Հիմնական նյութ

10-րդ դասարան. քիմիա

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

Դաս 4: Կինետիկա

Ռեակցիայի մեխանիզմներ

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.

{NO}_{2} (գ) + CO (գ) \to NO (գ) + {CO}_{2} (գ)

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:

[Ի՞նչ է տարրական ռեակցիան:]

Այսինքն՝ հիմնվելով հավասարեցված ռեակցիայի ստեխիոմետրիայի վրա՝ մենք կարող ենք կանխատեսել, որ ռեակցիան առաջին կարգի է և՛ ըստ

{NO}_{2}

-ի, և՛ ըստ

CO

-ի: Մեր վարկածը փորձարկելու համար կարող ենք իրականացնել որոշ կինետիկական փորձարկումներ արագության հետևյալ օրենքը ստանալու համար.

արագություն = k [{NO}_{2}]^{2}

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):

[Սպասեք, բայց ի՞նչ է քիմիական ներըմբռնումը:]

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.

\begin{aligned} 2 {NO}_{2} (գ) & \overset{դ ա ն դ ա ղ}{\to} NO (գ) + {NO}_{3} (գ) Տարրական փուլ 1 \\ {NO}_{3} (գ) + CO (գ) & \overset{ա ր ա գ}{\to} {NO}_{2} (գ) + {CO}_{2} (գ) Տարրական փուլ 2 \\ {NO}_{2} (գ) + CO (գ) & \overset{}{\to} NO (գ) + {CO}_{2} (գ) 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

NO (գ)

, ինչպես նաև նոր մասնիկ, ինչպիսին է

{NO}_{3} (գ)

-ը:

{NO}_{3} (գ)

-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

{NO}_{2}

-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:

[Ցուցադրել 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:

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

Ինչպե՞ս ենք մենք գնահատական տալիս ռեակցիայի մեխանիզմի վերաբերյալ:

Առաջարկվող ռեակցիայի մեխանիզմի վերաբերյալ գնահատական տալիս պետք է ստուգել երկու ցուցանիշ.

Տարրական ռեակցիաների հավասարումների գումարից ստացվում է ընդհանուր ռեակցիան:
Ընդհանուր ռեակցիայի համար արագության օրենքը համաձայնեցված է յուրաքանչյուր տարրական փուլի արագության հետ:

[Ինչպե՞ես ենք մենք գտնում արագության օրենքը ընդհանուր ռեակցիայի համար:]

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:

[Հղումներ և մեջբերումներ]

Ուզո՞ւմ ես միանալ խոսակցությանը։

Մուտք գործել

Դասակարգել ըստ

Առայժմ հրապարակումներ չկան։

Անգլերեն հասկանո՞ւմ ես: Սեղմիր այստեղ և ավելի շատ քննարկումներ կգտնես «Քան» ակադեմիայի անգլերեն կայքում: