ \cancel{\text{NO}_3}(գ)+\text{CO}(գ) &\xrightarrow{արագ} \cancel{\text{NO}_2}(գ)+\text{CO}_2(գ)\quad{\text{Տարրական փուլ 2}} \\\hline \\ \\ \text{NO}_2(գ) + \text{CO}(գ) &\xrightarrow{} \text{NO}(գ) + \text{CO}_2(գ)\quad\quad~~{\text{Ընդհանուր ռեակցիա}}\end{aligned}
Ուշադրություն դարձրեք, որ ընդհանուր ռեակցիան ստացվում է տարրական փուլերի գումարման արդյունքում: Դա պետք է միշտ ճշմարիտ լինի: Փաստորեն, ռեակցիայի մեխանիզմը բացառելու ամենապարզ եղանակներից մեկը ցույց տալն է, որ տարրական փուլերի գումարման արդյունքում ընդհանուր ռեակցիան չի սացվում:
Առաջին տարրական փուլի ընթացքում առաջանում է start text, N, O, end text, left parenthesis, գ, right parenthesis, ինչպես նաև նոր մասնիկ, ինչպիսին է start text, N, O, end text, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, գ, right parenthesis-ը: start text, N, O, end text, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, գ, right parenthesis-ն ռեակցիայի միջանկյալ նյութն է: Միջանկյալ նյութերը ստացվում են մի փուլում և ծախսվում մեկ այլ փուլում, այդ պատճառով վերջիններս չեն գրվում ընդհանուր ռեակցիայի հավասարման կամ արագության օրենքում:

Ռեակցիայի արագությունը որոշող փուլ

Բացի այն, որ մենք ապահովում ենք, որ ռեակցիայի մեխանիզմում տարրական ռեակցիաների գումարման արդյունքում ստացվի ընդհանուր ռեակցիան, մենք նաև հաշվի ենք առնում յուրաքանչյուր տարրական ռեակցիայի արագությունը: Ընդհանուր ռեակցիայի արագությունը որոշվում է բոլոր փուլերի արագությունների գումարմամբ մինչև և ներառյալ ամենադանդաղ տարրական փուլի արագությունը: Ռեակցիայի մեխանիզմում ամենադանդաղ փուլը կոչվում է ռեակցիայի արագությունը որոշող կամ ռեակցիայի արագությունը սահմանափակող փուլ:
Նախորդ բաժնում բերված մեխանիզմի օրինակում ռեակցիայի արագության սահմանափակող փուլը առաջին տարրական փուլն է: Այդ պատճառով մենք ակնկալում ենք, որ ընդհանուր արագությունը պետք է հավասար լինի Տարրական փուլ 1-ում start text, N, O, end text, start subscript, 2, end subscript-ի քիմիական փոխարկման արագությանը:
Յուրացված գիտելիքի ստուգում. ի՞նչ տեղի կունենա ռեակցիայի արագության հետ, եթե մենք ավելացնենք կատալիզատոր, որը կմեծացնի Տարրական փուլ 2-ի արագությունը 10 անգամ:
Ընտրիր ճիշտ պատասխանը։

Այլ կերպ սա կարելի է պատկերացնել՝ շշի մեջ տարբեր տրամագիծ ունեցող ձագարներով ջուր լցնելով: Ամենափոքր տրամագծով ձագարը վերահսկում է շշի ջրով լցվելու արագությունը՝ անկախ նրանից՝ դա կլինի շարքի առաջին, թե ամենավերջին ձագարը: Եթե առաջին ձագարի մեջ հեղուկն ավելի արագ լցվի, քան այն կհասցնի դատարկվել ամենափոքր ձագարից, ապա դա միայն կարող է հանգեցնել հեղեղման:
Աջ կողմում. ջուրը քիմիական բաժակից հոսում է միջին տրամագծով ձագարի միջով, ապա՝ նեղ տրամագծով ձագարի միջով, որը հեղեղվում է, հետո՝ մեծ տրամագծով ձագարի միջով և լցվում կոնաձև կոլբի մեջ:
Մեջտեղում. ջուրը քիմիական բաժակից հոսում է միջին տրամագծով ձագարի միջով, ապա՝ նեղ տրամագծով ձագարի, որը հեղեղվում է, հետո մեծ տրամագծով ձագարի միջով և լցվում կոնաձև կոլբայի մեջ:
Աջ կողմում. ջուրը քիմիական բաժակից հոսում է միջին տրամագծով ձագարի միջով, ապա՝ մեծ տրամագծով ձագարի միջով, որտեղից էլ հոսում է լցված նեղ տրամագծով ձագարի միջով ու լցվում կոնաձև կոլբայի մեջ:
Ջրի հոսքի արագությունը դեպի վերջին ձագարը որոշվում է արագությունը որոշող փուլով, որն ամենադանդաղ փուլն է: Այս գործընթացի ամենադանդաղ փուլը ամենափոքր տրամագծով ձագարից ջրի դատարկման փուլն է: Նկարը՝ UC Davis ChemWiki-ից, CC BY-NC-SA 3.0 US

Գործնական աշխատանք. մեխանիզմի վերլուծություն

Եկեք հաջորդիվ դիտարկենք առաջարկվող ռեակցիայի մեխանիզմը.
2NO→արագN2O2Տարրական փուլ 1N2O2+H2→դանդաղN2O+H2O Տարրական փուլ 2N2O+H2→արագN2+H2OՏարրական փուլ 3\begin{aligned}2\text{NO}&\xrightarrow{արագ} {\text{N}_2\text{O}_2}\quad\quad\quad\quad{\text{Տարրական փուլ 1}}\\ \\ {\text{N}_2\text{O}_2}+\text{H}_2 &\xrightarrow{դանդաղ} {\text{N}_2\text{O}}+\text{H}_2\text{O}~\quad{\text{Տարրական փուլ 2}}\\ \\ {\text{N}_2\text{O}}+\text{H}_2 &\xrightarrow{արագ} \text{N}_2+\text{H}_2\text{O}\quad\quad{\text{Տարրական փուլ 3}} \end{aligned}
Հիմնվելով այս տեղեկատվության վրա՝ փորձիր պատասխանել հետևյալ հարցերին:
1. Ի՞նչ տեսք ունի ընդհանուր ռեակցիան:
Ընտրիր ճիշտ պատասխանը։

2. Ո՞րն է ռեակցիայի արագությունը որոշող փուլը:
Ընտրիր ճիշտ պատասխանը։

3. Որո՞նք են այս ռեակցիայի միջանկյալ նյութերը:
Ընտրիր բոլոր ճիշտ պատասխանները։

Ինչպե՞ս ենք մենք գնահատական տալիս ռեակցիայի մեխանիզմի վերաբերյալ:

Առաջարկվող ռեակցիայի մեխանիզմի վերաբերյալ գնահատական տալիս պետք է ստուգել երկու ցուցանիշ.
  1. Տարրական ռեակցիաների հավասարումների գումարից ստացվում է ընդհանուր ռեակցիան:
  2. Ընդհանուր ռեակցիայի համար արագության օրենքը համաձայնեցված է յուրաքանչյուր տարրական փուլի արագության հետ:
Քանի որ մենք ունենք մեկ կամ ավելի հնարավոր մեխանիզմներ, որոնք համապատասխանում են վերը նշված ցուցանիշներին, մենք կարող ենք ստուգել՝ արդյոք դրանք հաստատվում են հետագա փորձառական տվյալների միջոցով: Օրինակ, եթե մեր առաջարկած մեխանիզմում կա որևէ միջանկյալ նյութ, մենք կարող ենք փորձել ռեակցիոն խառնուրդում հայտնաբերել այն: Կարևոր է հիշել, որ կանխատեսելի միջանկյալ նյութի հայտնաբերումը պարտադիր պայման չէ ռեակցիայի մեխանիզմի դուրսբերման համար, քանի որ միջանկյալ նյութերը կարող են շատ քիչ քանակություններով լինել, որոնք հնարավոր չի լինի հայտնաբերել:

Ամփոփում

  • Ռեակցիայի մեխանիզմը նկարագրում է ռեակցիայի տարրական փուլերի հաջորդականությունը, որոնք պետք է տեղի ունենան ելանյութերից վերջանյութերի ստացման համար:
  • Ռեակցիայի միջանկայլ նյութերն առաջանում են ռեակցիայի մեխանիզմի որևէ փուլում և ծախսվում են մեկ այլ փուլի ընթացքում:
  • Մեխանիզմում ամենադանդաղ փուլը կոչվում է ռեակցիայի արագությունը որոշող փուլ կամ ռեակցիայի արագությունը սահմանափակող փուլ:
  • Ընդհանուր ռեակցիայի արագությունը որոշվում է ռեակցիայի այն փուլերի արագությամբ, որոնք տեղի են ունենում մինչև (և ներառյալ) ռեակցիայի արագությունը որոշող փուլը:

Ուզո՞ւմ ես միանալ խոսակցությանը։

Մուտք գործել
Առայժմ հրապարակումներ չկան։
Անգլերեն հասկանո՞ւմ ես: Սեղմիր այստեղ և ավելի շատ քննարկումներ կգտնես «Քան» ակադեմիայի անգլերեն կայքում: